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帶有密封氣的方罐工藝安全控制原理分析

文檔作者：曾樹(shù)兵張春娥余智楊宇航胡蓉琚選擇文檔來(lái)源：海洋石油工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月07日
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第38卷第1期化工機(jī)械43
帶有密封氣的方罐工藝安全控制原理分析
曾樹(shù)兵。張春娥余智楊宇航胡蓉琚選擇
(海洋石油工程股份有限公司)
摘要為了保證方罐的安全可靠運(yùn)行，避免發(fā)生失效事故．從工藝控制原理的角度，對(duì)帶有密封氣的
方形罐進(jìn)行安全控制分析。
關(guān)鍵詞海洋平臺(tái)方形儲(chǔ)罐安全裝王壓力／真空保護(hù)
中圖分類號(hào)TQ053．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)0254-6094(201 1)014)043-04
常壓方形儲(chǔ)罐廣泛地應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)生
產(chǎn)系統(tǒng)中，如生產(chǎn)水處理系統(tǒng)中的生產(chǎn)水緩沖罐、
污油罐和濾器反沖洗罐；注水系統(tǒng)的注水緩沖罐；
化學(xué)藥劑系統(tǒng)的藥劑儲(chǔ)罐；淡水系統(tǒng)的淡水儲(chǔ)罐；
柴油系統(tǒng)的柴油儲(chǔ)罐、柴油日用罐和開(kāi)排系統(tǒng)的
開(kāi)式排放罐等。其中，生產(chǎn)水系統(tǒng)為安全及防止
溶氧等原因要求工藝流程密閉，一般都采用燃料
氣或惰性氣體進(jìn)行密封，其它的方罐都裝有一個(gè)
足夠大尺寸的放空管與大氣連通。帶有密封氣方
罐的典型安全裝置包括壓力安全裝置和液位安全
裝置。液位控制的工藝參數(shù)設(shè)置較為簡(jiǎn)單，而壓
力控制涉及到罐的最大允許工作壓力、壓力控制
閥(PCV)的設(shè)定點(diǎn)、壓力真空泄放閥(PVSV)的
設(shè)定點(diǎn)和溢流管線上液封高度等多個(gè)參數(shù)。通過(guò)
對(duì)帶有液封的溢流管線和液封功能以及PVSV特
性的分析，如果液封高度設(shè)置不當(dāng)，PVSV將起不
到二級(jí)保護(hù)的作用。為解決這個(gè)問(wèn)題，筆者給出
了液封的典型作法、PVSV設(shè)定點(diǎn)的區(qū)間和液封
高度的要求，為工程實(shí)踐提供參考。
1 帶有密封氣方罐的典型安全裝置
根據(jù)API RP 2000?的規(guī)定，常壓罐的操作
壓力應(yīng)在真空到103．4kPa(G)之間，而GBl50一
1998【21規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力在100kPa(G)到35MPa
(G)之間，可以看出，考慮到經(jīng)濟(jì)性，沒(méi)有將這類
容器納入壓力容器的范疇。依據(jù)API RP 14C¨’
對(duì)常壓容器安全分析設(shè)計(jì)的要求，其典型的安全
裝置如圖1所示。
圖l 帶有密封氣矩形罐的安全控制示意圖
一般常壓容器的意外事件是過(guò)壓、負(fù)壓、溢流
及泄漏等，因此從圖l中可以看出，對(duì)于方罐有以
下兩個(gè)重要的安全裝置：壓力安全裝置，由合適尺
寸的壓力真空泄放閥(PVSV)來(lái)保護(hù)，以防止過(guò)
壓和負(fù)壓；液位安全裝置(LsH／L／LL)，由液位傳
感器和溢流口提供保護(hù)，在液位低低時(shí)切斷入口、
液體超高時(shí)從溢流排出、在液位高或低時(shí)報(bào)警，以
防止冒罐和泄漏。液位控制的工藝參數(shù)設(shè)置比較
簡(jiǎn)單，根據(jù)罐的有效容積設(shè)置合適的液位高度就
可以，在此不作過(guò)多討論。而PVSV設(shè)定點(diǎn)的考
慮要復(fù)雜的多，與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù)包括壓力控制
閥(PCV)的呼出設(shè)定點(diǎn)、罐的設(shè)計(jì)壓力和液封的
高度，尤其是與液封高度之間的相互關(guān)系，如果設(shè)
置不當(dāng)將會(huì)出現(xiàn)PVSV起不到二級(jí)保護(hù)的作用。
例如：當(dāng)一個(gè)罐的設(shè)計(jì)壓力是一2kPa(G)一FULL
WATER+35kPa(G)、PVSV的設(shè)定點(diǎn)一l kPa
·曾樹(shù)兵．男，1972年2月生．高級(jí)T程師。天津市．30045l。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
化工機(jī)械2011年
(G)／30 kPa(G)、液封高度是l 000mm，很顯然在
PVSV起跳之前，液封早已經(jīng)被頂開(kāi)，超出的壓力
直接從溢流管線泄放，可以認(rèn)為這種情況下
PVSV起不到二級(jí)保護(hù)的作用，形同虛設(shè)。
2液封溢流管線的作用
方罐上通常設(shè)有溢流管線，對(duì)于帶有密封氣
的方罐并配有一定高度的液封，以實(shí)現(xiàn)密閉。當(dāng)
罐內(nèi)液位達(dá)到溢流口高度的時(shí)候，將從溢流管線
流出，防止冒罐；另外液封可避免空氣進(jìn)入而達(dá)到
可燃蒸氣的爆炸極限及罐內(nèi)液體溶氧。液封設(shè)置
的高度如果低于罐上的PVSV最大泄放壓力，超
壓時(shí)氣體將不經(jīng)PVSV排放而直接頂開(kāi)液封排放
至溢流管線下游。若罐上不設(shè)超壓報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)人
員很難發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w經(jīng)溢流管線直接進(jìn)入下游開(kāi)
式排放罐，對(duì)平臺(tái)產(chǎn)生較高危險(xiǎn)，造成PVSV設(shè)而
無(wú)用的狀況。因此低壓方罐上設(shè)置溢流管線和液
封是必要的，在液封內(nèi)充裝適當(dāng)高度的液體，同時(shí)
在液封管上裝一個(gè)液位計(jì)以便操作者觀察液封的
a．直動(dòng)式
高度，具體做法如圖2所示。
開(kāi)排系垡罐
圖2 液封做法示意圖
目前，關(guān)于溢流管線的液封高度還沒(méi)有規(guī)范
要求，一般溢流管線只考慮液位超高時(shí)排液，而不
把其作為超壓時(shí)的二級(jí)保護(hù)泄壓功能，所以液封
高度的設(shè)置只保證罐內(nèi)液體溢流，而不考慮罐內(nèi)
氣體泄放。
3 PVSV的類型和工作特性
為了保護(hù)常壓方罐免于真空和過(guò)壓危險(xiǎn)，
PVSV一般同時(shí)組合了壓力泄放閥和真空吸人閥
兩個(gè)方面的功能，其形式有直動(dòng)式和先導(dǎo)式(圖
3)，其操作特性見(jiàn)表l。
圖3 PVSV的典型結(jié)構(gòu)
表1 PVSV的操作特性
b．先導(dǎo)式
特性
PVSV的類型
直動(dòng)式先導(dǎo)式
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第38卷第1期化工機(jī)械45
圖4 典型PVSV的流量／過(guò)壓特性曲線
由表l和圖4中可以看出，直動(dòng)式PVSV全
開(kāi)啟需要超壓70％一100％。而先導(dǎo)式PVSV的全
開(kāi)啟需要超壓10％。同時(shí)PVSV還有一個(gè)微泄漏
系數(shù)的要求，微泄漏系數(shù)是罐內(nèi)的實(shí)際工作壓力
與PVSV的設(shè)定點(diǎn)之間的比值，也就是說(shuō)當(dāng)方罐
內(nèi)的工作壓力大于或等于微泄漏系數(shù)×PVSV的
設(shè)定點(diǎn)時(shí)，PVSV未啟跳但是開(kāi)始有微量的泄漏，
罐內(nèi)的壓力越接近設(shè)定壓力，閥座泄漏就越嚴(yán)重。
4 PCV、PVSV設(shè)定點(diǎn)同液封高度之間的關(guān)系
海洋平臺(tái)上的生產(chǎn)系統(tǒng)中帶有密封氣方罐的
設(shè)計(jì)壓力，一般在一2kPa(G)一FULL WATER+
35 kPa(G)之間，其上部氣相空間的操作壓力由
PCV控制，由圖I中可以看出，PCV是由一組吸
人和呼出閥組成，吸入的設(shè)定值一般為1 kPa
(G)，根據(jù)PVSV的工作特性，PCV的呼出設(shè)定值
不應(yīng)超過(guò)PVSV的設(shè)定點(diǎn)×微泄漏系數(shù)，如直動(dòng)
式PVSV呼出設(shè)定壓力的75％或者先導(dǎo)式PVSV
呼出設(shè)定壓力的90％。
PVSV為方罐提供了超壓和負(fù)壓保護(hù)，故
PVSV有兩個(gè)設(shè)定點(diǎn)，一是負(fù)壓時(shí)吸人設(shè)定點(diǎn)，另
一是超壓時(shí)泄放設(shè)定點(diǎn)。首先依據(jù)PVSV特性可
以看出罐內(nèi)壓力達(dá)到PVSV設(shè)定值時(shí)才剛剛開(kāi)
啟，只有達(dá)到一個(gè)超壓百分?jǐn)?shù)后才能完全開(kāi)啟，達(dá)
到額定泄放奄。但在PVSV的實(shí)際選型時(shí)，考慮
到設(shè)計(jì)上的裕量．最大超壓泄放量并非就是
PVSV的額定泄放{蠹，也就是說(shuō)．最大超壓泄放量
一般都要小于PVSV的額定泄放{蠹。因此，對(duì)于
同一個(gè)PVSV來(lái)說(shuō)最大超壓泄放蜒對(duì)應(yīng)的最大允
許超壓百分?jǐn)?shù)也小于全啟超壓百分?jǐn)?shù)。此時(shí)，
PVSV的最大泄放壓力=PVSV的設(shè)定點(diǎn)壓力×
(1+PVSV最大允許超壓百分?jǐn)?shù))，即：PVSV的設(shè)
定點(diǎn)應(yīng)小于罐的最大允許工作壓力／(1+PVSV
最大允許超壓百分?jǐn)?shù))。其次，由于直動(dòng)式PVSV
無(wú)波紋管，不能平衡來(lái)自排放系統(tǒng)的背壓(包括
疊加背壓和積聚背壓)，因此，選型時(shí)廠家會(huì)根據(jù)
工藝數(shù)據(jù)表中提供的預(yù)設(shè)背壓，在設(shè)置PVSV時(shí)
將按照預(yù)設(shè)背壓扣減。所以，PVSV的實(shí)際啟跳
壓力可計(jì)算為：
PVSV實(shí)際啟跳壓力=PVSV設(shè)定點(diǎn)一預(yù)設(shè)
背壓+實(shí)際背壓
對(duì)于先導(dǎo)式PVSV因受背壓的影響非常小，相
當(dāng)于預(yù)設(shè)背壓等于實(shí)際背壓，因此實(shí)際的起跳壓力
就等PVSV設(shè)定點(diǎn)。但PVSV的微漏壓力和PVSV
的實(shí)際開(kāi)始啟跳壓力的大小無(wú)法比較，所以在實(shí)際
的設(shè)計(jì)中應(yīng)該通過(guò)校核，使PCV的呼出設(shè)定點(diǎn)值
小于這兩者中的較小者。可以推出，PVSV的設(shè)定
點(diǎn)存在這樣一個(gè)關(guān)系式t(PCV呼出閥設(shè)定值+預(yù)
設(shè)背壓一實(shí)際背壓)與(PCV呼出閥設(shè)定值／PVSV
的微泄漏壓力系數(shù))兩者中的大值

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03-11