陳 泱

（中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120）

淺談限流孔板對管路系統(tǒng)超壓保護的工藝運用

陳 泱

（中國石化集團上海工程有限公司，上海 200120）

研究了限流孔板作為安全儀表在管路系統(tǒng)中的運用，舉例說明了安全儀表規(guī)格書的填寫，通過對限流孔板兩種工況的計算，反應了對安全閥排量的影響，從而表明了安裝限流孔板后必須用限流孔板的最大流量來決定安全閥的尺寸。

限流孔板；安全閥；安全儀表

Abstract:The application of fl ow limiting ori fi ce in pipeline as safety instrument was studied in this article. The example for fi lling out the function form for safety instruments was presented. Through the calculation for the ori fi ce under two conditions, the in fl uence of ori fi ce to safety valve was determined. It was indicated that after the ori fi ce is installed, the size of safety valve shall be determined with the maximum fl ow of the ori fi ce.

Key words:fl ow limiting ori fi ce; safety valve; safety instrument

限流孔板作為節(jié)流元件，由于具有結構簡單、易加工、制造成本低、安裝方便等優(yōu)點，在滿足工藝要求的前提下，越來越多地應用在化工裝置中限定流量或降低壓力，可以大大地降低投資和操作維修費用。

SIS系統(tǒng)（即安全儀表系統(tǒng)）是為防止生產(chǎn)裝置發(fā)生故障引發(fā)人身傷亡或設備損壞導致裝置重大事故而設置的安全保護裝置。將具有安全保護作用的限流孔板納入SIS系統(tǒng)，提高限流孔板的安全等級，可以提高管路系統(tǒng)的安全要求。本文以某生產(chǎn)裝置的氮氣總管為例，研究限流孔板作為安全儀表，對氮氣總管超壓情況下的保護，以及對安全閥排量計算和選型的影響。

1 工藝介紹

1.1 流程簡述

化工生產(chǎn)裝置的公用工程通常依托全廠公用工程供給，壓力等級一般分為低壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)以及高壓系統(tǒng)，與生產(chǎn)裝置所需的壓力等級可能存在偏差，通常會在進裝置的總管上設置減壓閥減至所需壓力，并在減壓閥后總管上設置安全閥防止減壓閥故障造成管路系統(tǒng)超壓。此時確定安全閥排放量的超壓原因為自動控制閥發(fā)生故障或誤操作引起的閥門全開。由此計算的安全閥尺寸和排量都會偏大，如果在減壓的自立式調節(jié)閥前設置限流孔板，可以限制公用工程的流量，減小安全閥的尺寸，減少公用工程的排放。流程圖見圖1。

圖1 裝置氮氣總管的調節(jié)閥設置簡單流程圖

1.2 確定安全儀表

安全限流孔板在流程圖中表示與一般限流孔板的區(qū)別，在流量符號F后加括號Z表示此限流孔板為SIS系統(tǒng)，限流孔板作為安全儀表后，不經(jīng)過HAZOP（危險性分析與可操作性研究）重新評估是不能被修改和刪除的，此限流孔板的安全等級提高。并且限流孔板作為安全儀表，需要做安全儀表功能（縮寫SIF）規(guī)格書，說明設置安全儀表的原因，安全儀表功能的描述，安全狀態(tài)和操作范圍，以及各種操作工況下安全儀表的活動狀態(tài)等信息。詳見表1。

表1 安全儀表的功能規(guī)格表

傳統(tǒng)設計中限流孔板作為在線儀表，只需要提供限流孔板的設計工況，即入口壓力、最大流量、壓降以及物性，就可以計算孔徑。而計算安全限流孔板因為和安全閥排量相關，所以，需要兩種工況，第一種為設計工況，在最大流量，最小的壓降情況下工作，計算得到限流孔板的最大可能的孔徑。第二種工況為事故工況，調節(jié)閥故障全開，在已得到的計算孔徑與最大的壓降情況下，能通過限流孔板的最大流量。用此流量作為安全閥的泄放排量計算安全閥的泄放面積。

1.3 確定工藝參數(shù)

裝置氮氣最大消耗量1400Nm3/h，氮氣進裝置最小壓力0.6 MPa(g)，正常壓力0.7 MPa(g)，最大壓力0.8 MPa(g)，溫度為常溫。裝置所需壓力0.55 MPa(g)，因此，自立式調節(jié)閥后設定壓力為0.55 MPa(g)，總管所設安全閥定壓為0.6 MPa(g)。自立式調節(jié)閥與限流孔板的壓降基本平均分配時，通過的流量最大。確定的計算限流孔板工藝參數(shù)表2。

表2 限流孔板的工藝參數(shù)

1. 4 限流孔板與安全閥的計算

利用設計工況的工藝參數(shù)，運用CHEMPRO ENGINEERING SUITE軟件計算孔徑，結果如圖2。

圖2 限流孔板的孔徑計算結果

得到限流孔板的孔徑結果39.46 mm后，利用事故工況的工藝參數(shù)計算得到通過限流孔板的最大流量，結果如圖3。

圖3 限流孔板最大流量的計算結果

利用此最大流量3598.725 Nm3/h作為安全閥排量計算安全閥尺寸，泄放面積為7.52cm2，根據(jù)API526安全閥選型J閥，安全閥的額定排量為3972Nm3/h。

1.5 工藝比較

如果不設限流孔板，必須按照調節(jié)閥故障全開，通過調節(jié)閥的最大流量計算安全閥排量。在得到調節(jié)閥廠商返回的閥門Cv值的基礎上，計算調節(jié)閥全開時的最大流量為8328 Nm3/h，計算泄放面積為17.41cm2，安全閥選型M閥，額定排量為11110Nm3/h?？梢娫O置限流孔板后，明顯減小了安全閥的尺寸和排量。

如果用限流孔板的限流流量1400 Nm3/h作為安全閥的泄放量，計算泄放面積為2.93cm2，安全閥選型G，額定排量為1552Nm3/h，安全閥排量顯然不能滿足調節(jié)閥故障時的最大流量，成為整個系統(tǒng)超壓情況下的安全隱患，不能保證后路管道以及設備的安全。

2 結論與建議

設置限流孔板后，因為提高了限流孔板的安全等級，在安全儀表功能規(guī)格書中定義了限流孔板對安全閥計算的影響，可以做到對安全閥排量的正確計算，合理的選型，減小了安全閥的尺寸，節(jié)約了投資，減少了公用工程事故時的排放量。更好地避免了管路的超壓危險，保護了流程后路的一系列設備。

同時，由于安全閥的排量與限流孔板的孔徑密切相關，這就意味著需要防止限流孔板在裝置正常生產(chǎn)過程中被磨損，孔徑發(fā)生變化。通常在物流進裝置的總管上可以安裝過濾精度較高的過濾器，保證物料中基本不含雜質顆粒，盡量減少對限流孔板的磨蝕。

[1]中國石化集團上海工程有限公司編. 化工工藝設計手冊[M](第四版). 北京: 化學工業(yè)出版社, 2009. 6. 408～410.

Application of Flow Limiting Ori fi ce in Overpressure Protection for Pipeline

Chen Yang
( SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd Shanghai, 200120)

TQ055. 8

A

1008-455X(2010) 05-0010-03

2010-08-10

陳泱（1977-）女，工程師，從事石油化工工程設計。Tel：(021)-58366600-3289 E-mail：chenyang@ssec. com. cn