壓力容器中的泄壓閥，最后一道防線要保證

在壓力容器中安裝安全閥和泄壓閥以及在上游和下游使用截止閥被認(rèn)為是內(nèi)部壓力大于大氣壓力的設(shè)備的最后一道防線。但是，這種保護(hù)只能通過(guò)定期維護(hù)來(lái)保證。

泄壓閥（PRV）應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，例如煉油廠、紙漿和造紙、化肥、化學(xué)和食品工業(yè)等。這些閥門(mén)用于保護(hù)按照ASME規(guī)范第8節(jié)第1部分建造的壓力容器。這樣，通過(guò)正確尺寸、指定、安裝以及隨后檢查和維護(hù)的泄壓閥，可以保護(hù)生命、環(huán)境和投資資本。

根據(jù)行業(yè)的不同，用戶可能需要定期拆下這些閥門(mén)進(jìn)行檢查和維護(hù)。在進(jìn)行此維護(hù)之前，可能需要完全關(guān)閉工廠。

當(dāng)用戶預(yù)見(jiàn)到這種需求時(shí)，必須至少安裝兩個(gè)泄壓閥，每個(gè)閥門(mén)的單獨(dú)流量至少負(fù)責(zé)過(guò)程所需流量的100%。因此，一個(gè)安全泄壓閥將始終暴露在過(guò)程中，而另一個(gè)安全泄壓閥將保留。在這樣的應(yīng)用中，兩個(gè)閥門(mén)的設(shè)定壓力必須限制在相同的MAWP（最大允許工作壓力）值。通過(guò)這種布置，用戶可以卸下一個(gè)安全泄壓閥進(jìn)行維護(hù)，并在過(guò)程繼續(xù)運(yùn)行中始終受到另一個(gè)安全泄壓閥的保護(hù)。

ASME規(guī)范第8節(jié)第1部分（2021版）在其附錄M中僅允許使用上游和下游PRV截止閥，以便將其拆除以進(jìn)行維護(hù)。

推薦閘閥或球閥

ASME規(guī)范第8節(jié)第1部分和API 520標(biāo)準(zhǔn)第2部分（安裝）建議安裝全通徑截止閥，即閘閥或球閥。這兩種類型在完全打開(kāi)時(shí)都提供最小的壓降。這些閥門(mén)必須用鏈條和掛鎖鎖定在100%打開(kāi)位置。這些閥門(mén)在任何情況下都不能在部分打開(kāi)的位置運(yùn)行。

一些用戶不了解用于阻斷的閥門(mén)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此最終使用截止閥來(lái)阻斷安全閥和泄壓閥。然而，由于其內(nèi)部幾何形狀，截止閥即使在100%打開(kāi)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生高壓降（高能量損失）。在這些閥門(mén)中，流動(dòng)方向會(huì)以90°改變兩次，而在閘閥或球閥中，流動(dòng)通道是完全不間斷的。

將2英寸口徑的閘閥或球閥與2英寸截止閥的壓降進(jìn)行比較：閘閥和球閥的壓降相當(dāng)于0.7米的直管，而在截止閥造成的壓降相當(dāng)于一根17.68米的直管段。球閥提供的這種高壓降導(dǎo)致流量比閘閥或球閥低三到四倍。例如，仍以上述閥門(mén)為例，2英寸直徑閘閥的流量系數(shù)（CV）為309，而直通型截止閥的流量系數(shù)僅為47。容器和安全泄壓閥的入口連接必須提供盡可能低的壓降，以免影響閥門(mén)的操作性能。

最大壓降

ASME規(guī)范第8節(jié)第1部分和API 520標(biāo)準(zhǔn)第2部分建議容器出口和安全泄壓閥入口連接之間的最大壓降在其承載能力額定流量下不超過(guò)設(shè)定壓力的3%。更大的壓降會(huì)導(dǎo)致一種稱為顫振的操作現(xiàn)象。這種現(xiàn)象提供了閥板靠著閥門(mén)噴嘴（和流動(dòng)方向）快速打開(kāi)和關(guān)閉的循環(huán)。在設(shè)定壓力下會(huì)發(fā)生顫振，從而阻止閥門(mén)釋放壓力，增加容器內(nèi)的壓力。

這種現(xiàn)象是由于截止閥規(guī)格不正確（應(yīng)用時(shí)）導(dǎo)致進(jìn)水管中的高壓降造成的。進(jìn)水管的內(nèi)徑小于安全泄壓閥進(jìn)水接頭的內(nèi)徑。當(dāng)過(guò)程提供的流量小于安全泄壓閥額定流量的30%時(shí)，安全泄壓閥尺寸過(guò)大是另一個(gè)可能導(dǎo)致顫振的原因。

在入口管道或尺寸過(guò)小的入口管道中安裝高壓降（低壓恢復(fù)）截止閥，或在尺寸過(guò)大的安全泄壓閥中安裝一個(gè)高壓降（低壓恢復(fù)）截止閥，都會(huì)導(dǎo)致作用在閥板支架下方和擠壓腔內(nèi)的力減小，在泄壓期間保持閥門(mén)打開(kāi)。

在容器出口和閥門(mén)入口之間的管段中發(fā)生的壓降與其長(zhǎng)度和峰值流速成正比，與其內(nèi)徑成反比。為此，始終建議進(jìn)口管的內(nèi)徑等于或大于安全泄壓閥進(jìn)口連接處的直徑，決不能小于噴嘴喉部的內(nèi)徑。

最終結(jié)論

泄壓閥被認(rèn)為是內(nèi)部壓力大于大氣壓的設(shè)備的最后一道防線。但是，只有在安全閥和泄壓閥進(jìn)行定期維護(hù)時(shí)，才能保證這種保護(hù)。如果安全和泄壓閥的尺寸、規(guī)格、安裝、檢查和維護(hù)不正確，其正確操作的可靠性就不能取決于其設(shè)計(jì)的質(zhì)量。使用上游和下游截止閥可以將其拆除以進(jìn)行維護(hù)和檢查。

關(guān)于作者

Arthur Mathias是一名工業(yè)機(jī)械和化學(xué)技術(shù)員，也是ISA的成員。他現(xiàn)在是一名顧問(wèn)，自1985年以來(lái)一直活躍于閥門(mén)的維護(hù)、檢查、規(guī)格和選型。