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带有密封气的方罐工艺安全控制原理分析

文档作者：曾树兵张春娥余智杨宇航胡蓉琚选择文档来源：海洋石油工程股份有限公司		点击数：	更新时间： 2021年01月07日
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第38卷第1期化工机械43
带有密封气的方罐工艺安全控制原理分析
曾树兵。张春娥余智杨宇航胡蓉琚选择
(海洋石油工程股份有限公司)
摘要为了保证方罐的安全可靠运行，避免发生失效事故．从工艺控制原理的角度，对带有密封气的
方形罐进行安全控制分析。
关键词海洋平台方形储罐安全装王压力／真空保护
中图分类号TQ053．2 文献标识码A 文章编号0254-6094(201 1)014)043-04
常压方形储罐广泛地应用于海洋石油平台生
产系统中，如生产水处理系统中的生产水缓冲罐、
污油罐和滤器反冲洗罐；注水系统的注水缓冲罐；
化学药剂系统的药剂储罐；淡水系统的淡水储罐；
柴油系统的柴油储罐、柴油日用罐和开排系统的
开式排放罐等。其中，生产水系统为安全及防止
溶氧等原因要求工艺流程密闭，一般都采用燃料
气或惰性气体进行密封，其它的方罐都装有一个
足够大尺寸的放空管与大气连通。带有密封气方
罐的典型安全装置包括压力安全装置和液位安全
装置。液位控制的工艺参数设置较为简单，而压
力控制涉及到罐的最大允许工作压力、压力控制
阀(PCV)的设定点、压力真空泄放阀(PVSV)的
设定点和溢流管线上液封高度等多个参数。通过
对带有液封的溢流管线和液封功能以及PVSV特
性的分析，如果液封高度设置不当，PVSV将起不
到二级保护的作用。为解决这个问题，笔者给出
了液封的典型作法、PVSV设定点的区间和液封
高度的要求，为工程实践提供参考。
1 带有密封气方罐的典型安全装置
根据API RP 2000⋯的规定，常压罐的操作
压力应在真空到103．4kPa(G)之间，而GBl50一
1998【21规定的设计压力在100kPa(G)到35MPa
(G)之间，可以看出，考虑到经济性，没有将这类
容器纳入压力容器的范畴。依据API RP 14C¨’
对常压容器安全分析设计的要求，其典型的安全
装置如图1所示。
图l 带有密封气矩形罐的安全控制示意图
一般常压容器的意外事件是过压、负压、溢流
及泄漏等，因此从图l中可以看出，对于方罐有以
下两个重要的安全装置：压力安全装置，由合适尺
寸的压力真空泄放阀(PVSV)来保护，以防止过
压和负压；液位安全装置(LsH／L／LL)，由液位传
感器和溢流口提供保护，在液位低低时切断入口、
液体超高时从溢流排出、在液位高或低时报警，以
防止冒罐和泄漏。液位控制的工艺参数设置比较
简单，根据罐的有效容积设置合适的液位高度就
可以，在此不作过多讨论。而PVSV设定点的考
虑要复杂的多，与其相关联的参数包括压力控制
阀(PCV)的呼出设定点、罐的设计压力和液封的
高度，尤其是与液封高度之间的相互关系，如果设
置不当将会出现PVSV起不到二级保护的作用。
例如：当一个罐的设计压力是一2kPa(G)一FULL
WATER+35kPa(G)、PVSV的设定点一l kPa
·曾树兵．男，1972年2月生．高级T程师。天津市．30045l。
万方数据
化工机械2011年
(G)／30 kPa(G)、液封高度是l 000mm，很显然在
PVSV起跳之前，液封早已经被顶开，超出的压力
直接从溢流管线泄放，可以认为这种情况下
PVSV起不到二级保护的作用，形同虚设。
2液封溢流管线的作用
方罐上通常设有溢流管线，对于带有密封气
的方罐并配有一定高度的液封，以实现密闭。当
罐内液位达到溢流口高度的时候，将从溢流管线
流出，防止冒罐；另外液封可避免空气进入而达到
可燃蒸气的爆炸极限及罐内液体溶氧。液封设置
的高度如果低于罐上的PVSV最大泄放压力，超
压时气体将不经PVSV排放而直接顶开液封排放
至溢流管线下游。若罐上不设超压报警，现场人
员很难发现可燃气体经溢流管线直接进入下游开
式排放罐，对平台产生较高危险，造成PVSV设而
无用的状况。因此低压方罐上设置溢流管线和液
封是必要的，在液封内充装适当高度的液体，同时
在液封管上装一个液位计以便操作者观察液封的
a．直动式
高度，具体做法如图2所示。
开排系垡罐
图2 液封做法示意图
目前，关于溢流管线的液封高度还没有规范
要求，一般溢流管线只考虑液位超高时排液，而不
把其作为超压时的二级保护泄压功能，所以液封
高度的设置只保证罐内液体溢流，而不考虑罐内
气体泄放。
3 PVSV的类型和工作特性
为了保护常压方罐免于真空和过压危险，
PVSV一般同时组合了压力泄放阀和真空吸人阀
两个方面的功能，其形式有直动式和先导式(图
3)，其操作特性见表l。
图3 PVSV的典型结构
表1 PVSV的操作特性
b．先导式
特性
PVSV的类型
直动式先导式
万方数据
第38卷第1期化工机械45
图4 典型PVSV的流量／过压特性曲线
由表l和图4中可以看出，直动式PVSV全
开启需要超压70％一100％。而先导式PVSV的全
开启需要超压10％。同时PVSV还有一个微泄漏
系数的要求，微泄漏系数是罐内的实际工作压力
与PVSV的设定点之间的比值，也就是说当方罐
内的工作压力大于或等于微泄漏系数×PVSV的
设定点时，PVSV未启跳但是开始有微量的泄漏，
罐内的压力越接近设定压力，阀座泄漏就越严重。
4 PCV、PVSV设定点同液封高度之间的关系
海洋平台上的生产系统中带有密封气方罐的
设计压力，一般在一2kPa(G)一FULL WATER+
35 kPa(G)之间，其上部气相空间的操作压力由
PCV控制，由图I中可以看出，PCV是由一组吸
人和呼出阀组成，吸入的设定值一般为1 kPa
(G)，根据PVSV的工作特性，PCV的呼出设定值
不应超过PVSV的设定点×微泄漏系数，如直动
式PVSV呼出设定压力的75％或者先导式PVSV
呼出设定压力的90％。
PVSV为方罐提供了超压和负压保护，故
PVSV有两个设定点，一是负压时吸人设定点，另
一是超压时泄放设定点。首先依据PVSV特性可
以看出罐内压力达到PVSV设定值时才刚刚开
启，只有达到一个超压百分数后才能完全开启，达
到额定泄放奄。但在PVSV的实际选型时，考虑
到设计上的裕量．最大超压泄放量并非就是
PVSV的额定泄放{蠹，也就是说．最大超压泄放量
一般都要小于PVSV的额定泄放{蠹。因此，对于
同一个PVSV来说最大超压泄放蜒对应的最大允
许超压百分数也小于全启超压百分数。此时，
PVSV的最大泄放压力=PVSV的设定点压力×
(1+PVSV最大允许超压百分数)，即：PVSV的设
定点应小于罐的最大允许工作压力／(1+PVSV
最大允许超压百分数)。其次，由于直动式PVSV
无波纹管，不能平衡来自排放系统的背压(包括
叠加背压和积聚背压)，因此，选型时厂家会根据
工艺数据表中提供的预设背压，在设置PVSV时
将按照预设背压扣减。所以，PVSV的实际启跳
压力可计算为：
PVSV实际启跳压力=PVSV设定点一预设
背压+实际背压
对于先导式PVSV因受背压的影响非常小，相
当于预设背压等于实际背压，因此实际的起跳压力
就等PVSV设定点。但PVSV的微漏压力和PVSV
的实际开始启跳压力的大小无法比较，所以在实际
的设计中应该通过校核，使PCV的呼出设定点值
小于这两者中的较小者。可以推出，PVSV的设定
点存在这样一个关系式t(PCV呼出阀设定值+预
设背压一实际背压)与(PCV呼出阀设定值／PVSV
的微泄漏压力系数)两者中的大值

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