智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合使用時(shí)安全性探討

摘要：本文介紹了智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合安裝時(shí)存在的安全風(fēng)險，并提出解決方案，對系統的安全設計有較好的參考價(jià)值。

1 概述

石油化工裝置是加工石油及生產(chǎn)化學(xué)品的裝置。裝置中的原料和產(chǎn)品通常是易燃、易爆或有毒的物質(zhì)，這些物質(zhì)一旦發(fā)生泄漏，將會(huì )給生命財產(chǎn)和環(huán)境造成損失，因此石油化工裝置的安全性受到高度重視。在裝置的設計階段應考慮各種可能發(fā)生的安全問(wèn)題，并提前采取安全措施。設計中能夠采取的安全措施較多，安裝安全泄壓裝置是保護壓力容器及壓力管道#主要的安全措施，可防止容器和壓力管道超壓破裂或爆炸造成的一系列安全危害。安全泄壓裝置中智能壓力變送器和爆破片#為常用。通常使用智能壓力變送器，但在一些特殊情況下，需要單好使用爆破片或二者組合使用。組合泄放裝置存在新的安全風(fēng)險，本文就智能壓力變送器和爆破片聯(lián)合安裝產(chǎn)生的安全風(fēng)險進(jìn)行分析，并提出解決方案。

2 智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合安裝適用情況

爆破片裝置主要由爆破片和夾持器組成，在爆破片兩側壓差達到設定值時(shí)，爆破片發(fā)生破裂或脫落，同時(shí)泄放超壓介質(zhì)。爆破片由于動(dòng)作后無(wú)法復原，會(huì )損失大量物料，同時(shí)需停車(chē)進(jìn)行更換，所以一般優(yōu)先選用智能壓力變送器。但有些工況，單好使用智能壓力變送器無(wú)法滿(mǎn)足安全要求，需要聯(lián)合使用爆破片。例如：反應過(guò)程壓力增長(cháng)迅速，智能壓力變送器響應不及時(shí)；正常操作過(guò)程中不允許外部介質(zhì)通過(guò)安全泄壓設施進(jìn)入，或者工藝介質(zhì)不允許通過(guò)智能壓力變送器泄漏；泄放介質(zhì)比較粘稠、易聚合或含有固體可能導致智能壓力變送器失靈；工藝介質(zhì)有腐蝕性，需要采用耐腐蝕的材質(zhì)或內襯防腐蝕材料，導致智能壓力變送器的制造成本較高；有多個(gè)超壓工況，且超壓工況比較復雜等。

3 智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合安裝型式

智能壓力變送器與爆破片的聯(lián)合安裝形式有3種，如圖1所示。

地衣種形式是智能壓力變送器與爆破片并聯(lián)，兩者各自發(fā)揮作用，爆破片的定壓高于智能壓力變送器，其在壓力快速升高時(shí)發(fā)揮作用，彌補智能壓力變送器動(dòng)作滯后的缺點(diǎn)，泄放面積計算兩者互不影響。第2種形式是爆破片與智能壓力變送器串聯(lián)，爆破片裝在智能壓力變送器入口，此時(shí)爆破片將影響智能壓力變送器的泄放能力，在進(jìn)行智能壓力變送器選型時(shí)需要進(jìn)行修正。第3種形式是爆破片安裝在智能壓力變送器出口，此時(shí)爆破片主要起到保護智能壓力變送器不受泄放管道介質(zhì)腐蝕的作用，影響智能壓力變送器的背壓，對智能壓力變送器的泄放能力影響不大。

4 智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合安裝時(shí)的安全風(fēng)險

4.1 爆破片不能動(dòng)作

當爆破片安裝于智能壓力變送器的上游時(shí)，如果爆破片發(fā)生泄漏，在爆破片和智能壓力變送器之間將產(chǎn)生額外的背壓。由于上下游的壓差達到設定值時(shí)，爆破片才能動(dòng)作。如果其下游壓力升高△P，則上游設定壓力也需要相應提高△P才能引發(fā)爆破片動(dòng)作。也就是說(shuō)，當系統壓力達到設定壓力時(shí)，爆破片不能動(dòng)作或動(dòng)作滯后，導致被保護設備超壓發(fā)生危險。

4.2 智能壓力變送器泄放能力下降

當爆破片安裝于智能壓力變送器的入口時(shí)，爆破片動(dòng)作后其流道的泄放面積將減小，會(huì )增加智能壓力變送器入口管道的壓力降，影響智能壓力變送器的泄放能力。在不同的安裝型式下，對智能壓力變送器泄放能力的影響不同。如不考慮爆破片的影響，有可能導致智能壓力變送器選型偏小，不能滿(mǎn)足泄壓要求，產(chǎn)生風(fēng)險。

4.3 增加額外背壓

當爆破片安裝于智能壓力變送器的出口時(shí)，由于智能壓力變送器的泄漏，將導致智能壓力變送器背壓升高，影響智能壓力變送器的泄壓。

4.4 爆破片選型不當

爆破片與智能壓力變送器串聯(lián)使用時(shí)，如選型不當，有可能影響智能壓力變送器的動(dòng)作。如爆破片動(dòng)作后產(chǎn)生碎片或火花，可能導致智能壓力變送器閥瓣無(wú)法回座或密封損壞，這樣不僅不能起到保護的作用，還可能造成額外的風(fēng)險。

5 采取的措施

根據工程經(jīng)驗，對爆破片和智能壓力變送器聯(lián)合安裝產(chǎn)生的安全風(fēng)險，可以采取以下措施預防。

5.1 設置壓力變送器或過(guò)流閥

設計中通常采取在智能壓力變送器與爆破片之間設置現場(chǎng)壓力表的方式來(lái)檢測爆破片破裂或泄漏，但這種方法存在下列安全隱患：1）巡檢人員有巡檢周期，爆破片的泄漏不能及時(shí)被發(fā)現。2）由于智能壓力變送器的安裝高度較高，現場(chǎng)壓力表安裝位置相應比較高，不便于讀取。3）現場(chǎng)壓力表精度不足。為防范這些風(fēng)險，可在智能壓力變送器與爆破片之間設置壓力變送器，并設定控制室內報警，用于檢測爆破片破裂或泄漏。設置壓力變送器及報警能幫助操作人員及時(shí)發(fā)現爆破片的泄漏，降低安全風(fēng)險，并減輕操作人員的工作負荷。此外，也可以通過(guò)在智能壓力變送器與爆破片之間設置過(guò)流閥來(lái)防止壓力累積。在發(fā)生少量泄漏時(shí)，過(guò)流閥可以將泄漏的介質(zhì)及時(shí)排出，而爆破片動(dòng)作時(shí)，過(guò)流閥自動(dòng)關(guān)閉，保證正常泄壓。

5.2 智能壓力變送器泄放能力計算修正

爆破片安裝于智能壓力變送器入口時(shí)，智能壓力變送器實(shí)際泄放量將低于智能壓力變送器單好安裝時(shí)的泄放量，因此需要對泄放系數進(jìn)行校正。根據API RP 520-I-2014的規定，在沒(méi)有實(shí)驗值時(shí)，組合校正系數Kctuijian取0.9 [1] 。國內對于聯(lián)合安裝校準系數的研究較少，顧雪銘等 [2] 研究了爆破片與智能壓力變送器串聯(lián)組合泄放特性，發(fā)現安裝爆破片后組合裝置的泄放能力下降。爆破片安裝在智能壓力變送器底部和側面時(shí)的泄放能力分別下降了2.9%和5%，對應的Kc為0.971和0.95。喻健良等 [3] 則研究發(fā)現組合校正系數Kc在0.876~0.912之間。由于校正系數的范圍較大，因此在設計時(shí)可以用0.9進(jìn)行初算和選型，當爆破片廠(chǎng)家確定后，再要求爆破片廠(chǎng)家提供校正系數以便校驗，保證智能壓力變送器的泄放量滿(mǎn)足泄放要求。

5.3 合理選用爆破片

在選用爆破片時(shí)，應注意爆破片的材質(zhì)應保證其不被介質(zhì)腐蝕，同時(shí)爆破片爆破后不應有碎片，也不能產(chǎn)生火花，如選用正反拱帶槽型、開(kāi)裂型或反拱帶刀（鱷齒）型等型式的爆破片；當介質(zhì)為液體時(shí)，不宜選用反拱型爆破片；當設備壓力較高時(shí)，宜采用正拱型爆破片，反之，宜選用反拱型和開(kāi)縫型爆破片。有些場(chǎng)合爆破片和智能壓力變送器聯(lián)合使用并不適用，如經(jīng)常超壓或者溫度波動(dòng)過(guò)大的情況。這些場(chǎng)合可能造成爆破片提前爆破或不能爆破，起不到聯(lián)合使用的作用，反而帶來(lái)安全風(fēng)險，此時(shí)可采用提高設計壓力或其他安全措施提高系統安全性。

6  結束語(yǔ)

綜上所述，本文介紹了智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合安裝的適用情況，探討了智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合安裝后產(chǎn)生的安全風(fēng)險，并提出了相應的解決方案，對保證系統的安全有一定的參考價(jià)值。