智能壓力變送器與爆破片聯(lián)合使用時安全性探討

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

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(shè)計階段應(yīng)考慮各種可能發(fā)生的安全問題，并提前采取安全措施。設(shè)計中能夠采取的安全措施較多，安裝安全泄壓裝置是保護(hù)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(cè)壓差達(dá)到設(shè)定值時，爆破片發(fā)生破裂或脫落，同時泄放超壓介質(zhì)。爆破片由于動作后無法復(fù)原，會損失大量物料，同時需停車進(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法滿足安全要求，需要聯(lián)合使用爆破片。例如：反應(yīng)過程壓力增長迅速，智能壓力變送器響應(yīng)不及時；正常操作過程中不允許外部介質(zhì)通過安全泄壓設(shè)施進(jìn)入，或者工藝介質(zhì)不允許通過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(dǎo)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(nèi)襯防腐蝕材料，導(dǎo)致智能壓力變送器的制造成本較高；有多個超壓工況，且超壓工況比較復(fù)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發(fā)揮作用，彌補智能壓力變送器動作滯后的缺點，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，此時爆破片主要起到保護(hù)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)合安裝時的安全風(fēng)險

4.1 爆破片不能動作

當(dāng)爆破片安裝于智能壓力變送器的上游時，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(dá)到設(shè)定值時，爆破片才能動作。如果其下游壓力升高△P，則上游設(shè)定壓力也需要相應(yīng)提高△P才能引發(fā)爆破片動作。也就是說，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時，爆破片不能動作或動作滯后，導(dǎo)致被保護(hù)設(shè)備超壓發(fā)生危險。

4.2 智能壓力變送器泄放能力下降

當(dāng)爆破片安裝于智能壓力變送器的入口時，爆破片動作后其流道的泄放面積將減小，會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(dǎo)致智能壓力變送器選型偏小，不能滿足泄壓要求，產(chǎn)生風(fēng)險。

4.3 增加額外背壓

當(dāng)爆破片安裝于智能壓力變送器的出口時，由于智能壓力變送器的泄漏，將導(dǎo)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(dāng)

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

5 采取的措施

根據(jù)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(yù)防。

5.1 設(shè)置壓力變送器或過流閥

設(shè)計中通常采取在智能壓力變送器與爆破片之間設(shè)置現(xiàn)場壓力表的方式來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被發(fā)現(xiàn)。2）由于智能壓力變送器的安裝高度較高，現(xiàn)場壓力表安裝位置相應(yīng)比較高，不便于讀取。3）現(xiàn)場壓力表精度不足。為防范這些風(fēng)險，可在智能壓力變送器與爆破片之間設(shè)置壓力變送器，并設(shè)定控制室內(nèi)報警，用于檢測爆破片破裂或泄漏。設(shè)置壓力變送器及報警能幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)爆破片的泄漏，降低安全風(fēng)險，并減輕操作人員的工作負(fù)荷。此外，也可以通過在智能壓力變送器與爆破片之間設(shè)置過流閥來防止壓力累積。在發(fā)生少量泄漏時，過流閥可以將泄漏的介質(zhì)及時排出，而爆破片動作時，過流閥自動關(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，智能壓力變送器實際泄放量將低于智能壓力變送器單好安裝時的泄放量，因此需要對泄放系數(shù)進(jìn)行校正。根據(jù)API RP 520-I-2014的規(guī)定，在沒有實驗值時，組合校正系數(shù)Kctuijian取0.9 [1] 。國內(nèi)對于聯(lián)合安裝校準(zhǔn)系數(shù)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(xiàn)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(cè)面時的泄放能力分別下降了2.9%和5%，對應(yīng)的Kc為0.971和0.95。喻健良等 [3] 則研究發(fā)現(xiàn)組合校正系數(shù)Kc在0.876~0.912之間。由于校正系數(shù)的范圍較大，因此在設(shè)計時可以用0.9進(jìn)行初算和選型，當(dāng)爆破片廠家確定后，再要求爆破片廠家提供校正系數(shù)以便校驗，保證智能壓力變送器的泄放量滿足泄放要求。

5.3 合理選用爆破片

在選用爆破片時，應(yīng)注意爆破片的材質(zhì)應(yīng)保證其不被介質(zhì)腐蝕，同時爆破片爆破后不應(yīng)有碎片，也不能產(chǎn)生火花，如選用正反拱帶槽型、開裂型或反拱帶刀（鱷齒）型等型式的爆破片；當(dāng)介質(zhì)為液體時，不宜選用反拱型爆破片；當(dāng)設(shè)備壓力較高時，宜采用正拱型爆破片，反之，宜選用反拱型和開縫型爆破片。有些場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過大的情況。這些場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，反而帶來安全風(fēng)險，此時可采用提高設(shè)計壓力或其他安全措施提高系統(tǒng)安全性。

6  結(jié)束語

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(yīng)的解決方案，對保證系統(tǒng)的安全有一定的參考價值。