導(dǎo)語：氨制冷裝置用壓力容器放管設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】針對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨制冷裝置的安全閥泄放管的要求，結(jié)合氨制冷裝置的特點(diǎn)，通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)泄放管的當(dāng)量長(zhǎng)度較大時(shí)，選用常規(guī)的彈簧式安全閥存在背壓較大的風(fēng)險(xiǎn)，影響安全閥的正常工作。提出應(yīng)根據(jù)制冷裝置的實(shí)際情況校核安全閥的選型，提出了不同情況下安全閥泄放管設(shè)計(jì)的參考方案。

【關(guān)鍵詞】氨；制冷裝置；安全閥；泄放管

安全閥是保障壓力容器、壓力管道等承壓設(shè)備不發(fā)生超壓破壞的重要保護(hù)裝置，安全閥泄放管則是在安全閥開啟后，將承壓設(shè)備內(nèi)泄放的介質(zhì)輸送到指定位置的輸送管道。GB50072-2010《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]和AQ7015-2018《氨制冷企業(yè)安全規(guī)范》[2]均規(guī)定氨制冷系統(tǒng)安全閥的泄放總管出口采取對(duì)空排放，排放口應(yīng)高于周圍50m范圍內(nèi)除冷庫以外的最高建筑物的屋脊5m。安全閥通常設(shè)置在制冷系統(tǒng)機(jī)房?jī)?nèi)的壓力容器和壓力管道上，機(jī)房的高度一般不超過8m，周圍50m范圍內(nèi)存在比機(jī)房更高的建筑物是常見的，在這種情況下要將泄放總管的排放口設(shè)置成高于最高建筑物屋脊5m，無疑是很難實(shí)現(xiàn)的，因此，幾乎沒有單位按此要求施工，標(biāo)準(zhǔn)的本條規(guī)定形同虛設(shè)。GB/T150.2-2011《壓力容器第1部分：通用要求》[3]規(guī)定易爆或者毒性程度為極度、高度、中度危害介質(zhì)不能排到大氣中，應(yīng)將泄放介質(zhì)引至安全地點(diǎn)進(jìn)行妥善處理；GB/T9237-2017《制冷系統(tǒng)及熱泵安全與環(huán)境要求》[4]規(guī)定制冷劑可以妥善排放到大氣中，但是排放口必須遠(yuǎn)離建筑物的新風(fēng)口，或者采用適量的吸收物質(zhì)進(jìn)行吸收處理；GB50072-201X《冷庫設(shè)計(jì)法規(guī)范》第35卷第5期2021年10月制冷與空調(diào)RefrigerationandAirConditioningVol.35No.5Oct.2021.738～741（報(bào)批稿）[5]規(guī)定氨制冷系統(tǒng)的安全閥泄壓管出口應(yīng)高于周圍50m范圍內(nèi)的除冷庫以外的最高建筑物屋脊5m，如不能滿足此要求的，則應(yīng)將泄壓管的出口接入氨吸納水池內(nèi)進(jìn)行處理。文獻(xiàn)[3]提出了與文獻(xiàn)[1,2]完全不同的要求，文獻(xiàn)[4,5]則提出了另一種可操作的解決方案，并規(guī)定了詳細(xì)的技術(shù)措施。

1氨制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)

氨制冷裝置用壓力容器是用于制冷循環(huán)的輔助設(shè)備，用于貯存、分離氨制冷劑，達(dá)到優(yōu)化制冷循環(huán)的目的。制冷循環(huán)由壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)4個(gè)基本過程單元組成，氨制冷劑在封閉的制冷系統(tǒng)中反復(fù)實(shí)現(xiàn)制冷劑的壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)。根據(jù)氨制冷劑在制冷系統(tǒng)中的工作壓力不同，將制冷系統(tǒng)分為高壓側(cè)和低壓側(cè)。圖1是典型的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)示意圖，膨脹閥是制冷系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)的分界點(diǎn)，制冷壓縮機(jī)高壓級(jí)排氣口至膨脹閥入口之間的裝置為高壓側(cè)，膨脹閥出口至制冷壓縮機(jī)高壓級(jí)吸氣口之間的裝置為低壓側(cè)。制冷系統(tǒng)正常工作時(shí)高壓側(cè)的工作壓力一般等于制冷劑冷凝溫度下的飽和蒸氣壓力，通常氨的冷凝溫度不高于36℃，即工作壓力為1.3MPa；低壓側(cè)的工作壓力一般等于制冷劑蒸發(fā)溫度下的飽和蒸氣壓力，而蒸發(fā)溫度則由制冷工藝確定，通常在-15℃～-45℃之間，即低壓側(cè)的工作壓力通常低于0.2MPa。制冷系統(tǒng)高壓側(cè)和低壓側(cè)的工作壓力不相同，設(shè)計(jì)壓力、安全閥的整定壓力也不相同，且相差較大，通常低壓側(cè)安全閥的整定壓力在1.4MPa左右，高壓側(cè)安全閥的整定壓力在2.1MPa左右。

2背壓對(duì)安全閥性能的影響

背壓是安全閥排放口處的壓力，由排放背壓和附加背壓組成，泄放介質(zhì)流經(jīng)安全閥及其排放系統(tǒng)在安全閥的出口處形成的壓力為排放背壓，安全閥出口處存在的由其他壓力源在排放系統(tǒng)中引起的的靜壓力為附加背壓[6]。文獻(xiàn)[7]分析了背壓對(duì)安全閥開啟壓力、排放壓力、回座壓力和排放量的影響。對(duì)于直接載荷式安全閥，背壓的存在會(huì)導(dǎo)致開啟壓力、排放壓力和回座壓力升高，壓力升高值等于背壓；對(duì)于平衡式安全閥和先導(dǎo)式安全閥，背壓對(duì)開啟壓力沒有影響，但排放壓力和回座壓力均會(huì)降低。在臨界條件下對(duì)排放量沒有影響，但在亞臨界條件下，背壓增加則排放量減少。文獻(xiàn)[8]分析了背壓對(duì)彈簧式安全閥開啟壓力和排放量的影響。對(duì)于非封閉式彈簧安全閥，背壓使安全閥的開啟壓力減?。粚?duì)于封閉式彈簧安全閥，背壓使安全閥的開啟壓力增加。該文獻(xiàn)還提出：安全閥開啟后，因泄放介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生積聚背壓，安全閥后的總背壓會(huì)升高，當(dāng)總背壓小于臨界流動(dòng)壓力時(shí)為臨界流動(dòng)，通過安全閥閥嘴的理論排放量由閥前的絕對(duì)壓力決定，與閥后壓力無關(guān)；當(dāng)背壓超過臨界流動(dòng)壓力時(shí)，排放量會(huì)減小。文獻(xiàn)[9]通過對(duì)彈簧式安全閥帶背壓排放和大氣排放的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)背壓會(huì)導(dǎo)致安全閥的整定壓力、回座壓力、排放壓力升高，排放量減少，但整定壓力、回座壓力、排放壓力的升高值均小于背壓，且差值較大。

3制冷壓力容器安全閥排放系統(tǒng)的背壓計(jì)算

文獻(xiàn)[5]對(duì)安全閥泄放總管出口的處理方法作出了具體規(guī)定，要求接入氨吸納水池內(nèi)的泄壓管出口應(yīng)在水面下靠近池底處，距離水面最深不超過9m，此時(shí)泄壓管出口處的液體靜壓力為88000Pa。目前，通常是同一氨制冷系統(tǒng)的多個(gè)安全閥泄放支管串聯(lián)在一根泄放總管上，泄放總管的流通面積較小，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。另外，安全閥泄放管的彎頭太多，一個(gè)彎頭緊接著一個(gè)彎頭，泄放介質(zhì)在泄放管內(nèi)的流動(dòng)阻力較大。下面舉例計(jì)算泄放介質(zhì)在泄放管內(nèi)的流動(dòng)阻力。舉例：安全閥型號(hào)A42F-25C，公稱直徑DN32mm，安全閥整定壓力2.05MPa，泄放管內(nèi)徑39mm，泄放介質(zhì)為氨，泄放管當(dāng)量長(zhǎng)度取L=30m。對(duì)于φ45mm的鋼管，一個(gè)90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)三通產(chǎn)生的局部流體阻力均相當(dāng)于長(zhǎng)度為40倍管道內(nèi)徑的直管所產(chǎn)生的局部流體阻力[10]。泄放管的流體阻力按公式（1）[10]計(jì)算。泄放總管出口處的液體靜壓力與泄放介質(zhì)在泄放管內(nèi)的流動(dòng)壓力降之和為195525Pa，約0.2MPa。彈簧式安全閥的允許背壓不大于其整定壓力的10%，因此，選用彈簧式安全閥符合安全閥的選用規(guī)定。同時(shí)，應(yīng)該注意到如果該安全閥泄放管的當(dāng)量長(zhǎng)度超過30m時(shí)，所選安全閥的允許背壓會(huì)超出允許范圍，將影響安全閥的正常使用，使安全閥所在設(shè)備發(fā)生超壓破壞的風(fēng)險(xiǎn)增加。

4制冷壓力容器安全閥泄放管的設(shè)計(jì)建議

制冷系統(tǒng)的安全閥泄放支管普遍采用串聯(lián)的方式與泄放總管連接，泄放總管的流通面積應(yīng)不小于各泄放支管流通面積之和。當(dāng)吸納水池的位置低于安全閥時(shí)，泄放支管可以參考圖2（a）從泄放總管的側(cè)面順流向接入，也可以參考圖2（b）從泄放總管的頂部順流向接入，但嚴(yán)禁從泄放總管的底部接入，防止總管內(nèi)的液體聚集到泄放支管內(nèi)，影響安全閥的正常開啟，同時(shí)泄放總管的水平段應(yīng)向出口端傾斜。在吸納水池最高液面以上的泄放總管上鉆直徑10mm的防虹吸孔，可以用破真空閥代替防虹吸孔，破真空閥應(yīng)安裝在吸納水池以外的泄放總管上。氨制冷系統(tǒng)的安全閥應(yīng)選用封閉式的全啟式結(jié)構(gòu)。安全閥進(jìn)口管道的通徑不得小于壓力容器上安全閥接管的通徑，管道且應(yīng)短而直。安全閥泄放支管應(yīng)水平或向上引出，不應(yīng)向下。泄放總管應(yīng)盡量減少?gòu)濐^，當(dāng)管道布置受現(xiàn)場(chǎng)條件限制導(dǎo)致彎頭較多時(shí)，應(yīng)加大彎頭的彎曲半徑，增加泄放總管的流通面積。泄放支管與泄放總管之間應(yīng)采用焊接連接，保證連接處的致密性，泄放支管、泄放總管及其連接結(jié)構(gòu)應(yīng)按安全閥的泄放壓力進(jìn)行強(qiáng)度校核。高壓側(cè)、低壓側(cè)的泄放總管應(yīng)分別設(shè)置，防止高壓側(cè)和低壓側(cè)的安全閥同時(shí)開啟時(shí)，導(dǎo)致低壓側(cè)的安全閥背壓太大，影響低壓側(cè)安全閥的正常使用。氨吸納水池內(nèi)的水量應(yīng)按1kg氨不少于10L水計(jì)算，且吸納水池的水應(yīng)不少于1200L。當(dāng)吸納水池的位置高于安全閥時(shí)，泄放總管的設(shè)計(jì)如圖3所示，壓力容器上的每只安全閥泄放支管順流向匯入泄放總管，泄放總管的水平段應(yīng)向出口端傾斜，并在泄放總管水平段的最低點(diǎn)鉆直徑16mm的漏液孔，在吸納水池最高液面以上的泄放總管上鉆直徑10mm的防虹吸孔。也可以用破真空閥代替防虹吸孔，破真空閥應(yīng)安裝在吸納水池以外的泄放總管上。

5結(jié)束語

制冷裝置用壓力容器多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)化的通用產(chǎn)品，而且設(shè)備專業(yè)的技術(shù)人員在制冷裝置用壓力容器設(shè)計(jì)過程中，在進(jìn)行安全閥的設(shè)計(jì)選型時(shí)不可能知道泄放管的長(zhǎng)度，因此選用封閉式的彈簧全啟式安全閥，雖然能夠滿足既定條件下的設(shè)計(jì)要求，但由于產(chǎn)品用于不同的制冷系統(tǒng)，仍然存在安全閥不能滿足使用要求的情況。因此，管道專業(yè)或系統(tǒng)專業(yè)的技術(shù)人員還需要根據(jù)安全閥所在制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)安全閥的安全泄放量計(jì)算背壓，根據(jù)允許背壓調(diào)整泄放管道的規(guī)格，或者選用平衡式或先導(dǎo)式安全閥，在選型時(shí)可以參考GB/T37816-2019《承壓設(shè)備安全泄放裝置選用與安裝》[11]，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)安全閥的背壓小于整定壓力的10%時(shí)，可以選用彈簧式安全閥；當(dāng)安全閥的背壓超過整定壓力的10%且不大于整定壓力的30%時(shí)，應(yīng)選用平衡式安全閥；當(dāng)安全閥的背壓大于整定壓力的30%且小于整定壓力的80%時(shí)，應(yīng)選用先導(dǎo)式安全閥。

作者：熊從貴 胡家揚(yáng) 何靜 宋玲麗 單位：臺(tái)州龍江化工機(jī)械科技有限公司 臺(tái)州市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院