智能壓力變送器與爆破片聯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合安裝時存在的安全風險，并提出解決方案，對系統的安全設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化學品的裝置。裝置中的原料和產品通常是易燃、易爆或有毒的物質，這些物質一旦發生泄漏，將會給生命財產和環境造成損失，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生的安全問題，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險，本文就智能壓力變送器和爆破片聯合安裝產生的安全風險進行分析，并提出解決方案。

2 智能壓力變送器與爆破片聯合安裝適用情況

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，爆破片發生破裂或脫落，同時泄放超壓介質。爆破片由于動作后無法復原，會損失大量物料，同時需停車進行更換，所以一般優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，需要聯合使用爆破片。例如：反應過程壓力增長迅速，智能壓力變送器響應不及時；正常操作過程中不允許外部介質通過安全泄壓設施進入，或者工藝介質不允許通過智能壓力變送器泄漏；泄放介質比較粘稠、易聚合或含有固體可能導致智能壓力變送器失靈；工藝介質有腐蝕性，需要采用耐腐蝕的材質或內襯防腐蝕材料，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合安裝型式

智能壓力變送器與爆破片的聯合安裝形式有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，兩者各自發揮作用，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，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，在進行智能壓力變送器選型時需要進行修正。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智能壓力變送器不受泄放管道介質腐蝕的作用，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合安裝時的安全風險

4.1 爆破片不能動作

當爆破片安裝于智能壓力變送器的上游時，如果爆破片發生泄漏，在爆破片和智能壓力變送器之間將產生額外的背壓。由于上下游的壓差達到設定值時，爆破片才能動作。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才能引發爆破片動作。也就是說，當系統壓力達到設定壓力時，爆破片不能動作或動作滯后，導致被保護設備超壓發生危險。

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，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，有可能導致智能壓力變送器選型偏小，不能滿足泄壓要求，產生風險。

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，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使用時，如選型不當，有可能影響智能壓力變送器的動作。如爆破片動作后產生碎片或火花，可能導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的作用，還可能造成額外的風險。

5 采取的措施

根據工程經驗，對爆破片和智能壓力變送器聯合安裝產生的安全風險，可以采取以下措施預防。

5.1 設置壓力變送器或過流閥

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現。2）由于智能壓力變送器的安裝高度較高，現場壓力表安裝位置相應比較高，不便于讀取。3）現場壓力表精度不足。為防范這些風險，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發現爆破片的泄漏，降低安全風險，并減輕操作人員的工作負荷。此外，也可以通過在智能壓力變送器與爆破片之間設置過流閥來防止壓力累積。在發生少量泄漏時，過流閥可以將泄漏的介質及時排出，而爆破片動作時，過流閥自動關閉，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進行校正。根據API RP 520-I-2014的規定，在沒有實驗值時，組合校正系數Kctuijian取0.9 [1] 。國內對于聯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組合泄放特性，發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，因此在設計時可以用0.9進行初算和選型，當爆破片廠家確定后，再要求爆破片廠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足泄放要求。

5.3 合理選用爆破片

在選用爆破片時，應注意爆破片的材質應保證其不被介質腐蝕，同時爆破片爆破后不應有碎片，也不能產生火花，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；當介質為液體時，不宜選用反拱型爆破片；當設備壓力較高時，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合使用并不適用，如經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，起不到聯合使用的作用，反而帶來安全風險，此時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

綜上所述，本文介紹了智能壓力變送器與爆破片聯合安裝的適用情況，探討了智能壓力變送器與爆破片聯合安裝后產生的安全風險，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值。