5.7 泄压排放

5.7.1 在非正常条件下可能出现超压的压力容器和压力管道应设置安全泄放装置。安全泄放装置包括安全阀、爆破片和爆破针阀。
    独立压力系统是指由一个或多个设备通过管道连接，且中间无阀门隔断的，或不会发生阻塞的压力系统，其两端设有可与其他系统隔断的阀门。
    一般的自控仪表不应替代安全泄放装置。但是在因为环境保护原因不允许排放或无法安装安全泄放装置时，经过工艺危险性分析，并得到有关部门认可，可以采用本质安全设计或高完整性保护系统（HIPS）来消除超压或者进行超压保护。
    爆破针阀（buckling pin relief valve）是由阀门和阀外装有爆破针的机盒组成的一种不重新闭合的安全泄放装置。爆破针通过机械传动机构承载阀盘上的载荷，当阀门进口静压力达到弯折压力时，爆破针失稳弯曲，阀盘立即全开，泄放流体。
5.7.2 最大允许工作压力（Maximum Allowable Working Pressure，MAWP）是指在指定温度下设备顶部所允许承受的最大压力。该压力是根据设备各受压元件的有效厚度，考虑该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。
    由设备和管道组成的独立压力系统，管道设计安全系数比设备大，系统设计压力为设备设计压力，因此安全泄放装置的设定压力和最大泄放压力应符合设备设计规范《压力容器》GB150.1~GB150.4的规定。
    单纯管道组成的独立压力系统，相关压力应符合《压力管道规范工业管道》GB/T20801.1~GB/T20801.6的有关规定，这与《工艺管道》ASMEB31.3有关条款一致。对GC2级和GC3级管道的非液体受热膨胀的超压工况，在符合现行国家标准《压力管道规范工业管道第3部分：设计和计算》GB/T20801.3的“4.2.3压力和温度的允许变动范围”中要求的设计条件下，最大泄放压力不应超过规定的允许压力变动幅度。
    在失控反应泄放分析和美国化学工程师协会的DIERS泄放量计算方法中定义安全泄放装置全开启压力为“泄放压力”（reliefpressure）。对于爆破片装置和爆破针阀即为设定压力（或标定爆破压力和弯折压力）；对安全阀比设定压力高约10%，其数值与阀门型式和制造商有关。失控反应超压泄放（特别对于蒸气系统和调节混合系统）宜选择较低的泄放压力，有利于减少泄放量和泄放面积。泄放压力宜与最高操作压力保持适当的操作裕量。安全阀的回座压力应该大于正常操作压力。
5.7.3 失控反应紧急泄放的安全泄放量计算可参考美国化学工程师协会的DIERS方法，其他超压工况的安全泄放量和最小泄放面积计算可参考《压力管道规范工业管道第6部分：安全防护》GB/T20801.6。更详细的最小泄放面积计算可参考《炼油厂压力泄放装置的尺寸确定、选择和安装第1部分：尺寸确定和选型》API STD520-I。
5.7.4 安全泄放装置有安全阀、爆破片、爆破针阀等。
5.7.5 精细化工企业规模小，一般不设火炬。为满足安全环保要求，根据介质性质，一些安全泄放装置的出口管应接至焚烧设施，一些应接至吸收等设施。受工艺条件或介质特性限制而无法排入焚烧等处理设施的特殊情况下，可直接向大气排放，但其排放管口应加以限制，以保证消防救援车辆装备和人员安全。
5.7.6 日本中央劳动灾害防止协会调查研究部对间歇式化工过程的事故统计分析结果为：爆炸/火灾及火灾占90%，其中前者与后者之比大于2。我国中石化也有类似的统计分析结果，国内近几年的重大化工事故都涉及爆炸事故。因此，火灾和爆炸是互为因果的，防火必须防爆。
    美国1974年重大火灾点燃源统计数据表明电气点燃源约23%，欧洲和日本20世纪90年代气体、蒸气、爆炸和粉尘爆炸事故点燃源统计数据表明电气点燃源均已下降，气体、蒸气爆炸为6%（欧洲）和11.1%（日本），粉尘爆炸3%（欧洲）和3.7%（日本）。2014年8月2日江苏省昆山中荣金属制品公司特别重大铝粉爆炸事故就是由非电气的袋式除尘器和风道引起的。2013年山东省青岛市“11.22”中石化东黄输油管道泄漏气体爆炸特别重大事故的国务院调查组调查报告表明，直接原因就是由液压破碎锤在盖板上撞击形成的机械火花引起的。因此，非电气设备防爆安全亟待重视。
    20世纪90年代，欧盟颁布了两个重要的防爆法规（ATEX100a指令和ATEX108a指令），首次提出非电气设备的防爆技术，并制定一系列相关的标准。我国已部分引进欧洲非电气设备防爆技术标准，如《爆炸性环境爆炸预防和防护》GB25285和
《爆炸性环境用非电气设备》GB25286等。
    精细化工装置中，有各种潜在爆炸性环境用非电气设备，包括机械类设备（如泵、真空泵、风机、压缩机、离心机、干燥器、搅拌机、提升机、输送机、传动机械等）、非机械类设备（如储罐、容器、反应器、塔器、换热器、分离器、焚烧炉、氧化炉、活性炭吸附槽等以及连接管道系统）。
    在非电气设备内部形成爆炸性环境的可燃气体、蒸气和可燃粉尘，可能是进料的组分和反应生成的；而氧化剂也可能是进料组分（如氧气、氯气、氟气等）或者在开、停车、加料或异常操作过程中带入或漏入的空气。
    非电气设备防爆设计要防范电气点燃源，也要防范大量的非电气点燃源。非电气点燃源包括电气的（电火花、电弧、静电、雷电、杂散电流）、机械的（摩擦、碰撞、切割、焊接）、热学的（热表面、热颗粒、高温气体、外部火灾或明火）、流体力学的（绝热压缩、冲击波）、光学和声学的（紫外线、红外线、激光、电磁波、电离辐射、超声波）和化学的（失控放热反应、催化作用、自燃）等。根据爆炸性环境出现的频率和持续时间，对于设备和连接管道的内部和周围环境划分危险区域等级。对于可能造成重大后果的爆炸工况，不仅考虑正常操作和可预期故障场景，还考虑罕见的故障场景。在此基础上进行防爆设计。
    常见的非电气设备防爆（主要是防止爆燃）技术有：
    （1）惰化防爆（inerting），用氮气或惰性气体稀释，避免形成爆炸性环境；
    （2）控制点燃源（control of ignition source），消除点燃源或降低其能量，防止发生点燃；
    （3）耐爆设计explosion containment design），容器设计成能耐受最大爆炸压力和爆炸冲击波峰值压力；
    （4）爆炸抑制（explosion suppression），喷射抑制剂抑制爆炸，主要用于粉尘爆炸；
    （5）爆燃泄放（deflagration venting），用紧急泄放的方法保护设备；
    （6）隔爆设计（explosion insulation design），用被动型（pas-sive）的阻火器和主动型（active）的机械阀门隔离火焰和爆炸传播；
    （7）静电接地（static grounding），防止物体摩擦产生静电而引起火星。
    防爆轰技术主要通过本质安全设计防止可能形成爆轰的混合物的方法，或者合理设置阻火器的位置防止爆燃发展成爆轰。
    现行国家标准《压力容器》GB150.1~GB150.4附录B和《压力管道规范工业管道第6部分：安全防护》GB/T20801.6-2016附录A中的计算方法均不适用于爆燃泄放计算，必须用专门的标准计算，如《爆燃泄放方法的防爆标准》NFPA68和《粉尘爆炸泄压指南》GB/T15605。爆燃泄放不能使用安全阀，应使用爆破片装置或泄爆板（explosion vent panels）。
    非电气设备防爆技术标准有：
    《管道系统内气体混合物的防爆（管道阻火器应用）》NFPA67
    《用爆燃泄放的防爆标准》NFPA68
    《防爆系统标准》NFPA69
    《潜在爆炸性环境用非电气设备》EN13463-1、2、3、5、6、8
    《防止由可燃固体颗粒生产、加工和处理产生的火灾和粉尘爆炸的标准》NFPA654
    《阻火器一性能要求、试验方法和使用限制》ISO16852
    《阻火器选用导则》PD CEN/TR16793
    《粉尘爆炸泄放保护系统》EN14491
    《爆炸抑制系统》EN14373
    《耐爆炸设备》EN14460
    《粉尘爆炸泄压指南》GB/T15605
    《监控式抑爆装置安全技术要求》GB/T18154
    《粉尘爆炸危险场所用收尘器防爆导则》GB/T 17919
    《爆炸性环境爆炸预防和防护第1部分：基本原则和方法》GB25285.1（EN1127-1，MOD）
    《爆炸性环境用非电气设备第1部分：基本方法和要求》GB25286.1（EN 13463-1，MOD）
    《爆炸性环境用非电气设备第2部分：限流外壳型“fr”》GB25286.2（EN 13463-2，MOD）
    《爆炸性环境用非电气设备第3部分：隔爆外壳型“d”》GB25286.3（EN13463-3，MOD）
    《爆炸性环境用非电气设备第5部分：结构安全型“c”》GB25286.5（EN 13463-5，MOD）
    《爆炸性环境用非电气设备第6部分：控制点燃源型“b”》GB25286.6（EN13463-6，MOD）
    《爆炸性环境用非电气设备第8部分：液浸型“k”》GB25286.8（EN 13463-8，MOD）
5.7.7 阻火器是非电气设备有效的、经济的、普遍应用的防爆装置，其功能是防止爆炸（如储罐呼吸阀管端型阻火器）、阻止爆炸通过管道蔓延（用管道型阻火器）和防止爆燃发展成能量大得多的爆轰（合理设计管道型阻火器的位置）。
阻火器分类如下：
    1 用于气体、蒸汽防爆的阻火器一般有下列几种类型：
    （1）基于间隙熄火的干式静态阻火器（简称阻火器）根据应用需要有很多型式，详见《阻火器一性能要求、实验方法和使用限制》ISO16852和《阻火器选用导则》PDCEN/TR16793。
    （2）基于液体阻止火焰的液体静态阻火器，有两种型式：一种虹吸形式的液封，用于可燃液体产品进料和出料；另一种液力型，气体通过浸没管被分割成不连续的气泡，常用于保护污染的废气流，如焚烧炉排放气。
    （3）动力型阻火器，基于通过间隙的流速总是比爆炸性混合物湍流火焰速度足够高，就不可能反向传播引起爆炸的原理。常用于焚烧炉烧咀进口防回火的高速阀（high velocity valve）是一种管端型动力型阻火器。
    2 用于粉尘爆炸的阻火器都是主动型的，即通过火焰检测器在几毫秒内启动。一般有三种类型：
    （1）星形加料器（star-wheel feeder）或旋转阀（rotary valves）；
    （2）快速关闭阀（rapid-closing valves）（爆炸隔离阀）；
    （3）在火焰前端喷射抑制剂。
    干式静态阻火器是最常用的阻火器，选用阻火器阻火元件的缝隙必须小于可燃气体、蒸气混合物的MESG，才能起阻火作用。
    《阻火器性能要求、试验方法和使用限制》EN12874、ISO16852以及《石油气体管道阻火器》GB/T13347等阻火器标准已将MESG分为7级，比《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058中电气防爆级别分级更细。爆炸性气体、蒸气混合物的爆炸级别和相对应的MESG见表10。