智能压力变送器与爆破片联合使用时安全性探讨

摘要：本文介绍了智能压力变送器与爆破片联合安装时存在的安全风险，并提出解决方案，对系统的安全设计有较好的参考价值。

1 概述

石油化工装置是加工石油及生产化学品的装置。装置中的原料和产品通常是易燃、易爆或有毒的物质，这些物质一旦发生泄漏，将会给生命财产和环境造成损失，因此石油化工装置的安全性受到高度重视。在装置的设计阶段应考虑各种可能发生的安全问题，并提前采取安全措施。设计中能够采取的安全措施较多，安装安全泄压装置是保护压力容器及压力管道#主要的安全措施，可防止容器和压力管道超压破裂或爆炸造成的一系列安全危害。安全泄压装置中智能压力变送器和爆破片#为常用。通常使用智能压力变送器，但在一些特殊情况下，需要单好使用爆破片或二者组合使用。组合泄放装置存在新的安全风险，本文就智能压力变送器和爆破片联合安装产生的安全风险进行分析，并提出解决方案。

2 智能压力变送器与爆破片联合安装适用情况

爆破片装置主要由爆破片和夹持器组成，在爆破片两侧压差达到设定值时，爆破片发生破裂或脱落，同时泄放超压介质。爆破片由于动作后无法复原，会损失大量物料，同时需停车进行更换，所以一般优先选用智能压力变送器。但有些工况，单好使用智能压力变送器无法满足安全要求，需要联合使用爆破片。例如：反应过程压力增长迅速，智能压力变送器响应不及时；正常操作过程中不允许外部介质通过安全泄压设施进入，或者工艺介质不允许通过智能压力变送器泄漏；泄放介质比较粘稠、易聚合或含有固体可能导致智能压力变送器失灵；工艺介质有腐蚀性，需要采用耐腐蚀的材质或内衬防腐蚀材料，导致智能压力变送器的制造成本较高；有多个超压工况，且超压工况比较复杂等。

3 智能压力变送器与爆破片联合安装型式

智能压力变送器与爆破片的联合安装形式有3种，如图1所示。

地衣种形式是智能压力变送器与爆破片并联，两者各自发挥作用，爆破片的定压高于智能压力变送器，其在压力快速升高时发挥作用，弥补智能压力变送器动作滞后的缺点，泄放面积计算两者互不影响。第2种形式是爆破片与智能压力变送器串联，爆破片装在智能压力变送器入口，此时爆破片将影响智能压力变送器的泄放能力，在进行智能压力变送器选型时需要进行修正。第3种形式是爆破片安装在智能压力变送器出口，此时爆破片主要起到保护智能压力变送器不受泄放管道介质腐蚀的作用，影响智能压力变送器的背压，对智能压力变送器的泄放能力影响不大。

4 智能压力变送器与爆破片联合安装时的安全风险

4.1 爆破片不能动作

当爆破片安装于智能压力变送器的上游时，如果爆破片发生泄漏，在爆破片和智能压力变送器之间将产生额外的背压。由于上下游的压差达到设定值时，爆破片才能动作。如果其下游压力升高△P，则上游设定压力也需要相应提高△P才能引发爆破片动作。也就是说，当系统压力达到设定压力时，爆破片不能动作或动作滞后，导致被保护设备超压发生危险。

4.2 智能压力变送器泄放能力下降

当爆破片安装于智能压力变送器的入口时，爆破片动作后其流道的泄放面积将减小，会增加智能压力变送器入口管道的压力降，影响智能压力变送器的泄放能力。在不同的安装型式下，对智能压力变送器泄放能力的影响不同。如不考虑爆破片的影响，有可能导致智能压力变送器选型偏小，不能满足泄压要求，产生风险。

4.3 增加额外背压

当爆破片安装于智能压力变送器的出口时，由于智能压力变送器的泄漏，将导致智能压力变送器背压升高，影响智能压力变送器的泄压。

4.4 爆破片选型不当

爆破片与智能压力变送器串联使用时，如选型不当，有可能影响智能压力变送器的动作。如爆破片动作后产生碎片或火花，可能导致智能压力变送器阀瓣无法回座或密封损坏，这样不仅不能起到保护的作用，还可能造成额外的风险。

5 采取的措施

根据工程经验，对爆破片和智能压力变送器联合安装产生的安全风险，可以采取以下措施预防。

5.1 设置压力变送器或过流阀

设计中通常采取在智能压力变送器与爆破片之间设置现场压力表的方式来检测爆破片破裂或泄漏，但这种方法存在下列安全隐患：1）巡检人员有巡检周期，爆破片的泄漏不能及时被发现。2）由于智能压力变送器的安装高度较高，现场压力表安装位置相应比较高，不便于读取。3）现场压力表精度不足。为防范这些风险，可在智能压力变送器与爆破片之间设置压力变送器，并设定控制室内报警，用于检测爆破片破裂或泄漏。设置压力变送器及报警能帮助操作人员及时发现爆破片的泄漏，降低安全风险，并减轻操作人员的工作负荷。此外，也可以通过在智能压力变送器与爆破片之间设置过流阀来防止压力累积。在发生少量泄漏时，过流阀可以将泄漏的介质及时排出，而爆破片动作时，过流阀自动关闭，保证正常泄压。

5.2 智能压力变送器泄放能力计算修正

爆破片安装于智能压力变送器入口时，智能压力变送器实际泄放量将低于智能压力变送器单好安装时的泄放量，因此需要对泄放系数进行校正。根据API RP 520-I-2014的规定，在没有实验值时，组合校正系数Kctuijian取0.9 [1] 。国内对于联合安装校准系数的研究较少，顾雪铭等 [2] 研究了爆破片与智能压力变送器串联组合泄放特性，发现安装爆破片后组合装置的泄放能力下降。爆破片安装在智能压力变送器底部和侧面时的泄放能力分别下降了2.9%和5%，对应的Kc为0.971和0.95。喻健良等 [3] 则研究发现组合校正系数Kc在0.876~0.912之间。由于校正系数的范围较大，因此在设计时可以用0.9进行初算和选型，当爆破片厂家确定后，再要求爆破片厂家提供校正系数以便校验，保证智能压力变送器的泄放量满足泄放要求。

5.3 合理选用爆破片

在选用爆破片时，应注意爆破片的材质应保证其不被介质腐蚀，同时爆破片爆破后不应有碎片，也不能产生火花，如选用正反拱带槽型、开裂型或反拱带刀（鳄齿）型等型式的爆破片；当介质为液体时，不宜选用反拱型爆破片；当设备压力较高时，宜采用正拱型爆破片，反之，宜选用反拱型和开缝型爆破片。有些场合爆破片和智能压力变送器联合使用并不适用，如经常超压或者温度波动过大的情况。这些场合可能造成爆破片提前爆破或不能爆破，起不到联合使用的作用，反而带来安全风险，此时可采用提高设计压力或其他安全措施提高系统安全性。

6  结束语

综上所述，本文介绍了智能压力变送器与爆破片联合安装的适用情况，探讨了智能压力变送器与爆破片联合安装后产生的安全风险，并提出了相应的解决方案，对保证系统的安全有一定的参考价值。