腊闻波 何晓龙
中国市政工程西北设计研究院有限公司新疆分公司 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：CNG加气站最常见事故有泄漏，爆炸，中毒等。为了抑制事故发生或者较小事故发生后对我们带来的损失，就必须要采取适当的控制措施。从控制事故的角度出发，对CNG加气站中必要的安全附件进行计算选型。
关键词：安全阀；安全阀选型
引言
CNG加气站最常见事故有泄漏，爆炸，中毒等。为了抑制事故发生或者较小事故发生后对我们带来的损失，就必须要采取适当的控制措施。由于压缩天然气属于易燃易爆气体，并且在CNG加气站中，天然气管道压力较高，管道有可能由于火灾、操作故障、停电等造成管道内压力超过设计压力而发生爆炸事故，故应设置安全阀或其他安全措施，以保证CNG加气站的安全。
1安全阀概述
安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用，安全阀必须经过压力试验才能使用。
1.1安全阀分类
①按其整体结构及加载机构的不同分为：重锤杠杆式安全阀、弹簧微启式安全阀、脉冲式安全阀；②按照介质排放方式的不同分为：全封闭安全阀、半封闭式安全阀、开放式安全阀；③按照阀瓣开启的最大高度与安全阀流道直径之比来划分可分为：弹簧微启封闭式高压安全阀、弹簧全启式安全阀、中启式安全阀；④按作用原理可分为：直接作用式安全阀、非直接作用式安全阀；⑤按压力是否能调节可分为：固定不可调安全阀、可调安全阀；⑥按工作温度可分为：常温安全阀；高温安全阀。
1.2安全阀选用的一般原则
①热水锅炉一般用不封闭带扳手微启式安全阀。②蒸汽锅炉或蒸汽管道一般用不封闭带扳手全启式安全阀。③E级蒸汽锅炉一般用静重式安全阀。④高压给水一般用封闭全启式安全阀，如高压给水加热器、换热器等。⑤气体等可压缩性介质一般用封闭全启式安全阀，如储气罐、气体管道等。⑥水等液体不可压缩介质一般用封闭微启式安全阀，或用安全泄放阀。⑦运送液化气的火车槽车、汽车槽车、贮罐等一般用内装式安全阀。⑧油罐顶部一般用液压安全阀，需与呼吸阀配合使用。
2 CNG加气站中安全阀的设置位置及设置形式
根据《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2012 2014年版）8.3.4规定：“储气瓶（组）、储气井进气总管上应设置安全阀及紧急放散管……”故以CNG标准站为例，应在进气总管、储气瓶（组）设置安全阀，为了防止管道超压一般在加气机与储气瓶（组）间的CNG管道上同时也设置一组安全阀门。下图为某CNG标准站的工艺流程图：
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从上图中我们可以看出，在进气总管（调压装置前后分别设置安全阀）、储气瓶组及高压管道上分别设置了安全阀门。在CNG场站中安全阀的设置形式一般按照下图来设置安全阀：
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安全阀的底部通常设置一个手动球阀（常开），为了便于检修安全阀；设置旁通手动球阀是为了手动放散（紧急情况下使用）。
3安全阀的相关计算及选型
以CNG标准站顺序控制盘至加气机管道上的安全阀为例，进行安全阀的相关计算。
3.1安全阀种类及材料的选择
安全阀的种类以及选择条件如下表所示：
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因为CNG为气体介质所以根据表1.1选择全启式安全阀，CNG气体中含有硫化物等具有腐蚀性的气体，所以在选择安全阀材料的时候应该选择不锈钢的安全阀。
3.2定压
安全阀入口处的静压达到该值时，安全阀将动作。安全阀的定压必须等于或稍小于设备和管道的设计压力，一般可根据设备或管道的最高操作压力来确定其安全阀的定压，?计算公式如下（3.1到3.4）：
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式中：P——最高工作压力，MPa；Ps——设定压力MPa。
因为CNG管道的最高工作压力为25MPa所以选取公式2.4计算，则定压：Ps=0.15P=1.05×25MPa=26.25MPa。
3.3安全阀的积聚压力
安全阀泄压时，阀前压力超过设备或管道设计压力的值称为积聚压力，一般以设计压力的百分数表示，安全阀超压的最大值可等于积聚压力。
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非火灾工况的积聚压力：容器允许的最大积聚压等于10%的设定压力；火灾工况的积聚压力：压力容器允许的最大积聚压等于21%的设定压力。管道允许的最大积聚压力：管道允许的最大积聚压等于33%的设计压力。但因介质是天然气，极具危险性，所以在选取超压百分数时为了使安全阀更加保险，所以选择超压百分数为10%，则：集聚压力 Pa=ΔP0×Ps=26.25MPa×10% =2.625MPa。
3.4安全阀的泄放压力
安全阀的阀芯升到最大高度后阀门入口处的压力。泄放压力等于设定压力加积聚压力。Pd=Ps+Pa =26.25+2.625)MPa=28.875MPa
3.5安全阀选型
根据以上计算结果我们可知，该管道上的安全阀应选择公称压力为PN32，设定（起跳）压力为26.25MPa，类型为全启式，材料为不锈钢。其中公称通径可根据计算出的喷嘴面积来进行选择，在本次计算中，DN15的安全阀喷嘴面积即可满足泄放要求。
4 CNG场站中安全阀常见故障分析及安全阀在CNG场站使用过程中的若干问题分析与讨论
4.1常见故障分析及解决方案
在CNG加气场站中，安全是一种比较常见的阀门，但是安全阀又不同于其他阀门，安全阀对CNG场站的运行起到一定的保护作用，故在使用过程中由于设计、制造或者使用不当会出现各种各样的故障，只有及时消除了故障，才能保证CNG场站的安全运行，安全阀的常见故障主要有以下几类：
4.1.1安全阀泄露
出现此类故障的原因大多是因为制造或者安装不当造成的，原因主要有1、阀瓣和阀座密封面之间有异物，造成安全阀闭合不严。若出现此类故障，则可以将安全阀开关多次，使异物掉落即可；2、密封面受损。若在CNG场站中发现安全阀的密封面受损而发生安全阀泄露，一般解决方案为更换安全阀，有时也可将安全阀密封面进行适当的研磨，但此类方法很容易造成密封面的二次破坏或者由于研磨不精密达不到密封的效果，故一般不推荐研磨密封面的方法；3、阀杆弯曲、倾斜。出现此类故障时将安全阀重新安装即可。
4.1.2安全阀到达了规定压力时不起跳，或者到达规定压力时不闭合
出现此类故障的原因主要是因为安全阀定位不准造成的，应重新调整弹簧的压缩量、重锤的位置、更换弹簧即可。
4.1.3安全阀排气后设备或者管道的压力持续上升
造成此类故障的主要原因是由于在设计时未合理选择安全阀，使得安全阀的排放量达不到设备或者管道的排放量，应当在设计之初就选择合适的安全阀，在使用过程中出现此类故障，则应当按照规范要求选择合适的安全阀。
4.2安全阀在CNG场站使用过程中的若干问题分析与讨论
4.2.1连接形式的分析与讨论
在CNG场站设计中，安全阀的连接设计一般分为三类：1、焊接连接2、法兰连接3、卡套连接。由于在CNG场站中一般运行压力为25MPa，而设计压力为27.5MPa，并且CNG场站中的承压设备设计压力也比较高，故法兰连接的安全阀一般使用在压缩机之前的管道及设备上，若公称压力≥PN160时就不采用法兰连接，而采用卡套连接或者焊接连接。
安全阀卡套连接的优点在于安装和拆卸比较便捷，但是在使用过程中往往发现卡套安全阀在经常性的拆卸过程中容易发生泄露和损坏，所以在近几年中CNG场站类企业均要求将卡套安全阀更换为焊接连接的安全阀。
焊接连接安全阀的优点在于由于安全阀焊接连接，所以发生泄露和损坏的几率大大降低，但是在使用过程中若安全阀发生故障或者损坏需要更换时，拆卸比较麻烦，往往需要CNG加气站局部停气或者全站停气方可进行动火作业，施工条件和手续比较麻烦。
综合以上分析我们可以得出，由于CNG场站中的安全阀属于强检设备，需要一年至少检验一次，所以需要经常性的拆卸，而在拆卸过程中卡套连接容易发生泄露和损坏，在运行过程中容易发生安全事故；焊接连接不容易拆卸，但是在安装后不容易发生泄露等安全事故隐患，故从安全和性价比的角度出发，CNG场站企业往往选择安全性比较高的焊接连接安全阀。
4.2.2安全阀安装位置的讨论
在CNG场站中管道和设备中存在大量的压缩天然气，而CNG的密度比空气轻，故一般安全阀安装位置相对较高，设备上安装安全阀时一般安装在设备的中上部，在管道上安装安全阀时一般需要将放散管线引出地面约1.2米~1.5米高度放散，这样便于操作。
安全阀的出口一般连接到场站内部的放散汇管中通过放散塔排到大气中，如果需要就地放散，则一般放空口应高出操作人员1米以上且不应朝向15米以内的明火地点、散发火花地点及高温设备。室内设备、容器的安全阀放空口应引出房顶，并高出房顶2米以上。
结束语
综上所述，在CNG场站的设计中安全阀的选用一定要做到符合规范，经济适用，安全合理的原则，这样才能最大限度的对CNG场站中的设备及管道进行保护。
参考文献：
[1]GB/T12241-2005 《安全阀一般要求》.
[2]丁二喜，等，《安全阀安全技术监察规程》的修订建议[J].中国特种设备安全.2014.30（6）：34-37.