壓力容器的傷害后果分析及安全泄壓裝置的設(shè)計(2).doc

四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 壓力容器的傷害后果分析析及安全泄壓裝置設(shè)計 學(xué) 生：李燕青學(xué) 號：06031040137專 業(yè)：安全工程班 級：安全工程2006.1指導(dǎo)教師：熊中平 四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院 二一年六月0四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 中文摘要壓力容器的傷害后果分析及安全泄壓裝置設(shè)計摘 要壓力容器是化工生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，是一類具有潛在爆炸危險的特種設(shè)備，一旦發(fā)生爆炸事故將造成嚴(yán)重的后果。本設(shè)計以液化石油氣儲罐破裂爆炸發(fā)生的事故為例，通過對壓力容器爆破時爆炸能量、爆炸沖擊破、沖擊破影響半徑、沖擊波損害半徑的計算來進(jìn)行事故傷害后果分析，通過對安全泄壓裝置的設(shè)置、工藝計算、安裝及注意事項等內(nèi)容來進(jìn)行安全泄壓裝置設(shè)計。本設(shè)計可用于相關(guān)的事故分析和后果研究，也可用于壓力容器爆炸能量的計算和爆炸后果破壞情況的預(yù)測，對工業(yè)生產(chǎn)和防護(hù)有一定的指導(dǎo)作用。 關(guān)鍵詞：壓力容器；事故分析；泄壓裝置；設(shè)計四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 英文摘要 Consequence Analysis of Pressure Vessels injury and Design of Safe Pressure-relief DeviceAbstract Pressure vessels is one of the main equipment in Chemical production and a series of potentially explosive special equipment.As a special equipment,it exists potential danger,which will cause serious consequences once happening explosion accidents.Takeing the LPG tanks rupture explosion accident for example,this design analyzes the consequences of accident injuries by calculating the explosion energy of pressure vessel,blast wave,destruction range and the damage radius.Through setting up the principle of the Safe relief device,technical calculation,installation and announcements to design of safe relief pressure device.This design not only can be used for related analysis and consequences for accidents,but also can be used for pressure vessel explosion energy computation and blast damage prediction,it just like a guide for industrial production and protection.Key words: pressure vessels, accident analysis,pressure-relief device,design四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 目 錄 1 緒論11.1 壓力容器的概念11.2 壓力容器的分類11.3 壓力容器的用途21.4 壓力容器的操作條件21.5 壓力容器爆炸事故及危害31.6 安全泄壓裝置的概念及作用51.7 安全泄壓裝置的類型51.8 設(shè)計概況62 壓力容器的傷害后果分析82.1 壓力容器的爆破能量82.1.1 物理爆炸能量82.1.2 化學(xué)爆炸能量92.2 壓力容器爆破時沖擊波超壓的計算102.3 沖擊波影響范圍112.4 蒸氣云爆炸的沖擊波損害半徑123 安全泄壓裝置設(shè)計133.1 安全泄壓裝置的設(shè)計原則133.2 安全泄壓裝置的工藝計算143.2.1 計算安全閥排放能力時應(yīng)考慮的共同原則143.2.2 泄放量的確定143.2.3 安全泄壓裝置排放面積的確定153.3 安全泄壓裝置的安裝153.4 注意事項164 結(jié)論與建議174.1 主要結(jié)論174.2 主要建議17參考文獻(xiàn)18致 謝19四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論1 緒論 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)及生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)、冶金、交通運輸、日常生活、國防工業(yè)等方面使用壓力容器的量日益增多，因此壓力容器是化工生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，由于壓力容器極寬廣的操作范圍(包括壓力、溫度、介質(zhì)、周圍環(huán)境等)，使其在設(shè)計、使用和管理等方面與其他一般機(jī)械設(shè)備不同。尤其在安全性方面的要求更為苛刻和嚴(yán)厲。壓力容器就其廣義的定義而言，不僅是承受流體壓力(包括內(nèi)壓或外壓)的密閉容器，從安全使用管理角度而言，更是一類具有潛在爆炸危險的特種設(shè)備，一旦發(fā)生爆炸事故將造成嚴(yán)重的后果。因此，壓力容器設(shè)備常常作為重大危險源的首先考慮對象。1.1 壓力容器的概念壓力容器是指盛裝氣體或者液體，能承載一定壓力的密閉設(shè)備。貯運容器、反應(yīng)容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。為了與一般容器(常壓容器)相區(qū)別，只有同時滿足下列三個條件的容器，才稱之為壓力容器： （1）最高工作壓力 （表壓） （2）內(nèi)徑 （3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體壓力容器具有各式各樣的形式結(jié)構(gòu)，從小至只有幾十升的瓶或罐，到大至上萬立方米的球型容器或高達(dá)上百米的塔式容器，在工業(yè)生產(chǎn)中都得到廣泛的運用，尤其是在化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)中，幾乎每一個工藝過程都離不開壓力容器，而且它們還常常是生產(chǎn)中的主要設(shè)備。 1.2 壓力容器的分類 目前，關(guān)于壓力容器的分類有以下幾種1： （1）按工作壓力可分為： 低壓容器（），多用于化工、機(jī)械制造、冶金采礦等行業(yè); 中壓容器（），多用于石油化工; 高壓容器（），主要用于氮肥工業(yè)和部分石油化學(xué)工業(yè)； 超高壓容器（），主要是高分子聚合設(shè)備。 （2）按工藝用途可分為: 反應(yīng)容器（如反應(yīng)鍋、合成塔、聚合釜等）；換熱容器（如熱交換器、冷卻塔、蒸煮鍋等）；分離容器（如分離器、吸收塔、洗滌器等），儲存容器（如儲罐、壓力緩沖器等）。 （3）從管理使用角度來劃分，常把壓力容器分為兩大類，即固定式容器和移動式容器。其中移動式容器（如氣瓶、槽車等）沒有固定的使用地點，一般沒有專職的管理和操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變化，管理較復(fù)雜，因而交易發(fā)生事故。國內(nèi)對這兩類容器分別制定了不同的管理章程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。 （4）按安全的重要程度分類。根據(jù)壓力高低、介質(zhì)的危害程度及在生產(chǎn)中的重要作用，將壓力容器分為三類，即第一類壓力容器、第二類壓力容器和第三類壓力容器最為重要，要求也最為嚴(yán)重。1.3 壓力容器的用途壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器按用途分為四類，即：反應(yīng)容器、傳熱容器、分離容器和儲運容器。 （1）反應(yīng)容器：主要用來完成工作介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器稱為反應(yīng)容器。如：反應(yīng)器、發(fā)生器、聚合釜、合成塔、變換爐等。 （2）傳熱容器 主要用來完成介質(zhì)的熱量交換的容器稱為傳熱容器。如：熱交換器、冷卻器、加熱器、硫化罐等。 （3）分離容器：主要用來完成介質(zhì)的流體壓力平衡、氣體凈化、分離等的容器稱為分離容器。如：分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌塔、銅洗塔、干燥器等。 （4）儲運容器 主要用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體、液體、液化氣體的容器稱為儲運容器。如：儲槽、儲罐、槽車等。1.4 壓力容器的操作條件 壓力容器的操作條件有下面幾個方面2： （1）壓力 壓力容器的壓力可以來自兩個方面，一是壓力是容器外產(chǎn)生的，二是壓力是容器內(nèi)產(chǎn)生的。 最高工作壓力，多指在正常操作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。 設(shè)計壓力，系是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下用以確定容器殼體厚度的壓力，亦即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計壓力，壓力容器的設(shè)計壓力值不得低于最高工作壓力；當(dāng)容器各部位或受壓元件所承受的液柱靜壓力達(dá)到5設(shè)計壓力時，則應(yīng)取設(shè)計壓力和液柱靜壓力之和進(jìn)行該部位或元件的設(shè)計計算；裝有安全閥的壓力容器，其設(shè)計壓力不得低于安全閥的開啟壓力或爆破壓力。容器的設(shè)計壓力確定應(yīng)按GB 1501998的相應(yīng)規(guī)定。（2）溫度 金屬溫度，系指容器受壓元件沿截面厚度的平均溫度。任何情況下，元件金屬的表面溫度不得超過鋼材的允許使用溫度。 設(shè)計溫度，系指容器在正常操作情況下，在相應(yīng)設(shè)計壓力下，殼壁或元件金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度。當(dāng)殼壁或元件金屬的溫度低于20，按最低溫度確定設(shè)計溫度；除此之外，設(shè)計溫度一律按最高溫度選取。設(shè)計溫度值不得低于元件金屬可能達(dá)到的最高金屬溫度；對于0以下的金屬溫度，則設(shè)計溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低金屬溫度。（3） 介質(zhì) 生產(chǎn)過程所涉及的介質(zhì)品種繁多，分類方法也有多種。按物質(zhì)狀態(tài)分類，有氣體、液體、液化氣體、單質(zhì)和混合物等；按化學(xué)特性分類，則有可燃、易燃、惰性和助燃四種；按它們對人類毒害程度，又可分為極度危害（I）、高度危害（）、中度危害（）、輕度危害（）四級。 易燃介質(zhì)：是指與空氣混合的爆炸下限小于10，或爆炸上限和下限之差值大于等于20的氣體，如一甲胺、乙烷、乙烯等。 毒性介質(zhì)：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程對介質(zhì)毒性程度的劃分參照GB 504485職業(yè)性接觸毒物危害程度分級的規(guī)定，分為4級。最高容許濃度分別為：極度危害（I級），01 mgm3；高度危害（級），0. 1 10 mgm3；中度危害（級），10 0.10內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡大部分人員死亡表 1.2 沖擊波超壓的破壞作用p/MPa傷害作用p/MPa傷害作用0.0050.006 門窗玻璃部分破碎0.050.07木建筑廠房房柱折斷，房架松動0.0060.015受壓面的門、窗玻璃大部分破碎0.070.10磚墻倒塌，人內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷0.0150.02窗框損壞0.100.20防震鋼筋混泥土破壞，小房屋倒塌，大部分人員死亡0.020.03墻裂縫，對人體有輕微損傷0.200.30大型鋼架結(jié)構(gòu)破壞0.040.05增大裂縫，瓦屋掉下 壓力容器因嚴(yán)重超壓而爆炸時，其爆炸能量遠(yuǎn)大于工作壓力估算的爆炸能量，破壞和傷害情況也嚴(yán)重得多。 （2）爆破碎片的破壞作用壓力容器破裂爆炸時，高速噴出的氣流可將殼體反響推出，有些殼體破裂成塊或片向四周飛散。這些具有較高速度或較大質(zhì)量的碎片，在飛出過程中具有較大的動能，也會造成較大的傷害。碎片還可能隨害附件的設(shè)備和管道，引起連續(xù)爆炸或火災(zāi)，造成更大危害。 （3）介質(zhì)傷害 介質(zhì)傷害主要是有毒介質(zhì)的毒害和高溫蒸汽的燙傷。 在壓力容器所盛裝的液化氣體中有很多是有毒介質(zhì)，如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮、氫氰酸等。盛裝這些介質(zhì)的容器破裂時，大量液體瞬間氣化瓶向周圍大氣中擴(kuò)散，會造成大面積的毒害，不但造成人員中毒，致死致病，也嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，危及中毒區(qū)的動植物。 有毒介質(zhì)由容器泄放氣化后，體積曾大100250倍。所形成的毒害區(qū)的大小及毒害程度，取決于容器內(nèi)有毒介質(zhì)的質(zhì)量，容器破裂前的介質(zhì)溫度、壓力機(jī)介質(zhì)毒性。高溫介質(zhì)泄放氣化也會燙傷、傷害現(xiàn)場人員。 （4）二次爆炸及燃燒危害當(dāng)容器所盛裝的介質(zhì)為可燃燒化氣體時，容器破裂爆炸在現(xiàn)場形成大量可燃蒸汽。其汽化速度與空氣混合形成可爆炸性混合氣，在擴(kuò)散中遇到明火即形成二次爆炸?？扇家夯瘹怏w容器的這種燃燒爆炸常使現(xiàn)場附件變成一片火海，造成嚴(yán)重的后果。 （5）壓力容器快開門事故危害 快開門式壓力容器開關(guān)蓋頻繁，在容器泄壓未盡簽或帶壓下打開端蓋，以及端蓋未完全閉合就升壓，極易造成快開門式壓力容器發(fā)生爆炸事故。1.6 安全泄壓裝置的概念及作用安全泄壓裝置是指為了使壓力容器能夠安全運行而裝設(shè)在設(shè)備上防止它超壓的一種器具。安全泄壓裝置的作用是當(dāng)容器在正常工作壓力下運行時，保持嚴(yán)密不漏，若容器內(nèi)壓力一旦超過規(guī)定，則能自動地、迅速地排泄出容器內(nèi)的介質(zhì)，使設(shè)備的壓力始終保持在許用壓力范圍以內(nèi)。一般情況下，安全泄壓裝置除了具有自動泄壓這一主要功能外，還有自動報警的作用。因為當(dāng)它啟動排放氣體時，由于介質(zhì)以高速噴出，常常發(fā)出較大的響聲，這就相當(dāng)于發(fā)出了設(shè)備壓力過高的報警音響訊號。1.7 安全泄壓裝置的類型安全泄壓裝置按其結(jié)構(gòu)型式分為以下四種6： （1）閥型安全泄壓裝置閥型安全泄壓裝置是最常用的安全泄壓裝置，它是通過閥的開啟排出氣體，以降低設(shè)備內(nèi)的壓力。這種安全泄壓裝置僅僅排泄壓力設(shè)備內(nèi)高于規(guī)定的部分壓力，當(dāng)設(shè)備內(nèi)的壓力降至正常操作壓力時，它即自動關(guān)閉，所以可以避免因設(shè)備超壓而造成的氣體浪費和生產(chǎn)中斷，裝置可以重復(fù)使用，安裝調(diào)整也較容易。閥型安全泄壓裝置的缺點是密封性能較差，即使是合格的安全閥，在正常的工作壓力下也免有輕微的泄漏。由于彈簧的慣性作用，閥的開放有滯后現(xiàn)象，因而泄壓反應(yīng)較慢。另外，安全閥用的介質(zhì)如果是一些不潔凈的氣體時，閥口就有可能被堵塞或閥瓣被粘住，因此，閥型安全泄壓裝置只適用于那種比較潔凈的氣體介質(zhì)，如空氣、水蒸汽等的設(shè)備，不宜用于具有劇毒性介質(zhì)的設(shè)備，也不能用于器內(nèi)有可能產(chǎn)生劇烈化學(xué)反應(yīng)而使壓力急劇升高的設(shè)備。 （2）斷裂型安全泄壓裝置斷裂型安全泄壓裝置有兩種型式：爆破片和爆破帽。爆破片安全泄壓裝置一般用于中低壓容器；爆破帽安全泄壓裝置多用于超高壓容器。斷裂型安全泄壓裝置是通過爆破元件在較高壓力下發(fā)生斷裂而排放氣體的。它的密封性能較好，泄壓反應(yīng)較快，氣體中的污物對裝置元件的動作壓力影響較小。但這種泄壓裝置在完成降壓后，元件不能繼續(xù)使用，容器也得停止運行，而且爆破元件在高壓作用下，易產(chǎn)生疲勞損壞，導(dǎo)致元件壽命縮短。另外，爆破元件的動作壓力也不易控制。所以，斷裂型安全泄壓裝置宜用于器內(nèi)因化學(xué)反應(yīng)等升壓速率高或介質(zhì)具有劇毒性的容器，不宜用于液化氣體貯罐。對于壓力波動較大，即超壓機(jī)會較多的容器也不宜采用。 （3）熔化型安全泄壓裝置熔化型安全泄壓裝置即常用的易熔塞，它是利用裝置內(nèi)的低熔點合金在較高的溫度下熔化，打開通道，使氣體從原來填充有易熔合金的孔中排放出來而泄放壓力。它結(jié)構(gòu)簡單、更換容易，較易控制由熔化溫度而確定的動作壓力。但在完成降壓作用下也不能繼續(xù)使用，容器要停止運行，且因易熔合金強度的限制，泄放面積不能太大。熔化型安全泄壓裝置有時還可能在不應(yīng)該發(fā)生動作的情況下，因合金受壓或其它原因而脫落或熔化，導(dǎo)致發(fā)生意外事故。所以，熔化型泄壓裝置只能用于器內(nèi)氣體壓力完全取決于溫度的小型容器，如氣瓶等。 （4）組合型泄壓安全裝置組合型泄壓安全裝置是同時具有閥型和斷裂型或閥型和熔化型結(jié)構(gòu)的泄放裝置。常見的是彈簧式安全閥與爆破片的串聯(lián)組合，這種泄壓裝置同時具有閥型和斷裂型的優(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。組合型安全泄壓裝置一般用于工作介質(zhì)有劇毒或為稀有氣體的容器。又因安全閥的滯后作用，它不能用于器內(nèi)升壓速度極高的反應(yīng)容器。1.8 設(shè)計概況設(shè)計假定某廠新建3臺的球罐，直徑為5.7m,罐底高度3.2m，盛裝介質(zhì)為液化石油氣（以乙烷為主），球罐設(shè)計壓力為1.77MPa，設(shè)計溫度 為-19.7 58，罐外壁采用50mm 厚聚氨脂泡沫隔熱，外保護(hù)層為鍍鋅鐵皮。設(shè)計以液化石油氣儲罐破裂爆炸發(fā)生的事故為例，通過對壓力容器爆破時爆炸能量、爆炸沖擊破、沖擊破影響半徑、沖擊波損害半徑的計算來對事故進(jìn)行后果分析，通過對安全泄壓裝置的設(shè)置、工藝計算、安裝及注意事項等內(nèi)容來進(jìn)行安全泄壓裝置的設(shè)計。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 壓力容器的傷害后果分析2 壓力容器的傷害后果分析 壓力容器是一種具有潛在爆炸危險的特殊設(shè)備。把壓力容器作為一種特殊設(shè)備，不僅是因為它比較容易發(fā)生事故，更主要的是事故危險的嚴(yán)重性。壓力容器發(fā)生事故，不僅設(shè)備本身遭到破壞，往往還會破壞周圍設(shè)備和建筑物，甚至誘發(fā)一連串惡性事故，如燙傷、燒傷、大面積中毒，甚至更為嚴(yán)重的火災(zāi)等，造成人員傷亡，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。2.1 壓力容器的爆破能量壓力容器內(nèi)的介質(zhì)，有的是以氣態(tài)存在，如空氣、 氧、 氫等；也有的是以液態(tài)存在的，如液氨、 液氯等液化氣體及高溫飽和水等。容積與壓力相同而集態(tài)不同的介質(zhì)，在容器破裂時的爆炸過程不是完全一樣的，釋放的能量也有差別。液化石油氣儲罐爆炸的能量包括瓶內(nèi)物理爆炸能量和瓶外二次爆炸（化學(xué)爆炸）能量兩部分。2.1.1 物理爆炸能量介質(zhì)為液化石油氣的壓力容器在破裂時所釋放出的能量包括容器內(nèi)氣體的能量以及處于過熱狀態(tài)下的液體的能量。液化石油氣在發(fā)生物理爆炸時，膨脹及蒸發(fā)的時間極短，所以它是一個絕熱過程7。有壓力的飽和液體絕熱膨脹為常壓時所作之功 ,亦即處于過熱狀態(tài)的液體的爆破能量可以按下式計算： (2.1)式中：在容器破裂前的壓力或溫度下飽和液體的焓，J/kg； 在大氣壓力下飽和液體的焓，J/kg； 在容器破裂前的壓力或溫度下飽和液體的熵， Jkg-1K-1； 在大氣壓力下飽和液體的熵，Jkg-1K-1； 介質(zhì)在大氣壓力下的沸點，K； 飽和液化氣體的質(zhì)量，。容器的容積為，設(shè)在58時，儲罐發(fā)生破裂爆炸，則： 式中：恒容比熱，； 容器破裂前飽和液體的溫度，； 容器破裂后飽和液體的溫度(沸點），K； 容器破裂前液體的飽和蒸氣壓，； 容器破裂后液體的飽和蒸氣壓(大氣壓)，； 液體的體積，。 將上式帶入公式（2.1），得： 壓力容器爆炸時，爆炸能量在向外釋放時以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表示出來，即： (2.2) 式中：壓力容器爆炸時釋放的總能量，J； 沖擊波能量，J； 碎片能量，J； 容器殘余變形能量，J。 由于容器殘余變形能量與其余兩種形式能量相比可忽略不計，所以近似認(rèn)為： (2.3) 根據(jù)一些實驗研究，可以按下式計算爆炸時的沖擊波能量和碎片能量 (2.4) (2.5) 其中F為碎片破裂能屈服系數(shù)，對于脆性破裂，F(xiàn)=0.2；對于塑性破裂，F(xiàn)=0.6。帶入公式（2.4），得： 2.1.2 化學(xué)爆炸能量液化石油氣鋼瓶破裂時，瓶內(nèi)的液化石油氣大量流出，并迅速與外面的空氣相混合，形成一團(tuán)可爆性混合氣體。由于氣體高速流出產(chǎn)生的靜電火花，或鋼瓶碎片撞擊產(chǎn)生的火花，或氣瓶周圍外界火源的作用，可引起混合氣體爆炸。即發(fā)生所謂的二次爆炸。鋼瓶破裂爆炸時,由于液化氣體一般以球狀或其它形狀在空間擴(kuò)散，只有外圍一部分液化氣與大氣中的氧混合形成爆炸性混合氣體。所以并不是全部液化氣都參與反應(yīng) 。而參與反應(yīng)的液化氣量的多少則與許多因素有關(guān)。例如：氣瓶周圍的氣流情況，出現(xiàn)火源的時間等。因此，先假定參與爆炸反應(yīng)氣體所占的百分比為40% （重量 ），然后按液化石油氣的燃燒熱計算其爆炸能量，即爆炸能量按下式計算： (2.6)式中：化學(xué)爆炸能量，J； 參與爆炸反應(yīng)的液化石油氣的質(zhì)量，； 液化石油氣在氣態(tài)下的燃燒熱，。 將上式帶入公式（2.6）得： 2.2 壓力容器爆破時沖擊波超壓的計算 液化石油氣儲罐破裂爆炸時的沖擊波超壓值，按其爆炸能量，先換算成TNT炸藥的當(dāng)量值q，然后應(yīng)用TNT 炸藥爆炸的數(shù)據(jù)按比例法則確定。同數(shù)量的同類炸藥發(fā)生爆炸時，如果R與Ro之比與q與qo之比的三次方根相等，則所產(chǎn)生的沖擊波超壓相同，用公式表示如下： (2.7)式中：目標(biāo)與爆炸中心距離，假設(shè)R=100m； 目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心的相當(dāng)距離，m； 基準(zhǔn)炸藥能量，相當(dāng)于TNT炸藥量，kg； 爆炸時產(chǎn)生沖擊波所消耗的能量，TNT，kg； 目標(biāo)處的超壓，MPa； 基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓，MPa； 炸藥爆炸試驗的模擬比。 液化石油氣儲罐爆破時爆炸當(dāng)量由下式計算： (2.8) 帶入公式（2.8），得： 式中：壓力容器發(fā)生物理爆炸時的TNT當(dāng)量； 壓力容器發(fā)生化學(xué)爆炸時的TNT當(dāng)量。 帶入公式（2.7），得： 式中：壓力容器發(fā)生物理爆炸時的炸藥爆炸試驗的模擬比； 壓力容器發(fā)生化學(xué)爆炸時的炸藥爆炸試驗的模擬比。帶入公式（2.7），得： 式中：壓力容器發(fā)生物理爆炸時目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心的相當(dāng)距離； 壓力容器發(fā)生化學(xué)爆炸時目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心的相當(dāng)距離。 根據(jù)目標(biāo)與基準(zhǔn)爆炸中心的相當(dāng)距離找出距離為Ro處的超壓po(中間值用插入法），已知藥量的沖擊波超壓如下表9（表2.3）所示：表2.3 1000kg TNT炸藥在空氣中爆炸時所產(chǎn)生的沖擊破超壓距離R0/m14161820253035超壓P0/MPa0.330.2350.170.1260.0790.0570.043距離R0/m40455055606570超壓P0/MPa0.0330.0270.02350.02050.0180.0160.0143 因此，距離為R處的沖擊波超壓是： 式中：壓力容器發(fā)生物理爆炸時基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓； 壓力容器發(fā)生化學(xué)爆炸時基準(zhǔn)目標(biāo)處的超壓。 據(jù)此可在表1.1和表1.2中查看此沖擊波超壓對人體的傷害作用和對建筑物的破壞作用。2.3 沖擊波影響范圍 沖擊波以爆炸源為中心向外傳播，沖擊波超壓逐漸衰減。沖擊波超壓大于某一破壞壓力的范圍即為沖擊波影響范圍，一般以沖擊波影響半徑來度量。 壓力容器爆炸時沖擊波影響半徑R可以按下式計算： (2.9)式中：影響半徑變化率，； 沖擊波能量，J； 壓力容器直徑。帶入公式（2.10）,得： 2.4 蒸氣云爆炸的沖擊波損害半徑 液化石油氣以液態(tài)儲存，當(dāng)儲罐破裂時，罐內(nèi)的液化氣體大量蒸發(fā)，并與周圍的空氣混合，遇到火源，則可能發(fā)生蒸氣云爆炸10。 蒸氣云爆炸的沖擊波的損害半徑R可按下式計算： (2.10) 式中：E爆炸能量，J； N效率因子，沖擊波能量與總能量的比率，一般N=10%； Cs經(jīng)驗常數(shù)，取決于損壞等級，可查表112.4。 表 2.4 損害等級表損害等級Cs/mJ設(shè)備損害人員破壞10.03重創(chuàng)建筑物和加工設(shè)備1%死亡于肺部傷害50%隔膜玻璃50%被碎片擊傷20.06建筑物外表可修復(fù)性破壞1%隔膜破裂1%被碎片擊傷30.15玻璃破裂被碎破裂擊傷40.410%玻璃破碎 帶入公式（2.10），得： 式中：壓力容器發(fā)生物理爆炸時沖擊波損害半徑； 壓力容器發(fā)生化學(xué)爆炸時沖擊波損害半徑。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 安全泄壓裝置設(shè)計3 安全泄壓裝置設(shè)計安全泄壓裝置是化學(xué)工業(yè)過程中必不可少的安全附件。當(dāng)被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定值時，泄壓裝置動作并向外排放介質(zhì)，防止壓力繼續(xù)升高而導(dǎo)致承壓設(shè)備破壞。安全泄壓裝置的設(shè)計應(yīng)包括：安全泄壓裝置的設(shè)計原則，工藝設(shè)計計算，即確定安全泄壓裝置泄放量的確定和排放面積的確定，安全泄壓裝置的正確安裝及注意事項。3.1 安全泄壓裝置的設(shè)計原則很多設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)都對安全泄壓裝置的設(shè)計和正確選用有規(guī)定，但均未給出詳細(xì)的設(shè)計指南1213。安全泄壓裝置的設(shè)計原則主要包括以下幾方面： （1）在操作過程中由于工藝操作條件異常、誤操作、動力故障、火災(zāi)事故等不正常條件下，介質(zhì)壓力有可能超過設(shè)計壓力的設(shè)備，均應(yīng)設(shè)置安全泄壓裝置14，如：頂部操作壓力大于0.07MPa的壓力容器和頂部操作壓力大于0.03MPa 的蒸餾塔、蒸發(fā)塔和汽提塔(汽提塔頂蒸汽通入另一個蒸餾塔者除外)15；往復(fù)式壓縮機(jī)各段出口或電動往復(fù)泵、齒輪泵和螺桿泵等容積式泵的出口(設(shè)備本身已有安全閥者除外)；鼓風(fēng)機(jī)、離心式壓縮機(jī)、離心泵和蒸汽往復(fù)機(jī)的出口(僅指與機(jī)泵出口連接的設(shè)備不能承受其最高壓力時)；可燃的氣體或液體受熱膨脹時可能超壓的設(shè)備(兩個切斷閥之間總?cè)莘e比較大的管道視同一個壓力容器)；物料有可能突然超壓或發(fā)生瞬時分解、爆聚、連鎖反應(yīng)等劇烈反應(yīng)(不包括反應(yīng)速度達(dá)到爆轟的設(shè)備)從而造成操作壓力超過設(shè)計壓力的反應(yīng)器或其他設(shè)備；處理的介質(zhì)為其組成處于爆炸極限范圍內(nèi)的混合物的設(shè)備、管道系統(tǒng)。 （2）加熱爐的爐管不宜設(shè)置安全閥。 （3）在同一壓力系統(tǒng)中，壓力來源處已有安全泄壓裝置，則其余設(shè)備可不設(shè)。 （4）由于使用安全閥可以不完全損失物料，并通?？梢员３止に囘^程不致因其而中斷等許多優(yōu)點，因此應(yīng)首先考慮設(shè)置安全閥。只有當(dāng)安全閥不能滿足工藝要求和可靠工作時，如容器內(nèi)壓力快速增長、對密封有更高要求、由于物料導(dǎo)致安全閥被堵塞、腐蝕、銹死等情況時，可采用爆破片裝置或安全閥與爆破片裝置的組合裝置。爆破片裝置不宜用于液化氣體貯罐和經(jīng)常超壓的場所16。 （5）安全閥的型式通常采用直接載荷彈簧式安全閥。若采用非直接載荷彈簧式安全閥，則必須做到即使副閥失靈時，主閥應(yīng)仍能在規(guī)定的開啟壓力下，自行開啟并排出全部額定泄放量。3.2 安全泄壓裝置的工藝計算 3.2.1 計算安全閥排放能力時應(yīng)考慮的共同原則 在計算安全閥排放能力時應(yīng)考慮以下原則： （1）在計算安全閥排放能力時，通常應(yīng)將排放氣體作為實際氣體而不是理想氣體來處理。排放能力的計算狀態(tài)均應(yīng)采用排放條件下的溫度、壓力17。 （2）因為大多數(shù)情況下，工藝物料均為混合物，所以許多情況下，排放物料的組成會隨著排放進(jìn)程而改變，這會影響到排放能力的計算，應(yīng)予以注意。 （3）因為所有控制閥設(shè)計時都有一定的余量，所以都應(yīng)考慮其最大通過能力，而不是設(shè)計能力。并且有必要考慮某些控制動作失靈的情況18。 （4）對于“故障保持”型調(diào)節(jié)閥，應(yīng)按全開狀態(tài)來計算安全閥的排放能力。對于裝有限位開關(guān)的控制閥，應(yīng)按照沒有限位閥來考慮。 （5） 當(dāng)泄放排入一個密閉系統(tǒng)時，要采用正確的背壓參數(shù)。對普通型安全閥，隨著出口側(cè)壓力P0值的增大，安全閥的理論泄放量隨之減少19。3.2.2 泄放量的確定首先根據(jù)操作條件、介質(zhì)組成等確定所需要的各種工藝參數(shù)，再按容器、管道系統(tǒng)的泄放量計算確定安全泄壓裝置的泄放能力20。泄放量的大小應(yīng)視工藝過程的具體情況而定，按可能發(fā)生的最大危險考慮，但不應(yīng)機(jī)械地疊加不利因素。液化石油氣儲罐的安全泄放量可按有完善絕熱保溫層（保溫材料以選絕熱阻燃耐高溫抗水的為好）21的安全泄放量計算公式進(jìn)行計算，但考慮到使球罐更安全的運行和現(xiàn)場實際的應(yīng)用經(jīng)驗，在設(shè)計中采用按無絕熱保溫層的計算公式，即： (3.1)式中： 容器的安全泄放量，kg/h； 在泄放壓力下，液體的汽化潛熱，kJ/kg； 容器受熱面積，m2； 容器外直徑，m； 系數(shù),容器置于地面上時，F(xiàn) =1. 0。 由于液化石油氣為球形容器，因此容器受熱面積可按下式計算： （3.2） 代入公式（3.2），得： 代入公式(3.1)，得： 3.2.3 安全泄壓裝置排放面積的確定安全泄壓裝置的功能是保證設(shè)備或系統(tǒng)不超壓。要達(dá)到這個目的，就必須使安全泄壓裝置的排放能力大于容器的泄放量，將引起超壓的氣體或液體介質(zhì)泄放出去。液化石油氣儲罐安全閥的出口壓力較小，其排放面積可按氣體在臨界條件時的計算公式進(jìn)行計算，即： （3.3）式中：安全閥的最小排放面積，mm2； 氣體特性參數(shù)，； 安全閥的額定泄放系數(shù)，對于全啟可取 K =0.6 0.7； 安全閥的泄放壓力，； 氣體的摩爾質(zhì)量，； 氣體的壓縮系數(shù)，； 泄放裝置進(jìn)口側(cè)的氣體溫度，。 代入公式（3.3），得： 所以，根據(jù)計算結(jié)果選用規(guī)格為DN150的全啟式彈簧安全閥。 3.3 安全泄壓裝置的安裝 安全泄壓裝置的安裝包括下面幾個方面22： （1）在相鄰兩個或幾個壓力容器之間如果沒有切斷閥，可在最前面一個設(shè)備上設(shè)置安全泄壓設(shè)施來保護(hù)下游的幾個設(shè)備。 （2）安全泄放裝置應(yīng)設(shè)置在壓力容器本體或其附屬管線上容易檢查、修理的部位，并應(yīng)有足夠的結(jié)構(gòu)強度，能承受該泄放裝置泄放時所產(chǎn)生的反力。安全閥的閥體應(yīng)處于垂直方向。 （3）全啟式安全閥和反拱形爆破片裝置必須裝設(shè)在容器液面以上氣相空間部分，或裝設(shè)在與壓力容器氣相空間相連的管道上，且連接入口和管道的截面積應(yīng)不小于安全閥進(jìn)口截面積的總和。用于液體的安全閥出口管直徑不應(yīng)小于15mm。 （4）安全泄壓裝置與容器之間一般不得裝設(shè)截止閥門，若由于特殊情況需要設(shè)置，則在容器正常運行期間截止閥門必須保證全開并加鉛封或鎖定，截止閥的結(jié)構(gòu)和通徑應(yīng)不妨礙安全閥的安全泄放。為實現(xiàn)安全閥的在線校驗，可在安全閥與壓力容器之間裝設(shè)爆破片裝置。 （5）對易燃介質(zhì)或毒性程度為極度、高度或中度危害介質(zhì)的壓力容器，應(yīng)在安全閥或爆破片裝置的排出口裝設(shè)泄放管，將排放介質(zhì)引至安全地點，并進(jìn)行妥善處理。嚴(yán)禁將混合后可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成爆炸性混合氣體的幾種介質(zhì)混合排放。 （6）泄放管應(yīng)盡量作成垂直管，并在適當(dāng)部位開設(shè)排泄孔，以防止雨、雪及冷凝液等積聚在泄放管內(nèi)。鍋爐上的安全閥排汽管底部應(yīng)裝設(shè)接到安全地點的疏水管。3.4 注意事項在安全泄壓裝置的安裝過程中應(yīng)注意以下幾方面： （1）安全泄壓裝置的動作壓力可按操作工況、容器的設(shè)計壓力或最大允許工作壓力確定，但當(dāng)采用容器的最大允許工作壓力時，應(yīng)在圖樣和銘牌上注明。在安全泄壓裝置存在背壓的情況下，容器空間的超壓限度不能超過規(guī)定。 （2）容器不能承受可能出現(xiàn)的負(fù)壓條件時，應(yīng)裝設(shè)防負(fù)壓的泄放裝置。 （3）在把多個容器看成一個容器時，只需在危險的空間設(shè)置一個泄放裝置，但計算泄放裝置的泄放量應(yīng)把容器間的連接管道包括在內(nèi)。 （4）安全泄壓裝置只能用來限定壓力升高到給定值，而不能用來降壓。對于減壓系統(tǒng)，在考慮火災(zāi)的情況下，容器內(nèi)潤濕部分以上的設(shè)備材料的溫度可能達(dá)到足以降低材料強度的水平。所以在這種情況下，安全閥并不能防止設(shè)備的爆破。 因此，除了設(shè)置安全閥防止一般超壓外，還應(yīng)采用蒸汽減壓系統(tǒng)來保護(hù)設(shè)備。 （5）對于火災(zāi)危險類別為甲、乙、丙類的設(shè)備除按要求設(shè)置安全泄壓裝置以外，還應(yīng)考慮設(shè)有事故緊急排放、處理設(shè)施。四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 結(jié)論與建議 4 結(jié)論與建議4.1 主要結(jié)論 此設(shè)計以液化石油氣儲罐發(fā)生爆炸的事故進(jìn)行了后果分析，并對安全泄壓裝置進(jìn)行了安全設(shè)計?？偨Y(jié)起來主要有以下幾個方面： （1）介紹了壓力容器和安全泄壓裝置的基本知識； （2）以液化石油氣儲罐為例計算了壓力容器的爆炸能量、爆炸沖擊波超壓、沖擊波影響范圍和沖擊波損害半徑； （3）以液化石油氣儲罐為例從安全泄壓裝置的設(shè)置原則、工藝計算、安裝及安裝過程中的注意事項對安全泄壓裝置進(jìn)行了設(shè)計。4.2 主要建議針對液化石油氣儲罐發(fā)生的事故和安全泄壓裝的設(shè)計提出以下建議： （1）氣瓶充灌必須按規(guī)定留出氣化空間，不能充裝過滿。 （2）當(dāng)液化石油氣儲罐發(fā)生泄漏，在確保安全的情況下，采取措施及時消除泄漏源，控制泄漏氣體擴(kuò)散蔓延的方向和途徑，預(yù)防泄漏氣體著火和爆炸，如關(guān)閉閥門，帶壓堵漏，