安全閥計算實例

1、安全閥計算實例安全閥系壓力容器在運行中實現(xiàn)超壓泄放的安全附件之一，也是在線壓力容器定期檢驗中必檢項目。它包括防超壓和防真空兩大系列，即一為排泄容器內部超壓介質防止容器失效，另一方面則為吸入外部介質以防止容器剛度失效。凡符合容規(guī)適用范圍的壓力容器按設計圖樣的要求裝設安全閥。/ E# R! C; -   p3 E$ l, R" w一安全閥的選用方法- Q* K  X7 e5 z) |+ ba）根據(jù)計算確定安全閥.公稱直徑.必須使安全閥的排放能力壓力容器的安全泄放量b）根據(jù)壓力容器的設計壓力和設計溫度確定安全閥的壓力等級;5 i& l, z&

2、#39; S+ . 6 z4 d- Zc）對于開啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質溫度超過320的氣體用的安全閥,應選用帶散熱器(翅片)的形式;d）對于易燃、毒性為極度或高度危害介質必須采用封閉式安全閥,如需采用帶有提升機構的,則應采用封閉式帶板手安全閥;e）當安全閥有可能承受背壓是變動的且變動量超過10%開啟壓力時,應選用帶波紋管的安全閥;f）對空氣、60以上熱水或蒸汽等非危害介質,則應采用帶板手安全閥g）液化槽(罐)車,應采用內置式安全閥.& K/ g4 k6 h* & D9 Ih）根據(jù)介質特性選合適的安全閥材料:如含氨介質不能選用銅或含銅的安全閥;乙炔不能選用含銅70

3、%或紫銅制的安全閥.i）對于泄放量大的工況,應選用全啟式;對于工作壓力穩(wěn)定, 泄放量小的工況,宜選用微啟式;對于高壓、泄放量大的工況, 宜選用非直接起動式,如脈沖式安全閥.對于容器長度超過6m的應設置兩個或兩個以上安全閥.j）工作壓力Pw低的固定式容器,可采用靜重式（高壓鍋）或杠桿重錘式安全閥.移動式設備應采用彈簧式安全閥.k）對于介質較稠且易堵塞的, 宜選用安全閥與爆破片的串聯(lián)組合式的泄放裝置.3 K4 M6 d: ' Z" Z$ ) c2 x) _l）根據(jù)安全閥公稱壓力大小來選擇的彈簧工作壓力等級. 安全閥公稱壓力與彈簧工作壓力關系,見表1- 3 _( d5 a( S8

4、J/ j/ V. h0 Sm）1 h- N' H0 I# H安全閥公稱壓力PN與彈簧工作壓力關系表    表1& T4 _6 . k/ * S; O3 S; bPN彈簧工作壓力等級1.60.060.1>0.12>0.160.25>0.250.4>0.40.5>0.50.6>0.60.8>0.81.0>1.01.3>1.31.62.5>1.31.6>1.62.0>2.02.5只能用于大于1.3MP6.4->1.31.6>1.62.0>2.02.5>2.53

5、.2>3.24.0>4.06.4只能用于大于1.3MPa10>45>56.4>6.48>810只能用于大于4.0MPa' Z* Q+ o& - X! x- e安全閥應動作靈敏可靠,當?shù)竭_開啟壓力時,閥瓣應及時開啟和完全上升,以順利排放;同時應具有良好的密封性能,不僅正常工作時保持不漏,而且要求閥瓣在開啟復位后及時關閉且保持密封;在排氣壓力下閥瓣應達到全開位置,無震蕩現(xiàn)象,并保證排出規(guī)定的氣量。" E9 V: B9 O/ R) y二安全閥計算實例* u8 G8 x! a1 s" i  F7 u$ I我們在

6、壓力容器設計和定期檢驗中均要求對安全閥的安全排放能力進行選型或校驗計算。基于以往資料不齊全,往往以大代小,造成不必要的浪費?，F(xiàn)擬以GB150附錄B-B5.1 b)為依據(jù)，用不同介質、壓力、溫度對安全閥的安全排放量進行選型計算。3 m8 6 # n" O8 7 c! D' |0 例1：有一空氣儲罐,DN1000，容積V=5m3最高工作壓力為0.8MPa，工作溫度為30進口管為57X3.5,確定安全閥尺寸.( z# W$ t* D/ H解1)確定氣體的狀態(tài)條件     設Po安全閥出口側壓力（絕壓）0.103MPa（近似為0.1MPa）1

7、y: M) I* y* g: i, c( T     則Pd安全閥泄放壓力（絕壓）為* z* J+ X. f8 n! o8 dPd=1.1Ps+0.1 =1.1×1.1Pw0.1=1.068MPa（GB150附錄B4.2.1）2 I1 l* ?( H# a          當安全閥出口側為大氣時: Po/Pd=0.103/1.068=0.09369 e# g7 u# l$ x3 + m          

8、而（2/(k+1)）k/(k-1) =（2/(1.4+1)）1.4/(1.4-1)=0.53          Po/Pd（2/(k+1)）k/(k-1). " P2 g7 D! i4 d+ * l是屬于臨界狀態(tài)條件, 安全閥排放面積A按（B5）計算A mm% . L8 n' x/ A$ Y1 O, K: （B5）( q% |# W" R4 H$ a1 R式中: C氣體特性系數(shù),查表B1或C=520k（2/(k+1)(k+1)/(k-1)）K安全閥額定泄放系數(shù),K=0

9、.9倍的泄放系數(shù)(泄放系數(shù)由制造廠提供,一般為0.75);或按容規(guī)附件五第二節(jié)有關規(guī)定中選取.2)容器安全泄放量的計算:盛裝壓縮氣體或水蒸汽的容器安全泄放量,按下列規(guī)定來確定a.對壓縮機貯罐或水蒸汽的容器,分別取壓縮機和水蒸汽發(fā)生器的最大產氣量;b.氣體儲罐等的安全泄放量按(B1)式計算Ws=2.83×10-3d2 /h8 C( T2 _% ?2 j6 P(B1)式中 為排放壓力下的氣體密度." E( h) l: c3 Y! Y1 c" " k=M（分子量）×Pw(排放絕對壓力)×273/(22.4×(273+t)

10、, W; q9 k' F7 |; 2 ?8 ?2 j空氣M=28.95排放絕對壓力Pw=10.68/2* y+ i( x3 n4 , F$ y代入上式得=28.95×10.68×273/22.4×303=12.44/m3容器在工作壓力下的進口管的氣體流速m/s;查表2得=1015m/s* c9 a5 A3 V8 m. f一些常用氣體流速范圍) K$ g9 p7 S# 2 * N5 g表2流體名稱/輸送壓力MPa流速范圍m/s流體名稱/輸送壓力MPa流速范圍m/s壓縮空氣00.1         &

11、#160;0.10.60.61.0. : _9 X3 J( x5 0 o6 1.02.05 C& W' I+ C7 D7 ' r' p2.03.0一般氣體（常壓）氧氣     0.6# ) T% + q+ . g: S0.050.65 F/ D& B: _; d0 o$ t# L飽和水蒸汽（主管）8 J( E2 G) Q# M3 C7 c$ c（支管）! _7 |. I4 Q8 I) i* q' Q低壓蒸汽 1.0& . c/ V5 z3 o' G( w低壓蒸汽 1.0低

12、壓蒸汽 1.0# m8 $ ' s/ ' g101510204 T* V8 j# z3 z5 Z! & v- 10150 m+ X" i8 P! 1 Z* * T8 Z4 A% J8103.06.0" n/ F5 N6 j9 k1020) G3 g) e/ E  $ S- 8 d5.010.07.08.03040$ a; v" 9 z0 , a# H. 20301520" y( f$ B- G, " X! 2 L204040601 c5 W" q  5 d4 +

13、 d4 I飽和水蒸汽（主管）! T+ T3 v! B" J（支管）  G+ E8 R# |; D& W' 0 U6 c煤氣（初壓）2KPa3 j* H. Q, k- l!     （初壓）6KPa7 Y" 2 v& $ e7 x6 L氨氣        0.6; v( v) B- Z) y3 n, g3 l3 A/ L5 U: c! D, s+ J1.02.0液氨氮氣/ V$ 1 v+ l3 a510乙炔氣4 k2 a5 F' B&a

14、mp; K# g) K% Y* 4 y$ j氫氣自來水  （主管）（支管）易燃氣體406035400.753.0# Z8 I/ & Z5 E9 D: E2 0 u31210203.08.07 w+ ' E4 x9 2 a6 i$ N0.31.02.05.02.08.08.01.53.5; q+ h4 D4 Q2 h9 T: 4 q2 1.01.51.0, f  I) h$ u. S4 R6 S取=10m/s.將上述、d代入得/ 4 n: " V; s. W1 bWs=2.83×10-3×12.44×

15、15×502 =1320.2/h  ?0 b8 c/ K7 # n2 . O# C則A= =205.4mm2若采用帶板手全啟式安全閥A=0.785d02=205.4mm2/ Z5 W+ 7 X$ ?8 M. qd0=(205.4/0.785)1/2=16.2根據(jù)統(tǒng)計概算,全啟式安全閥的喉徑d0與公稱直徑DN之比約為0.625,而微啟式安全閥的喉徑d0與公稱直徑DN之比約為0.8.選用公稱直徑DN32的全啟式帶板手安全閥.+ k  D/ B$ ; D0 % j) x9 I, q& e$ W: f8 b1 r  p安全閥

16、公稱直徑與喉徑關系表3安全閥公稱壓力公稱直徑DN2 O. y: g+ 2 r5 6 D# x15、20、25、32、40、50、80、1003 ?! C/ d/ F' S! R全% M4 i) L, e9 A' B% y# K' A啟式, D2 Z% X5 8 9 RPN (MPa)1.0、2.5、4.0、6.4do20、25、32、50、65+ K, S9 l( I% u2 KPN (MPa)10.0) s# T7 w) 1 a20、25、32、40、50$ P9 5 P7 f/ F$ I1 i! ?PN (MPa)16、329 ! y; D: U; a! d&

17、; ?1 B5 y- Y, j5 G, |: . B12、20微$ a" B+ s/ 7 W* d* A' 啟/ $ 0 L, $ X3 i5 + P式PN (MPa)1.6、2.5、4.0、6.4do12、16、20、25、32、40、65、803 G3 W, % |; ?& R  4 PN (MPa)16、329 R' t2 v" s4 e; Qdo  p8 m  k, P& $ w0 G% 8+ w7 o! J: m$ g, g- o3 e8 C9 v0 D126 r. ?&#

18、39; 3 x0 M4 ?% PN (MPa)16、32$ t+ j3 N  5 t: K- I3 14/16% O( g- Q5 q3 D! S例2.將例題1的介質改為蒸汽。解：在壓力容器中，絕大多數(shù)安全閥的出口側壓力與它的泄放壓力之比即Po/pd都小于理論值0.528。（此值由空氣作試驗介質求得Po/pd=0.528）屬于臨界狀態(tài)。Pd安全閥的泄放壓力（絕壓）Pd=1.1×Ps0.1MPa=1.1×1.1Pw0.1=1.21×0.80.1=1.068MPa* ! 6 A6 O0 N9 D查得=5.388Kg/m3. K=455°(

19、t=182)WS=2.83×10-3d2=2.83×10-3×5.388×25×502=953Kg: g, o; |, Y$ $ ! R# ) U2 最小排放面積A; D- I7 x3 : Q% o5 IA= " z  p; _. x$ Q8 H9 _7 a2 Y3 t其中蒸汽在工作溫度和壓力下的壓縮系數(shù)Z。可根據(jù)高鴻華主編壓力容器安全技術問題第71問中的公式進行計算：（注1）Z= = =0.93 式中：R848Kg·m/Kmol·KT蒸汽絕對溫度K  3

20、 I: Q7 c0 V- $ A! % Y7 U) E# R蒸汽比容/ n& g' |' |) V; g, rM分子量。$ q# k. ; e- Y% B, N3 L蒸汽k=1.135A= =245.7mm2. ; w6 g$ y% h8 g  G0 bdo= = =17.7+ r. r0 ; g& y: Z3 U. S# P取DN=32的安全閥。（do=20）注1、介質壓縮系數(shù)可按GB150附錄B章進行計算，一些常用介質的臨界特性，由表4查得1 ?0 n  G/ l. I% _2 Q某些氣體的主要物理特性 表4

21、2 n$ n; m- n) r# h- X( L9 N6 G2 a名稱分子量" u2 P3 f% L1 |- 臨界溫度t! o- + x/ ; ?3 T0 _臨界壓力Patm(絕壓)K=Cp/Cv氫 H2; J- n5 f$ F3 g! g' W6 I2.025 M/ ( G& I: e. w-239.98 # a$ l; ; 8 * R8 Y12.83 s6 f; A& Y) q; h' i1.407氧 O232-118.8; H- j9 v: c' u9 S& m9 R' |( v49.710 D$ w+ F/ o4 U0

22、* R+ k1.40 T0 Q: . s0 l& I) v6 a* W空氣. i7 Q" Z1 K5 ?294 4 M: C4 T2 a, y-140.837.25* c9 V  o0 I. k3 W1.4氧化氮NO6 c% S; F9 b& t& J- _$ _: S309 _+ R6 K7 o: ! ; F4 -94, p; R" m; v; n% a4 s3 R67.21.4" D5 X$ I+ s4 c  U) T" 二氧化碳CO24431.172.9* U* d: j. t5 K6

23、 v7 H9 x9 1.305 S/ , # n6 & h7 C" Y, l( P水蒸汽 H2O" q! A2 R; G' F9 ?; 0 ?4 p& c18.2374.1; D: c7 p8 j7 ?. O) t. I6 K4 _225.41.3(過熱)1.135, ) x" r$ v$ A: s  M0 G' m氨NH317.03132.4+ F1 M. L: C$ O( H( S111.51.295 6 W8 f: d, B6 ) p2 u硫化氫 H2S34.09% G- S0 q  R

24、  S# i8 A* U0 I- L100.4! / E1 G" % T& " M6 j88.91.3氟-12 CF2Cl2120.099 v- A" 4 x  B: 111.79 g/ C2 u1 0 k  1 G( y* F5 + q39.6) j. P/ M) a7 _  M, 9 A1.14氯 Cl270.91144.076.11.36丙烷 C3H81 v% n/ Y4 * Z& Z7 : U44.0996.848 ?4 F" |4 . p- x7 l

25、' M42.011.133丁烷C4H1058.12152.0137.471.094苯: 4 S3 i& N- o# k$ i% r0 GC6H6" w2 l2 1 i' 4 C5 Z78.113 * _$ w9 Y& k* O! * k9 I# a7 U287.648.7$ ?% Y7 t: t$ o, z( w1 a4 0 r1.185 t. u5 g8 " L* j+ 1 k乙炔 H2C2- h*   a, z7 M26.04& 3 3 m% ' P% K3 C7 L$ u3 Z/ B1 N36.3)

26、" # U. & h# s7 F6 S61.66 P' e. h& u  / H; 1.2381 r% C# l- b1 f" e4 1 y+ L& H7 ?異丁烷58.12: s5 : j: m( X& _/ a( ?5 K58.12. ?" B/ U  / r6 - v6 V  k: : q36.001.079# Q7 e% M! P% O  q+ S0 v5 Y- L3 b/ m3 d, Z" I0 E上述的工況。同樣可以用（B7

27、）式進行計算。該式在計算時略去繁鎖系數(shù)Z的計算，當Pd10Mpa時A= = =242.8mm2do= = =17.6; p# i. M7 X' A1 h" v4 M0 e  眾所周知，壓縮系數(shù)Z是反映了真實氣體在壓力、溫度和比容之間的關系上和理想氣體的差異。在常溫及壓力不太高的情況下，真實氣體與理想氣體的差異不大。即壓縮系數(shù)Z1，而一般常用的二原子氣體，如空氣、氧、氮、氫及一氧化碳等氣體的絕熱指數(shù)K均為1.4。因此，安全閥排量計算公式簡化為下式：  V7 u1 K' Y0 R4 % W=27KPdA

28、 用例題1的工況，代入后即得* P* 5 x8 A! 8 p2 n1 dA= =205.4mm2' B, ) s4 N! ( s  y' SDo= = =16.21 i1 - 9 # _3 B與例題1的詳細計算相差極小，另一方面應注意的是，如合成氨的循環(huán)機的安全閥，由于出口側的壓力很大。因而壓力比Po/Pd>(2/(k+1) )k/(k-1)屬于處在亞臨界狀態(tài)，則應用式(B6)來計算安全閥泄放量。但鍋爐系統(tǒng)的安全閥選型計算要以鍋規(guī)所給出的公式及系數(shù)進行計算。6 - Q' v% I, Z5 O) i例3：液化石油氣貯罐，筒體內徑Di=1

29、600,長度L=6000，壁厚n=16,V=13.3m3,封頭形式為橢圓，介質組分為: 丙烯50%、丙烷15%、正異丁烯15%、正異丁烷15%、殘液5%.液化石油氣組分見表5。液化石油氣單一成分組分及汽化潛熱表5重量組分X1  b, |) e  _! F* # T; i丙  烷C3H8丙烯C3H6正異丁烯, F1 n8 o4 k) 4 R: L8 k正異丁烷殘液50汽化潛熱kJ/kg7 9 k7 K  C4 o0 s* ) v7 E285.5285.96343.7317.8337液化石油氣貯罐，一般不設保

30、溫且夏日均配備水噴淋予以冷卻。解：對無絕熱材料保冷層的壓力容器其安全泄放量按（B3）計算。W=2.55×105FAt×0.82/qkg/h9 v7 B9 i* y: z# t! c4 _" C式中：F系數(shù)，對于地面上的容器，F(xiàn)=1At容器受熱面積，橢圓封頭的臥式貯罐' m4 Y4 u. f- Y7 J- a+ K2 W$ ?! J0 6 c! M* U9 a8 m6 p1 E, Q$ W/ IAt=D0(L+0.3 D0)=3.14×1.632（6.916+0.3×1.632）=37.950汽化潛r=Xiri=285.5×0.

31、15285.96×0.5343.7×0.15317.8×0.15; J# w: c9 ! S/ k337×0.05=301.9KJ/3 D. r0 s* h& Z, Y) f2 u- O安全泄放量W= * I. c, % 1 S% K/ g8 t( Q= =16640/h' g1 J. B/ M0 k6 z9 J安全閥的泄放能力計算7 3 g  |; q$ R  p! I; ; w0 A對于貯罐的筒體長度6m時，應設置兩個安全閥。在一般情況下分半值來計算較為合理。這樣才不致于使安全閥選得過

32、于大型而造成浪費。安全閥的最小排氣面積A為0 Z0 |/ B4 u+ + PA= =   y1 d  T, J, M=577.3mm2式中Pd=1.1P0.1=1.1×1.80.1=2.08MPa# K8 . E8   k" x% K) l# RM分子量=44 (以主要成分丙烷)  do= = =27.12" O& j5 R/ x. j4 7 w  ! P選用DN40A42H4.0的全啟式安全閥兩只。（此檔安全閥最小公稱直徑為40）4 l" , W- z# w由兩臺或兩臺以上的裝置集中輸氣到一個貯罐（集中罐）?；蛴梢慌_設備分別輸氣到幾個貯罐（分氣罐）時。貯罐的安全泄放量的計算見例4。: x3 j) A: e* S例4、由兩臺空氣壓縮機同時向體積為V=100m3的集氣罐輸氣。其輸氣壓力為Pw=1.0MPa；t為常溫。進氣管為108×4。此時貯罐的安全泄放量。- U; A. ! _/ b! X+ 4 W! 在Pw=1.0Mpa；t=20時，=1