安全安全安全閥的工藝計(jì)算

1、安全閥的工藝計(jì)算各種事故工況下泄放量的計(jì)算閥門誤關(guān)閉出口閥門關(guān)閉，入口閥門未關(guān)閉時(shí)，泄放量為被關(guān)閉的管道最大正常流量。 管道兩端的切斷閥關(guān)閉時(shí)，泄放量為被關(guān)閉液體的膨脹量。此類安全閥的入口一般不大于DN25。但對(duì)于大口徑、長距離管道和物料為液化氣的管道，液體膨脹量按式計(jì)算。換熱器冷側(cè)進(jìn)出口閥門關(guān)閉時(shí)，泄放量按正常工作輸入的熱量計(jì)算，計(jì)算公式見式。充滿液體的容器，進(jìn)出口閥門全部關(guān)閉時(shí)，泄放量按正常工作輸入的熱量計(jì)算。按式計(jì)算液體膨脹工況的泄放量： V=BH(GlCp) 式中: V體積泄放流量，m3h； B體積膨脹系數(shù)，l； H正常工作條件下最大傳熱量，kJh； Gl液相密度，kgm3； CP-定

2、壓比熱，kJ(kg)。 循環(huán)水故障以循環(huán)水為冷媒的塔頂冷凝器，當(dāng)循環(huán)水發(fā)生故障(斷水)時(shí)，塔頂設(shè)置的安全閥泄放量為正常工作工況下進(jìn)入冷凝器的最大蒸汽量。以循環(huán)水為冷媒的其它換熱器，當(dāng)循環(huán)水發(fā)生故障(斷水)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析影響的范圍，確定泄放量。電力故障停止供電時(shí)，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的塔頂回流泵、塔側(cè)線回流泵將停止轉(zhuǎn)動(dòng)，塔頂設(shè)置的安全閥的泄放量為該事故工況下進(jìn)入塔頂冷凝器的蒸汽量。塔頂冷凝器為不裝百葉的空冷器時(shí)，在停電情況下，塔頂設(shè)置的安全閥 的泄放量為正常工作工況下，進(jìn)入冷凝器的最大蒸汽量的15%。停止供電時(shí)，要仔細(xì)分析停電的影響范圍，如泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、閥門的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，以確定足夠的泄放量。不凝氣的積

3、累 若塔頂冷凝器中有較多無法排放的不凝氣，則塔頂設(shè)置的安全閥的泄放量與規(guī)定相同。其它積累不凝氣的場(chǎng)合，要分析其影響范圍，以確定泄放量。控制閥故障安裝在設(shè)備出口的控制閥，發(fā)生故障時(shí)若處于全閉位置，則所設(shè)安全閥的泄放量為流經(jīng)此控制閥的最大正常流量。安裝在設(shè)備入口的控制閥，發(fā)生故障時(shí)若處于全開位置時(shí)： (1) 對(duì)于氣相管道，如果滿足低壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力小于高壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力的23，則安全閥的泄放量應(yīng)按式計(jì)算： W=(CVlCV2)Ph(GgT)1/2 式中 W質(zhì)量泄放流量，k8h； CVl控制閥的Cv值， CV2控制閥最小流量下的Cv值； Ph高壓側(cè)工作壓力，MPa， Gg-氣相密度，kgm3； T泄放溫

4、度，K。 如果高壓側(cè)物料有可能向低壓側(cè)傳熱，則必須考慮傳熱的影響。對(duì)于液相管道，安全閥的泄放量為控制閥最大通過量與正常流量之差，并且要估計(jì)高壓側(cè)物料有無閃蒸。過度熱量輸入換熱器熱媒側(cè)的控制閥失靈全開、切斷閥誤開，設(shè)備的加熱夾套、加熱盤管的切斷閥誤開等工況下，以過度熱量的輸入而引起的氣體蒸發(fā)量或液體的膨脹量來計(jì)。易揮發(fā)物料進(jìn)入高溫系統(tǒng)輕烴誤入熱油以及水誤入熱油等工況下，由于產(chǎn)生大量蒸汽，致使容器內(nèi)的壓力迅速上升。由于此事故工況下的泄放量無法確定而且壓力升高十分迅速，所以，安裝安全閥是不合適的，應(yīng)設(shè)置爆破片。這種工況的保護(hù)措施是確保避免發(fā)生此類事故。 換熱器管破裂如果換熱器低壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力小于高壓

5、側(cè)的設(shè)計(jì)壓力的23時(shí)，則應(yīng)作為事故工況考慮。根據(jù)的條件，安全閥的泄放量按式計(jì)算出的結(jié)果和高壓側(cè)正常流量比較，取二者的較小值。換熱器管破裂時(shí)的泄放量 W=d2(GlP)1/2 式中 W質(zhì)量泄放流量，kgh； d管內(nèi)徑，mm； Gl液相密度，kgm3； P高壓側(cè)(管程)與低壓側(cè)(殼程)的壓差，MPa。 本公式適用于高壓流體為液相?；瘜W(xué)反應(yīng)失控對(duì)于放熱的化學(xué)反應(yīng)，如果溫度、壓力和流量等自動(dòng)控制失靈使化學(xué)反應(yīng)失控，形成“飛溫”，這時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，使物料急劇大量蒸發(fā)，形成超壓。這類事故工況，安裝安全閥無論在反應(yīng)時(shí)間，還是在泄放速率方面均不能滿足要求，應(yīng)設(shè)置爆破片。如果專利所有者能提供準(zhǔn)確的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力

6、學(xué)關(guān)聯(lián)式，推算出事故工況下的泄放量，則可以在專利所有者和建設(shè)方的同意下設(shè)置安全閥。外部火災(zāi)本規(guī)定適用于盛有液體的容器暴露在外部火災(zāi)之中。容器的濕潤面積(A)容器內(nèi)液面之下的面積統(tǒng)稱為濕潤面積。外部火焰?zhèn)魅氲臒崃客ㄟ^濕潤面積使容器內(nèi)的物料氣化。不同型式設(shè)備的濕潤面積計(jì)算如下：(1)臥立式容器：距地面或距能形成大面積火焰的平臺(tái)之上高度范圍內(nèi)的容器外表面積與最高正常液位以下的外表面積比較，取兩者中較小值。 a.對(duì)于橢圓形封頭的設(shè)備全部外表面積為： Ae=D0(L+ 1) Ae外表面積，m2； Do設(shè)備直徑，m； L設(shè)備總長(包括封頭)，m。 b. 氣體壓縮機(jī)出口的緩沖罐一般最多盛一半液體，濕潤表面為

7、容器總表面積的50%。 c. 分餾塔的濕潤表面為塔底正常最高液位和高度內(nèi)塔盤上液體部分的表面積之和。(2) 球型容器：球型容器的濕潤面積，應(yīng)取半球表面積或距地面高度下表面積二者中的較大值。(3) 濕潤面積包括火災(zāi)影響范圍內(nèi)的管道外表面積。容器外壁校正系數(shù)(F)容器壁外的設(shè)施可以阻礙火焰熱量傳至容器，用容器外壁校正系數(shù)(F)反映其 對(duì)傳熱的影響。 (1) 根據(jù)勞動(dòng)部頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(1991年1月1日施行) 中規(guī)定：a容器在地面上無保溫：Fb. 容器在地面下用砂土覆蓋：Fc. 容器頂部設(shè)有大于10l(m2min)水噴淋裝置：F=d容器在地面上有完好保溫，見式4)。 (2) 根據(jù)美國

8、石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API520：a容器在地面上無保溫：Fb容器有水噴淋設(shè)施：F c容器在地面上有良好保溫時(shí)，按式2)計(jì)算： 2)式中: 保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ(mh)； do保溫材料厚度，m； t泄放溫度，。d 容器在地面之下和有砂土覆蓋的地上容器，(F)值按式2)計(jì)算，將其中的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度換成土壤或砂土相應(yīng)的數(shù)值。另外，保冷材料一般不耐燒，因此，保冷容器的外壁校正系數(shù)(F)為。安全泄放量 (1)根據(jù)勞動(dòng)部頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程(1991年1月1日施行)中規(guī)定： a.無保溫層 3)式中：W泄放量，kgh： Hl泄放條件下的汽化熱，kJkg： A潤濕面積，m2；F容器外壁校正系數(shù)

9、，取中的取值b.有保溫層 4)式中：t泄放溫度，：保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)；d0保溫材料的厚度，m。 (2) 根據(jù)美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API520中規(guī)定：對(duì)于有足夠的消防保護(hù)措施和 有能及時(shí)排走地面上泄漏的物料措施時(shí)，容器的泄放量為： 5) 否則，采用式6)計(jì)算： 5) 式中符號(hào)同式3)，F(xiàn)取中的取值。最小泄放面積的計(jì)算計(jì)算的最小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時(shí)通過的最小截面積。對(duì)于全啟式安 全閥為喉徑截面積，對(duì)于微啟式安全閥為環(huán)隙面積。根據(jù)勞動(dòng)部頒發(fā)的壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程)(1991年1月1 13施行)中規(guī)定：(1) 對(duì)于氣體、蒸汽在臨界條件下的最小泄放面積為： 1)式中: a最小泄放面積，mm2； W

10、質(zhì)量泄放流量，kgh， X氣體特性系數(shù)； P泄放壓力，MPa Z氣體壓縮因子， T泄放溫度，K； M分子量。流量系數(shù)(C0)由制造廠提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于全啟式安全閥C0= ；對(duì)于帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥:C0= ；對(duì)于不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥：C0= 。氣體特性系數(shù)(X)見附表1。氣體壓縮因子(Z)查附圖2。(2) 根據(jù)計(jì)算的最小泄放面積(a)，計(jì)算安全閥喉徑(d1)或閥座口徑(D) a對(duì)于全啟式安全閥 2) b. 對(duì)于平面密封型微啟式安全閥 3) c 對(duì)于錐面密封型微啟式安全閥 4) 式中: d安全閥喉徑，mm h安全閥開啟高度，mm D安全閥的閥座口徑，mm 密封面的半錐角，度。

11、 根據(jù)美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API520中的規(guī)定如下：臨界條件的判斷如果背壓滿足式1)，則為臨界流動(dòng)，否則為亞臨界流動(dòng)。 1)式中:Pb背壓，MPaPcf臨界流動(dòng)壓力，MPaP泄放壓力，MPaK絕熱指數(shù)。氣體或蒸氣在臨界流動(dòng)條件下的最小泄放面積 2) 式中 a最小泄放面積，mm2； W質(zhì)量泄放流量，kgh；， Co-流量系數(shù)； X氣體特性系數(shù)； P泄放壓力，MPa Kb一背壓修正系數(shù)； T泄放溫度，K； Z氣體壓縮因子； M分子量。 流量系數(shù)(Co)由制造廠提供，若沒有制造廠的數(shù)據(jù)，則取Co。系數(shù)(X) 式3)計(jì)算或查附表1。 背壓修正系數(shù)(Kb)僅用于波紋管背壓平衡式安全閥(查附圖1)臨界流動(dòng)條件

12、下，對(duì)于彈簧式安全閥Kb。 氣體壓縮因子(Z)查附圖2所示。 部分物料的絕熱指數(shù)(k)見附表2，若沒有k的數(shù)據(jù)，則X315。氣體或蒸氣在亞臨界條件下的最小泄放面積(1)式4)適用于導(dǎo)閥式安全閥和彈簧設(shè)定時(shí)考慮了靜背壓的影響的彈簧式安全閥，在亞臨界流動(dòng)條件下的最小泄放面積的計(jì)算； 4) 亞臨界流動(dòng)系數(shù)(Kf)查附圖3。流量系數(shù)(Co)值由制造廠提供，若沒有制造廠數(shù)據(jù)時(shí)，Co，其它符號(hào)同前。 (2) 簡便計(jì)算彈簧式安全閥在亞臨界流動(dòng)條件下的最小泄放面積時(shí)，可先按臨界流動(dòng)條件下的式2)計(jì)算，再將計(jì)算結(jié)果除以按圖附圖4查得的背壓修正系數(shù)(Kb)，即為亞臨界條件下的最小泄放面積。 (3) 背壓平衡式安全

13、閥在亞臨界流動(dòng)時(shí)的最小泄放面積按式2)計(jì)算，但背壓修正系數(shù)(Kb)應(yīng)由制造廠提供。水蒸汽 5)流量系數(shù)(Co)值由制造廠提供，若無制造廠數(shù)據(jù)時(shí)，Co。過熱蒸汽過熱系數(shù)(Ksh)查附表3，對(duì)于飽和蒸汽，Ksh。 Napier系數(shù)(KN)按下述要求選?。篜時(shí)，KNP時(shí)，KN其余符號(hào)意義同前。 液體 6)超壓系數(shù)(Kp)查附圖5所示。背壓修正系數(shù)(Kw)，對(duì)彈簧式安全閥Kw =；對(duì)于波紋管背壓平衡式安全閥, Kw查附圖6。粘度修正系數(shù)(KV)查附圖7。流量系數(shù)(Co)對(duì)于按美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME第部分第1分篇或國標(biāo)GBl5089設(shè)計(jì)的容器上安裝的安全閥，Co，其它(如管道上)安裝的安全閥，Co。

14、計(jì)算泄放壓力(P)時(shí)所用的超壓，對(duì)于按ASME第部分第1分篇或國標(biāo) GBl5089設(shè)計(jì)的容器，超壓為10，其它(如管道上)安裝的安全閥，超壓為25。其余符號(hào)同前。兩相流體(1) 氣液平衡態(tài)的兩相流體，流經(jīng)閥體時(shí)部分液體要產(chǎn)生閃蒸，閃蒸現(xiàn)象會(huì)降低閥門的質(zhì)量流通能力。泄放量的計(jì)算方法如下：a確定閃蒸量：分別計(jì)算液相自泄放壓力經(jīng)絕熱過程至臨界壓力下和至背壓下的閃蒸量，取小者。b用閃蒸的氣量和泄放時(shí)混合物中的氣量之和，根據(jù)背壓情況及安全閥的型式等，按照式2)或4)計(jì)算氣相所需的最小泄放面積。c根據(jù)式6)計(jì)算液相所需的最小泄放面積。d將b和c項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果相加，即為所需的最小泄放面積。(2)背壓對(duì)安全閥的

15、上述計(jì)算過程有很大的作用，因此：a. 應(yīng)仔細(xì)計(jì)算泄放管道中兩相流體的壓力降，b管道壓力降的產(chǎn)生，會(huì)使部分液體繼續(xù)氣化，c來自冷凍(如液化氣的排放)的物料排放系統(tǒng)，在排放管道中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生液滴和低溫； d對(duì)于氣相處于臨界條件下泄放時(shí)，計(jì)算液相泄放量時(shí)背壓取臨界壓力(Pcf)(見式1)。 儲(chǔ)存氣體容器的安全閥無濕潤表面的容器在外部火災(zāi)情況下，容器將在短時(shí)間內(nèi)由于金屬材料的軟化而發(fā)生破壞。設(shè)置安全閥將不能獨(dú)立保護(hù)這類容器不受損壞，僅能在短時(shí)間內(nèi)(金屬軟化之前)起作用。因此要采取其它的辦法如外保溫、水噴淋或自動(dòng)手動(dòng)泄壓系統(tǒng)(安裝控制閥)。無濕潤表面的容器在外部火災(zāi)情況下的泄放量 暴露面積(A1)為距地面

16、或能形成大面積火焰的平臺(tái)上方以下的容器外表面。金屬壁溫(Tw)：對(duì)于碳鋼為593(866K)泄放溫度(T)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算。903最小泄放面積 泄放閥因子()按式2)計(jì)算，的最小值為。如果沒有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，則取。 2) 上式中流量系數(shù)(Co)由制造廠提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時(shí)，Co取。氣體特性系數(shù)(X)查附表1。 上述各式的其它符號(hào)同前。安全閥出口反力的計(jì)算和反力數(shù)據(jù)表安全閥出口反力的計(jì)算物料泄放時(shí)，流體的流動(dòng)會(huì)對(duì)排放管道產(chǎn)生一作用力，并通過排出管道傳至安全閥；進(jìn)而以力矩的形式通過安全閥入口管道傳至設(shè)備接管。這個(gè)力和力矩是否對(duì)安全閥的進(jìn)出口管道和設(shè)備的接管、法蘭產(chǎn)生不良影響(如容

17、器是否要補(bǔ)強(qiáng)等)，需要進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算后確定。 作用力的大小與物料泄放至大氣還是泄放至密閉系統(tǒng)有很大關(guān)系。氣相物料泄放至大氣對(duì)于可壓縮流體(氣體或蒸汽)臨界穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，且物料流經(jīng)安全閥后經(jīng)一段水平管、一個(gè)90o長半徑彎頭、一段垂直立管排入大氣，如圖所示，作用力(f)按式1)計(jì)算： 1)式中：f泄放反力，N，Ao泄放管出口截面積，mm2，P2泄放管出口靜壓力，MPa(表)；注：管線支撐應(yīng)盡可能靠近放空管中心線圖 1 出口反力示意圖k注：管線支撐應(yīng)盡可能靠近放空管中心線圖 1 出口反力示意圖其余符號(hào)意義同前。氣相物料泄放至密閉系統(tǒng)泄放至密閉系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，在排出管中一般不會(huì)產(chǎn)生大的作用力和力矩，僅計(jì)算

18、管徑突然擴(kuò)大位置的作用力。如果需要計(jì)算泄放至密閉系統(tǒng)的作用力，則應(yīng)采用復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)分析方法，可從專門資料中查閱。液相物料的泄放反力液體泄放時(shí)在安全閥出口中心線處的水平反力(f)按式2)計(jì)算： 2)式中:f泄放反力，N，P泄放壓力，MPa；a2安全閥喉徑面積，mm2。出口管道由于泄放時(shí)的作用力、振動(dòng)和自身的自重、熱脹冷縮等原因，應(yīng)設(shè)支架支撐。 附表1： 氣體特性系數(shù)表 k X k X k X k X31731831932032132232332532632732832933033l3323333343353363373383393403413423433443453463473483493503

19、5135235335335435535635735835936036036136236336436536536636736836936937037137237337337437537637637737837937938038l38238238338438438538638638738838938939039l39l392393393394395395396397397398398399400400附表2： 部分物料的物性表物 料分子量 比 重臨界壓力MPa臨界溫度K 絕熱指數(shù) 氣 相液 相醋酸丙酮乙炔空氣氨氬苯1，3一丁二烯丁烷異丁烷二氧化碳二硫化碳一氧化碳氯環(huán)己烷癸烷乙烷乙醇氯乙烷乙烯氟利昂

20、11氟利昂12氟利昂22氟利昂114氦己烷氯化氫氫硫化氫煤油甲烷甲醇丁烷氯甲烷天然氣硝酸一氧化氮氮二氧化氮壬烷辛烷氧戊烷丙烷丙烯水蒸汽苯乙烯二氧化硫硫酸甲苯39，9458.土21992.土31工.53L 0360，9524，926，687，263091321515624253045461344175536195164604693853694193245134614161803706476474305941，20附表3 水蒸汽過熱系數(shù)(Ksh)溫度定壓飽和溫度200220240260280300320340360380400420440460480 MPa MPa MPa0，9960，9700，93l0，9380，9470，9250，906 MPa0，9120，876 MPa MPa0，9610，9180，8330，782 MPa0，9580，9150，813 MPa MPa0，9410，8840，872 MPa MPa0，958 MPa MPa0，96l附表4 喉徑代號(hào)與喉徑截面積關(guān)系喉徑代號(hào)喉徑截面積mm2in2DEFGHJKLMNPQRT71126198324506830118518402322280041167192l032