安全閥計(jì)算示例-超實(shí)用

安全閥計(jì)算實(shí)例陳樺安全閥系壓力容器在運(yùn)行中實(shí)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(yàn)中必檢項(xiàng)目。它包括防超壓和防真空兩大系列，即一為排泄容器內(nèi)部超壓介質(zhì)防止容器失效，另一方面則為吸入外部介質(zhì)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(shè)計(jì)圖樣的要求裝設(shè)安全閥。一.安全閥的選用方法a） 根據(jù)計(jì)算確定安全閥.公稱直徑.必須使安全閥的排放能力N壓力容器的安全泄放量b） 根據(jù)壓力容器的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度確定安全閥的壓力等級(jí);c） 對(duì)于開啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質(zhì)溫度超過320°C的氣體用的安全閥,應(yīng)選用帶散熱器（翅片）的形式；d） 對(duì)于易燃、毒性為極度或高度危害介質(zhì)必須采用封閉式安全閥，如需采用帶有提升機(jī)構(gòu)的,則應(yīng)采用封閉式帶板手安全閥；e） 當(dāng)安全閥有可能承受背壓是變動(dòng)的且變動(dòng)量超過10%開啟壓力時(shí)，應(yīng)選用帶波紋管的安全閥;f） 對(duì)空氣、60C以上熱水或蒸汽等非危害介質(zhì)，則應(yīng)采用帶板手安全閥g） 液化槽（罐）車，應(yīng)采用內(nèi)置式安全閥.h） 根據(jù)介質(zhì)特性選合適的安全閥材料:如含氨介質(zhì)不能選用銅或含銅的安全閥；乙炔不能選用含銅70%或紫銅制的安全閥.i） 對(duì)于泄放量大的工況，應(yīng)選用全啟式;對(duì)于工作壓力穩(wěn)定，泄放量小的工況，宜選用微啟式;對(duì)于高壓、泄放量大的工況，宜選用非直接起動(dòng)式，如脈沖式安全閥.對(duì)于容器長(zhǎng)度超過6m的應(yīng)設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)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(dòng)式設(shè)備應(yīng)采用彈簧式安全閥.k） 對(duì)于介質(zhì)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.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(jí).安全閥公稱壓力與彈簧工作壓力關(guān)系，見表1m）安全閥公稱壓力PN與彈簧工作壓力關(guān)系表表1PN彈簧工作壓力等級(jí)1.60.06?0.1>0.12>0.16?0.25>0.25?0.4>0.4?0.5>0.5?0.6>0.6?0.8>0.8?1.0>1.0?1.3>1.3?1.62.5>1.3?1.6>1.6?2.0>2.0?2.5只能用于大于1.3MP6.4->1.3?1.6>1.6?2.0>2.0?2.5>2.5?3.2>3.2?4.0>4.0?6.4只能用于大于1.3MPa10>4?5>5?6.4>6.4?8>8?10只能用于大于4.0MPa安全閥應(yīng)動(dòng)作靈敏可靠，當(dāng)?shù)竭_(dá)開啟壓力時(shí)，閥瓣應(yīng)及時(shí)開啟和完全上升,以順利排放;同時(shí)應(yīng)具有良好的密封性能，不僅正常工作時(shí)保持不漏，而且要求閥瓣在開啟復(fù)位后及時(shí)關(guān)閉且保持密封;在排氣壓力下閥瓣應(yīng)達(dá)到全開位置，無震蕩現(xiàn)象，并保證排出規(guī)定的氣量。二.安全閥計(jì)算實(shí)例我們?cè)趬毫θ萜髟O(shè)計(jì)和定期檢驗(yàn)中均要求對(duì)安全閥的安全排放能力進(jìn)行選型或校驗(yàn)計(jì)算?；谝酝Y料不齊全,往往以大代小，造成不必要的浪費(fèi)?，F(xiàn)擬以GB150附錄B-B5.1b)為依據(jù)，用不同介質(zhì)、壓力、溫度對(duì)安全閥的安全排放量進(jìn)行選型計(jì)算。例1：有一空氣儲(chǔ)罐,DN1000啞，容積V=5m3最高工作壓力為0.8MPa,工作溫度為30°C進(jìn)口管為◎57X3.5,確定安全閥尺寸.解1)確定氣體的狀態(tài)條件設(shè)Po一安全閥出口側(cè)壓力(絕壓)0.103MPa(近似為0.1MPa)則Pd一安全閥泄放壓力(絕壓)為Pd=1.1Pw+0.1+10%P=1.068MPa(GB150附錄B4.2.1)當(dāng)安全閥出口側(cè)為大氣時(shí)：Po/Pd=0.103/1.068=0.0936而(2/(k+1))k/(k-1)=(2/(1.4+1))1.4/(1.4-1)=0.53???Po/PdV(2/(k+1))k/(k-1)是屬于臨界狀態(tài)條件，安全閥排放面積A按(B5)計(jì)算AN ^ : mm(B5)x10-2CKP'MdZT式中：C氣體特性系數(shù)，查表B1或C=520”k(2/(k+1)(k+1)/(k-1))K一安全閥額定泄放系數(shù),K=0.9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(guān)規(guī)定中選取.2)容器安全泄放量的計(jì)算:盛裝壓縮氣體或水蒸汽的容器安全泄放量，按下列規(guī)定來確定對(duì)壓縮機(jī)貯罐或水蒸汽的容器，分別取壓縮機(jī)和水蒸汽發(fā)生器的最大產(chǎn)氣量;氣體儲(chǔ)罐等的安全泄放量按奩1）式計(jì)算Ws=2.83X10-3pud2kg/h （B1）式中p為排放壓力下的氣體密度.p=M（分子量）XPw’（排放絕對(duì)壓力）X273/（22.4X（273+t））空氣M=28.95排放絕對(duì)壓力Pw’=10.68kg/cm2代入上式得p=28.95X10.68X273/22.4X303=12.44k/m3u一容器在工作壓力下的進(jìn)口管的氣體流速m/s;查表2得u=10?15m/s一些常用氣體流速范圍表2流體名稱/輸送壓力流速范圍流體名稱/輸送壓力流速范圍MPam/sMPam/s壓縮空氣0?0.110?15飽和水蒸汽（主管）40?60>0.1?V0.610?20（支管）35?40>0.6?V1.010?15煤氣（初壓）2KPa0.75?3.0>1.0?V2.08?10（初壓）6KPa3?12>2.0?V3.03.0?6.0氨氣 ^0.610?20一般氣體（常壓）10?201.0?2.03.0?8.0氧氣 V0.65.0?10.0液氨0.3?1.00.05?0.67.0?8.0氮?dú)?5?102.0?5.0飽和水蒸汽（主管）30?40乙炔氣2.0?8.0（支管）20?30氫氣缽0低壓蒸汽V1.015?20自來水（主管）1.5?3.5低壓蒸汽V1.020?40（支管）1.0?1.5低壓蒸汽V1.040?60易燃?xì)怏w^1.0取u=10m/s.將上述p、v、d代入得Ws=2.83X10-3X12.44X15X502=1320.2kg/h則A= ^320^2 =205.4mm2:28.95x10-2x365x0.7x1.071v 1x303若采用帶板手全啟式安全閥A=0.785d02=205.4mm2 d0=（205.4/0.785）1/2=16.2啞根據(jù)統(tǒng)計(jì)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.安全閥公稱直徑與喉徑關(guān)系表3安全閥公稱壓力'公稱直徑DN15、20、25、32、40、50、80、100全PN(MPa)1.0、2.5、4.0、6.4do 20、25、32、50、65啟PN(MPa)10.020、25、32、40、50式PN(MPa)16、3212、20微PN(MPa)1.6、2.5、4.0、6.4do12、16、20、25、32、40、65、80啟PN(MPa)16、32do8 12式PN(MPa)16、3214/16例2.將例題1的介質(zhì)改為蒸汽。解：在壓力容器中，絕大多數(shù)安全閥的出口側(cè)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(yàn)介質(zhì)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=1.1XP+0.1MPa=1.1X1.1Pw+0.1=1.21X0.8+0.1=1.068MPa查得p=5.388Kg/m3.K=455°（t=182°C）?.?WS=2.83X10-3pvd2=2.83X10-3X5.388X25X502=953Kg最小排放面積AA= 絲―=■Mx10-2CKP.■——dVZT其中蒸汽在工作溫度和壓力下的壓縮系數(shù)Z?？筛鶕?jù)高鴻華主編《壓力容器安全技術(shù)問題》第71問中的公式進(jìn)行計(jì)算：（注1）Z=PvM=10.68x0.1856x104x18=093RT 848x455式中：R 848Kg?m/Kmol?K蒸汽絕對(duì)溫度Kv——蒸汽比容M——分子量。 蒸汽k=1.135...A= 竺 :18x10-2x331x0.7x1.068v '0.93x455=245.7mm2do=，—二"24^7=17.7啞V0.785V4取DN=32的安全閥。（do=20?。┳?、介質(zhì)壓縮系數(shù)可按GB150附錄B章進(jìn)行計(jì)算，一些常用介質(zhì)的臨界特性，由表4查得某些氣體的主要物理特性表4名稱分子量臨界溫度t°C臨界壓力Patm（絕壓）K=Cp/Cv氫H22.02-239.912.81.407氧O232-118.849.711.4空氣29-140.837.251.4氧化氮NO30-9467.21.4二氧化碳CO24431.172.91.30水蒸汽H2O18.2374.1225.41.3（過熱）1.135氨NH317.03132.4111.51.29硫化氫H2S34.09100.488.91.3氟-12CF2Cl2120.09111.739.61.14氯Cl270.91144.076.11.36丙烷C3H844.0996.8442.011.133丁烷C4H1058.12152.0137.471.094苯C6H678.11287.648.71.18乙快H2C226.0436.361.61.238異丁烷58.1258.1236.001.079上述的工況。同樣可以用（B7）式進(jìn)行計(jì)算。該式在計(jì)算時(shí)略去繁鎖系數(shù)Z的計(jì)算，當(dāng)Pd^10Mpa時(shí)

A=桃= 953 =242.8mm25.23KPd5.25x0.7x1.068do=二、24^8=17.6啞t40,785眾所周知，壓縮系數(shù)Z是反映了真實(shí)氣體在壓力、溫度和比容之間的關(guān)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(shí)氣體與理想氣體的差異不大。即壓縮系數(shù)Z^1,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(jì)算公式簡(jiǎn)化為下式：W=27KPdAW=27KPdA用例題1的工況，代入后即得A= 1320.. =205.4mm2A='78.9527x0.7x1.067 303——:史A!=16.2mw\0.7854與例題1的詳細(xì)計(jì)算相差極小，另一方面應(yīng)注意的是，如合成氨的循環(huán)機(jī)的安全閥，由于出口側(cè)的壓力很大。因而壓力比Po/Pd>(2/(k+1))k/(k-D屬于處在亞臨界狀態(tài)，則應(yīng)用式(B6)來計(jì)算安全閥泄放量。但鍋爐系統(tǒng)的安全閥選型計(jì)算要以《鍋規(guī)》所給出的公式及系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。例3：液化石油氣貯罐，筒體內(nèi)徑Di=1600w,長(zhǎng)度L=6000w，壁厚(5n=16w,V=13.3ms,封頭形式為橢圓，介質(zhì)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丙烷C3H8丙烯C3H6正異丁烯正異丁烷殘液50。。汽化潛熱kJ/kg285.5285.96343.7317.8337液化石油氣貯罐，一般不設(shè)保溫且夏日均配備水噴淋予以冷卻。解：對(duì)無絕熱材料保冷層的壓力容器其安全泄放量按（B3）計(jì)算。W=2.55X105FAtX0.82/qkg/h式中：F—系數(shù)，對(duì)于地面上的容器，F(xiàn)=1At一容器受熱面積，橢圓封頭的臥式貯罐At=nD0（L+0.3D0）=3.14X1.632（6.916+0.3X1.632）=37.9廿50°C汽化潛r=EXiri=285.5X0.15+285.96X0.5+343.7X0.15+317.8X0.15+337X0.05=301.9KJ/kg「?安全泄放量W’=上55x105*F*乙0.82r=2.55x105x*37.9°.82=16640kg/h301.9安全閥的泄放能力計(jì)算對(duì)于貯罐的筒體長(zhǎng)度N6m時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩個(gè)安全閥。在一般情況下分半值來計(jì)算較為合理。這樣才不致于使安全閥選得過于大型而造成浪費(fèi)。安全閥的最小排氣面積A為WA— 2A ■M7.6x10-2CKP/——*ZT 8320 :44x10-2x337x0.6x2.08】 0.67x323=577.3mm2式中Pd=1.1P+0.1=1.1X1.8+0.1=2.08MPaM分子量=44（以主要成分丙烷）...do=■— .'^ZLil=27.12啞「兀0.785選用DN40A42H—4.0的全啟式安全閥兩只。（此檔安全閥最小公稱直徑為40）由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的裝置集中輸氣到一個(gè)貯罐（集中罐）?；蛴梢慌_(tái)設(shè)備分別輸氣到幾個(gè)貯罐（分氣罐）時(shí)。貯罐的安全泄放量的計(jì)算見例4。例4、由兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)同時(shí)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(jìn)氣管為？108X4。此時(shí)貯罐的安全泄放量。?.?在Pw=1.0Mpa；t=20°C時(shí)，p=12.87kg/m3。取進(jìn)氣管的氣體流速為v=15m/s...貯罐的安全泄放量W為W‘=7.55(p)Vd2￡=7.55X1.293X15X1002X口=6.55X103