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文檔簡介

安全閥計算公式安全閥系壓力容器在運(yùn)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(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(shè)計壓力和設(shè)計溫度確定安全閥的壓力等級;c)對于開啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質(zhì)溫度超過320℃的氣體用的安全閥,應(yīng)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(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的且變動量超過10%開啟壓力時,應(yīng)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(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)對于泄放量大的工況,應(yīng)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(yīng)設(shè)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(shè)備應(yīng)采用彈簧式安全閥.k)對于介質(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.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)動作靈敏可靠,當(dāng)?shù)竭_(dá)開啟壓力時,閥瓣應(yīng)及時開啟和完全上升,以順利排放;同時應(yīng)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(fù)位后及時關(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.安全閥計算實例我們在壓力容器設(shè)計和定期檢驗中均要求對安全閥的安全排放能力進(jìn)行選型或校驗計算?;谝酝Y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-B5.1b)為依據(jù),用不同介質(zhì)、壓力、溫度對安全閥的安全排放量進(jìn)行選型計算。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(jìn)口管為φ57X3.5,確定安全閥尺寸.解1)確定氣體的狀態(tài)條件設(shè)Po—安全閥出口側(cè)壓力(絕壓)0.103MPa(近似為0.1MPa)則Pd—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: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/Pd<(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)計算A≥mm(B5)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—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(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;b.氣體儲罐等的安全泄放量按(B1)式計算Ws=2.83×10-3ρυd2㎏/h(B1)式中ρ為排放壓力下的氣體密度.ρ=M(分子量)×Pw’(排放絕對壓力)×273/(22.4×(273+t))空氣M=28.95排放絕對壓力Pw’=10.68㎏/㎝2代入上式得ρ=28.95×10.68×273/22.4×303=12.44㎏/m3υ—容器在工作壓力下的進(jìn)口管的氣體流速m/s;查表2得υ=10~15m/s一些常用氣體流速范圍表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0~0.1>0.1~<0.6>0.6~<1.0>1.0~<2.0>2.0~<3.0一般氣體(常壓)氧氣<0.60.05~0.6飽和水蒸汽(主管)(支管)低壓蒸汽<1.0低壓蒸汽<1.0低壓蒸汽<1.010~1510~2010~158~103.0~6.010~205.0~10.07.0~8.030~4020~3015~2020~4040~60飽和水蒸汽(主管)(支管)煤氣(初壓)2KPa(初壓)6KPa氨氣≤0.61.0~2.0液氨氮氣5~10乙炔氣氫氣自來水(主管)(支管)易燃?xì)怏w40~6035~400.75~3.03~1210~203.0~8.00.3~1.02.0~5.02.0~8.0≤8.01.5~3.51.0~1.5≤1.0取υ=10m/s.將上述ρ、ν、d代入得Ws=2.83×10-3×12.44×15×502=1320.2㎏/h則A==205.4mm2若采用帶板手全啟式安全閥A=0.785d02=205.4mm2d0=(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.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全啟式PN(MPa)1.0、2.5、4.0、6.4do20、25、32、50、65PN(MPa)10.020、25、32、40、50PN(MPa)16、3212、20微啟式PN(MPa)1.6、2.5、4.0、6.4do12、16、20、25、32、40、65、80PN(MPa)16、32do812PN(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=1.1×P+0.1MPa=1.1×1.1Pw+0.1=1.21×0.8+0.1=1.068MPa查得ρ=5.388Kg/m3.K=455°(t=182℃)∴WS=2.83×10-3ρνd2=2.83×10-3×5.388×25×502=953Kg最小排放面積AA=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)行計算:(注1)Z===0.93式中:R——848Kg·m/Kmol·KT——蒸汽絕對溫度Kν——蒸汽比容M——分子量。蒸汽k=1.135∴A==245.7mm2do===17.7㎜取DN=32的安全閥。(do=20㎜)注1、介質(zhì)壓縮系數(shù)可按GB150附錄B章進(jìn)行計算,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℃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乙炔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)行計算。該式在計算時略去繁鎖系數(shù)Z的計算,當(dāng)Pd≤10Mpa時A===242.8mm2do===17.6㎜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(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,安全閥排量計算公式簡化為下式:W=27KPdA用例題1的工況,代入后即得A==205.4mm2Do===16.2㎜與例題1的詳細(xì)計算相差極小,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-1)屬于處在亞臨界狀態(tài),則應(yīng)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(jìn)行計算。例3:液化石油氣貯罐,筒體內(nèi)徑Di=1600㎜,長度L=6000㎜,壁厚δn=16㎜,V=13.3m3,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/h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At=πD0(L+0.3D0)=3.14×1.632(6.916+0.3×1.632)=37.9㎡50℃汽化潛r=∑Xiri=285.5×0.15+285.96×0.5+343.7×0.15+317.8×0.15+337×0.05=301.9KJ/㎏∴安全泄放量W’===16640㎏/h安全閥的泄放能力計算對于貯罐的筒體長度≥6m時,應(yīng)設(shè)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于大型而造成浪費。安全閥的最小排氣面積A為A===577.3mm2式中Pd=1.1P+0.1=1.1×1.8+0.1=2.08MPaM分子量=44(以主要成分丙烷)∴do===27.12㎜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)由兩臺或兩臺以上的裝置集中輸氣到一個貯罐(集中罐)?;蛴梢慌_設(shè)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。例4、由兩臺空氣壓縮機(jī)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(jìn)氣管為φ108×4。此時貯罐的安全泄放量?!咴赑w=1.0Mpa;t=20℃時,ρ=12.87㎏/m3。取進(jìn)氣管的氣體流速為ν=15m/s∴貯罐的安全泄放量W為W‘=7.55(ρo)Vd2=7.55×1.293×15×1002×=6.55×103㎏/h式中:ρo——氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度㎏/m3;空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的P=12.87㎏/m3Pd——容器的排放壓力MPa(絕對)T——容器的排放溫度(絕對)Kd——容器的總進(jìn)氣管內(nèi)徑㎜實際上W'=7.55ρoVd2與W=28×10-3ρVd2是等效的,不同處在于不用去求取氣體在排放狀態(tài)下的密度ρ(㎏/m3)。除上述的一些常見的貯罐外,我們還遇到如蒸發(fā)器、反應(yīng)器之類由于器內(nèi)液體受熱蒸發(fā)而增大壓力,或由于化學(xué)反應(yīng)而使介質(zhì)氣化。體積增大內(nèi)壓升高,其安全泄放量應(yīng)分別根據(jù)輸入載熱體的放出熱量或器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)可能生成的最大氣量,以及反應(yīng)所需的時間來決定。另外,JB/T4750-2003《制冷裝置用壓力容器》B.4安全閥及爆破片口徑中介紹了配備

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