安全閥的工藝計算

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1各種事故工況下泄放量的計算

1.1閥門誤關閉

1.1.1出口閥門關閉，入口閥門未關閉時，泄放量為被關閉的管道最大正常流量。

1.1.2管道兩端的切斷閥關閉時，泄放量為被關閉液體的膨脹量。此類安全閥的入口普通別大于DN25。但關于大口徑、長距離管道和物料為液化氣的管道，液體膨脹量按式(1.1)計算。

1.1.3換熱器冷側進出口閥門關閉時，泄放量按正常工作輸入的熱量計算，計算公式見式(1.1)。

1.1.4充滿液體的容器，進出口閥門全部關閉時，泄放量按正常工作輸入的熱量計算。按式(1.1)計算液體膨脹工況的泄放量：

V=B·H／(G

l·C

p

)(1.1)

式中:

V——體積泄放流量，m3／h；

B——體積膨脹系數(shù)，l／℃；

H——正常工作條件下最大傳熱量，kJ／h；

G

l

——液相密度，kg／m3；

C

P

--定壓比熱，kJ／(kg℃)。

1.2循環(huán)水故障

1.2.1以循環(huán)水為冷媒的塔頂冷凝器，當循環(huán)水發(fā)生故障(斷水)時，塔頂設置的安全閥泄放量為正常工作工況下進入冷凝器的最大蒸汽量。

1.2.2以循環(huán)水為冷媒的其它換熱器，當循環(huán)水發(fā)生故障(斷水)時，應認真分析妨礙的范圍，確定泄放量。

1.3電力故障

1.3.1停止供電時，用電機驅動的塔頂回流泵、塔側線回流泵將停止轉動，塔頂設置的安全閥的泄放量為該事故工況下進入塔頂冷凝器的蒸汽量。

1.3.2塔頂冷凝器為別裝百葉的空冷器時，在停電事情下，塔頂設置的安全閥的泄放量為正常工作工況下，進入冷凝器的最大蒸汽量的15%。

1.3.3停止供電時，要認真分析停電的妨礙范圍，如泵、壓縮機、風機、閥門的驅動機構等，以確定腳夠的泄放量。

1.4別凝氣的積存

1.4.1若塔頂冷凝器中有較多無法排放的別凝氣，則塔頂設置的安全閥的泄放量與1.2規(guī)定相同。

1.4.2其它積存別凝氣的場合，要分析其妨礙范圍，以確定泄放量。1.5操縱閥故障

1.5.1安裝在設備出口的操縱閥，發(fā)生故障時若處于全閉位置，則所設安全閥的泄放量為流經(jīng)此操縱閥的最大正常流量。

1.5.2安裝在設備入口的操縱閥，發(fā)生故障時若處于全開位置時：

(1)關于氣相管道，假如滿腳低壓側的設計壓力小于高壓側的設計壓力的2／3，則安全閥的泄放量應按式(1.5)計算：

W=3171.3(CVl—CV2)Ph(Gg／T)1/2(1.5)

式中

W——質量泄放流量，k8／h；CVl——操縱閥的Cv值，

CV2——操縱閥最小流量下的Cv值；Ph——高壓側工作壓力，MPa，Gg氣相密度，kg／m3；T——泄放溫度，K。

假如高壓側物料有也許向低壓側傳熱，則必須思考傳熱的妨礙。

(2)關于液相管道，安全閥的泄放量為操縱閥最大經(jīng)過量與正常流量之差，同時要恐怕高壓側物料有無閃蒸。1.6過度熱量輸入

換熱器熱媒側的操縱閥失靈全開、切斷閥誤開，設備的加熱夾套、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。

1.7易揮發(fā)物料進入高溫系統(tǒng)

1.7.1輕烴誤入熱油以及水誤入熱油等工況下，由于產生大量蒸汽，致使容器內的壓力迅速上升。

1.7.2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，因此，安裝安全閥是別合適的，應設置爆破片。

1.7.3這種工況的愛護措施是確保幸免發(fā)生此類事故。

1.8換熱器管破碎

1.8.1假如換熱器低壓側的設計壓力小于高壓側的設計壓力的2／3時，則應作為事故工況思考。

1.8.2依照1.8.1的條件，安全閥的泄放量按式(1.8)計算出的結果和高壓側正常流量比較，取二者的較小值。1.8.3換熱器管破碎時的泄放量

W=5.6·d2·(Gl×ΔP)1/2(1.8)

式中

W——質量泄放流量，kg／h；d——管內徑，mm；Gl——液相密度，kg／m3；

ΔP——高壓側(管程)與低壓側(殼程)的壓差，MPa。本公式適用于高壓流體為液相。1.9化學反應失控

1.9.1關于放熱的化學反應，假如溫度、壓力和流量等自動操縱失靈／使化學反應失控，形成“飛溫”，這時產生大量的熱量，使物料急劇大量蒸發(fā)，形成超壓。這類事故工況，安裝安全閥不管在反應時刻，依然在泄放速率方面均別能滿腳要求，應設置爆破片。

1.9.2假如專利所有者能提供準確的化學反應動力學關聯(lián)式，推算出事故工況下的泄放量，則能夠在專利所有者和建設方的接受下設置安全閥。1.10外部火災

1.10.1本規(guī)定適用于盛有液體的容器暴露在外部火災之中。1.10.2容器的濕潤面積(A)

容器內液面之下的面積統(tǒng)稱為濕潤面積。外部火焰?zhèn)魅氲臒崃拷?jīng)過濕潤面積使容器內的物料氣化。別同型式設備的濕潤面積計算如下：

(1)臥立式容器：距地面7.5m或距能形成大面積火焰的平臺之上7.5m高度范圍內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.關于橢圓形封頭的設備全部外表面積為：

Ae=πD0(L+0.3D0)(1.10—1)

Ae——外表面積，m2；Do——設備直徑，m；

L——設備總長(包括封頭)，m。

b.氣體壓縮機出口的緩沖罐普通最多盛一半液體，濕潤表面為容器總表

面積的50%。

c.分餾塔的濕潤表面為塔底正常最高液位和7.5m高度內塔盤上液體部

分的表面積之和。

(2)球型容器：球型容器的濕潤面積，應取半球表面積或距地面7.5m高度下表面積二者中的較大值。

(3)濕潤面積包括火災妨礙范圍內的管道外表面積。1.10.3容器外壁校正系數(shù)(F)

容器壁外的設施能夠阻礙火焰熱量傳至容器，用容器外壁校正系數(shù)(F)反映其

對傳熱的妨礙。

(1)依照勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(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：F＝1.0b.容器在地面下用砂土覆蓋：F＝0.3

c.容器頂部設有大于10l／(m2·min)水噴淋裝置：F=0.6d．容器在地面上有完好保溫，見式(1.10—4)。(2)依照美國石油學會標準API—520：

a．容器在地面上無保溫：F＝1.0

b．容器有水噴淋設施：F＝1.0

c．容器在地面上有良好保溫時，按式(1.10—2)計算：

()

6

4.2904.410

Ftd

λ

-=?-(1.10—2)

式中:

λ——保溫材料的導熱系數(shù)，kJ／(m·h·℃)；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(1.10—2)計算，將其中的保溫材料的導熱系數(shù)和厚度換成土壤或砂土相應的數(shù)值。另外，保冷材料普通別耐燒，所以，保冷容器的外壁校正系數(shù)(F)為1.0。

1.10.4安全泄放量

(1)依照勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》(1991年1月1日施行)中規(guī)定：a.無保溫層

5

0.82

2.5510l

FWA

H

???=

(1.10—3)

式中：W－泄放量，kg／h：

Hl－泄放條件下的汽化熱，kJ／kg：A－潤濕面積，m2；

F－容器外壁校正系數(shù)，取1.10.3(1)中的取值

b.有保溫層

0.82

2.61(650)ltWAdHλ?-??=

?(1.10—4)

式中：t－泄放溫度，℃：

λ－保溫材料的導熱系數(shù)；d0－保溫材料的厚度，m。

(2)依照美國石油學會標準API－520中規(guī)定：關于有腳夠的消防愛護措施和有能及時排走地面上泄漏的物料措施時，容器的泄放量為：

5

0.82

1.55510l

FWA

H

???=

(1.10—5)

否則，采納式(1.10—6)計算：

5

0.82

2.5510l

FWA

H

???=

(1.10—5)

式中符號同式(1.10—3)，F(xiàn)取1.10.3(2)中的取值。

2

最小泄放面積的計算

2.1計算的最小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時經(jīng)過的最小截面積。關于全啟式安全閥為喉徑截面積，關于微啟式安全閥為環(huán)隙面積。

2.2依照勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程))(1991年1月113施行)中規(guī)定：

(1)關于氣體、蒸汽在臨界條件下的最小泄放面積為：

013.16

WaXPC=??(2.2—1)

式中:

a——最小泄放面積，mm2；W——質量泄放流量，kg／h，X——氣體特性系數(shù)；P——泄放壓力，MPaZ——氣體壓縮因子，T——泄放溫度，K；M——分子量。

流量系數(shù)(C0)由創(chuàng)造廠提供。若沒有創(chuàng)造廠的數(shù)據(jù)時，關于全啟式安全閥C0=0.6～0.7；關于帶調節(jié)圈的微啟式安全閥:C0=0.4～0.5；關于別帶調節(jié)圈的微啟式安全閥：C0=0.25～0.35。

氣體特性系數(shù)(X)見附表1。氣體壓縮因子(Z)查附圖2。

(2)依照計算的最小泄放面積(a)，計算安全閥喉徑(d1)或閥座口徑(D)a．關于全啟式安全閥

2

1

4adπ=

(2.2—2)

b.關于平面密封型微啟式安全閥

aDhπ=(2.2—3)c．關于錐面密封型微啟式安全閥

sinaDhπ?=g

(2.2—4)式中:

d——安全閥喉徑，mmh——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。

2.3依照美國石油學會標準API—520中的規(guī)定如下：2.

3.1臨界條件的推斷

假如背壓滿腳式(2.3—1)，則為臨界流淌，否則為亞臨界流淌。

1

21k

kbcfPkPP-??

≤=?

?+??g(2.3—1)

式中:

Pb——背壓，MPa

Pcf——臨界流淌壓力，MPaP——泄放壓力，MPaK——絕熱指數(shù)。

2.3.2氣體或蒸氣在臨界流淌條件下的最小泄放面積

013.16bWaXPCK=

???(2.3—2)

式中

a——最小泄放面積，mm2；W——質量泄放流量，kg／h；，Co--流量系數(shù)；X——氣體特性系數(shù)；P——泄放壓力，MPaK

b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)由創(chuàng)造廠提供，若沒有創(chuàng)造廠的數(shù)據(jù)，則取Co＝0.975。系數(shù)(X)式(2.3—3)計算或查附表1。

X=(2.3-3)

背壓修正系數(shù)(Kb)僅用于波浪管背壓平衡式安全閥(查附圖1)臨界流淌條件

下，關于彈簧式安全閥Kb＝1.0。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X＝315。2.3.3氣體或蒸氣在亞臨界條件下的最小泄放面積

(1)式(2.3—4)適用于導閥式安全閥和彈簧設定時思考了靜背壓的妨礙的彈簧式安全閥，在亞臨界流淌條件下的最小泄放面積的計算；

2

01.810

fWaCK-=??—4)

亞臨界流淌系數(shù)(Kf)查附圖3。

流量系數(shù)(Co)值由創(chuàng)造廠提供，若沒有創(chuàng)造廠數(shù)據(jù)時，Co＝0.975，其它符號同前。

(2)簡便計算彈簧式安全閥在亞臨界流淌條件下的最小泄放面積時，可先按臨界流淌條件下的式(2.3—2)計算，再將計算結果除以按圖附圖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)背壓平衡式安全閥在亞臨界流淌時的最小泄放面積按式(2.3—2)計算，但背壓修正系數(shù)(Kb)應由創(chuàng)造廠提供。2.3.4水蒸汽

0.19

sh

N

W

aCPK

K=???(2.3—5)

流量系數(shù)(Co)值由創(chuàng)造廠提供，若無創(chuàng)造廠數(shù)據(jù)時，Co＝0.975。過熱蒸汽過熱系數(shù)(Ksh)查附表3，關于飽和蒸汽，Ksh＝1.0。Napier系數(shù)(KN)按下述要求選取：P≤10.44MPa時，KN＝1.0

10.44Mpa＜P≤22.17MPa時，KN＝27.6371000

33.2341061PP--

其余符號意義同前。

2.3.5液體

a=—6)

超壓系數(shù)(Kp)查附圖5所示。

背壓修正系數(shù)(K

w)，對彈簧式安全閥K

w

=1.0；關于波浪管背壓平衡式安全閥,

K

w

查附圖6。

粘度修正系數(shù)(K

V

)查附圖7。

流量系數(shù)(Co)關于按美國機械工程師協(xié)會ASME第Ⅷ部分第1分篇或國標GBl50—89設計的容器上安裝的安全閥，Co＝0.65，

其它(如管道上)安裝的安全閥，Co＝0.62。

計算泄放壓力(P)時所用的超壓，關于按ASME第Ⅷ部分第1分篇或國標GBl50—89設計的容器，超壓為10％，其它(如管道上)安裝的安全閥，超壓為25％。其余符號同前。

2.3.6兩相流體

(1)氣—液平衡態(tài)的兩相流體，流經(jīng)閥體時部分液體要產生閃蒸，閃蒸現(xiàn)象會落低閥門的質量流通能力。泄放量的計算辦法如下：

a．確定閃蒸量：分不計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混合物中的氣量之和，依照背壓事情及安全閥的型式等，按照式(2.3—2)或(2.3—4)計算氣相所需的最小泄放面積。

c．依照式(2.3—6)計算液相所需的最小泄放面積。

d．將b和c項的計算結果相加，即為所需的最小泄放面積。

(2)背壓對安全閥的上述計算過程有非常大的作用，所以：

a.應認真計算泄放管道中兩相流體的壓力落，

b．管道壓力落的產生，會使部分液體接著氣化，

c．來自冷凍(如液化氣的排放)的物料排放系統(tǒng)，在排放管道中有時會產生液滴和低溫；

d．關于氣相處于臨界條件下泄放時，計算液相泄放量時背壓取臨界壓力

(P

cf

)(見式2.3—1)。

3儲存氣體容器的安全閥

3.1無濕潤表面的容器在外部火災事情下，容器將在短時刻內由于金屬材料的軟

化而發(fā)生破壞。設置安全閥將別能獨立愛護這類容器別受損壞，僅能在短時刻內(金屬軟化之前)起作用。所以要采取其它的方法如外保溫、水噴淋或自動／手動泄壓系統(tǒng)(安裝操縱閥)。

3.2無濕潤表面的容器在外部火災事情下的泄放量

(

)1.25

1.1506

18.764

wWTTAT

=-g(3.2-1)

暴露面積(A1)為距地面或能形成大面積火焰的平臺上方7.5m以下的容器外表面。

金屬壁溫(Tw)：關于碳鋼為593℃(866K)泄放溫度(T)依照理想氣體狀態(tài)方程計算。9．0．3最小泄放面積

576.7Fa'=(3.3-1)

泄放閥因子(F')按式(3.3－2)計算，F(xiàn)'的最小值為0.01。假如F'沒有腳夠的數(shù)據(jù)舉行計算，則F'取0.045。

()1.25

0.6506

00.2wTTFXCT-=ggg(3.3—2)

上式中流量系數(shù)(Co)由創(chuàng)造廠提供。若沒有創(chuàng)造廠的數(shù)據(jù)時，Co取0.975。氣體特性系數(shù)(X)查附