安全閥計算 規(guī)定說解

千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦安全閥計算規(guī)定說解安全閥計算規(guī)定

1.應(yīng)用范圍

1.1本規(guī)定僅適用于化工生產(chǎn)裝置中壓力大于0.2MPa的壓力容器上防超壓用安全閥的設(shè)置和計算，別包括壓力大于100MPa的超高壓系統(tǒng)。

適用于化工生產(chǎn)裝置中上述范圍內(nèi)的壓力容器和管道所用安全閥；別適用于其它行業(yè)的壓力容器上用的安全閥，如各類槽車、各類氣瓶、鍋爐系統(tǒng)、非金屬材料容器，以及核工業(yè)、電力工業(yè)等。

1.2計算辦法引自《工藝設(shè)計手冊》(Q/SPIDI3PR04-3-1998)，使用本規(guī)定時，普通事情應(yīng)依照本規(guī)定舉行安全閥計算，復(fù)雜工況仍按《工藝設(shè)計手冊》有關(guān)章節(jié)舉行計算。

1.3本規(guī)定提供了超壓緣故分析，使用本規(guī)定必須詳細(xì)閱讀該章節(jié)。

2.計算規(guī)定的普通講明

2.1安全閥適用于清潔、無顆粒、低粘度流體，凡必須安裝泄壓裝置而又別

適合安全閥的場所，應(yīng)安裝爆破片或安全閥與爆破片串聯(lián)使用。

2.2在工藝包設(shè)計時期（PDP），應(yīng)依照工藝裝置的操作規(guī)范，按照本規(guī)定（見

5.0章節(jié)），對本規(guī)定所列的每個工況舉行分析，依照PDP的物流表，確

定每個工況的排放量，填入安全閥數(shù)據(jù)表一。

2.3在基礎(chǔ)設(shè)計時期（BDP）和詳細(xì)設(shè)計時期（DDP），按照泄放量的計算書

規(guī)定（見6.0章節(jié)），在安全閥數(shù)據(jù)表一的基礎(chǔ)上，形成安全閥數(shù)據(jù)表

二（數(shù)據(jù)匯總表）和安全閥數(shù)據(jù)表三。安全閥數(shù)據(jù)表三作為條件提交有

關(guān)專業(yè)。

3.術(shù)語定義

3．1積聚（accumulation）：在安全閥泄放過程中，超過容器的最大允許工作壓力的壓力，用壓力單位或百分?jǐn)?shù)表示。最大允許積聚由應(yīng)用的操作規(guī)范和火災(zāi)事故制定。

3．2背壓（backpressure）：是由于泄放系統(tǒng)有壓力而存在于安全閥出口處

的壓力，背壓有固定的和變化的兩種形式。背壓是附加背壓和積聚背壓之和。3．3附加背壓（superimposedbackpressure）：當(dāng)安全閥啟動時，存在于安全閥出口的靜壓，它是由于其它閥排放而造成的壓力，它有兩種形式，固定的和變化的。

3．4積聚背壓（built-upbackpressure）：泄壓閥打開后由于流淌使泄放主管中增加的壓力。

3．5最大允許積聚壓力（maximumallowableaccumulatedpressure）：是最大允許工作壓力與最大允許積聚之和。

3．6最大允許工作壓力（maximumallowableworkingpressure）：系指在設(shè)計溫度下，容器頂部所允許承受的最大壓力。這壓力基于設(shè)備計算中的正常厚度、金屬腐蝕裕度、負(fù)載和壓力。最大允許工作壓力是設(shè)定安全閥壓力愛護設(shè)備的基礎(chǔ)。

3．7超壓（overpressure）：超過安全閥設(shè)定壓力的壓力，用壓力單

位或百分?jǐn)?shù)表示。它與容器設(shè)定的最大允許工作壓力時的積聚一樣，假設(shè)安全閥人口沒有管路損失。

3．8安全閥的設(shè)定壓力（setpressure）：安全閥人口出的靜壓達到該值時，安全閥將動作。

3．9操作壓力（operationpressure）：容器通常操作時的壓力。壓力容器的設(shè)計通常有一最大允許工作壓力，它為操作壓力提供合適的余量，以阻撓安全閥別合需要的打開。

3．10泄放條件（relievingconditions）：用于表示安全閥超壓時的進口壓力和溫度。泄放壓力等于安全閥的設(shè)定壓力加超壓，泄放溫度為泄放條件下的流體溫度，它也許高于操作溫度，也也許低于操作溫度。

3．11回座壓差（blowdown）：設(shè)定壓力與安全閥關(guān)閉壓力之差，用設(shè)定壓力的百分?jǐn)?shù)或用壓力單位表示。

4．超壓的緣故

超壓是系統(tǒng)中某一部分物料或能量別平衡，或物料和能量并且別平衡引起的。所以，分析超壓的緣故和數(shù)量是工藝過程中物料和能量平衡的特別和復(fù)雜工況的綜合研究。安全閥的設(shè)置要保證一具工藝系統(tǒng)或工藝系統(tǒng)中的任何一具工況的壓

力別能超過最大允許累積壓力。

系統(tǒng)壓力包括壓力容器、換熱器及其他設(shè)備和管道，它的設(shè)計基于(a)正常操作溫度下的正常操作壓力，(b)任何一具機械負(fù)荷的妨礙，就會引起與操作負(fù)荷的別同，(c)安全閥的設(shè)定壓力。工藝系統(tǒng)設(shè)計必須定義最小泄放，以阻撓任何一臺設(shè)備超過它的最大允許累積壓力。

4．1超壓來源

由于能量輸入導(dǎo)致液體或氣體泄放，所以產(chǎn)生了泄放裝置。兩個最通常的能量來源，一是能量輸入經(jīng)過氣化或熱膨脹間接導(dǎo)致壓力升高；二是直截了當(dāng)較高壓力的進入。由于以上一具或二個因素都也許引起超壓。

安全閥泄放量是最大的泄放量，這最大泄放量可泄放以愛護設(shè)備因任何一具單獨的緣故而引起的超壓。兩個毫無關(guān)聯(lián)的故障并且發(fā)生的概率非常小，因此通常別必思考。

4．2壓力、溫度和組成的妨礙

因為溫度和壓力會妨礙液體和藹體的流量和組成，因此確定每個泄放量時要思考溫度和壓力。當(dāng)液體加熱時就變成了氣體。因為密閉容器壓力的增加及熱量的進入，改變了平衡，產(chǎn)生了氣體。在大多數(shù)事情下，容器內(nèi)是由別同沸點、別同組份組成的混合物。沸點低的組份首先蒸發(fā)，隨著熱量的別斷進入，較重的組份也開始蒸發(fā)，最終，只要進入熱量腳夠多，最重的組份也蒸發(fā)了。

在泄壓過程中，要研究別并且間的氣體泄放量和摩爾質(zhì)量，以確定氣體的最大泄放量和組成。

泄放壓力有時會超過系統(tǒng)組成的臨界壓力（或亞臨界壓力）。在這種事情下，就要參考壓縮系數(shù)與密度－溫度－熱焓之間的相互關(guān)系。假如超壓是由多余物料流入引起的，多余的物料就要在進、出焓相等條件下計算出的溫度下泄放。

系統(tǒng)中沒有其他的進出物料，假如超壓算是由外部額外熱量引起的。這外部輸入的熱焓等于容器中還在或已蒸發(fā)物料之和。經(jīng)過計算或作圖累計泄放量與時刻的關(guān)系，眨眼的最大泄放量就可得到。這最大量泄放量通常在臨界溫度附近。

5.單個安全閥泄放量確定

在這一章節(jié)列出了別同的超壓緣故，它是泄放量確定的基礎(chǔ)，。以下章節(jié)詳細(xì)講明了需要超壓愛護的一些通常事故。

5.1操作人員的妨礙

決定最大泄放工況還要思考操作人員的反應(yīng)和對一連串錯誤行動的明白。通?？山邮盏姆磻?yīng)時刻在10～30分鐘之間，這取決于裝置的復(fù)雜程度。這反應(yīng)的有效性還取決于工藝動力學(xué)。

5.2關(guān)閉出口閥

當(dāng)設(shè)備或系統(tǒng)所有的出口閥關(guān)閉時，為了愛護設(shè)備或防止系統(tǒng)超壓，泄放裝置的能力要大于等于超壓源。假如別是所有的出口閥門關(guān)閉，沒有關(guān)閉的出口閥泄放量也要適當(dāng)?shù)厮伎?。超壓源來自泵、壓縮機、高壓供應(yīng)管家、可揮發(fā)性氣體。這種事情發(fā)生在換熱器中，關(guān)閉出口閥會引起熱膨脹，或者產(chǎn)生氣體。

泄放量是設(shè)定壓力加上超壓時的泄放量，而別是正常操作條件下的泄放量。當(dāng)這一區(qū)不沒有思考到時，泄放量常會大大減少。在確定泄放量時，還要思考到超壓管線與泄放管線之間的摩擦損失。

5.3冷卻或回流發(fā)生故障

5.3.1總則

需要的泄放量取決于系統(tǒng)泄放壓力下的熱量和物料平衡。在精餾系統(tǒng)，泄放量計算取決于有無回流。冷媒停止時，剩余的冷量通常別思考，因為這部分冷量發(fā)生作用的時刻是很有限的，同時取決于配管的實際布置。假如工藝配管系統(tǒng)超常規(guī)的大，同時別保溫，就要思考熱損失。

因為詳細(xì)的熱量平衡和物料平衡計算有困難，在5.3.2~5.3.9中，列出通常可接收的確定泄放量的簡單原則。

5.3.2全凝

泄放量算是進入冷凝器的總的氣體量，計算的溫度對應(yīng)設(shè)定壓力加上超壓和進入的熱量減泄放的熱量時的新的氣相組成，在正常液位的頂部積聚的脈沖量通常限于10分鐘之內(nèi)。假如冷媒發(fā)生故障超過那個時刻，回流也沒有，頂部的組分、溫度和藹相量會有非常大的變化。

5.3.3部分冷凝

泄放量是泄放條件下，進出氣體量之差。進入的氣體量應(yīng)該按5.3.2基準(zhǔn)計算，假如回流的組成或回流量改變，進入冷凝器的氣體量就應(yīng)該由新的條件決定。

5.3.4風(fēng)扇發(fā)生故障

因為自然對流的作用，既使風(fēng)扇發(fā)生故障，假如泄放條件沒有明顯別同，通常還有正常能力20％～30％的冷凝量，泄放量分不是全凝或部分冷凝這兩種工況的70％～80％。但是，實際冷凝量通常取決于空冷器的設(shè)計性能，假如風(fēng)扇和機械夾點浮現(xiàn)，就會落低冷卻能力。

5.3.5百葉窗關(guān)閉

空冷器的百葉窗關(guān)閉，算是整個冷媒發(fā)生故障，泄放量計算同5.3.2及5.3.3。百葉窗關(guān)閉也許來自自動操縱發(fā)生故障，機械聯(lián)接發(fā)生故障，或者在手動位置的百業(yè)窗發(fā)生破壞結(jié)構(gòu)性的振動。

5.3.6頂部回流

在大多數(shù)事情下，例如：泵關(guān)閉或閥門關(guān)閉都會引起回流發(fā)生故障，進入冷凝器的流量就等于5.3.2或5.3.3的失去冷媒的量。停止回流會產(chǎn)生別同的氣相組成，這會妨礙泄放量。在這種事情下，安全閥尺寸是思考冷媒全部停止的工況，但每種工況必須經(jīng)過測試相關(guān)的部分組份和系統(tǒng)得到。

5.3.7泵的循環(huán)

泄放量算是氣化量，它是泵循環(huán)中獲得的熱量引起的。氣化潛熱算是在泄放溫度、泄放條件下的潛熱。

5.3.8頂部回流加上泵的循環(huán)

頂部回流和泵的循環(huán)通常不可能并且發(fā)生故障，然而，一具部分故障和一具全部發(fā)生故障依然也許的。泄放量同5.3.6和5.3.7。

5.3.9側(cè)線回流停止

同5.3.6和5.3.7。泄放量腳夠大以便泄放從系統(tǒng)獲得的熱量而產(chǎn)生的氣化量。

5.4汲取流發(fā)生故障

對碳?xì)浠衔锏呢氂?，通常貧油發(fā)生故障不可能引起泄放；而關(guān)于酸性氣體脫除單元，大量的氣體(大約25％或更多)會被汲取劑汲取，假如失去汲取劑，因為下游系統(tǒng)別能處理增加的流量，會使壓力升高到泄放壓力。合成氣二氧化碳汲取單元中的下游氣體進入甲烷化就更難分析。任何一點點超過設(shè)計能力的二氧化碳進入甲烷化，并且即使發(fā)生部分汲取劑故障，也會導(dǎo)致快速升溫，引起甲烷化進料閥關(guān)閉，打開放空閥。假如放空閥關(guān)閉，會引起超壓。

每種工況必須研究它的工藝和儀表特性，研究范圍應(yīng)包括對下游工藝單元

的妨礙以及對汲取劑的配管和儀表的妨礙。

5.5別凝性氣體積聚

隨著工藝物流的釋放，別凝性氣體在正常條件下不可能積聚，但是有某種管道布置，會使別凝性氣體積聚在某一點，引起冷凝器破碎，這一作用相當(dāng)于失去冷媒。

5.6易揮發(fā)物料進入系統(tǒng)

5.6.1水進入熱油

盡管水進入熱油會引起超壓，但沒有公認(rèn)的辦法計算泄放量。假如進入的水量和熱量可確認(rèn)，泄放閥閥徑就可象物料閥門一樣計算，別幸的是，進入的水量永久別能懂。并且由于從液體到氣體體積膨脹這樣之大(常壓下，大約為1：1,400)，產(chǎn)生的氣體是瞬時的，閥門能否快速打開是個咨詢題。通常，為這一偶然事故別提供壓力泄放裝置。在工藝設(shè)計和操作中力爭取消這種也許性。為了幸免水積聚形成袋形應(yīng)安裝蒸汽凝液疏水閥，在水到熱工藝管線上安裝雙切斷閥和放空閥。

5.6.2輕烴進入熱油

解釋同5.6.1，輕烴進入熱油，從液體變成氣體的速率別小于1：1,400。5.7工藝物流上的自控閥發(fā)生故障

5.7.1總則

設(shè)備或系統(tǒng)上的自動操縱閥直截了當(dāng)受工藝操縱或間同意工藝變化操縱(例如：壓力、流量、液位或溫度)。當(dāng)自控閥發(fā)生故障時，自控閥應(yīng)該保證依照基礎(chǔ)設(shè)計的要求，處于全關(guān)或全開的位置。

5.7.2泄放量確定

計算任何工況的泄放量，別思考因操縱閥而引起泄放，也算是操縱閥所在的位置，應(yīng)能保證正常工藝流量經(jīng)過。正常的閥門位置首先是思考設(shè)計能力和系統(tǒng)關(guān)閉的工況，而別是思考事故。所以，假如流過操縱閥的條件別改變(見5.7.5)，就要修改這些操縱閥的正常流量，更改泄放條件，保證下游系統(tǒng)能處理增加的流量。

5.7.3操縱閥進口

操縱閥進口也許有一根或多根進口管線。關(guān)于惟獨一根進口管線的操縱閥，

只思考全開位置，而別思考操縱閥發(fā)生故障的位置。操縱閥打開，也也許是儀表發(fā)生故障或誤操作引起的。關(guān)于有多根進口管線的操縱閥系統(tǒng)，應(yīng)保證在這些管線上的任何一具操縱閥應(yīng)在它的正常操作位置，所以，泄放量是預(yù)期的最大進口流量與正常出口流量之差，假設(shè)條件是：這系統(tǒng)中一具操縱閥關(guān)閉，而其他操縱閥仍在正常操作點(即：正常打開，正常關(guān)閉或節(jié)流)。假如操縱閥的一具或多個出口關(guān)閉，或者使操縱閥的多個進口打開，并引起操縱閥的第一具進口打開，泄放量為預(yù)期的最大進口流量與打開的出口流量之差。

5.7.4操縱閥出口

每個操縱閥出口在確定泄放量時應(yīng)思考全開和全關(guān)位置，別思考由于儀表系統(tǒng)發(fā)生故障或誤操作而引起操縱閥處于錯誤的位置。假如一具或多個進口閥由于出口閥錯誤關(guān)閉而打開，壓力泄放裝置應(yīng)滿腳阻撓超壓的要求，泄放量是最大進口流量與最大出口流量之差，要計算泄放條件下的所有流量，也要思考操縱閥操作工粗心引起的關(guān)閉。

5.7.5特別泄放量的思考

盡管操縱閥，例如：隔膜閥的規(guī)格和尺寸只思考正常操作工況，但在非正常工況下，例如安全閥泄放時，這些操縱閥也能操作。閥的設(shè)計和操作位置應(yīng)符合非正常工況下的操縱信號，由于泄壓條件下的泄放量與正常工況下的泄放量是別同的，所以在計算操縱閥的能力時要依照泄放工況的溫度和壓力來確定泄放量。極端事情是流體的狀態(tài)是變化的（例如，從液體到氣體，或從氣體到液體），例如挑選處理液體與處理氣體的全開調(diào)節(jié)閥的區(qū)不非常大，在失去液位的地點氣化，使高壓氣體經(jīng)過操縱閥到只按正常進入的液體氣化計算管徑的系統(tǒng)。

5.8非正常工藝熱量進入

泄放量是泄放條件下氣體產(chǎn)生的最大流量（包括來自過熱產(chǎn)生的別凝性氣體），少于正常的凝液量或氣體量。在每種工況，設(shè)計者應(yīng)思考系統(tǒng)潛在的工況和它的每一具組成。

5.9內(nèi)部爆炸（別包括爆燃）

氣體和空氣混合物引起內(nèi)部爆炸時，超壓愛護應(yīng)該采納爆破片而別采納安全閥，因為內(nèi)部燃燒擴散引起的快速升壓如采納安全閥愛護容器就太慢了。泄放面積取決于以下因素：

a.初始條件（溫度、壓力、組成）。

b.明確的燃燒擴散氣相或氣體的物性。

c.容器的體積

d泄放裝置的起跳壓力

e.發(fā)生爆炸事故時的最大壓力

5.10化學(xué)反應(yīng)

依照DIERS（DesignInstituteofEmergencyReliefSystems）辦法，確定化學(xué)反應(yīng)的緊急事故泄放氣管徑。

具體辦法如下：

a.定義化學(xué)反應(yīng)非正常工況的設(shè)計基礎(chǔ)

b.經(jīng)過實驗測試計算非正常工況的系統(tǒng)特性

c.經(jīng)過兩相流計算公式計算管徑

化學(xué)反應(yīng)失控通常與下列因素有關(guān)：

a.外部火災(zāi)

b.失去混合

c.失去冷卻

d.試劑裝載錯誤

5.11電力故障

確定發(fā)生電力故障時的泄放量，要認(rèn)真研究電力故障對哪些設(shè)備有妨礙，這些故障是怎么妨礙裝置生產(chǎn)的。

5.12液體膨脹

5.12.1緣故

液體膨脹是指溫度升高引起體積增加，通常有以下幾個緣故；

a.充滿冷液的管道或容器被切斷時，因為蒸汽伴熱、盤管、環(huán)境熱量或火災(zāi)獲得熱量。

b.換熱器冷側(cè)切斷，冷側(cè)的液體被熱側(cè)加熱。

c.充滿常溫液體的管道或容器被切斷，管道或容器里的液體被輻射熱加熱。

60oF烴類和水膨脹系數(shù)

5.12.2管徑和設(shè)定壓力

泄放量別是非常容易確定的，因為每種實際事情液體泄放量是非常小的，因此要定合理的，而別是安全系數(shù)過大的安全閥。通常采納3/4”x1”的安全閥。假如有理由相信這一尺寸別夠，應(yīng)采納3.14.3的辦法。

挑選合適的設(shè)定壓力應(yīng)該研究系統(tǒng)關(guān)閉時所有的設(shè)計流率，設(shè)定的熱膨脹壓力決別能大于被愛護系統(tǒng)的最大壓力。假如惟獨液體膨脹一種工況，安全閥的設(shè)定壓力要設(shè)得較高；假如安全閥出口進入一具封閉系統(tǒng)，應(yīng)思考背壓的妨礙。

5.12.3特別工況

地面上的別保溫大管徑長管道和大型容器或充滿液體的換熱器上安裝安全閥時，通常大于3/4”×1”。在常溫或低于常溫的長管道兩端的進出口閥門關(guān)閉時，陽光輻射引起的溫度升高可經(jīng)過計算得到，假如總熱量傳遞速率和液體的熱膨脹系數(shù)懂，就可計算泄放量。計算液體膨脹泄放量公式如下：

W＝BH/Cp

W：質(zhì)量泄放流量，kg/h

B：體積膨脹系數(shù)，1/℃

H：正常工作條件下最大傳熱量，kj/h

Cp：定壓比熱，kj/kg℃

5.13外部火災(zāi)

5.13.1外部火災(zāi)對濕潤表面容器的妨礙…液體氣化

容器內(nèi)液面之下的面積統(tǒng)稱為濕潤面積。

發(fā)生火災(zāi)時，外部火災(zāi)傳入的熱量經(jīng)過濕潤面積使容器內(nèi)的物料氣化，濕潤面積只思考容器小于等于7.5m以下的濕潤面積，通常7.5m以上部分別思考。濕潤面積包括火災(zāi)妨礙范圍內(nèi)的管道外表面積。

a.關(guān)于充滿液體的容器，濕潤面積為7.5米高度內(nèi)的表面積。

b.關(guān)于緩沖罐、分離罐和工藝容器，濕潤表面為正常液面別高于7.5米下

的表面。

c.精餾塔的濕潤表面為塔底正常高度和7.5米高度內(nèi)塔盤上液體部分的表

面積之和。

d.貯罐的濕潤面積為7.5米高度內(nèi)的表面積。

e.球形容器的濕潤面積為半球表面積或距地面7.5米高度內(nèi)表面積中的較

大者。

5.13.2容器外壁糾正系數(shù)（F）

容器壁外的設(shè)施能夠阻礙火焰熱量傳至容器，用容器外壁糾正系數(shù)（F）反映其對傳熱的妨礙。

依照勞動部頒發(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：F＝1.0

b.容器在地面下用砂土覆蓋：F＝0.3

C.容器頂部設(shè)有大于10l/(m2×min)水噴淋裝置：F＝0.6

d.容器在地面上有良好保溫時，按式（2）計算

依照美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API－520：

a.容器在地面上無保溫：F＝1.0

b.容器有水噴淋設(shè)施：F＝1.0

c.容器在地面上有良好保溫時：按式（1）計算：

F=4.2×10-6λ/do(904.4-t)