安全閥計(jì)算公式

安全閥計(jì)算公式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(xiàn)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(chēng)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(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(kāi)啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質(zhì)溫度超過(guò)320℃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(guò)10%開(kāi)啟壓力時(shí),應(yīng)選用帶波紋管的安全閥;f）對(duì)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(chē),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(guò)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(chēng)壓力大小來(lái)選擇的彈簧工作壓力等級(jí).安全閥公稱(chēng)壓力與彈簧工作壓力關(guān)系,見(jiàn)表1m）安全閥公稱(chēng)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(kāi)啟壓力時(shí),閥瓣應(yīng)及時(shí)開(kāi)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(kāi)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(kāi)位置,無(wú)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㎜，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(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/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(jì)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(chǎng)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(lái)確定a.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;b.氣體儲(chǔ)罐等的安全泄放量按(B1)式計(jì)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(duì)壓力)×273/(22.4×(273+t))空氣M=28.95排放絕對(duì)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(chēng)/輸送壓力MPa流速范圍m/s流體名稱(chēng)/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?dú)?~10乙炔氣氫氣自來(lái)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(jì)概算,全啟式安全閥的喉徑d0與公稱(chēng)直徑DN之比約為0.625,而微啟式安全閥的喉徑d0與公稱(chēng)直徑DN之比約為0.8.∴選用公稱(chēng)直徑DN32的全啟式帶板手安全閥.安全閥公稱(chēng)直徑與喉徑關(guān)系表3安全閥公稱(chēng)壓力\公稱(chēng)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(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=1.1×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。可根據(jù)高鴻華主編《壓力容器安全技術(shù)問(wèn)題》第71問(wèn)中的公式進(jìn)行計(jì)算：（注1）Z===0.93式中：R——848Kg·m/Kmol·KT——蒸汽絕對(duì)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(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(chēng)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(guò)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(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===242.8mm2do===17.6㎜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=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(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-1)屬于處在亞臨界狀態(tài)，則應(yīng)用式(B6)來(lái)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=1600㎜,長(zhǎng)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(jiàn)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(wú)絕熱材料保冷層的壓力容器其安全泄放量按（B3）計(jì)算。W=2.55×105FAt×0.82/qkg/h式中：F—系數(shù)，對(duì)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(jì)算對(duì)于貯罐的筒體長(zhǎng)度≥6m時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩個(gè)安全閥。在一般情況下分半值來(lái)計(jì)算較為合理。這樣才不致于使安全閥選得過(guò)于大型而造成浪費(fèi)。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(chēng)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(jiàn)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φ108×4。此時(shí)貯罐的安全泄放量。∵在Pw=1.0Mpa；t=20℃時(shí)，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——?dú)怏w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(duì)）T——容器的排放溫度（絕對(duì)）Kd——容器的總進(jìn)氣管內(nèi)徑㎜實(shí)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(jiàn)的貯罐外，我們還遇到如蒸發(fā)器、反應(yīng)器之類(lèi)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(shí)間來(lái)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