《石化企業(yè)安全泄放評估技術(shù)規(guī)范 第2部分：氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求》

ICS

CCS

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CCSAS0XX—202X

石化企業(yè)安全泄放評估技術(shù)規(guī)范

第2部分：氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求

Technicalspecificationforpressure-reliefassessmentofpetrochemical

enterprises

PartII:Technicalspecificationforpressure-reliefofgas/liquidtwo-phaseflow

（征求意見稿）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中國化學(xué)品安全協(xié)會發(fā)布

T/CCSAS0XX—202X

石化企業(yè)安全泄放評估技術(shù)規(guī)范

第2部分：氣液兩相流安全泄放技術(shù)要求

1范圍

本文件提供了泄放過程是否可能產(chǎn)生氣液兩相流的判斷方法，以及產(chǎn)生氣液兩相流時泄放量與

泄放能力的計算方法，規(guī)定了泄放裝置與處置系統(tǒng)的設(shè)計要求。

本文件適用于石油化工裝置壓力容器涉及氣液兩相流的泄放裝置設(shè)計與評估。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB150.1壓力容器第1部分：通用要求附錄B

GB/T35320危險與可操作性分析（HAZOP分析）應(yīng)用指南

AQ/T3054保護(hù)層分析（LOPA）方法應(yīng)用導(dǎo)則

HG/T20570.2安全閥的設(shè)置和選用

SH3009石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范

SH/T3210石油化工裝置安全泄壓設(shè)施工藝設(shè)計規(guī)范

API520壓力泄放裝置的尺寸確定、選擇和安裝（Sizing,Selection,andInstallationof

Pressure-relievingDevices）

API521泄壓與減壓系統(tǒng)（Pressure-relievingandDepressuringSystems）

API526鋼制法蘭連接泄壓閥（FlangedSteelPressure-reliefValves）

API2000常壓和低壓儲罐泄放（VentingAtmosphericandLow-pressureStorageTanks）

ISO4126超壓安全保護(hù)裝置（SafetyDevicesforProtectionagainstExcessivePressure）

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

氣液兩相流gas/liquidtwo-phaseflow

通過安全泄放裝置的流體為處于氣液混合相態(tài)或氣液平衡的液相。本文中所有兩相流均指氣液

兩相流。

3.2

反應(yīng)失控runawayreaction

反應(yīng)釋放的熱量未能及時移出，引起反應(yīng)加速，導(dǎo)致溫度、壓力失去控制，快速上升的狀態(tài)。

3.3

設(shè)定壓力setpressure

1

T/CCSAS0XX—202X

在使用條件下，設(shè)定的安全泄放裝置開啟壓力，簡稱定壓。

3.4

泄放量massflowrateofrelieving

指在維持設(shè)備內(nèi)的壓力不超過其規(guī)定壓力值的前提下，設(shè)備在單位時間內(nèi)必須從泄放口泄放出

去的流體量。

3.5

泄放能力relievingcapacity

在安全泄放裝置處于泄放壓力與泄放溫度條件下的全開狀態(tài)時，能夠從泄放口在單位時間、單

位面積內(nèi)泄放出去的流體量。

3.6

容器內(nèi)流動狀態(tài)flowregimeinvessel

根據(jù)容器內(nèi)氣液均勻程度、氣泡大小、氣泡上升速度等情況，可以將物料膨脹的流動狀態(tài)（流

態(tài)）主要分為均質(zhì)流、氣泡流、攪混流三種。

3.7

臨界充裝比criticalfillingthreshold

發(fā)生兩相流的最小初始充裝體積與系統(tǒng)總?cè)莘e之比。

3.8

泄放體系的類型typesofreliefsystem

根據(jù)泄放體系產(chǎn)生的壓力來源，以及泄放過程壓力-溫度的關(guān)系，將泄放體系類型分為蒸氣體系、

氣體體系和混合體系。

3.9

均質(zhì)平衡模型homogeneousequilibriummodel

兩相流泄放的一種理想模型，假設(shè)液相和氣相混合均勻、相間無滑移、完全的相間熱平衡和氣

液平衡。

3.10

阻塞流chokedflow

阻塞流是指可壓縮流體流經(jīng)泄壓裝置、管道或其它裝置時不受下游壓力或背壓影響的一種狀態(tài)。

質(zhì)量流率只取決于上游條件。這可發(fā)生于氣體/蒸氣或兩相流體系中。也指臨界流。

3.11

臨界流壓力criticalflowpressure

可壓縮流體流經(jīng)泄放裝置、管道或其它裝置時不受下游壓力或背壓影響時的流動壓力。

3.12

背壓backpressure

安全泄放裝置出口處的壓力，是附加背壓（壓力泄放裝置開啟前出口處的靜壓力）和累積背壓

（壓力泄放裝置開啟后由流動、閃蒸等現(xiàn)象引起的在泄放管中的壓力增量）的總和。

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T/CCSAS0XX—202X

3.13

泄放系數(shù)dischargecoefficient

由通過安全裝置的理論上可排放的質(zhì)量通量與通過同一制造商類型的裝置的實驗確定的質(zhì)量通

量的比值所確定的修正因子。

3.14

超壓overpressure

在泄壓期間，超過容器最大允許工作壓力的壓力增值，用壓力單位或百分?jǐn)?shù)表示。

3.15

泄放壓力relievingpressure

設(shè)定壓力加超壓，也稱排放壓力。

4基本要求

4.1對于獨立的壓力系統(tǒng)，應(yīng)開展非正常工況下的超壓分析，確定可能導(dǎo)致系統(tǒng)壓力超出設(shè)計壓力

的危險工況。

4.2應(yīng)設(shè)計足夠尺寸的安全泄放裝置，保證所有工況下超壓不超過SH/T3210規(guī)定的值。

4.3若某超壓工況下所需泄壓尺寸過大而無法工程實施，應(yīng)通過變更工藝或設(shè)備（如改變工藝條件、

提高容器壓力等級、控制泄壓等）避免該超壓工況出現(xiàn)，或者通過與安全泄放裝置同等可靠性的安

全儀表系統(tǒng)替代安全泄放裝置。

4.4在需要安裝安全泄放裝置的場合，應(yīng)至少有一個泄放裝置的開啟壓力不高于壓力容器的設(shè)計壓

力，對于壓力劇烈升高或反應(yīng)性體系，在不影響正常運行前提下宜盡量降低設(shè)定壓力。

4.5當(dāng)通過安全泄放裝置的流體為處于氣液混合相態(tài)或氣液平衡的液相時，應(yīng)按照兩相流工況進(jìn)行

安全泄放系統(tǒng)設(shè)計。

4.6當(dāng)反應(yīng)、混合、分離或儲運等設(shè)備中正在或可能發(fā)生放熱或者放出氣體的反應(yīng)，存在反應(yīng)失控

風(fēng)險時，泄放系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮化學(xué)反應(yīng)失控超壓工況。

4.7應(yīng)設(shè)計足夠能力的泄放物料處置系統(tǒng)，滿足氣液兩相流超壓工況下的泄放物料排放要求。

4.8泄放計算所需信息見附錄A。

5泄放裝置與管線設(shè)計

5.1針對氣液兩相流泄放，宜設(shè)計供液體（或液體和氣體）用的平衡式或先導(dǎo)式安全閥。

5.2反應(yīng)失控導(dǎo)致系統(tǒng)壓力快速增長時，宜選擇爆破片。

5.3系統(tǒng)需要的安全泄放量大，安全閥選型困難時，宜選擇爆破片。

5.4物料中存在腐蝕性氣體或液體時，宜選擇爆破片。

5.5涉及聚合反應(yīng)時，宜選擇爆破片。

5.6爆破片和爆破片、爆破片和安全閥串聯(lián)使用時，兩者之間應(yīng)設(shè)監(jiān)測泄漏的措施。

5.7安全閥入口管線壓力損失應(yīng)不超過安全閥設(shè)定壓力的3％，傳統(tǒng)安全閥出口排放管道壓降應(yīng)不

超過設(shè)定壓力的10%，背壓平衡式波紋管安全閥出口排放管道壓降應(yīng)不超過設(shè)定壓力的50%。

5.8直接排至大氣的管道，排放管出口馬赫數(shù)取小于或等于0.5；對于排入密閉系統(tǒng)的管道，馬赫

數(shù)取0.5～0.7。馬赫數(shù)計算方法參見HG/T20570.2。

6氣液兩相流泄放尺寸的計算

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T/CCSAS0XX—202X

6.1適用條件

泄放尺寸計算采用單組份氣液混合物的均質(zhì)平衡模型，計算適用條件如下：

a)閃蒸體系：最大累積壓力下溫度與臨界溫度比值不宜超過0.9，最大累積壓力與臨界壓力比

值不宜超過0.5；

b)冷凝體系：泄壓過程氣體冷凝產(chǎn)生兩相流，需采用真實氣體狀態(tài)方程，并考慮蒸發(fā)焓的影響；

c)多組分閃蒸體系：在多組分閃蒸體系中，各組分沸程差不宜超過100K；

d)反應(yīng)失控體系：反應(yīng)失控過程溫升速率不宜超過2K/s,壓升速率不宜超過20kPa/s。

對于溶解大量氣體體系以及存在非均相混溶液體體系（如乳液聚合）兩相流泄放尺寸的計算請

參見相關(guān)資料。

6.2設(shè)計/評估流程

步驟1：識別可能的超壓工況。

應(yīng)考慮所有正常運行下的合理可能偏差，以確定閥門的泄放設(shè)計工況。

步驟2：確定泄放管路系統(tǒng)入口的流體相態(tài)。

步驟3：計算需要的泄放量。

步驟4：計算泄放系統(tǒng)的泄放能力和壓力變化。

應(yīng)考慮進(jìn)出口管道對泄放能力的影響。

步驟5：泄放系統(tǒng)設(shè)計。

在設(shè)計過程中，應(yīng)考慮安全閥可能出現(xiàn)的高頻顫振情況，以避免閥門、進(jìn)出口管道的損壞。

安全泄放系統(tǒng)評估的流程見圖1。

圖1安全泄壓系統(tǒng)評估的流程

6.3識別超壓工況

6.3.1常見的超壓工況參照SH/T3210。

6.3.2超壓工況可依據(jù)工藝危害分析，包括危險與可操作性分析（HAZOP）（參照GB/T35320）、

預(yù)先危險性分析（PHA）、保護(hù)層分析（LOPA）（參照AQ/T3054）及故障假設(shè)分析等。

6.3.3兩個或兩個以上毫無關(guān)聯(lián)的超壓工況可不考慮同時發(fā)生。

6.3.4導(dǎo)致反應(yīng)失控的非正常工況，包括但不限于以下情況：

a)錯誤的加料順序；

b)冷卻失效；

c)攪拌失效或失效后重啟攪拌器；

d)反應(yīng)物污染；

e)加料過快；

f)加料延遲；

g)溫度過低或過高；

h)非預(yù)期反應(yīng)；

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T/CCSAS0XX—202X

i)濃縮；

j)低沸點溶劑的揮發(fā)；

k)加熱器關(guān)閉失效；

l)外部火災(zāi)。

6.4判斷泄放裝置入口的流體相態(tài)特征

6.4.1初步判斷

6.4.1.1可能產(chǎn)生兩相流的工況

a)所有反應(yīng)失控工況；

b)表面熱量輸入（火災(zāi)、日照、加熱介質(zhì)等）工況；

c)容器下部氣體竄壓工況；

d)高溫流體（高于物料沸點）竄壓工況；

e)換熱器內(nèi)漏工況；

f)涉及超臨界狀態(tài)流體；

g)其他可能同時出現(xiàn)氣體與液體的場合。

注：a)、b)、c)、d)條件下，需同時滿足容器內(nèi)初始液位超過臨界充裝比，才會發(fā)生兩相流，

見ISO4126。

兩相流的判斷依據(jù)見圖2。

圖2兩相流的判斷依據(jù)

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6.4.1.2容器內(nèi)流動狀態(tài)類型

a)均質(zhì)型：氣泡均勻致密，一般總是發(fā)生兩相流。

b)氣泡型：氣泡小而分散，以較慢的速度上升，易發(fā)生兩相流。粘度≥100cP的物料體系傾向

于氣泡型。

c)攪混型：氣泡相互結(jié)合形成大氣泡，上升速度較快。相同的氣相速率，攪混型的液位升高小

于氣泡型的液位升高程度，故相比氣泡型不易發(fā)生兩相流泄放。粘度<100cP的物料體系傾

向于攪混流。

6.4.1.3應(yīng)判斷氣體或蒸氣是在內(nèi)部產(chǎn)生（如反應(yīng)），還是在壁面產(chǎn)生（如火災(zāi)工況、夾套加熱等），

對于內(nèi)部產(chǎn)生氣體或蒸氣的體系，泄放過程更易產(chǎn)生兩相流。

6.4.2反應(yīng)失控工況流體相態(tài)判斷

6.4.2.1反應(yīng)失控泄放體系的類型

a)蒸氣體系：體系的壓力主要由蒸氣壓產(chǎn)生，泄放時通過氣化或閃蒸從液相中移走熱量，溫度

與壓力上升或下降趨勢一致。蒸氣體系為調(diào)節(jié)體系。

b)氣體體系：產(chǎn)生不凝性氣體（例如通過化學(xué)反應(yīng)或溶液解吸），并且在泄放條件下不會通過

蒸發(fā)從液體中移走大量的能量，壓力下降可能不會導(dǎo)致溫度下降。氣體體系為非調(diào)節(jié)體系。

c)混合體系：在泄放條件下，系統(tǒng)內(nèi)壓力是由產(chǎn)生的不凝性氣體和蒸氣共同作用的結(jié)果?；旌?/p>

體系如果泄放時溫度與壓力上升或下降趨勢一致，則為調(diào)節(jié)混合體系；混合體系如果泄放時

隨著壓力下降不會導(dǎo)致溫度下降，則為非調(diào)節(jié)混合體系。

6.4.2.2泄放類型的確定

反應(yīng)失控工況泄放計算時，應(yīng)首先確定反應(yīng)泄放的類型，確定反應(yīng)泄放類型的試驗方法見圖3，

小型泄放實驗裝置開口實驗與閉口實驗測試方法見附錄C。

圖3泄放類型的試驗確定方法

6.4.2.3兩相流的臨界充裝比計算

a)反應(yīng)失控工況下，應(yīng)確定泄放體系的類型，計算氣體/蒸氣通過液體表面的速率。

b)反應(yīng)失控工況下，產(chǎn)生兩相流的臨界充裝比，采用附錄B.1所述算法。

6.4.3外部加熱/火災(zāi)工況流體相態(tài)判斷

外部加熱/火災(zāi)工況下，低粘液體產(chǎn)生兩相流的臨界充裝比,采用附錄B.2所述算法。

6.5計算泄放量

6.5.1反應(yīng)失控工況

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6.5.1.1對于反應(yīng)失控產(chǎn)生的兩相流，泄放計算所需實驗數(shù)據(jù)見附錄A。

6.5.1.2對于均質(zhì)兩相流泄放，可采用附錄D.1所述的計算方法。

6.5.1.3對于非均質(zhì)兩相流，可參照附錄D.1所述的計算方法，其中蒸氣型與調(diào)節(jié)混合型結(jié)果偏保

守；氣體型與非調(diào)節(jié)混合型應(yīng)進(jìn)一步評估是否可能出現(xiàn)濃縮現(xiàn)象與二次失控。

6.5.1.4對于氣體型兩相流泄放，應(yīng)檢查初始泄放后殘留在容器內(nèi)的物料是否可能出現(xiàn)濃縮現(xiàn)象與

二次失控，泄放裝置應(yīng)保護(hù)到可能的二次失控工況。

6.5.2外部加熱/火災(zāi)工況

對于外部加熱/火災(zāi)工況下產(chǎn)生的兩相流，采用附錄D.2所述計算方法。

6.6確定泄放尺寸

6.6.1一般原則

6.6.1.1泄放管線系統(tǒng)的泄放能力計算需考慮泄放管線組件及流體阻力的影響，主要包括進(jìn)料管線、

安全閥或爆破片以及出口管線。

6.6.1.2用于兩相流/可壓縮流體的壓力泄放閥，根據(jù)流體是臨界流動還是亞臨界流動分為兩大類。

如果閥嘴下游的壓力小于或等于臨界流動壓力，將會產(chǎn)生臨界流動；如果下游的壓力大于臨界流動

壓力，將會產(chǎn)生亞臨界流動，需對泄放能力采用背壓校正系數(shù)Kb進(jìn)行校正。

6.6.1.3根據(jù)API526標(biāo)準(zhǔn)，選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的安全閥及進(jìn)出管口徑。

6.6.2泄放能力計算模型

6.6.2.1簡化平衡速率模型（ERM）適用于蒸氣型兩相流泄放能力的計算，實際泄放能力需要根據(jù)

出口管道進(jìn)行修正，計算方法見附錄E.1。

6.6.2.2泄放能力計算推薦采用基于均質(zhì)平衡模型（HEM）的ω方法，計算過程見附錄E.2，適用

條件見6.1節(jié)。

6.6.3確定面積

6.6.3.1安全裝置的理論泄放能力大于實際泄放能力，應(yīng)采用排放系數(shù)Kd進(jìn)行校正。

6.6.3.2壓力泄放閥上游帶爆破片的裝置的組合時需要進(jìn)行校正，未安裝爆破片時校正系數(shù)Kc=1.0，

爆破片與壓力泄放閥組合安裝且該組合無已公布的數(shù)值時校正系數(shù)Kc=0.9。

6.6.3.3泄放面積的計算公式見附錄E。

7泄放物料處置系統(tǒng)技術(shù)要求

7.1可燃?xì)怏w排放系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足SH3009的規(guī)定。

7.2對于無毒、無腐蝕性、不燃、不會造成公眾影響或危害的物質(zhì)可直接排放至大氣中，排放過程

應(yīng)受控、可監(jiān)測。

7.3易燃的氣液兩相流體不宜直接排大氣，應(yīng)采取完全收集、洗滌或焚燒的方式處置。

7.4外部安全收集裝置應(yīng)設(shè)計具有足夠的強度以承受泄放過程中產(chǎn)生的最大壓力。

7.5對于氣液混合物應(yīng)根據(jù)混合物的物理化學(xué)性質(zhì)、氣液比例、擴散度、液滴尺寸、尺寸分布等選

取氣液分離裝置。在缺乏上述信息的情況下，可通過實驗或計算的方式進(jìn)行判斷，計算過程宜考慮

壓力降、最小流率、結(jié)污能力、腐蝕性等因素。

7.6對于高溫、含有毒物質(zhì)或活性物質(zhì)的泄放物宜采用淬熄池對其進(jìn)行必要的冷卻、稀釋或活性抑

制。

7.7選擇淬熄液應(yīng)考慮熱參數(shù)、物性、成本、安全性、回收利用等因素。一般情況下，水為最佳選

擇，對于反應(yīng)體系，必要時應(yīng)添加反應(yīng)抑制劑、抑泡劑、防凍液等，具體方案應(yīng)根據(jù)實驗確定。

7.8當(dāng)泄放物存在冷凝、反應(yīng)、溶解等作用，或含有高濃度不凝氣、多級接觸或低壓時，應(yīng)采用洗

滌塔進(jìn)行洗滌。

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7.9火炬進(jìn)料為氣液混合物時，應(yīng)控制液滴直徑小于300~600μm（API521），不宜大于150μm，

防止形成火雨。

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A

A

附錄A

（規(guī)范性）

泄放計算所需信息

A.1工藝信息：反應(yīng)原理（主反應(yīng)、副反應(yīng)、反應(yīng)影響因素）、物料流程圖（PFD、PID）、物料總

質(zhì)量、物料組成與含量、操作溫度、操作壓力、操作類型（間歇、半間歇）、操作方法、異常工況

（火災(zāi)、外部加熱）、現(xiàn)有控制參數(shù)與安全措施等。

A.2設(shè)備信息：設(shè)備體積、設(shè)備內(nèi)徑、設(shè)備直管段高度、設(shè)備型式（立式、臥式）、設(shè)計溫度、設(shè)

計壓力等。

A.3泄放系統(tǒng)信息：泄放壓力、泄放裝置類型、出口管線直徑與長度、彎頭等。

A.4物性數(shù)據(jù)：泄放壓力下的液相密度、液相比熱、兩相比容、兩相密度、潛熱等。

A.5反應(yīng)失控實驗相關(guān)信息：由化學(xué)反應(yīng)超壓導(dǎo)致的兩相流泄放，應(yīng)獲取反應(yīng)失控過程的溫度與壓

力數(shù)據(jù)。

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附錄B

（規(guī)范性）

是否發(fā)生兩相流的判斷方法

B.1反應(yīng)失控

反應(yīng)失控場景下，反應(yīng)產(chǎn)生的蒸氣或氣體占據(jù)了液相的體積，導(dǎo)致整體液位的升高，當(dāng)液位升

高至氣相出口時，便發(fā)生兩相流泄放。下面的計算程序用于判斷反應(yīng)失控場景下是否發(fā)生兩相流，

適用于立式圓柱形容器。

B.1.1計算蒸氣與/或氣體釋放量

產(chǎn)生蒸氣與氣體的泄壓工況，總釋放量按式(B-1)計算：

（B-1）

式中：

?=??+??

U—總釋放量，kg/s；

Uv—蒸氣釋放速率，kg/s；

Ug—氣體釋放速率，kg/s。

由于加熱產(chǎn)生蒸氣的計算方法，按式(B-2)計算Uv：

……………（B-2）

??????

式中：??=???????

mR—反應(yīng)物料量，kg；

q—單位質(zhì)量的熱釋放速率，kJ/(kg·s)；

—氣化潛熱，kJ/kg；

—氣相比容，m3/kg；

??

—液相比容，m3/kg。

??

氣體釋放速率的計算方法，按式計算：

??(B-3)Ug

…………………（B-3）

式中，為單位液體物料產(chǎn)生氣體的速率，單位為kg/(kg·s)。

??=????

B.1.2計算通過反應(yīng)器橫截面的氣體速率

Qg

按(B-4)計算通過反應(yīng)器橫截面的氣體速率：

jg∞

jg∞……（B-4）

U

jg∞=????

式中：

jg∞—表面氣體速率，m/s；

3

ρv—氣體密度，kg/m；

2

AR—容器橫截面積，m。

B.1.3計算氣泡上升速率

按式計算氣泡上升速率：

(B-5)?∞

?∞…………………（B-5）

???1/4

式中：?∞=???

u∞—氣泡上升速率，m/s；

2

σl—液體表面張力，kg/s；

10

T/CCSAS0XX—202X

3

ρl—液體密度，kg/m；

g—重力加速度，取9.8m/s2。

C—與流動狀態(tài)有關(guān)的常數(shù)，對于氣泡流，C為1.18；對于攪混流，C為1.53。

B.1.4計算流動導(dǎo)致的無量綱表面氣體速率

按式計算無量綱數(shù)：

(B-6)Ψ?

Ψ?…………………（B-6）

??∞

式中：Ψ?=?∞

—流動導(dǎo)致的無量綱表面氣體速率。

B.1.5計算兩相流開始時的無量綱表面氣體速率

Ψ?

液位上升關(guān)系式，對于氣泡流，按式(B-7)計算：

……………（）

2B-7

?