安全阀的工艺计算

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1、运智卓选智库精品管理方（新安全生产）安全阀的工艺计算2020年5月安全阀的工艺计算1 各种事故工况下泄放量的计算 1.1阀门误关闭1.1.1出口阀门关闭，入口阀门未关闭时，泄放量为被关闭的管道最大正常流量。1.1.2管道两端的切断阀关闭时，泄放量为被关闭液体的膨胀量。此类安全阀的 入口一般不大于DN25。但对于大口径、长距离管道和物料为液化气的管道，液体 膨胀量按式(1.1)计算。1.1.3换热器冷侧进出口阀门关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算，计算 公式见式(1.1)。1.1.4充满液体的容器，进出口阀门全部关闭时，泄放量按正常工作输入的热量 计算。按式(1.1)计算液体膨胀工况的泄放量

2、：V=BH / (q Cp)(1.1)V体积泄放流量，ms/h；B体积膨胀系数，l/C；H正常工作条件下最大传热量，kJ/h；Gi液相密度，kg/ms；Cp-定压比热，kJ / (kgC)。1.2循环水故障1.2.1以循环水为冷媒的塔顶冷凝器，当循环水发生故障(断水)时，塔顶设置的 安全阀泄放量为正常工作工况下进入冷凝器的最大蒸汽量。1.2.2以循环水为冷媒的其它换热器，当循环水发生故障(断水)时，应仔细分析 影响的范围，确定泄放量。1.3电力故障1.3.1停止供电时，用电机驱动的塔顶回流泵、塔侧线回流泵将停止转动，塔顶 设置的安全阀的泄放量为该事故工况下进入塔顶冷凝器的蒸汽量。1.3.2塔顶

3、冷凝器为不装百叶的空冷器时，在停电情况下，塔顶设置的安全阀的 泄放量为正常工作工况下，进入冷凝器的最大蒸汽量的15%。1.3.3停止供电时，要仔细分析停电的影响范围，如泵、压缩机、风机、阀门的 驱动机构等，以确定足够的泄放量。1.4不凝气的积累1.4.1若塔顶冷凝器中有较多无法排放的不凝气，则塔顶设置的安全阀的泄放量 与1.2规定相同。1.4.2其它积累不凝气的场合，要分析其影响范围，以确定泄放量。1.5控制阀故障1.5.1安装在设备出口的控制阀，发生故障时若处于全闭位置，则所设安全阀的 泄放量为流经此控制阀的最大正常流量。1.5.2安装在设备入口的控制阀，发生故障时若处于全开位置时：(1)

4、对于气相管道，如果满足低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2 / 3,则安全阀的泄放量应按式(1.5)计算：W=3171.3(C C )P (G /T)1/2(1.5)Vl V2 h g式中W质量泄放流量，k8/h;CV1控制阀的CV值，CV2-控制阀最小流量下的Cv值；Ph 高压侧工作压力，MPa,Gg 气相密度，kg/m3；T泄放温度，K。如果高压侧物料有可能向低压侧传热，则必须考虑传热的影响。（2）对于液相管道，安全阀的泄放量为控制阀最大通过量与正常流量之差， 并且要估计高压侧物料有无闪蒸。1.6过度热量输入换热器热媒侧的控制阀失灵全开、切断阀误开，设备的加热夹套、加热盘 管的切断阀误

5、开等工况下，以过度热量的输入而引起的气体蒸发量或液体的膨胀 量来计。1.7易挥发物料进入高温系统1.7. 轻烃误入热油以及水误入热油等工况下，由于产生大量蒸汽，致使容器内 的压力迅速上升。1.7.2由于此事故工况下的泄放量无法确定而且压力升高十分迅速，所以，安装 安全阀是不合适的，应设置爆破片。1.7.3这种工况的保护措施是确保避免发生此类事故。1.8换热器管破裂1.8. 如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2 / 3时，则应作为 事故工况考虑。1.8. 根据1.8.1的条件，安全阀的泄放量按式（1.8）计算出的结果和高压侧正常 流量比较，取二者的较小值。1.8. 换热器管破裂时的

6、泄放量W=5.6d2（G xAP）1/2（1.8） 式中1W质量泄放流量，kg/h;d管内径，mm;G液相密度，kg/m3；AP高压侧（管程）与低压侧（壳程）的压差，MPa。本公式适用于高压流体为液相。1.9化学反应失控1.9.1对于放热的化学反应，如果温度、压力和流量等自动控制失灵/使化学反 应失控，形成“飞温”，这时产生大量的热量，使物料急剧大量蒸发，形成超压。 这类事故工况，安装安全阀无论在反应时间，还是在泄放速率方面均不能满足要 求，应设置爆破片。1.9.2如果专利所有者能提供准确的化学反应动力学关联式，推算出事故工况下 的泄放量，则可以在专利所有者和建设方的同意下设置安全阀。1.10

7、外部火灾1.10.1本规定适用于盛有液体的容器暴露在外部火灾之中。1.10.2容器的湿润面积（A）容器内液面之下的面积统称为湿润面积。外部火焰传入的热量通过湿润面 积使容器内的物料气化。不同型式设备的湿润面积计算如下：(1) 卧立式容器：距地面7.5m或距能形成大面积火焰的平台之上7.5m高度范 围内的容器外表面积与最高正常液位以下的外表面积比较，取两者中较小值。a. 对于椭圆形封头的设备全部外表面积为：Ae=nDo(L+O.3Do)(1.1O1)Ae外表面积，m2；Do设备直径，m；L设备总长(包括封头)，m。b. 气体压缩机出口的缓冲罐一般最多盛一半液体，湿润表面为容器总表面积的50%。c

8、. 分馏塔的湿润表面为塔底正常最高液位和7.5m高度内塔盘上液体部分的表面积之和。(2) 球型容器：球型容器的湿润面积，应取半球表面积或距地W7.5m高度下 表面积二者中的较大值。(3) 湿润面积包括火灾影响范围内的管道外表面积。1.10.3容器外壁校正系数(F)容器壁外的设施可以阻碍火焰热量传至容器，用容器外壁校正系数(反映 其对传热的影响。(1) 根据劳动部颁发的压力容器安全技术监察规程(1991年1月1日施行) 中规定：a. 容器在地面上无保温：F=1.0b. 容器在地面下用砂土覆盖：F = 0.3c. 容器顶部设有大于101 / (m2 -min)水喷淋装置：F=0.6d. 容器在地面

9、上有完好保温，见式(1.104)。(2) 根据美国石油学会标准API520：a. 容器在地面上无保温：F=1.0b. 容器有水喷淋设施：F=1.0c. 容器在地面上有良好保温时，按式(1.102)计算：(1.102) 式中：入一一保温材料的导热系数，kJ/(mhC)；do保温材料厚度，m；t泄放温度，C。d. 容器在地面之下和有砂土覆盖的地上容器，(F)值按式(1.102) 计算，将其中的保温材料的导热系数和厚度换成土壤或砂土相应的数值。 另外，保冷材料一般不耐烧，因此，保冷容器的外壁校正系数(F)为1.0。1.10.4安全泄放量(1)根据劳动部颁发的压力容器安全技术监察规程(1991年1月1

10、日施行)中规 定：a. 无保温层(1.103) 式中：W一泄放量，kg/h：H-泄放条件下的汽化热，kJ/kg：A、润湿面积，m2；F一容器外壁校正系数，取1.10.3(1)中的取值b. 有保温层(1.104)式中：t 一泄放温度，C：入一保温材料的导热系数； d 一保温材料的厚度，m。(2)根据美国石油学会标准API-520中规定：对于有足够的消防保护措施和 有能及时排走地面上泄漏的物料措施时，容器的泄放量为：(1.105) 否则，采用式(1.106)计算：(1.105) 式中符号同式(1.103)，F取1. 10.3(2)中的取值。2 最小泄放面积的计算2.1计算的最小泄放面积为物料流经安

11、全阀时通过的最小截面积。对于全启式 安全阀为喉径截面积，对于微启式安全阀为环隙面积。2.2根据劳动部颁发的压力容器安全技术监察规程)(1991年1月113施行)中 规定：(1) 对于气体、蒸汽在临界条件下的最小泄放面积为：(2.21)式中：a最小泄放面积，mm2；W质量泄放流量，kg/h，X气体特性系数；P泄放压力，MPaZ气体压缩因子，T泄放温度，K；M分子量。流量系数(C0)由制造厂提供。若没有制造厂的数据时，对于全启式安全阀 60=0.6-0.7；对于带调节圈的微启式安全阀:C0=0.40.5；对于不带调节圈的微 启式安全阀：厂0.250.35。0气体特性系数(X)见附表1。气体压缩因子

12、(Z)查附图2。(2) 根据计算的最小泄放面积(a)，计算安全阀喉径(即或阀座口径(D)a. 对于全启式安全阀(2.22)b. 对于平面密封型微启式安全阀(2.23)c. 对于锥面密封型微启式安全阀(2.24)式中:d安全阀喉径，mmh安全阀开启高度，mmD安全阀的阀座口径，mm一密封面的半锥角，度。2.3根据美国石油学会标准API-520中的规定如下：2.3.1临界条件的判断如果背压满足式(2.31)，则为临界流动，否则为亚临界流动。(2.31) 式中：P背压，MPaPbf临界流动压力，MPaP -泄放压力，MPaK绝热指数。2.3.2气体或蒸气在临界流动条件下的最小泄放面积(2.32) 式

13、中a最小泄放面积，mm2；W质量泄放流量，kg/h；，Co-流量系数；X气体特性系数；P泄放压力，MPaKb一背压修正系数；T泄放温度，K；Z气体压缩因子；M分子量。流量系数(Co)由制造厂提供，若没有制造厂的数据，则取Co = 0.975。系数(X) 式(2.33)计算或查附表1。(2.3-3)背压修正系数(Kb)仅用于波纹管背压平衡式安全阀(查附图1)临界流动条 件下，对于弹簧式安全阀K=1.0。气体压缩因子(Z)查附图2所示。部分物料的绝热指数(k)见附表2,若没有k的数据，则X=315。2.3.3气体或蒸气在亚临界条件下的最小泄放面积(1)式(2.34)适用于导阀式安全阀和弹簧设定时考

14、虑了静背压的影响的 弹簧式安全阀，在亚临界流动条件下的最小泄放面积的计算；(2.34)亚临界流动系数(K)查附图3。f流量系数(Co)值由制造厂提供，若没有制造厂数据时，Co = 0.975，其它符 号同前。(2) 简便计算弹簧式安全阀在亚临界流动条件下的最小泄放面积时，可先按临界 流动条件下的式(2.32)计算，再将计算结果除以按图附图4查得的背压修正系 数(Kb)，即为亚临界条件下的最小泄放面积。(3) 背压平衡式安全阀在亚临界流动时的最小泄放面积按式(2.32)计算，但背 压修正系数(Kb)应由制造厂提供。2.3.4水蒸汽(2.35)流量系数(Co)值由制造厂提供，若无制造厂数据时，Co = 0.975。过热蒸汽过热系数(Ks)查附表3,对于饱和蒸汽，孔=1.0。Napier系数(K )按下述要求选取：PW10.44MPa, K =1.0N_10.44MpaVPW22.17MPa时，K =N其余符号意义同前。2.3.5液体(2.36)超压系数(Kp)查附图5所示。背压修正系数(K),对弹簧式安全阀K=1.0；对于波纹管背压平衡式安全、, ww阀,K查附图6。w粘度修正系数(K)查附图7。、一 一,V_一.4 .流量系数(Co)对于按美国机械工程师协会ASME第训I部分第1分篇或国标 GB15089设计的容器上安装的安全阀，Co = 0.65