爆燃安全泄放标准文档格式.docx
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13 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
燃烧速率burningvelocity
火焰相对于其前方未燃气体的传播速率。
基本燃烧速率fundamentalburningvelocity
在规定的气体组成、温度和压力条件下层流火焰的燃烧速率。
易燃粉尘combustibledust
与大小和形状无关，在空气中或其它氧化介质中超过一定浓度值的情况下能够燃烧或爆炸的易燃固体颗粒。
爆燃deflagration
燃烧区的传播速度低于未反应介质的音速。
爆燃指数deflagrationindex
由变量KG和Kst所决定的值。
爆轰detonation
燃烧区的传播速度高于未反应介质的音速。
粉尘dust
直径为420μm或更小任何细微固体。
封闭体enclosure
全部或部分受限体，如容器、厂房等。
当量直径equivalentdiameter
非圆型截面的直径，又称水力学直径，用4（A/p）表示，其中A为与轴垂直的截面面积，p表示周长。
爆炸explosion
由于爆燃造成内压升高引起容器等封闭体发生爆破或裂开。
火焰速度flamespeed
火焰前端相对于固定参照点的传播速度。
爆炸极限flammablelimits
在一定温度和压力下，可燃物质与空气或其它氧化介质均匀混合，能够发生火焰传播的可燃物质的浓度范围。
爆炸下限lowerflammablelimit
在一定温度和压力下，可燃物质与空气或其它氧化介质均匀混合，能够发生火焰传播的可燃物质的最低浓度。
爆炸上限upperflammablelimit
在一定温度和压力下，可燃物质与空气或其它氧化介质均匀混合，能够发生火焰传播的可燃物质的最大浓度。
可燃范围flammablerange
能发生燃烧的最大、最小浓度范围。
闪点flashpoint
液体或固体挥发出的蒸气足以与空气混合形成燃烧性混合物的最低温度。
摩擦因子fDfrictionfactor
直管中关联压力降与速率和润湿表面积的无量纲因子。
气体gas
有完全分子运动能力、能无限扩张的物质状态。
与蒸气同义。
气云爆燃指数KGdeflagrationindexofagascloud
气体易燃性的度量标准。
粉尘云爆燃指数Kstdeflagrationindexofadustcloud
粉尘易燃性的度量标准。
最小爆炸浓度minimumexplosibleconcentration（MEC）
在一定测试条件下，粉尘和空气均匀混合能发生爆燃的最低可燃粉尘浓度。
最小点火能minimumignitionenergy（MIE）
在一定测试条件下，能使爆炸性混合物发生燃烧所需的最小能量。
雾mist
细小液滴分布在气态介质中形成的混合物。
复合混合物hybridmixture
可燃性气体与可燃性粉尘或雾形成的混合物。
最佳混合物optimummixture
一般根据燃烧最快、或能以最小点火能量点燃、或可以形成最大爆燃压力特定条件，燃料与氧化剂按特定浓度混合所形成的混合物。
对所测量的每个燃烧性质，其最佳混合物并不相同。
化学当量混合物stoichiometricmixture
燃料与氧化剂混合，氧化剂刚好足以将全部燃料氧化。
氧化剂oxidant
任何能与可燃物（气体、粉尘或雾）发生燃烧的气态物质。
最大压力maximumpressure（Pmax）
最佳混合物在密闭体中爆燃产生的最大压力。
最大泄放压力reducedpressure（Pred）
具有泄放口的封闭体在爆燃泄放过程中产生的最大压力。
它也常用来确定具有泄放口的封闭体内最薄弱结构元件所能承受的最大压力。
静态动作压力staticactivationpressure（Pstat）
在升压速率小于min时，泄放装置开始动作时的压力称为静态动作压力。
压力上升速率rateofpressurerise（dp/dt）
在单位时间内压力的增加值。
最大压力上升速率maximumrateofpressurerise
密闭容器中爆燃过程中所形成的最大压力上升速率。
封闭强度enclosurestrength
低强度封闭体极限强度的三分之二；
对于高强度封闭体，能够承受Pred的设计压力。
极限强度ultimatestrength
导致最薄弱结构破坏失效的压力。
蒸气vapor
参见气体定义。
泄放vent
封闭体开口释放由爆燃所产生的压力。
泄放口封挡物ventclosure
泄放口上方的压力泄放盖。
14 单位变换
表所列的单位变换对理解本标准出现的数据很有帮助。
表单位变换
参数
单位
等值当量
长度
1m
1in.
1ft
1μm
3.28ft
39.4in.
25.4mm
305mm
×
10-6m
面积
1m2
1in2
10.8ft2
6.45cm2
体积
1L
1ft3
1m3
1
61.0in.3
35.3ft3
264
3.78L
231in3
0.134ft3
压力
1atm
1psi
1N/m2
1bar
1kg/cm2
1kg/m2
760mmHg
101kPa
100kPa
0.205lb/ft2（psf）
能量
KG和KSt
转换浓度
1J
1Btu
1bar·
m/s
1psi·
ft/s
1oz
1055J
0.738ft-lb
·
1000g/m3
15 总体要求
目的
本准则的目的是为可能发生爆燃的封闭体提供有效、安全的爆燃泄放。
目标
5.2.1生命安全
5.2.1.1爆燃泄放应当防止工况条件下封闭体的结构失效，将临近的人员损伤最小化。
5.2.1.2爆燃泄放应当防止非工况条件下的封闭体破裂。
5.2.1.3爆燃泄放应当避免泄放物对人员造成损伤。
5.2.2设备保护
5.2.2.1爆燃泄放应当限制对封闭体的损伤。
5.2.2.2爆燃泄放应当避免点燃临近设备。
5.2.2.3爆燃泄放应当避免发生爆炸损坏临近设备。
5.2.2.4爆燃泄放应当避免喷射物损坏临近设备。
设计要求
5.3.1设计资格
应当由具有权威机构认可资格的人员进行设计。
5.3.2设计文件
在受保护封闭体的整个服役期，设计方法和数据源应当备案维护。
5.3.3设计特征维护
在受保护封闭体的整个服役期，每一种爆燃泄放的设计特征应当被维护，从而持续满足本标准的目的和目标。
5.3.4设计变更
任何设计变动都应当提前经过权威机构的批准。
检查与维护
5.4.1应当定期检查维护泄放设备以确保其正常工作。
5.4.2安全阀和爆破片等泄放设备应定期校验或更换。
5.4.3至少一年或最后三次的检查维护记录应当被备案。
16 爆燃泄放基础
基本概念
6.1.1爆燃指数K，由封闭体内爆燃的最大压升速率和封闭体体积V计算得到，定义如下：
（6.1.1）
6.1.2对于气体，最精确的KG应由实验确定，测试方法按GB/T803-2008相关规定。
6.1.2.1KG值若不能由实验确定，则可以由丙烷在其基本燃烧速率（46m/s）时的KG（100bar·
m/s）值，利用附件B中公式（）进行近似估算。
6.1.2.2气体的Pmax值需由体积至少5L、具有低能点火源（小于100J）及混合物初始状态为静态的近似球形的标准测试容器进行测量。
6.1.3对于粉尘，KSt和Pmax需由至少为20L的近似球形的标准测试容器通过实验测得。
测试方法参考ASTME1226《可燃粉尘压力及压升速率的标准测定方法》。
6.1.3.1如果KSt和Pmax值已有权威机构进行测定并备案，粉尘所含有的水分及颗粒大小应满足ASTME1226的要求。
混合物
6.2.1气体混合物
6.2.1.1对于可燃性气体混合物，泄放尺寸计算应以混合物的KG和基本燃烧速率Su为基础。
6.2.1.2当混合物的组成不确定时，泄放尺寸计算应以具有最高的KG或基本燃烧速率Su的组分为基础。
6.2.2粉尘混合物
6.2.2.1粉尘混合物，泄放尺寸计算应以混合物的KSt和Pmax值为基础。
6.2.2.2粉尘混合物的组成不确定时，泄放尺寸计算应以所有组分中最大KSt值和最大Pmax值为基础。
6.2.3复合混合物
6.2.3.1泄放尺寸计算应当以由实验确定的混合物的KSt值为基础。
6.2.3.2若混合物中包含有与丙烷类似燃烧特性的气体（基本燃烧速率小于丙烷基本燃烧速率的倍）及St-1、St-2粉尘，在缺少实验数据情况下，泄放尺寸计算允许以Pmax=100bar和KSt=500bar·
m/s为基础。
6.2.4可燃液体泡沫
6.2.4.1设计应当以具体泡沫实验为基础。
封闭体及支撑设计
6.3.1封闭体设计压力的选择标准
6.3.1.1对于允许形变的设备，Pred严禁超过其极限强度的2/3。
6.3.1.2对于不允许形变的设备，Pred严禁超过其屈服强度的2/3。
6.3.1.3对于按照ASME《锅炉和压力容器准则》、GB150《钢制压力容器》或类似准则设计的封闭体，其最大允许工作压力Pmawp应由计算确定。
6.3.1.计算过程应当包含该封闭结构材料的许用应力，需小于屈服应力和极限应力的测量值。
6.3.1.4对于给定的Pmawp，Pred的选择应当按照式（）和式（）进行计算：
6.3.1.封闭体可接受未破裂的永久形变时：
（6.3.1.）
6.3.1.封闭体不接受发生永久形变时：
其中：
Pred为泄放过程中的最大压力（bar）；
Pmawp为按照ASME《锅炉与压力容器准则》规定的最大允许工作压力（bar）；
Fu为按照ASME《锅炉与压力容器准则》规定的极限应力与许用应力之比；
Fy为按照ASME《锅炉与压力容器准则》规定的屈服应力与许用应力之比。
6.3.1.5对于易发生脆性破坏的材料，如铸铁，设计时应当考虑其延展性。
6.3.1.应该考虑特殊补强。
6.3.1.没有补强的情况下，最大许用应力不得超过极限应力的25%。
6.3.2泄放过程中应当确保Pred小于封闭体强度Pes，Pes考虑了压力升高速率产生的动态效应，如下式：
（6.3.2）
Pes为基于形变或爆炸的静压计算得到的封闭体强度（bar）；
DLF为动载荷因子，
；
Xm为最大动态偏差；
Xs静偏差或由最大载荷造成的位移。
6.3.2.1没有详细结构响应分析的情况下应当假设最坏情况，即取DLF=，且设计应基于封闭体最弱的结构部件。
6.3.2.2如果Pred为通过静压计算获得，泄放设计必须满足
条件。
6.3.2.3根据备案的爆炸压力泄放分析和封闭体结构响应来改变DLF的值是允许的。
6.3.3设计计算应当包含所有结构部件和支撑。
6.3.3.1应当确定出最薄弱的结构部件，包括被结构部件支撑的任何装置或设备。
6.3.3.2防止灾变失效而允许永久形变时，正常动、静载荷禁止纳入约束之列。
6.3.3.3应设计结构部件来支撑全载荷。
6.3.3.4所有承受压力的开口，如门、窗、管道等，都须能承受Pred
6.3.4泄放墙或顶
6.3.4.1若潜在破坏损伤已明确，本准则不禁止泄放墙或顶的使用。
6.3.4.2允许移动且没有冰雪阻碍的轻质顶用于泄放。
6.3.5封闭体支撑结构设计标准
6.3.5.1支撑结构应当能够承受由泄放产生的反作用力，包括施力速率的动态效应，用DLF表示。
6.3.5.2以下公式可用来确定无泄放管的封闭体上施加的反作用力：
（6.3.5.2）
Fr为爆燃泄放所产生的最大反作用力（kN）；
a为单位转换量，值取100；
DLF=；
Av为泄放面积（m2）。
6.3.5.3根据备案的爆炸压力泄放分析和支撑结构响应来改变DLF的值是允许的。
6.3.5.4全部反作用力作用于泄放口的几何中心。
6.3.5.5以下所有条件都满足时，可忽略反作用力：
a）爆破膜泄放
b）爆破片安装在相反的位置
c）每个爆破片的Pstat相等，且小于等于
d）泄放面积相等
6.3.5.6反作用力的持续时间可由下式进行近似计算：
（6.3.5.6）
tf为泄放后压力脉冲的持续时间（s）；
b=×
10-3；
Pmax为没有泄放条件下，爆燃所产生的最大压力（bar）；
V为封闭体体积（m3）。
6.3.5.7支撑结构所承受的由爆燃泄放产生的全部脉冲可由下式计算：
（6.3.5.7）
I为支撑结构承受的全部脉冲（kN·
s）。
封闭体长径比和泄放变量
6.4.1对于只能从一端泄放的封闭体，用于决定Pred的最大有效泄放面积应当为横截面积。
6.4.2对于可多处泄放的封闭体，泄放口可沿主轴分布，依据两两之间的长径比进行设计。
6.4.2.1沿主轴任意点的有效泄放面积应当为泄放体的横截面积。
6.4.3长形封闭体的长径比（L/D）
6.4.3.1封闭体的一般形状、泄放口的位置、进料斗的形状及爆燃引燃处离泄放口的最远距离等共同决定长形封闭体的长径比。
6.4.3.2火焰传播的最长距离H，由沿中心线从封闭体最远的一端到泄放口另一端的距离确定。
6.4.3.多泄放口时，封闭体的H及L/D的值应当基于最远的泄放口进行确定。
6.4.3.多泄放口沿中心线分布时，每一部分的H及L/D的值应当为一泄放口最近一端到另一个泄放口另一端的最长距离。
6.4.3.3封闭体有效体积Veff为火焰沿H传播时通过的那部分体积。
6.4.3.计算有效体积时不考虑分体积（见。
6.4.3.多泄放口时，Veff的值应当基于最远的泄放口进行确定。
6.4.3.多泄放口沿中心线分布时，每部分的Veff的值应当由中从一泄放口最近端到另一个泄放口另一端的最长距离确定。
6.4.3.当有效体积小于封闭体体积时，只考虑位于有效体积内的泄放口的泄放作用。
6.4.3.4不考虑泄放口的位置时，可根据整个封闭体来保守估计H及Veff或单独H的值，但单独Veff值除外。
6.4.3.5有效面积可由下式计算：
（6.4.3.5）
6.4.3.6封闭体的有效水力学直径Dhe可由与中心轴线垂直的封闭体截面形状来确定：
（6.4.3.6）
其中p为截面的周长。
6.4.3.若封闭体及储料器大致为圆柱形，p可由圆周长公式计算：
（6.4.3.）
6.4.3.若封闭体及储料器为正方形或矩形，且最大截面横纵比介于1到时，可近似看作正方形计算：
6.4.3.7在本标准中，L/D应当等于L/Dhe。
6.4.4若大比例实验显示的破坏后果可被使用者和权威机构所接受，可利用第8、9章介绍的特定方法减小所需的泄放面积。
泄放终止操作
6.5.1泄放开口应当自由不受牵制且干净。
6.5.2泄放终止不应当受到堆积物的限制，如冰雪、涂层、腐蚀、残骸及内部堆积物。
6.5.2.1所选材料需使内外腐蚀降到最低。
6.5.2.2维持泄放口内外清洁，使操作及泄放不受限。
6.5.2.3防止冰雪堆积以及雨水等进入，泄放管不应水平放置，除非满足6中所列条件。
6.5.2.下列任一保护方法都可保证水平泄放或水平泄放管的存在：
a）有固定雨帽，Pred对泄放面积的影响已按照校正且泄放限制设计包含Pred产生的力；
b）有按一定角度放置的防雪帽，且保证其不会成为自由发射物，并考虑了防雪帽的质量和动作压力对惯性的影响；
c）有除冰措施，如泄放终止装置可加热。
6.5.3控制装置不得妨碍泄放及终止操作。
6.5.4泄放终止装置应当在其Pstat或由制造商设定的一定压力范围内开始泄放。
6.5.5泄放终止装置应当能承受低于Pstat的压力波动。
6.5.6泄放终止装置应当能承受可能受到的震动和其他机械力。
6.5.7泄放终止装置应当按第12章的要求进行维护。
爆燃后果
6.6.1爆燃泄放的泄放物应当朝向安全场所。
6.6.2泄放装置应当安置于室外且远离工作区，以避免或减少其喷射物对设备及人员造成的损害。
6.6.2.1爆燃泄放装置不可安置于有吸气装置或小于火球距离的地方。
6.6.2.2有权威机构接受的备案风险评估的情况下，泄放装置离建筑物及工作区的距离可小于由及确定的距离。
6.6.2.3具有和的导流装置的情况下，由或确定的轴向危险距离可减少到一半，该方法不适于。
6.6.2.4导流装置的设计应当满足以下所有要求：
a）对于矩形泄放口，导流装置应与其相似并且线性比大于；
对于圆形泄放口，导流装置应为正方形且边长至少为泄放口直径的倍。
b）导流装置应当与泄放口轴线呈45到60度角，如图6.6.2.4所示。
c）导流装置的中心线应当与泄放口轴线一致。
d）泄放口到导流装置沿轴距离应为泄放口当量直径的倍。
e）导流板应当能承受爆燃泄放产生的力，其大小为Pred乘以板面积。
f）导流板的位置不应当阻碍铰合泄放终止装置。
图6.6.2.4导流板的设计
6.6.2.5限制火焰长度的导流装置不能在下列情况下使用：
a）体积大于20m3的封闭体
b）带有受限的或平移泄放终止装置
6.6.3应有警告标志注明泄放系统的位置。
泄放惯量的影响
6.7.1总重应包括加到泄放板上的平衡物及保温层的重量。
6.7.2泄放终止装置应尽量轻以减小泄放惯量从而缩短泄放时间。
6.7.3若泄放终止装置总重除以泄放口面积不超过由式（）和式（）（分别用于气体和粉尘）计算得到的密度，泄放面积不需要修正。
6.7.4若以下条件满足，铰合终止装置可以使用：
a）泄放终止装置的通道没有阻碍物阻止其打开。
b）泄放终止操作没有因腐蚀、黏性的原料或涂层而受限。
泄放管的影响
6.8.1具有泄放装置的封闭体必须位于室内时，则应有泄放管将泄放物导出室外。
6.8.2泄放管的横截面积不得小于泄放口本身。
6.8.3泄放面积计算需包括泄放管的影响。
6.8.4若泄放管和喷嘴总长小于一个水力学直径，不需要为增大泄放面积而进行修正。
6.8.5由室内泄放气体到室外的管道应为不燃结构且能承受Pred。
6.8.5.1若泄放管道中有弯头，支撑结构的计算需包含由Pred所产生的反作用力。
阻火器及颗粒捕集装置
6.9.1若外部泄放不可行，如将装置定置于室外或靠近外部的位置不现实，或泄放管道因太长而失效时，应使用阻火和颗粒捕集装置。
6.9.2颗粒捕集装置应当有详细清单，且只有在KSt、粉尘载荷、粉尘类型、封闭体体积及Pred值在测试范围内才考虑使用。
6.9.3由第8、9章求出的泄放面积应当根据实验进行有效的调节。
6.9.4邻近泄放点的面积上的可燃粉尘应被清除干净。
17 气体混合物和雾的爆燃泄放
前言
7.1.1本章适用于L/D≤5、内含气体或雾的封闭体的爆燃泄放设计。
7.1.1.1本章应与本标准中的其他要求一起使用。
7.1.2泄放口应当对称均匀分布于封闭体的外表面。
7.1.3如果没有具体实验数据，可燃雾爆燃泄放应当基于KG值为100bar·
m/s或Su值为46cm/s的丙烷进行等价设计。
低强度封闭体内气体或雾的爆燃泄放
7.2.1本章适合Pred≤的低强度封闭体爆燃泄放设计。
7.2.2低强度封闭体的所需求的最小泄放面积可由下式计算:
（7.2.2）
Av-泄放面积（m2）；
C-泄放常数；
As-封闭体内表面积（m2）；
Pred-泄放过程中产生的最大压力（bar）。
7.2.2.1基本燃烧速率Su小于60cm/s时，泄放常数C的定义如下：
对于C（bar1/2）:
7.2.2.2雾的爆燃泄放设计应基于丙烷的泄放常数。
7.2.2.3实际应用中，Pred应小于Pes（Pes不超过。
7.2.2.4泄放板惯性影响
7.2.2.泄放板质量不大于40kg/m2，且KG值不大于130bar·
m/s时，用下式确定是否要增加泄放面积，增加量见。
（7.2.2.
MT计算得到的质量极限值（kg/m2）；
n为板数；
V＞1m3；
KG≤130。
7.2.2.5若M＞MT时，由以下方程计算泄放面积增量ΔAi：
（7.2.2.5）
Av-由式（7.2.2）计算得到的泄放面积（m2）；
M-泄放板质量（kg/m2）。
7.2.2.若KG小于75bar·
m/s，则式（）中取KG=75。
7.2.3细长的封闭体泄放口应
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