安全阀计算实例同名11862文档格式.docx

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g）液化槽（罐）车,应采用内置式安全阀.

h）根据介质特性选合适的安全阀材料:

如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;

乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀.

i）对于泄放量大的工况,应选用全启式;

对于工作压力稳定,泄放量小的工况,宜选用微启式;

对于高压、泄放量大的工况,宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀.对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀.

j）工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀.移动式设备应采用弹簧式安全阀.

k）对于介质较稠且易堵塞的,宜选用安全阀与爆破片的串联组合式的泄放装置.

l）根据安全阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级.

安全阀公称压力PN系列

0.25Mpa

0.6

1.0

1.6

（2.5）

4.0

6.3

10.0

16.0

25.0

32.0

40.0

GB/T1048

选用安全阀时必须考虑温度的影响，一般情况下最高允许工作压力Pmax与PN有如下关系：

Pmax=[σ]t/[σ]200PN

[σ]t—设计温度下的材料许用应力值

[σ]200--200℃时的材料许用应力值

确定了安全阀公称压力后，弹簧式安全阀还要选定弹簧的工作压力等级。

弹簧式安全阀的整定压力范围就是弹簧式安全阀的工作压力等级；

安全阀公称压力与弹簧工作压力关系,见表1

安全阀公称压力PN与弹簧工作压力关系表表1

PN

弹簧工作压力等级

1.6

0.06~0.1

>

0.12

0.6~0.25

0.25~0.4

0.4~0.5

0.5~0.6

0.6~0.8

0.8~1.0

1.0`1.3

1.3~1.6

2.5

1.6~2.0

2.0~2.5

只能用于大于1.3MP

6.4

->

2.5~3.2

3.2~4.0

4.0~6.4

只能用于大于1.3MPa

10

4.0~5.0

5.0~6.4

6.4~8.0,

8.0~`10.0

只能用于

大于4.0MPa

安全阀的排放压力：

排放压力----阀瓣达到规定开启高度时的进口压力。

又称为全启压力，即在开启压力之后，进口压力继续上升，-阀瓣位移两增至规定值时的压力。

它的上限值应服从国家有关标准的要求。

排放压力与整定压力之差称为超过压力，用%比来表示。

安全阀应动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣应及时开启和完全上升,以顺利排放;

同时应具有良好的密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封;

在排气压力下阀瓣应达到全开位置,无震荡现象,并保证排出规定的气量。

也就是安全阀应具有可靠的密封性能、开启迅速灵敏、及时稳定排放和良好的回座性能。

四、我们在压力容器设计和定期检验中均要求对安全阀的安全排放能力进行选型或校验计算。

基于以往资料不齐全,往往以大代小,造成不必要的浪费。

现拟以GB150附录B-B5.1b）为依据（GB150与美国APIRP520（美国石油学会标准）的等效），用不同介质、压力、温度对安全阀的安全排放量进行选型计算,以飨同行。

例1：

有一空气储罐,DN1000㎜，容积V=5m3最高工作压力为0.8MPa，工作温度为30℃进口管为φ57×

3.5,确定安全阀尺寸.

解1）确定气体的状态条件

设Po—安全阀出口侧压力（绝压）0.103MPa（近似为0.1MPa）

则Pd—安全阀泄放压力（绝压）为

Pd=1.1Pw+0.1+10%P=1.068MPa（GB150附录B4.2.1）

当安全阀出口侧为大气时:

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）是属于临界状态条件,安全阀排放面积A按B5计算

A≥

mm（B5）

式中:

C气体特性系数,查表B1或C=520√k¯

¯

（2/（k+1）（k+1）/（k-1））

K—安全阀排放系数（安全阀额定泄放系数）,K=实际流量测定值/理论流量计算值。

K=0.9倍的排放系数（泄放系数由制造厂提供,一般为0.75）;

或按《容规》附件五第二节有关规定中选取.

2）容器安全泄放量的计算:

盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄放量,按下列规定来确定

a.对压缩机贮罐或水蒸汽的容器,分别取压缩机和水蒸汽发生器的最大产气量;

b.气体储罐等的安全泄放量按（B1）式计算

Ws=2.83×

10-3ρυd2㎏/h（B1）

式中ρ为排放压力下的气体密度.

ρ=M（分子量）×

Pw’（排放绝对压力）×

273/（22.4×

（273+t））

空气M=28.95

排放绝对压力Pw’=10.68㎏/㎝2

代入上式得ρ=28.95×

10.68×

273/22.4×

303=12.44㎏/m3

υ—容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s;

查表2得υ=10～15m/s

一些常用气体流速范围表2

流体名称/输送压力MPa

流速范围m/s

流体名称/输送压力MPa

压缩空气0~0.1

＞0.1~＜0.6

＞0.6~＜1.0

＞1.0~＜2.0

＞2.0~＜3.0

一般气体（常压）

氧气＜0.6

0.05~0.6

饱和水蒸汽（主管）

（支管）

低压蒸汽＜1.0

10~15

10~20

8~10

3.0~6.0

5.0~10.0

7.0~8.0

30~40

20~30

15~20

20~40

40~60

煤气（初压）2KPa

（初压）6KPa

氨气≤0.6

1.0~2.0

液氨

氮气5~10

乙炔气

氢气

自来水（主管）

易燃气体

35~40

0.75~3.0

3~12

3.0~8.0

0.3~1.0

2.0~5.0

2.0~8.0

≤8.0

1.5~3.5

1.0~1.5

≤1.0

取υ=10m/s.

将上述ρ、ν、d代入得

10-3×

12.44×

15×

502=1320.2㎏/h

则A=

=205.4mm2

若采用带板手全启式安全阀

A=0.785d02=205.4mm2d0=（205.4/0.785）1/2=16.2㎜

根据统计概算,全启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.625,而微启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.8.

∴选用公称直径DN32的全启式带板手安全阀.

安全阀公称直径与喉径关系表3

安全阀公称压力\公称直径

DN15、20、25、32、40、50、80、100

全

启

式

PN（MPa）1.0、2.5、4.0、6.4

do20、25、32、50、65

PN（MPa）10.0

20、25、32、40、50

PN（MPa）16、32

12、20

微

PN（MPa）1.6、2.5、4.0、6.4

do12、16、20、25、32、40、65、80

do812

14/16

例2.将例题1的介质改为蒸汽。

解：

在压力容器中，绝大多数安全阀的出口侧压力与它的泄放压力之比即Po/pd都小于理论值0.528。

（此值由空气作试验介质求得Po/pd=0.528）属于临界状态。

Pd——安全阀的泄放压力（绝压）

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×

5.388×

25×

502=953Kg

最小排放面积A

A=

其中蒸汽在工作温度和压力下的压缩系数Z。

可根据高鸿华主编《压力容器安全技术问题》第71问中的公式进行计算：

（注1）

Z=

=

=0.93

式中：

R——848Kg·

m/Kmol·

K

T——蒸汽绝对温度K

ν——蒸汽比容

M——分子量。

蒸汽k=1.135

∴A=

=245.7mm2

do=

=17.7㎜

取DN=32的安全阀。

（do=20㎜）

注1、介质压缩系数可按GB150附录B章进行计算，一些常用介质的临界特性，由表4查得

某些气体的主要物理特性表4

名称

分子量

临界温度t℃

临界压力Patm（绝压）

K=Cp/Cv

氢H2

2.02

-239.9

12.8

1.407

氧O2

32

-118.8

50.36

1.4

空气

29

-140.8

37.69

氧化氮NO

30

-94

67.2

二氧化碳CO2

44

31.1

72.65

1.30

水蒸汽H2O

18.2

374.1

225.4

1.3（过热）1.135

氨NH3

17.03

132.4

112.98

1.31

硫化氢H2S

34.09

100.4

90.08

1.32

氟-12CF2Cl2

120.09

111.7

39.6

1.14

氯Cl2

70.91

144.0

77.11

1.35

丙烷C3H8

44.09

96.84

42.01

1.133

丁烷C4H10

58.12

152.01

37.47

1.094

甲烷CH4

16.04

-82.35

46.41

1.18

乙炔H2C2

26.04

36.3

61.6

1.238

异丁烷

36.00

1.079

上述的工况。

同样可以用（B7）式进行计算。

该式在计算时略去繁锁系数Z的计算，当Pd≤10Mpa时

=242.8mm2

=17.6㎜

众所周知，压缩系数Z是反映了真实气体在压力、温度和比容之间的关系上和理想气体的差异。

在常温及压力不太高的情况下，真实气体与理想气体的差异不大。

即压缩系数

Z≈1，而一般常用的二原子气体，如空气、氧、氮、氢及一氧化碳等气体的绝热指数K均为1.4。

因此，安全阀排量计算公式简化为下式：

W=27KPdA

用例题1的工况，代入后即得

Do=

=16.2㎜

与例题1的详细计算相差极小，另一方面应注意的是，如合成氨的循环机的安全阀，由于出口侧的压力很大。

因而压力比Po/Pd>

（2/（k+1））k/（k-1）属于处在亚临界状态，则应用式（B6）来计算安全阀泄放量。

但锅炉系统的安全阀选型计算要以《锅规》所给出的公式及系数进行计算。

例3:

锅炉过热器安全阀选型计算。

670t/h锅炉过热器，锅炉最大发蒸发量:

McR=670000kg/h，安全阀入口蒸汽压力P1=13.7MPa，安全阀入口蒸汽温度t=540℃。

选用计算过程为：

1根据《锅规》，对排气量的规定计算如下：

安全阀进口压力（开启压力）：

P=1.05P=1.05X13.7=14.39MPa，安全阀进口温度t=540℃，过热蒸汽质量体积:

Vg=0.023378m3/kg

排放系数:

C=0.235

蒸汽质量体积修正系数:

K=（2.1/（10.2P+1）Vg）1/2

=[2.1/（10.2X14.39+1）]1/2=0.7796

2安全阀的最小排放面积计算:

W=CA（10.2P+1）K=670000=0.235A（10.2X14.39+1）0.7796

A=24747㎜2

3安全阀的流道直径（喉径）do=[4A/π]1/2=2（24747/π）1/2=177.5㎜

根据规定蒸发量大于0.5t/h锅炉应至少装设2个以上安全阀，根据以上计算,即使用2个,也过大,建议用4个,do=88.8㎜。

选用PN=16.0Mpa,DN=150㎜；

开启压力为14.39Mpa,带板手的A48Y-160安全阀。

例4:

热水锅炉上也必须安装安全阀，其安全泄放量按下式计算:

ndoh=35.5Q/[CPs（i-i1）]X104

式中n–个数

do—喉径㎜

h—开启高度㎜

Q—锅炉额定热功率,MW

C—排量系数

当h≤d/20时C=135；

当h≥d/4时不我待C=70

Ps—安全阀整定压力（绝压）

i---额定水压力下的饱和蒸汽焓kJ/kg

i1---进入锅炉的水焓kJ/kg

例5：

液化石油气贮罐，筒体内径Di=1600㎜,长度L=6000㎜，壁厚δn=16㎜,V=13.3m3,封头形式为椭圆，介质组分为:

丙烯50%、丙烷15%、正异丁烯15%、正异丁烷15%、残液5%.液化石油气组分见表5。

液化石油气单一成分组分及汽化潜热（表5）

重量组分X1

丙烷C3H8

丙烯C3H6

正异丁烯

正异丁烷

残液

50℃汽化潜热kJ/kg

285.5

285.96

343.7

317.8

337

液化石油气贮罐，一般不设保温且夏日均配备水喷淋予以冷却。

对无绝热材料保冷层的压力容器其安全泄放量按（B3）计算。

W=2.55×

105FAt×

0.82/qkg/h

F—系数，容器在地面上，无保温的，F=1

容器在地面下用沙子覆盖，F=0.3

容器顶部设置大于10L/（㎡·

min）喷淋装置，F=0.6

容器在地面上，有完好保温的，按《容规》附录五（3）式计算

At—容器受热面积（湿润面积），椭圆封头的卧式贮罐

At=πD0（L+0.3D0）=3.14×

1.632（6.916+0.3×

1.632）=37.9㎡

50℃汽化潜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

安全阀的泄放能力计算

对于贮罐的筒体长度≥6m时，应设置两个安全阀。

在一般情况下分半值来计算较为合理。

这样才不致于使安全阀选得过于大型而造成浪费。

安全阀的最小排气面积A为

=577.3mm2

式中Pd=1.1P＋0.1=1.1×

1.8＋0.1=2.08MPa

M分子量=44（以主要成分丙烷）

∴do=

=27.12㎜

选用DN40A42H—4.0的全启式安全阀两只。

（此档安全阀最小公称直径为40）

※美国石油学会标准APIRP520则规定:

对于有足够的消防保护措施和具有能及时排走地面上泄漏措施时,容器安全泄放量为

Ws=1.555X105FA0.82/γ

否则,采用Ws=2.55X105FA0.82/γ

其中K容器在地面上，无保温的，F=1.0

容器顶部设置喷淋装置，F=1.0

容器在地面上，有完好保温的，

F=4.2X10-6λ/d0（904.4-t）

其中:

λ---保温材导热系数KJ/mh℃

d0---保温材料厚度m

t--泄放温度℃

容器在地面下用沙子覆盖，把保温材导热系数、保温材料厚度改为沙子的数值

容器冷保温时,F=1.0。

由两台或两台以上的装置集中输气到一个贮罐（集中罐）。

或由一台设备分别输气到几个贮罐（分气罐）时。

贮罐的安全泄放量的计量的计算。

例4、由两台空气压缩机同时向体积为V=100m3的集气罐输气。

其输气压力为Pw=1.0MPa；

t为常温。

进气管为φ108×

4。

此时贮罐的安全泄放量。

∵在Pw=1.0Mpa；

t=20℃时，ρ=12.87㎏/m3。

取进气管的气体流速为ν=15m/s

∴贮罐的安全泄放量W为

W‘=7.55（ρo）Vd2

=7.55×

1.293×

1002×

=6.55×

103㎏/h

ρo——气体在标准状态下的密度㎏/m3；

空气在标准状态下的P=12.87㎏/m3

Pd——容器的排放压力MPa（绝对）

T——容器的排放温度（绝对）K

d——容器的总进气管内径㎜

实际上W＇=7.55ρoVd2

与W=28×

10-3ρVd2是等效的，不同处在于不用去求取气体在排放状态下的密度ρ（㎏/m3）。

除上述的一些常见的贮罐外，我们还遇到如蒸发器、反应器之类由于器内液体受热蒸发而增大压力，或由于化学反应而使介质气体。

体积增大内压升高，其安全泄放量应分别根据输入载热体的放出热量或器内化学反应可能生成的最大气量，以及反应所需的时间来决定。

另外,JB/T4750－2003《制冷装置用压力容器》B.4安全阀及爆破片口径中介绍了配备在容器上的安全阀口径计算方法，我们可以在设计中参考选用。

d=C1

（B.1）

式中C1=35

（B.2）

D0－－容器外径m

L——容器长度m

P——为设计压力MPa

两个以上容器连通时，其安全阀口径是将各自容器的D0L值之和代入（B.1）式进行计算。

参考资料

《压力容器安全技术监察规程》

《压力容器安全技术问答》劳动人事出版社

GB150—1998《钢制压力容器》学苑出版社

《锅炉压力容器安全工程学》北京经济学院出版社

《燃气压力容器》中国建筑工业出版社

《化工工艺设计手册》上海科学技术出版社

JB/T4750－2003《制冷装置用压力容器》国家经济贸易委员会

陈桦

福建省标准化协会压力容器分会