安全阀的工艺计算Word下载.docx
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1.8.2根据的条件，安全阀的泄放量按式计算出的结果和高压侧正常流量比较，取二者的较小值。
1.8.3
1.8.4换热器管破裂时的泄放量
W=·
d2·
（Gl×
ΔP）1/2
-
W——质量泄放流量，kg／h；
d——管内径，mm；
ΔP——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。
1.10
1.11化学反应失控
1.9.1《
1.9.2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。
1.9.3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。
1.12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：
距地面或距能形成大面积火焰的平台之上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=πD0（L+—1）
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.分馏塔的湿润表面为塔底正常最高液位和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面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（F）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＝
>
b.容器在地面下用砂土覆盖：
c.容器顶部设有大于10l／（m2·
min）水喷淋装置：
F=
d．容器在地面上有完好保温，见式—4）。
（2）根据美国石油学会标准API—520：
b．容器有水喷淋设施：
F＝
c．容器在地面上有良好保温时，按式—2）计算：
》
—2）
式中:
λ——保温材料的导热系数，kJ／（m·
h·
℃）；
do——保温材料厚度，m；
t——泄放温度，℃。
d．容器在地面之下和有砂土覆盖的地上容器，（F）值按式—2）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。
1.10.4~
1.10.5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日施行）中规定：
a.无保温层
—3）
式中：
W－泄放量，kg／h：
Hl－泄放条件下的汽化热，kJ／kg：
A－润湿面积，m2；
$
F－容器外壁校正系数，取中的取值
b.有保温层
—4）
t－泄放温度，℃：
λ－保温材料的导热系数；
d0－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：
—5）
否则，采用式—6）计算：
式中符号同式—3），F取中的取值。
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：
—1）
·
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，MPa
Z——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C0=～；
对于带调节圈的微启式安全阀:
C0=～；
对于不带调节圈的微启式安全阀：
C0=～。
气体特性系数（X）见附表1。
气体压缩因子（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（d1）或阀座口径（D）
a．对于全启式安全阀
b.对于平面密封型微启式安全阀
`
c．对于锥面密封型微启式安全阀
—4）
式中:
d——安全阀喉径，mm
h——安全阀开启高度，mm
D——安全阀的阀座口径，mm
*
—密封面的半锥角，度。
2.3
2.4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—1），则为临界流动，否则为亚临界流动。
—1）
Pb——背压，MPa
Pcf——临界流动压力，MPa
P——泄放压力，MPa
K——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）
:
W——质量泄放流量，kg／h；
，
Co--流量系数；
Kb一背压修正系数；
Z——气体压缩因子；
—
流量系数（Co）由制造厂提供，若没有制造厂的数据，则取Co＝。
系数（X）
式—3）计算或查附表1。
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Kb＝。
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]
2.3.4气体或蒸气在亚临界条件下的最小泄放面积
（1）式—4）适用于导阀式安全阀和弹簧设定时考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；
—4）
亚临界流动系数（Kf）查附图3。
流量系数（Co）值由制造厂提供，若没有制造厂数据时，Co＝，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）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）计算，但背压修正系数（Kb）应由制造厂提供。
2.3.5…
2.3.6水蒸汽
—5）
流量系数（Co）值由制造厂提供，若无制造厂数据时，Co＝。
过热蒸汽过热系数（Ksh）查附表3，对于饱和蒸汽，Ksh＝。
Napier系数（KN）按下述要求选取：
P≤时，KN＝
＜P≤时，KN＝
：
其余符号意义同前。
2.3.7液体
—6）
超压系数（Kp）查附图5所示。
背压修正系数（Kw），对弹簧式安全阀Kw=；
对于波纹管背压平衡式安全阀,Kw查附图6。
粘度修正系数（KV）查附图7。
）
流量系数（Co）对于按美国机械工程师协会ASME第Ⅷ部分第1分篇或国标GBl50—89设计的容器上安装的安全阀，Co＝，
其它（如管道上）安装的安全阀，Co＝。
计算泄放压力（P）时所用的超压，对于按ASME第Ⅷ部分第1分篇或国标GBl50—89设计的容器，超压为10％，其它（如管道上）安装的安全阀，超压为25％。
其余符号同前。
2.3.8两相流体
（1）气—液平衡态的两相流体，流经阀体时部分液体要产生闪蒸，闪蒸现象会降低阀门的质量流通能力。
泄放量的计算方法如下：
a．确定闪蒸量：
分别计算液相自泄放压力经绝热过程至临界压力下和至背压下的闪蒸量，取小者。
b．用闪蒸的气量和泄放时混合物中的气量之和，根据背压情况及安全阀的型式等，按照式—2）或—4）计算气相所需的最小泄放面积。
c．根据式—6）计算液相所需的最小泄放面积。
!
d．将b和c项的计算结果相加，即为所需的最小泄放面积。
（2）背压对安全阀的上述计算过程有很大的作用，因此：
a.应仔细计算泄放管道中两相流体的压力降，
b．管道压力降的产生，会使部分液体继续气化，
c．来自冷冻（如液化气的排放）的物料排放系统，在排放管道中有时会产生液滴和低温；
d．对于气相处于临界条件下泄放时，计算液相泄放量时背压取临界压力（Pcf）（见式—1）。
3^
4储存气体容器的安全阀
3.1
3.2无湿润表面的容器在外部火灾情况下，容器将在短时间内由于金属材料的软
化而发生破坏。
设置安全阀将不能独立保护这类容器不受损坏，仅能在短时间内（金属软化之前）起作用。
因此要采取其它的办法如外保温、水喷淋或自动／手动泄压系统（安装控制阀）。
3.3无湿润表面的容器在外部火灾情况下的泄放量
暴露面积（A1）为距地面或能形成大面积火焰的平台上方以下的容器外表面。
金属壁温（Tw）：
对于碳钢为593℃（866K）
￥
泄放温度（T）根据理想气体状态方程计算。
9．0．3最小泄放面积
泄放阀因子（
）按式－2）计算，
的最小值为。
如果
没有足够的数据进行计算，则
取。
上式中流量系数（Co）由制造厂提供。
若没有制造厂的数据时，Co取。
气体特性系数（X）查附表1。
上述各式的其它符号同前。
5￥
6安全阀出口反力的计算和反力数据表
4.1安全阀出口反力的计算
物料泄放时，流体的流动会对排放管道产生一作用力，并通过排出管道传至安全阀；
进而以力矩的形式通过安全阀入口管道传至设备接管。
这个力和力矩是否对安全阀的进出口管道和设备的接管、法兰产生不良影响（如容器是否要补强等），需要进行详细的计算后确定。
作用力的大小与物料泄放至大气还是泄放至密闭系统有很大关系。
4.1.1气相物料泄放至大气对于可压缩流体（气体或蒸汽）临界稳态流动，且物料流经安全阀后经一段水平管、一个90o长半径弯头、一段垂直立管排入大气，如图所示，作用力（f）按式—1）计算：
—1）
f——泄放反力，N，
Ao——泄放管出口截面积，mm2，
P2——泄放管出口静压力，MPa（表）；
注：
管线支撑应尽可能靠近放空管中心线
图－1出口反力示意图
k——绝热指数。
4.1.2*
4.1.3气相物料泄放至密闭系统泄放至密闭系统的稳态流动，在排出管中一般不会产生大的作用力和力矩，仅计算管径突然扩大位置的作用力。
如果需要计算泄放至密闭系统的作用力，则应采用复杂的非稳态分析方法，可从专门资料中查阅。
4.2液相物料的泄放反力液体泄放时在安全阀出口中心线处的水平反力（f）按式—2）计算：
—2）
P——泄放压力，MPa；
a2——安全阀喉径面积，mm2。
4.3~
4.4出口管道由于泄放时的作用力、振动和自身的自重、热胀冷缩等原因，应设支架支撑。
附表1：
气体特性系数表
k
X
…
k
?
！
317
318
319
320
321
322
323
325
326
327
、
328
329
330
33l
332
333
334
。
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
~
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
《
361
362
363
364
365
"
366
367
368
369
370
371
372
373
；
%
374
375
376
377
378
379
380
38l
'
382
383
384
385
386
<
387
388
389
390
39l
392
393
394
】
395
396
397
398
399
400
【
^
附表2：
部分物料的物性表
物料
分子量
比重
临界压力
MPa
临界温度
K
绝热指数
气相
液相
醋酸
丙酮
乙炔
空气
氨
氩
苯
1，3一丁二烯
丁烷
异丁烷
二氧化碳
二硫化碳
一氧化碳
氯
环己烷
癸烷
乙烷
乙醇
氯乙烷
乙烯
氟利昂11
氟利昂12
氟利昂22
（
氟利昂114
氦
己烷
氯化氢
氢
硫化氢
煤油
&
甲烷
甲醇
氯甲烷
天然气
硝酸
一氧化氮
氮
二氧化氮
壬烷
辛烷
氧
戊烷
丙烷
丙烯
水蒸汽
苯乙烯
二氧化硫
硫酸
甲苯
－
39，94
58.土2
19
92.土3
1
/
工.53
L036
0，952
\
4，92
6，68
7，26
.
309
132
151
562
425
304
546
134
417
553
619
516
460
469
419
324
513
461
416
180
647
430
594
1，20
附表3水蒸汽过热系数（Ksh）
温度
定压
饱和
200
220
240
260
280
300
420
440
480
MPa
0，996
0，970
0，93l
0，938
0，947
0，925
0，906
0，912
0，876
0，961
]
0，918
0，833
0，782
0，958
0，915
0，813
0，941
0，884
0，872
0，96l
附表4喉径代号与喉径截面积关系
喉径代号
喉径截面积
mm2
in2
D
E
F
G
H
J
L
M
N
P
Q
R
T
71
126
198
506
830
1185
1840
2322
2800
4116
7192
l0322
16774
附图1波纹管背压平衡式安全阀的背压修正系数表（用于气体或蒸汽）
Kb=（有背压时的泄放量）/（无背压时的泄放量）
背压修正系数Kb应由制造常提供。
若没有制造厂的数据时，可参考本图。
本曲线适用于设定压力大于（表）的临界流动，在适用范围之外的，应选用制造厂提供的Kb值。
附图2气体压缩因子（Z）图
附图3亚临界流动系数图
图中k为绝热指数
附图4弹簧式安全阀背压修正系数图
图中k为绝热指数。
例：
设定压力＝（表）静背压＝（表）
弹簧设定＝MPa超压=MPa
背压％＝++/++=×
100＝76
查图得：
Kb＝
附图5液体超压修正系数（Kp）图
图中所示，超压25％（含25％）以下时，泄放量受阀瓣提升高度、流量系数和超压的影响；
超压25％以上时，泄放量仅与超压有关。
超压小于10％时会引起阀瓣“抖动”，因而应该避免。
附图6波纹管背压平衡式安全阀超压25％时的背压修正系数（Kw）（液体用）图
背压修正系数Kw应由制造常提供。
附图7液体粘度修正系数（Kv）图
计算过程如下：
首先按无粘性流体Kv＝计算最小泄放面积（a1）,按附表4选大一级的实际泄放面积（a2）。
按下式计算雷诺数：
V——体积泄放流量，m3/h;
μ——动力粘度，mPa·
s；
Gl——液相密度，kg/m3
a1——不考虑液体粘性计算的最小泄放面积，mm2；
a2——安全阀的喉径面积（液相），mm2。
按上式计算结果查本图Kv值，将Kv值带入式－6，计算最小泄放面积（a）。
如果a＜a2，则a2最终选定的实际泄放面积；
如果a＞a2，则选再大一级的实际泄放面积进行上述计算过程，直至校正的最小泄放面积（a）小于选择的实际泄放面积（a2）。
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