气体绝热指数.docx
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气体绝热指数
气体绝热指数
若流体工质在状态变化的某一过程中不与外界发生热交换，则该过程就称为绝热过程．用节流孔板测量气体流量时，流体流过节流孔板时发生的状态变化，可近似地认为是一绝热过程．为了在测量中能求出气体膨胀系数，就需要知道表征被测气体为绝热过程的绝热指数．若该气体可认为是理想气体，则其绝热指数K就是定压比热容与定容比热容之比，即
K＝Cp/Cv （1－25）
对于实际气体来说，绝热指数与气体的种类、所受压力、温度有关．一般地说，单原子气体的绝热指数K为1.66，双原子气体的绝热指数K为1．41．表l－5给出各种不同气体绝热指数较精确的数值．
二、 空气的基本物理特性
在很多情况下，增加压力可以使气体液化。
但是，压力增加使饱和温度提高不是无止境的。
当温度超过某一值时，即使再提高压力也无法使气体液化，只有温度低于该值时，液化才有可能。
这个温度叫“临界温度”。
相应于临界温度下的液化压力叫临界压力。
对一定的物质、临界温度与临界压力有确定的数值。
对一般气体有下表数据：
物质名称
空气
氧
氮
水
氨
二氧化碳
氢
临界温度/℃
-140.6
-118.4
-146.9
-374.15
+132.4
+31.0
-239.6
临界压力/MPa
3.84
5.181
3.465
22.565
11.58
7.53
1.32
安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，也是在线压力容器定期检验中必检项目。
它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。
凡符合《容规》适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。
一．安全阀的选用方法
a）根据计算确定安全阀.公称直径.必须使安全阀的排放能力≥压力容器的安全泄放量
b）根据压力容器的设计压力和设计温度确定安全阀的压力等级;
c）对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过320℃的气体用的安全阀,应选用带散热器（翅片）的形式;
d）对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构的,则应采用封闭式带板手安全阀;
e）当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%开启压力时,应选用带波纹管的安全阀;
f）对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀
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.安全阀公称压力与弹簧工作压力关系,见表1
m）
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
>0.16～0.25
>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
>1.3～1.6
>1.6～2.0
>2.0～2.5
只能用于大于1.3MP
6.4
->1.3～1.6
>1.6～2.0
>2.0～2.5
>2.5～3.2
>3.2～4.0
>4.0～6.4
只能用于大于1.3MPa
10
>4～5
>5～6.4
>6.4～8
>8～10
只能用于
大于4.0MPa
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。
二．安全阀计算实例
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，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。
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φ57X3.5,确定安全阀尺寸.
解1）确定气体的状态条件
设Po—安全
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=2.83×10-3×5.388×25×502=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
49.71
1.4
空气
29
-140.8
37.25
1.4
氧化氮NO
30
-94
67.2
1.4
二氧化碳CO2
44
31.1
72.9
1.30
水蒸汽H2O
18.2
374.1
225.4
1.3（过热）1.135
氨NH3
17.03
132.4
111.5
1.29
硫化氢H2S
34.09
100.4
88.9
1.3
氟-12CF2Cl2
120.09
111.7
39.6
1.14
氯Cl2
70.91
144.0
76.1
1.36
丙烷C3H8
44.09
96.84
42.01
1.133
丁烷C4H10
58.12
152.01
37.47
1.094
苯C6H6
78.11
287.6
48.7
1.18
乙炔H2C2
26.04
36.3
61.6
1.238
异丁烷
58.12
58.12
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
A=
=
=242.8mm2
do=
=
=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
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—安全阀额定泄放系数,K=0.9倍的泄放系数（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
流速范围
m/s
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
低压蒸汽＜1.0
低压蒸汽＜1.0
10~15
10~20
10~15
8~10
3.0~6.0
10~20
5.0~10.0
7.0~8.0
30~40
20~30
15~20
20~40
40~60
饱和水蒸汽（主管）
（支管）
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）
（支管）
易燃气体
40~60
35~40
0.75~3.0
3~12
10~20
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
Ws=2.83×10-3×12.44×15×502=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
启
式
PN（MPa）1.6、2.5、4.0、6.4
do12、16、20、25、32、40、65、80
PN（MPa）16、32
do812
PN（MPa）16、32
14/16
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