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工艺装置安全阀进出口管道设计分析作者：赵晶基来源：《中国新技术新产品》2015年第14期摘要：随着我国石油化工产业的进一步发展，石油化工管道数量和范围不断扩大，给相关附属设备也提出了新要求。
安全阀作为石油化工管道中不可或缺的组成部分，它是保证石油化工生产安全、生产效益的关键，本文主要就石油化工装置安全阀相关设计要点做了简单的阐述。
关键词：石油化工；安全阀；工艺装置；管道；进出口；设计中图分类号： TH134 文献标识码：A化工装置是我国石油化工业发展的基础，是相关工业生产的核心设施，同时由于石油化工装置本身存在易燃易爆、腐蚀性强、毒性强的特征，因此做好安全控制工作就显得十分必要，这给安全阀的出现与发展提供了市场基础。
安全阀作为保证石油化工工业生产安全的关键，在整个社会经济发展中都有举足轻重的作用。
这里我们从化工装置中安全阀进出口管道的设计要点入手，并分析了未来研究方向。
一、安全阀概述在石油化工生产领域，以自动化、精确化和多功能化为主的现代安全阀已成为该工业生产的核心，是不可或缺的安全泄压装置，它的存在主要以承担过强压力、管线容器的保护屏障，是保护石油化工生产安全的基础举措，在过去很长的一段时间里都深受石化产业的重视。
目前，我们过的安全阀设计与研究多过于注重安全阀压力、排量的设定，对整个管道安装设计以及进出口压力的重视度不够，其实整个安全阀管道设计合理与否与管道材料、进出口压力有着密切关系，这也是保证安全法正常运行的基础，更是保证石油化工事业健康、持续发展的保障依据。
安全阀就是在压力管道启动关闭的时候避免受到外力作用而处于异常状态，这种设备的出现是当管道内部的截止压力超过规定数值的时候，能够通过相关系统及时的向两边排放一定压力，从而保证管道安全的特殊装置，这种装置在目前主要用于锅炉、压力容器以及压力管道上，其中以石化产业的压力管道最为常见。
二、安全阀进口管道设计要点安全阀作为保证管道生产安全的主要举措，它的应用已经有很长一段时间的历史了，且设计与安装方法也相当成熟，其美中不足的地方便是对于进出口管道设计还存在一定的缺陷，让其在应用和发展中产生一定的制约。
第５３卷㊀第３期２０１５年６月化肥设计ＣｈｅｍｉｃａｌＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒＤｅｓｉｇｎＪｕｎｅ２０１５安全阀进出口管道设计探讨董㊀新ꎬ刘启茂(中国五环工程有限公司ꎬ湖北武汉㊀４３０２２３)摘㊀要:安全阀的进出口管道设计是否合理关系到安全阀能否正常平稳地运行ꎮ本文论述了安全阀进出口管道设计的一般要求ꎬ并以某工程的波纹管背压平衡式安全阀为例ꎬ对安全阀进出口管道的压力降进行验证计算ꎬ以优化安全阀进口管径及安全阀的布置ꎮ关键词:安全阀ꎻ进出口管道ꎻ压力降ꎻ管径ꎻ布置ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－８９０１.２０１５.０３.００６中图分类号:ＴＨ１３４㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀文章编号:１００４－８９０１(２０１５)０３－００２１－０４ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＩｎｌｅｔａｎｄＯｕｔｌｅｔＰｉｐｉｎｇＤｅｓｉｇｎｏｆＳａｆｅｔｙＶａｌｖｅｓＤＯＮＧＸｉｎꎬＬＩＵＱｉ￣ｍａｏ(ＷｕｈｕａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ㊀４３０２２３㊀Ｃｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｐｉｐｉｎｇｏｆｓａｆｅｔｙｖａｌｖｅｓｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅｏｒｎｏｔｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｔｈｅｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｓａｆｅｔｙｖａｌｖｅｓ.Ｂｙｓｕｍ￣ｍａｒｉｚｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｐｉｐｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｓａｆｅｔｙｖａｌｖｅｓａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｓｔａｔｕｓｏｆａｃｅｒｔａｉｎｐｒｏｊｅｃｔꎬｔｈｅｐａｐｅｒｃａｌｃｕ￣ｌａｔｅｓｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｏｆｓａｆｅｔｙｖａｌｖｅｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｐｉｐｉｎｇｓｏａｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｉｎｌｅｔｐｉｐｉｎｇｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｓａｆｅｔｙｖａｌｖｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓａｆｅｔｙｖａｌｖｅꎻｉｎｌｅｔａｎｄｏｕｔｌｅｔｐｉｐｅꎻｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐꎻｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒꎻｌａｙｏｕｔｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－８９０１.２０１５.０３.００６㊀㊀安全阀作为一种在承压设备及管道上使用的安全设备ꎬ广泛应用在石化㊁电力等各种行业ꎬ对人员安全和生产的正常运行起到重要的保护作用ꎬ避免严重运行事故的发生[１]ꎮ安全阀的入口管径选择以及安全阀的布置是否合理ꎬ直接影响到安全阀是否能够安全㊁平稳地运行ꎬ也影响到安全阀的操作检修是否方便ꎮ很多规范㊁文献都建议将安全阀布置在设备附近ꎬ以便更好地保护设备[２ꎬ３]ꎮ但这样可能就会给安全阀的检修和拆卸带来麻烦ꎬ特别是质量较大的安全阀ꎬ若将其布置在容易检修的地方ꎬ而又不影响安全阀正常运行ꎬ就更加合理ꎬ安全阀布置见图１ꎮ本文综述了安全阀进出口管道的设计要求ꎬ重点讨论了入口管径选择及安全阀布置对安全阀运行的影响ꎬ从而达到优化安全阀入口管径及安全阀布置的目的ꎮ1㊀安全阀进口管道设计１.１㊀安全阀进口管道压力降安全阀进口管道的压力降过大可能导致安全阀的快速开启和关闭ꎬ使安全阀产生震颤[４]ꎬ从而图１㊀安全阀的布置影响安全阀的平稳运行ꎮ在国内外标准中对安全阀进口管道的压力降均有要求ꎬ国内标准ＨＧ/Ｔ２０５７０.２ １９９５«安全阀的设置和选用»[３]㊁ＳＹ/Ｔ１００４４ ２００２«炼油厂压力泄放装置的尺寸确定㊁选择和安装推荐作法»[４]㊁ＧＢ５０３１６ ２０００«工业金属管道设计规范»[５]㊁国外标准ＡＰＩＲＰ ５２０[６]中均规定安全阀入口管道的压力损失不大于开启压力的３％ꎮ工程实际中通常采取以下措施来降低安全阀进口管道的总压力降ꎮ作者简介:董新(１９８６年－)ꎬ男ꎬ湖北孝感人ꎬ２０１１毕业于华南理工大学化学工程与工艺专业ꎬ工程师ꎬ现主要从事管道设计工作ꎮ１２㊀㊀(１)安全阀应靠近被保护的设备或管道ꎬ管路要尽量短ꎬ以便更好的保护设备或管道ꎻ但若设备或管道安装在比泄压总管低的地方ꎬ为了避免安全阀出口积液ꎬ则要抬高安全阀ꎬ使其出口管道高于泄压总管ꎮ(２)安全阀入口管道的公称尺寸必须等于或大于安全阀进口法兰的公称尺寸ꎬ其连接大小头应尽量靠近安全阀入口处ꎮ(３)安全阀入口管道上应采用长半径弯头ꎬ并尽量减少弯头数量[７]ꎮ１.２㊀满足工艺介质的要求(１)对于易凝物质ꎬ若安全阀入口管道不可避免地产生袋形弯ꎬ则在袋形弯低点处应有连续流动的排液管连接至同一压力系统ꎬ并且此排液管要伴热保温ꎬ防止介质结晶堵塞管道ꎻ对于不凝介质ꎬ在袋形弯的最低处要设易于操作的放净阀[３]ꎬ若介质易燃有毒ꎬ则应该引至安全地点排放ꎮ(２)对于含有杂质或者易腐蚀的介质ꎬ则应该在安全阀入口处安装爆破片ꎮ安全阀和爆破片的组合使用可以避免安全阀受到腐蚀或破坏ꎬ保证其正常动作ꎮ2㊀安全阀出口管道设计２.１㊀安全阀背压背压为安全阀出口处的压力ꎬ是附加背压和排放背压的总和ꎮ安全阀附加背压为安全阀开启之前在阀出口处已经存在的压力ꎬ通常称为静背压ꎮ排放背压是指安全阀开启后ꎬ在排放系统中产生的背压ꎬ通常称为动背压ꎮ背压过大会造成安全阀开启压力的偏差ꎬ导致流量下降ꎬ阀门的不稳定性增加[８]ꎮ安全阀的背压往往会影响到安全阀的选型ꎬＧＢ５０３１６ ２０００«工业金属管道设计规范»[５]中规定:安全阀出口管道压力损失不宜超过开启压力的１０％ꎮ在ＨＧ/Ｔ２０５７０.２ １９９５[３]中规定得更为具体:对于普通型弹簧式安全阀ꎬ总背压不大于整定压力的１０％ꎻ对于波纹管背压平衡式安全阀ꎬ总背压不大于整定压力的５０％ꎮ在安全阀出口管道设计的时候要注意背压的影响ꎮ２.２㊀安全阀出口管道排放要求２.２.１㊀排向大气的安全阀出口管道安全阀的排放口不得对着操作面㊁人行道㊁电缆等设置ꎬ避免安全阀泄放后急速喷出的介质所带来的伤害[９]ꎮ对于水蒸气㊁空气等无毒㊁非可燃介质的安全阀排放口ꎬ应高出以排放口为中心的７.５ｍ半径范围内的操作平台㊁设备或地面２.５ｍ以上[３]ꎬ室内的应引至室外安装ꎮ而对于可燃气体ꎬ在允许排向大气时ꎬ排气筒㊁放空管应符合下列规定[１０]ꎮ(１)可燃气体排气筒㊁放空管高度示意见图２ꎮ连续排放的排气筒顶或放空口应高出２０ｍ半径范围内的平台或建筑物顶３.５ｍ以上ꎬ位于排放口水平２０ｍ以外斜上４５ʎ的范围内不宜布置平台或建筑物ꎮ图２㊀可燃气体排气筒㊁放空管高度示意注:阴影部分为平台或建筑物的设置范围(２)间歇排放的排气筒顶或放空口应高出１０ｍ半径范围内的平台或建筑物顶３.５ｍ以上ꎬ位于排放口水平１０ｍ以外斜上４５ʎ的范围内不宜布置平台或建筑物ꎮ此外ꎬ对于气体安全阀出口管ꎬ应该在弯头的最低处开ϕ６~１０ｍｍ的泪孔ꎬ必要时要将凝液排往安全的地方ꎮ２.２.２㊀排向密闭系统的安全阀出口管道对于排向密闭系统的安全阀出口管道ꎬ其排放介质是可凝气体时ꎬ安全阀的出口管道应该比泄压总管高ꎬ并且应该坡向泄压总管ꎬ管道避免有袋形ꎻ若安全阀安装在低于泄压总管的设备或管道上ꎬ则应该将安全阀抬高ꎬ使安全阀出口高于并且坡向泄压总管ꎮ当排放介质为干气并排至干气密闭系统时ꎬ安全阀的安装位置可以低于总管ꎬ但必须高于被保护设备ꎮ排放管与泄压总管连接时ꎬ应该从顶部沿介质流向斜４５ʎ插入泄压总管ꎬ既可以防止总管内的凝液倒流入支管ꎬ又可以减小管路阻力降[３]ꎮ２.３㊀满足工艺介质的要求安全阀排放易自聚㊁易结晶等黏性物料或在冷却至环境温度下可能会固化的物料时ꎬ在出口管应设氮气吹扫口ꎬ并应保温或伴热ꎮ２.４㊀安全阀出口反力在化工生产过程中ꎬ当物料泄放时ꎬ流体的流２２ 化肥设计２０１５年第５３卷动会对排放管道产生作用力ꎬ此应力经安全阀㊁入口管道传递到固定管嘴和相连的容器壁上ꎬ会对其产生影响ꎮ应对安全阀进出口管道进行适当支撑ꎬ以克服安全阀与设备管口根部的弯矩㊁剪力㊁出口管自重㊁热胀冷缩等力的作用[３]ꎮＧＢ５０３１６ ２０００«工业金属管道设计规范»[５]规定安全阀的管道布置应考虑开启时反力及其方向ꎬ其位置应利于出口管道的支架设置ꎮ3㊀安全阀进出口切断阀及旁路阀门的设置３.１㊀安全阀进出口切断阀的设置ＧＢ５０３１６ ２０００«工业金属管道设计规范»[５]㊁ＴＳＧＤ０００１ ２００９«压力管道安全技术监察规程 工业管道»[１１]中规定安全阀的进出口管道不宜设置切断阀ꎬ这样避免人为操作失误或者切断阀的阀板下滑造成安全阀进出口的堵塞ꎬ导致生产事故的发生ꎮ但是ꎬ对于安全阀的校验标定㊁重要设备的安全阀更换等工况ꎬ为了不停工影响生产ꎬ在安全阀前后加装切断阀ꎮ对于排放到火炬或密闭系统的安全阀ꎬ也通常在安全阀进出口管道上装切断阀ꎬ以便于该安全阀故障维修时切断火炬或密闭系统ꎬ否则整个火炬或密闭系统都要停工[７]ꎮ对于安全阀前后加装的切断阀ꎬ一般应选用单闸板闸阀ꎬ阀门要铅封开ꎬ阀杆应水平安装ꎬ这样可避免由于闸板脱落而造成事故ꎮ当安全阀检定到期㊁起跳后损坏时ꎬ可关闭安全阀进出口的切断阀ꎬ拆下安全阀进行校验或更换ꎮ３.２㊀安全阀旁路的设置在通常情况下ꎬ若安全阀所保护的设备和系统可以在安全阀故障时停工ꎬ切出操作而进行检修ꎬ则不需要设置旁路ꎬ但是在线维护而不能停工的设备的安全阀则需要设置旁路[７]ꎮ此外ꎬ安全阀设置旁路还可以在开停工时ꎬ打开旁路对设备和系统进行吹扫ꎮ安全阀旁路通常安装于安全阀进出口管线的切断阀外侧ꎮ4㊀安全阀进出口管道压力降的计算４.１㊀理论依据根据流体力学原理ꎬ流体在管道内流动时ꎬ管道的总压力降包括以下３点:管道摩擦阻力降㊁管道静压力降㊁管道速度阻力降ꎮ管道摩擦阻力降由２部分组成:一是流体在管道内流动ꎬ流体与管壁摩擦而引起的阻力降ꎻ另一部分是流体通过管件变径㊁变方向的部位和阀门时引起的阻力降ꎮ管道静压力降是由于管道进出口标高不同而引起的ꎮ管道速度阻力降是由管道进出口端截面不等使流体流速变化所产生的[８]ꎮ安全阀进出口总压力降按下式计算:Δｐ＝Δｐｆ＋Δｐｈ＋Δｐｕ(１)对于进出口为气体介质的ꎬ其管道静压力降和动压力降可忽略ꎮ即管道的总压力降为:Δｐｆ＝λＬｄˑρｕ２２ˑ１０－３(２)当Ｒｅ<１０５时ꎬλ＝０.３１６４Ｒｅ０.２５ꎻ当Ｒｅ>１０５时ꎬ１λ＝－２ｌｇε３.７ｄæèçöø÷(３)式中:Δｐｆ为管道摩擦压力降ꎬｋＰａꎻΔｐｈ为管道静压力降ꎬｋＰａꎻΔｐｕ为管道速度压力降ꎬｋＰａꎻＬ为管道的长度ꎬｍꎻｄ为管道内径ꎬｍｍꎻρ为气体平均密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻλ为摩擦系数ꎬ无因次ꎻε为管道绝对粗糙度ꎬｍｍꎮ４.２㊀案例分析以某工程的波纹管背压平衡式安全阀为例ꎬ对其进出口管道压力降进行验证计算ꎮ该安全阀进出口管道介质为气体ꎬ出口排向火炬总管ꎮ其工艺参数如下:整定压力为０.３ＭＰａ(ｇ)ꎬ总背压为０.０９８ＭＰａ(ｇ)ꎬ进口管道流速为ＷＧ＝７２３０.５１ｋｇ/ｈꎬρ＝１.２０７ｋｇ/ｍ３ꎬε取０.２ｍｍꎮ从塔顶出来的主管为ＤＮ３５０ꎬ安全阀入口管道的直径ꎬ工艺建议为ＤＮ１５０ꎬ并且设置旁路和切断阀ꎮ对安全阀进口管道的直径分别取ＤＮ１００㊁ＤＮ１５０㊁ＤＮ２００进行核算ꎬ并对安全阀布置的位置进行压力降计算ꎬ来优化安全阀的布置ꎮ根据公式(１)~(３)ꎬ得到不同管径及不同布置位置下安全阀进口总压力降ꎮ(１)安全阀布置在塔顶部的平台上见图３ꎬ得出结论见表１ꎮ图３㊀安全阀布置在塔顶的平台上３２第３期董㊀新等㊀安全阀进出口管道设计探讨表１㊀安全阀布置在塔顶部平台得出的结论安全阀入口管道管径ＤＮ３５０管道的压力降/ｋＰａ安全阀入口管道的压力降/ｋＰａ总压力降/ｋＰａ整定压力的３％/ｋＰａＤＮ１０００.３４４１.２７４１.６１９ＤＮ１５００.３４７.６３７.９７９ＤＮ２０００.３４２.２７２.６１９(２)安全阀布置在楼面上见图４ꎬ得出结论见表２ꎮ图４㊀安全阀布置在楼面上表２㊀安全阀布置在楼面得出的结论安全阀入口管道管径ＤＮ３５０管道的压力降/ｋＰａ安全阀入口管道的压力降/ｋＰａ总压力降/ｋＰａ整定压力的３％/ｋＰａＤＮ１０００.５１７４５.２１４５.７３９ＤＮ１５００.５１７８.０８８.６０９ＤＮ２０００.５１７２.３９２.９１９㊀㊀从上表核算可以得出ꎬ管径的大小对安全阀进口管道的压力降影响很大ꎬ选用ＤＮ１５０的管径经济合理ꎻ将安全阀放在楼面上ꎬ增加的压力降较小ꎬ符合规范上关于安全阀入口管道的压力损失不大于整定压力３％的要求ꎮ由于该安全阀为波纹管背压平衡式安全阀ꎬ已经考虑了出口背压的影响ꎮ5㊀结论安全阀进出口管道设计对安全阀的安全运行具有很重要的意义ꎮ本文对安全阀的进出口配管设计进行了探讨ꎬ合理的布置及进口管径的选择ꎬ既经济合理ꎬ又会给以后的操作和检修带来便利ꎬ在以后实际运用的过程中应该对其布置和配管设计予以足够的重视ꎮ参考文献:[１]孙培锋ꎬ蒋志强.安全阀排气量与排气反力的计算问题[Ｊ].能源与环境ꎬ２０１３(２):１６－１８.[２]李会英.浅析石油化工装置安全阀进出口管道设计[Ｊ].中国化工贸易ꎬ２０１２(５):８４.[３]ＨＧ/Ｔ２０５７０.２ ９５ꎬ安全阀的设置和选用[Ｓ].[４]ＳＹ/Ｔ１００４４ ２００２ꎬ炼油厂压力泄放装置的尺寸确定㊁选择和安装推荐作法[Ｓ].[５]ＧＢ５０３１６ ２０００ꎬ工业金属管道设计规范[Ｓ].[６]ＡＰＩＲＰ ５２０ꎬＳｉｚｉｎｇꎬＳｅｌｅｃｔｉｏｎꎬａｎｄＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅ－Ｒｅ￣ｌｉｅｖｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓｉｎＲｅｆｉｎｅｒｉｅｓ[Ｓ].[７]王强.浅析安全阀的布置及其配管设计[Ｊ].中国化工贸易ꎬ２０１２(４):１１０.[８]马朝玲ꎬ谭强.化工装置安全阀进㊁出口配管设计探讨[Ｊ].通用机械ꎬ２００７(８):９５－９８.[９]白微.化工装置中安全阀的安装及管道设计[Ｊ].西部大开发(中旬刊)ꎬ２０１３(５):３７－３９.[１０]ＧＢ５０１６０ ２００８ꎬ石油化工企业设计防火规范[Ｓ].[１１]ＴＳＧＤ０００１ ２００９ꎬ压力管道安全技术监察规程 工业管道[Ｓ].收稿日期:２０１４－１２－１９我国规模最大煤制乙二醇装置开车成功２０１５年３月２６日ꎬ亿利资源集团鄂尔多斯市新杭能源有限公司建设的３０万ｔ/ａ乙二醇装置一次投料开车成功ꎬ产出优等级乙二醇产品ꎮ自３月１６日ꎬ经过４天的开车准备ꎬ于２０日１９:３０正式投料ꎬ并于２６日２０:５５顺利产出聚酯级乙二醇产品ꎬ打通全流程ꎬ实现一次性开车成功ꎮ据悉ꎬ该项目于２０１１年６月由上海浦景化工与西部新时代能源投资股份有限公司(后更名为鄂尔多斯市新杭能源有限公司)签署专有技术实施许可合同ꎮ２０１２年３月ꎬ上海浦景提交了终版工艺软件包文件ꎮ该套乙二醇为目前国内最大规模的煤制乙二醇工业生产装置ꎮ(本刊通讯员)４２ 化肥设计２０１５年第５３卷。
安全阀计算实例讨论安全阀是一种安全保护装置，常用于管道、容器等系统中，用于释放过量的压力，以防止系统过载和破裂。
为了确保安全阀能正常工作，需要进行合理的计算和选择。
本文将以一个实例来讨论安全阀的计算方法。
假设有一座工厂的锅炉系统，需要设计并选择合适的安全阀。
该锅炉的参数如下：- 锅炉额定蒸发量：5000 kg/h-锅炉额定工作压力：1.5MPa-锅炉额定蒸汽温度：200℃首先，我们需计算锅炉系统的设计压力。
按照锅炉压力容器设计规范，一般情况下，设计压力取为额定工作压力的1.25倍，即1.5MPa*1.25=1.875MPa。
接下来，我们需要考虑安全阀的排气量。
通常，安全阀的排气量需要大于或等于系统的最大排气量，以确保能及时排除系统中的过量压力。
根据工程经验，锅炉系统的最大排气量一般取锅炉额定蒸发量的110%到120%之间。
在本例中，我们选择取115%，即5000 kg/h * 1.15 =5750 kg/h。
接着，我们需要考虑安全阀的工作温度。
根据规范要求，安全阀应具有一定的过温保护能力，即在特定温度下，安全阀应能保证其正常工作。
一般情况下，过温保护温度为设计温度的10%到15%之间。
在本例中，锅炉的设计温度为200℃，选择10%作为过温保护温度，即200℃*10%=20℃。
再次，我们需要考虑安全阀的过压保护能力。
规范要求，在特定的过压情况下，安全阀应能保证排放特定比例的额定蒸发量，以防止系统过载。
过压保护能力一般取设计压力的3%到5%之间。
在本例中，我们选择3%作为过压保护比例，即 1.5MPa*3%=0.045MPa。
综上所述，我们现在已经获得了安全阀的以下参数：-设计压力：1.875MPa- 最大排气量：5750 kg/h-过温保护温度：20℃-过压保护比例：0.045MPa根据以上参数，我们可以开始进行安全阀的选择。
在实际应用中，可以查阅安全阀的性能参数和技术规范，以便选择合适的安全阀。
（新安全生产）安全阀的工艺计算安全阀的工艺计算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：V=B·H／(Gl ·Cp)(1.1)式中:V——体积泄放流量，m3／h；B——体积膨胀系数，l／℃；H——正常工作条件下最大传热量，kJ／h；Gl——液相密度，kg／m3；CP--定压比热，kJ／(kg℃)。
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。
安全阀反力计算及出口管道设计安全阀是一种常用的压力安全装置，用于保护设备或系统在过压时释放压力，防止设备破裂或爆炸。
而安全阀的反力计算和出口管道设计是安全阀系统设计的重要内容，下面将详细介绍如何进行计算及设计。
一、安全阀反力计算1.设计排放质量流量：根据设备或系统的设计工况和要求，计算出需要排放的质量流量。
2.设计排放速度：根据设备或系统的工作压力和温度，结合流体性质和流动条件，计算出需要的排放速度。
3.安全阀设计反力：根据安全阀的类型、参数和工作条件，计算出安全阀的设计反力。
安全阀设计反力的计算可以基于以下两种方法进行：(1)经验公式法：根据安全阀的标准和经验数据，通过简化公式进行计算。
这种方法通常适用于一些常见的安全阀类型和工况条件。
(2)数值模拟法：利用计算流体力学（CFD）等工具对安全阀及其周围流场进行数值模拟，通过数值计算得出安全阀的反力。
这种方法的计算结果更加准确，可以适用于更复杂的工况条件。
二、出口管道设计出口管道设计是为了确保安全阀排放的压力能够稳定、平稳地传递到目标地点，并且避免压力过高或波动对设备和系统造成不可预期的损害。
1.管道直径：根据排放质量流量、流体性质和流动条件，计算出出口管道的合适直径。
2.管道长度和布局：根据设备或系统的布局和安全要求，设计出合适的管道长度和布局，确保排放后的流体能够平稳地排放到目标地点。
3.排放方向和位置：根据设备或系统的安全要求和工艺要求，确定出口管道的排放方向和位置，确保排放后的流体无害地被排放掉。
4.阀门和管件选择：根据管道的工况条件和流体性质，选择合适的阀门和管件，确保排放和控制的稳定性和可靠性。
5.弹性支承和吸振防护：根据出口管道的长度、直径和排放条件，设计适当的弹性支承和吸振防护措施，减小外界振动对管道的影响。
最后，进行安全阀反力计算和出口管道设计时，需要结合具体的工程和系统设计要求，选用合适的计算方法和工具，确保设计的安全可靠性和工程的经济性。
安全阀反力计算及出口管道设计浅析谭永新王金玉杨明（山东天浩化工设计有限公司济南250101）摘要本文通过多方验证，论证了安全阀反力计算公式，同时在安全阀出口管道的设计方面进行了深入探讨。
关键词安全阀反力计算超压泄放背压1 前言安全阀是化工装置压力容器、压力管道超压保护的重要设施。
在装置运行过程中，当遇到阀门误关、火灾、冷却介质停供、电力故障而导致系统压力超过安全阀设定压力时，阀瓣开启泄压，保护系统设备及管道不因超压而发生事故。
大多数化工装置系统操作压力较高，比如合成氨装置中氨合成操作压力可达20~30MPa，一般的中压蒸汽也在2.5MPa左右。
而且化工物料多是可燃易爆介质，如果安全阀设计考虑不周，超压泄放时易引起火灾、爆炸等事故。
因此从系统安全的角度出发，安全阀的合理计算与设计对化工装置来说是非常重要的。
安全阀的计算和选用在很多规范及手册上都有详细讲述，在此便不再赘述。
本文根据笔者多年工程设计经验，着重在安全阀反力计算及出口管道的设计两方面进行深入探讨。
2 安全阀反力计算安全阀阀瓣开启泄放时，管道内流体的快速流动会对排放管道产生一定的作用力，并通过排出管道传至安全阀，并以力矩的形式通过管道作用在安全阀的设备接口。
因此需要对这种力和力矩进行计算，以保证安全阀进出口管道及设备接口、法兰的安全。
通常设计人员一般采用《安全阀的设置和选用》（HG/T20570-95）中14.0.0-1式进行反力计算，即下式（公式一）：而在API520（2003版）中，安全阀反力计算公式为下式（公式二）：我们可以看出，以上两个公式是有些差异的。
下面我们通过一个实例计算，对两个公式的计算结果进行对比。
例题：E101加热器需增加两个喉径为65mm的全启式安全阀，该安全阀各项参数见表1。
对安全阀出口进行反力计算，按照公式一计算反力：602621.0210101.021*********.7851250.27533730.58f W A P N--=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯≈其中：f —泄放反力（N ）W —质量泄放流量（Kg/h ） k —绝热指数 T —泄放温度（K ） M —流体分子量A —泄放管出口面积（mm ） P —泄放口压力（bar ）按照公式二计算反力：()21290.11290.10.785125 2.757307.08F AP N=+=⨯⨯⨯≈其中：F —泄放反力（N ）W —气体或蒸汽的流量（Kg/s ） k —出口条件下的绝热指数 T —出口温度（K ） M —流体分子量A —泄放管出口面积（mm ） P —泄放口压力（bar ）由上可见，两个公式计算结果差别比较大。
高温管道安全阀排汽反力动载系数的探讨作者：冯伟波来源：《数字化用户》2013年第28期【摘要】目前火电厂的管道应力计算中，主要对主蒸汽管道、再热蒸汽管道进行动态荷载分析。
分析安全阀排汽时所受的排汽反力，以及主汽门或再热主汽门突然关闭时引起的汽锤力作用在管道上的状况。
下面以菲律宾某项目150MW火力发电机组主蒸汽管道为列，着重介绍动态分析的过程。
【关键词】火力发电高温管道安全阀动态分析一、前言安全阀广泛用于电厂的压力容器，压力管路系统中，目前最常用的是弹簧直接荷载式安全阀，其原理是阀瓣在弹簧力的作用下与阀座形成密封，当阀瓣下方的内部流体压力产生的升力超过阀瓣上方的弹簧力时，阀瓣自动向上升起，开始排汽升压。
二、静态分析：在进行动态分析之前，必须进行管道系统的静力分析。
建立的管道模型建图1，已知主蒸汽设计温度545℃，设计压力13.8Mpa，管道材质12Cr1MoVG，各管段保温厚度、材质以及端点初始热位移，经静力分析，管道各节点的热位移、一次应力、二次应力均满足要求。
三、动态分析：管道模态分析模态分析的主要目的是计算管道的固有频率，以本主蒸汽为例，经计算后，其前5阶固有频率分别是1.171，1.177，1.210，1.226，1.490Hz，由于主蒸汽管道温度较高，为保证管道有一定的柔性，从而吸收由于热涨、冷缩及管道接口热位移产生的变形，大量使用了弹簧吊架，此主蒸汽管道跟再热冷段连算，共使用了65个弹簧吊架，弹簧吊架占所有支吊架的57%，虽然满足了一次应力、二次应力的要求，但根据DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》中第7.2.1.1条规定管道的一阶固有频率应大于3.5Hz，此主蒸汽管道的一阶固有频率为1.171Hz，远低于规定值。
如果仅进行静态分析，未进行动态分析，管道很容易在外界动态干扰下产生强烈振动。
四、安全阀排气反力分析锅炉厂提供的主蒸汽管道上安全阀排气反力为Z向受力，307，292，307，1307，，1292 四个节点，排汽反力分别为-9398N，-11400N， -9398N，-11400N。
安全阀的计算实例《压力管道应力分析》P.100开式系统：如图示的安全阀排式系统，排放介质为过热蒸汽，质量流量为52.79kg/s，安全阀入口滞止气体焓值h0=3.506×106J/kg，安全阀全开到全闭时间为0~0.4s，安全阀的系统质量M为363kg，设计温度下材料的弹性模量E为1.586×105Mpa，安全阀入口管截面积的惯性矩为1.678×108mm4，排气弯头尺寸为D219×6，放空管尺寸为D325×9，安全阀的其余尺寸见图，计算：⑴排气弯头出口的介质压力和速度；⑵放空管两端的介质压力和速度；⑶排气弯头出口处的反作用力；⑷是否会出现反喷；⑸放空管固定支架受到作用力？解答：⑴排气弯头出口处①的压力P1和速度V1计算如下：对于过热蒸汽查7.3.1表：a=1.929×106J/kg，b=4.33，排气弯头的流通截面积为：A1=Π×（219-2×8）2/4=3.236×104 mm2根据公式（7.3.1），排气弯头出口点的压力P1为：P1=[1.412W(b-1)/A1b]×【（h0-a）/(2b-1)】0.5=[1.412×52.9×(4.33-1)/ 3.236×104×4.33]×【（3.506×106-1.929×106）/(2×4.33-1)】0.5 =0.8038Mpa（绝压）根据公式（7.3.2），排气弯头出口点①的速度V1为：V1=1.417×【（h0-a）/(2b-1)】0.5=1.417×（3.506×106-1.929×106）/(2×4.33-1)】0.5=642.9m/s⑵放空管两端压力P1和速度V1计算如下：放空管的流通截面积为：A3=Π×（325-2×9）2/4=7.402×104 mm2根据公式7.3.3，放空管末端③的压力P3为：P3= P1×（A1/ A3）=0.8038×（3.236×104/7.402×104）=0.351 Mpa（绝压）根据公式7.3.4，放空管末端③的速度V3为：V3= V1=642.9m/s由图7.3.6可知，放空管的长度为L=6100mm，管道内径为Di=325-2×9=307mm，对于蒸汽Darcy-Weisbach摩擦系数f取0.013。
