安全阀的工艺计算

安全阀工艺计算1 安全阀工艺计算1.1 操作参数1.1.1 最高操作压力P（表）：设备运行期间可能达到的最高压力，一般应按不同工艺过程确定。

1.1.2 安全阀定压P s：安全阀的开启压力。

安全阀定压P s（表）必须等于或稍小于设备设计压力P D（表）；由不同工艺操作压力和设备设计压力确定。

当安全阀定压P s=设备设计压力时，当P≤1.8MPa（表）时，P s=P D+0.1=P+0.18+0.1当1.8<P≤4MPa（表）时，P s=P D+0.1=1.1P+0.1当4<P≤8MPa（表）时，P s=P D+0.1=P+0.4+0.1当P>8MPa（表）时，P s=P D+0.1=1.05P+0.1 （1-1）注：P D（表）：设备设计压力；P s（表）：安全阀定压；P D（表）：设备设计压力；P（表）：设备最高操作压力；1.1.3 积聚压力Pa（表）：安全阀排放介质过程中，允许压力增加超过设备的设计压力的数值，可按表1.1选取表1.1 定压和积聚压极限1.1.4容许过压P h（表）：容许压力增加超过定压的数值。

如果定压等于设计压力：P s=P D，则P h=P a+P D-P s如果定压小于设计压力：P s<P D，则P h=P a+P D-P s（1-2）1.1.5最高泄放压力P m（绝）：安全阀达到最大泄放能力时的压力。

一般按如下计算：P m=P a+P a（1-3）1.1.6 背压P2（安全阀出口压力）背压是由于排放系统有压力而存在于安全阀出口的压力，它是迭加背压（安全阀开启前泄压总管的压力）和积聚背压（积聚背压是在安全阀开启后，由于介质流动所增加的压力）的总和。

对于普通型（非平衡型）安全阀：P2≤10%P S1.1.7 回座压差：是安全阀的定压与关闭压力的差值，以定压的百分数或压力单位表示。

P D<回座压力<P S1.1.8 安全阀的压力等级关系（即容器设计压力，安全阀容许积聚压、定压、注：1、与ASME锅炉压力容器规程和《压力容器安全技术监察规程，1990》基本一致；2、所示压力条件是安装在容器的安全阀条件；3、操作压力可高于或低于90%；4、回座和压差应参照ASME规程有关章节。

1.1.9 温度按工艺操作温度考虑。

1.2 安全阀设置原则按照《石油化工企业设计防火规范》（GB50160）的规定：1.2.1 属于下列情况之一的容器和设备必须设置安全阀（或爆破片）。

1）在生产过程中，由于火灾、物料的化学反应、动力故障或操作故障等原因，可能导致容器或设备的内压超过设计压力；2）顶部操作压力大于0.07MPa的压力容器；3）顶部操作压力大于0.03MPa的蒸馏塔、蒸发塔和汽提塔（汽提塔顶部蒸汽通入另一蒸馏塔者除外）；4）往复式压缩机各段出口或电动往复丞、齿轮泵、螺杆泵等容积式泵的出口（本身已有安全阀者除外）；5）凡与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时，上述机泵的出口阀后；6）可燃的气体或液体受热膨胀可能超过设计压力的设备；7）由几个容器组成的一个压力系统但中间设有隔断阀时，应视为几个独立的容器，每个容器均应按上述要求设置安全阀。

8）减压阀后，且减压阀后的设备或管道不能承受减压阀前的压力时。

1.2.2属于下列情况之一的容器或设备不需设置安全阀。

1）加热炉炉管；2）离心泵出口（连接的设备不能承受其最高出口压力者除外）；3）对于设计压力不低于压力来源，且不因介质化学反应或受热而使其压力超高的容器；4）由几个容器组成的一个压力系统且中间不设隔断阀时，可只按一个压力系统考虑，如在前端设置安全阀，后面的容器可不设安全阀。

1.2.3有可能被介质堵塞或腐蚀的安全阀，应在其入口前设爆破片或在其出入口管道上采取吹扫、加热或保温等防堵措施。

1.2.4有突然超压或发生瞬时分解爆炸危险介质的反应设备，如安全阀不能满足要求时，应设置爆破片或爆破片和导管。

1.2.5因介质爆聚、分解造成超温超压可能引起爆炸的反应设备，应设报警信号和泄压排放设施，以及自动或手动遥控的紧急切断进料的设施。

3 泄放量的确定在计算安全阀时，应先确定工艺所要求的泄放量。

导致设备超压的原因：一是操作故障，二是火灾。

确定安全阀的泄放量时，应根据工艺过程的具体情况并按可能发生危险情况中的最大一种考虑，但不应机械地将各种不利情况考虑在同一时间发生。

3.1 操作故障时的泄放量1）换热器管破裂时，安全阀泄放量可按式3-1～式3-2计算。

介质为气相时G v=246.3×104×2d(△P·ρv)0.5(3-1)i介质为液相时G L=16.8×104×2d(△P/ρL)0.5(3-2)i式中：G v—气体泄放量，kg/h;G L—液体泄放量，m3/h;d i—换热器管内径，m;△P—高低压侧压力差，MPa;ρv—气体密度，kg/m3；ρL—液体相对密度。

2）气体储罐等压力容器的安全泄放量，按式3-3计算：d（3-3)G v=2.83×10-3ρv·V·2i式中：G v—安全泄放量，kg/h;ρv—泄放条件下气体密度，kg/m3；di—容器进口管内径，mm;V—容器进口管内流速，m/s。

3）火灾条件下容器的安全泄放量由于容器内液体润湿的表面积，在受到火焰辐射时全产生蒸气。

为了确定蒸气产生量，先要确定受火焰源辐射影响的润湿表面积，一般系指等于或低于火焰源7.5m的那部分容器表面积。

而火焰源是指地面火源，但也可能是受到大量火点的任何标高位置，应根据具体情况确定。

容器的安全泄放量可按式3-4～3-5计算。

①介质为可燃液化气体或装在有可能发生火灾的环境下工作时的非可燃液化气体：A、对无绝热材料保温层的压力容器v v H A F G 82.04105.25⋅⨯= （3-4）式中G v —安全泄放量，kg/h;F —系数，容器设在地面下用砂土覆盖时，取F=0.3；容器在地面上时，取F=1；容器设置在大于10L/m 2min 喷淋设施下时，取F=0.6。

A —容器的受热面积（m 2)，按下列公式计算（D o 外径，m; L 长度m; L’容器内最高液位,m);对半球形封头的卧式容器A=π·D o ·L ； 对椭圆形封头的卧式容器A=π·D o (L+0.3D o ); 对立式容器A=π·D o ·L’；对球形容器A=1/2π·20D 或从地平面起到7.5m 高度以下所包括的外表面积，取二者中较大的值；H v —在泄放压力下液体的蒸发潜热，kJ/kg 。

（低于93kJ/kg 不能用）。

B 、对有完善的绝热材料保温层的液化气体压力容器v v H A t G ⋅⋅-=δλ82.0)650(4.9 （3-5）式中：G v —容器的安全泄放量，kg/h; t —泄放压力的饱和温度，℃；λ—常温下绝热材料的导热系数，W/m ·k; δ—保温层厚度，m; 其他符号同前。

3.5.2 介质为非易燃液化气体的容器，而且装在无火灾危险的环境下，安全泄放量可根据其有无保温层分别选用不低于按公式3-4～3-5计算值的30%。

4. 喷嘴面积计算4.1 介质为气体临界流速：气体通过安全阀喷嘴时，其速度和比容随下游压力的减少而增大，一直增大到极限速度为止，此极限速度即为该气体的声速，相当于极限速度的相应流率，称为临界流率。

声速下的喷嘴喉管压力P X 与入口压力（即最高泄放压力）P m 之绝压比称为临界压力比，P X 称为临界流动压力。

1） 临界流动压力：P X =P m σX (4-1)注: P X :气体的临界流动压力,MPa(表); P m ：进口压力；σX ：气体的临界流动压力比 2）临界压力比气体的临界压力比，仅与气体绝热系数有关，可用理想气体关系的公式计算σX =X 12[]1kk m P P K -=+ （4-2）式中：K —气体的绝热指数（C p /C v ); P X —临界流动压力，MPa （绝）；P m —进口处压力（即最高泄放压力），MPa （绝）， 即安全阀定压+容许过压+大气压。

一般烃类气体P c f /P m 值大都在0.5～0.6之间，其与K 值的关系见下表4.1。

表4.1 K 值与P X /P m 值关系表如果喉管下游压力P 2（即安全阀出口压力）高于临界流动压力，此时的流动状态为亚临界流动。

3）临界流动状态下喷嘴面积计算，可按式4-3计算 o A = （4-3）对全启式785.0oo A d = （4-4） 对微启式φπs in h A d oo = （4-5）式中：A o —喷嘴面积，cm 2; h —安全阀开启高度，cm;φ—锥形密封面的半锥角度，（°）;d o—喷嘴内径，cm;G v—气体最大泄放量，kg/h；P m—最高泄放压力，MPa（绝）；T1—进口处气体温度，K；M—气体分子量；Z—在Pm压力下气体的压缩系数；K F—流量系数，应由制造厂提供，全启式：K F=0.6～0.7，带调节圈的微启式：K F=0.4～0.5，全启式：不带调节圈的微启式：K F=0.6～0.7。

C—气体特性系数，仅与气体的绝热指数K有关，可用下式计算C=（4-1-4）38也可用表4.1查得；K b—背压校正系数，对普通型安全阀，随着P2值增大，安全阀的理论泄放量将随之减少。

但当P2<Pcf时，对泄放量的影响较小，而普通型安全阀的P2值要求小于0.1Ps，在此条件下，K b值可取为1。

当P2值大于0.1Ps时，一般应选用波纹管（平衡型）安全阀，当P2值大于0.3P s可选用先导式安全阀。

波纹管安全阀的K b值见表4-1-3。

表4-1-2 不同K值与C值关系* 内插值因在K接近于1时，C变为不定的无穷数。

表4-1-3 波纹管安全阀K b值表4-1-3是国外制造商提供的平均值（见API RP520-90），背压低于0.34MPa（表）时，不应选用上表数值，而应由制造厂按背压条件提供K b值。

4.1.2 亚临界流动状态下喷嘴面积计算为了简化计算，仍然采用式4-1-2计算，对普通型安全阀，K b校正系数需改用表4-1-4值；对波纹管安全阀，K b值应由制造厂提供。

其它符号意义和取值与临界流动状态相同。

表4-1-4 亚临界流动状态下普通型安全阀K b值*绝对背压%为P2/Pm%(以绝压计) 例题1≌ 已知下列泄放要求:G V =24318kg/h,烃蒸气平均分子量M=65,K=1.1, T 1=348K(75℃),P S =0.51MPa(表),即设备的设计压力, P 2(背压)=0(表)。

计算出下列数据，容许积聚压为10%（由于定压即为设备压力，积聚压等于过压），最高泄放压力P m =0.51×1.1+0.1=0.661MPa(绝),Z=0.84,临界压力比=0.59(查表4-1-1),临界流动压力P c f =0.661×0.59≈0.39MPa(绝)=0.29MPa(表)。