淺談安全閥超壓泄放量的計(jì)算

1、第 1 0 期 一 3 3淺談安全 閥超壓泄放量的計(jì)算 劉海浪 ，徐建峰 ( 1 ． 浙江省天正設(shè)計(jì)工程有 限公司 ， 浙江 杭 州 3 1 。 O 1 2 )( 2 ． 溧陽(yáng)市喬森塑料有限公司 ， 浙江 杭 州 3 10 0 0 3 )[ 摘 要] 闡述 了化 工設(shè)備 中安全閥的超壓分類 ，對(duì) 國(guó)內(nèi)外 的安全 閥超壓 泄放 量的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 了歸納。在此基礎(chǔ)上 ，通過(guò) 對(duì) 某反應(yīng) 釜工藝 的分析 ，具體介紹 了超壓 狀態(tài)下安全 閥

2、泄放 量的計(jì)算過(guò)程 ，可為石油化 工設(shè)備 的安全 閥超壓 泄放 量計(jì) 算提 供 參考 。[ 關(guān)鍵 詞]安全閥；超壓安全泄放 ；計(jì) 算 在 石油化工裝置 中，為 了防止生產(chǎn)系 統(tǒng)壓 力 超過(guò)容器和管道 的設(shè)計(jì)壓 力而發(fā) 生爆炸事 故，往 往都會(huì)在容器或管道上 設(shè)置安全 閥。安全 閥的選 用首 先應(yīng)計(jì)算設(shè)備在 各種超壓 工況下的泄放量 ，其次求 出在最大泄放量 下相應(yīng) 的安全 閥最小截 面 積 ，作為安全 閥選 型的依據(jù) 。安全 閥的超壓工

3、況 實(shí)際是 由于非平衡狀態(tài) 下物料 的流動(dòng)或其 能量積 累造成 的。從 引起累積 的途徑上可 以分為物理超 壓 和化學(xué)超壓 。物理超壓有設(shè)備 內(nèi)物料突然積 聚引起的超壓、物料受熱膨脹 引起 的超壓 、過(guò)熱液 體 突 沸 引 起 的超 壓 、飽 和 液 化 氣 體 受 熱 蒸 發(fā) 引起 的超壓和瞬時(shí)壓力脈動(dòng)等 ?；瘜W(xué)超壓則可分為可 燃 氣 體 的 燃 爆超 壓 、可 燃 粉 塵 的 燃 爆 超 壓 和 放 熱 化 學(xué) 反應(yīng) 失控 引 起

4、的 超 壓 等 。本 文 結(jié) 合 上 述 幾 種 超壓情況進(jìn)行分析 ，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算說(shuō)明。1 國(guó)內(nèi)外安全閥泄放量計(jì)算主要標(biāo)準(zhǔn) 1 ． 1GB1 5 0 ． 1 ～ 1 5 0 ． 4 — 2 0 1 1《 壓 力容器 》 l l文獻(xiàn)[ 1在通用要求 附錄B中對(duì)盛裝壓縮氣體或 水蒸汽 的容器 、產(chǎn) 生蒸汽 的換熱 設(shè)備、盛裝液 化 氣體和因化學(xué)反應(yīng)使氣體體積增大的容器等4 種情 況分別給出了安全 閥泄放量的計(jì)算公式 。1 ． 2H G／

5、 T 2 0 5 7 0 ． 2 — 1 9 9 5《 安全 閥 的設(shè)置和 選 用 》[ 2 】文獻(xiàn)口適用于化工生產(chǎn)裝置 中壓力容器和管道 所用安全 閥。該文 獻(xiàn)分別從 閥門誤關(guān)閉、循環(huán) 水 故障 、不凝氣 的積 累、過(guò)度熱量輸入 、化學(xué)反應(yīng) 失控及外部火災(zāi)等 1 0 種情況給 出了安全 閥泄放量 的計(jì)算公式。容器建造規(guī)則》給 出了介質(zhì)為飽和蒸汽、空氣 、天然氣和水的安全閥泄放量計(jì)算公式。1 ． 4AP IRP5 2 0S i z i

6、n g ， S e l e c t i o n ， a n dI n s t a l l a t i o no fP r e s s u r e — r e l i e v i n gD e v i c e s [ 4 ] 及AP IR P5 21P r e s s u r e -r e l i e v i n gDe p r e s s u r i n gS y s t e ms 【]文 獻(xiàn)[ 4適用 于煉油廠壓力釋 放裝置 的尺 寸

7、選 定 、選擇和安全 。該文獻(xiàn)給 出了水蒸汽、氣體或 蒸汽 、液體和氣液兩相等情況下安全 閥泄放量的 計(jì)算公式 。文獻(xiàn)[是文獻(xiàn) 的補(bǔ)充， 目的是幫助選 擇最適用于各種裝置在 出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)的泄壓和 減壓系統(tǒng) 。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)S Y ／ T1 0 0 4 4 — 2 0 0 2《 煉油 廠壓力釋放裝置 的尺寸確定 、選擇和安裝 的推薦 作法 》 [ 6 】 相 當(dāng)于AP IR P5 2 0 ，S Y／ T1 0 0 4 3 — 2 0 0

8、2《 泄 壓和減壓系統(tǒng)指南》實(shí)際上相當(dāng)于A P IR P5 2 1 。1 ． 5其他 T S GG 0 0 0 1 — 2 0 1 2《 鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》給 出 了蒸 汽 鍋爐 上 的 安全 閥泄放 量 的計(jì) 算 公 式 。G B ／ T1 2 2 4 1 — 2 0 0 5《 安全 閥一般要求 》『 9 】 分 別從飽和蒸汽 、過(guò)熱蒸汽 、空氣或其他氣體、液 體等4 種 情況給 出了安全 閥泄放量 的計(jì)算 公式 。E N I

9、S O 412 6 — 1S a f e t yDe v i c eF o rP r o t e c t i o nAg a i n s tE x c e s s i v eP r e s s u r e 『 l 0 1 則給出了氣體、水蒸汽和液體 情況 下 安全 閥泄 放量 的計(jì) 算 公式 。上述標(biāo)準(zhǔn) 關(guān)于水蒸汽泄放量的計(jì)算公式基 本 大 同小異 。對(duì)氣體介質(zhì) 的泄放量計(jì)算公式均劃分 為臨界和亞臨界兩種情況 ，只是其中相關(guān)修 正系

10、數(shù)有些差 異 。不過(guò)文獻(xiàn) 基本 引用 了文 獻(xiàn) 的公 1 ． 3AS M EV I I I ． 1Ru l e sf o rc o n s t r u c t i o no fp r e s s u r e? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? · - ·ves s一碩士 研究生 AS ME 鍋 爐及 壓力 容器 規(guī)

11、 范Ⅷ 卷第 一 冊(cè) 《 壓 力 第 1 0 期 劉海浪等 淺談 安全 閥超壓泄 放量 的計(jì) 算 一 3 5 一定 。作為輔助泄放裝置 ，考慮在有可 能遇 到火災(zāi) 或接 近 不 能預(yù) 料 的外來(lái) 熱源 需要增 加 泄放 面積 的 ，應(yīng)考慮設(shè)置安全 閥和爆破片并聯(lián)使用 。反應(yīng) 釜中化學(xué)反應(yīng)方程式如圖l 所示。／／ ^ 、+o C3 H 5 Cl O 9252丙 酰 艇 驊 r 醚 圖1 左 一 4 反應(yīng)方程式 ／ o 7C7 H

12、1 3 C I O 21 6462杰 ． 4由化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 原理可知：化學(xué)反應(yīng) 的標(biāo) 準(zhǔn)焓變 等于生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱之和減去反應(yīng)物標(biāo) 準(zhǔn)生成 熱之和 。查資料可知 ，生成 l mo l 的左一 4 ，該反應(yīng)會(huì)放 出2 5 2k J 的熱量 。在左一 4 縮合反應(yīng)中，生成 的熱量大部分被二氯 甲烷汽化吸收 ，排放氣 體主要 以二氯 甲烷為主 ，反應(yīng)釜在較短 的時(shí) 間內(nèi)迅速達(dá) 到飽 和蒸汽壓 ，最終導(dǎo)致安全 閥的安全開(kāi) 啟 。異丁醛的最大滴

13、加速率v = 1 3 7 ． 1 4k g ／ h ，則計(jì)算 出該 時(shí) 的設(shè)備 安 全泄 放量 Wr = 1 4 5 4 ． 8k g ／ I l 。綜 上所 述 ，反應(yīng) 釜 的 最終 安 全泄 放 量應(yīng) 為 三種 工況下的泄放量總和 ，再通過(guò)泄放面積 的相 關(guān)計(jì)算 公式獲得最小泄放面積 以及安全 閥閥座 口徑 ，參 照安全閥樣 本或其他資料 ，選用適 當(dāng)?shù)陌?全 閥。結(jié)合反應(yīng)釜盛 裝介質(zhì)的特 性，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 選用封 閉全 啟式安全 閥

14、和爆破 片并聯(lián)使用 。同時(shí) 針對(duì)其 易燃 易爆 的特性 ，還應(yīng)在安全 閥的排出 口裝設(shè)導(dǎo)管 ，將泄放介質(zhì) 引至安全地點(diǎn)并進(jìn)行妥善 處理，不能直接排入大氣 。3 結(jié)束語(yǔ) 安全 閥泄放量 的計(jì)算涉 及熱力學(xué)知識(shí) ，同時(shí) 不 同的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式又存在一些差異 ，所 以安全 閥泄放量 的計(jì)算是長(zhǎng)期 困擾設(shè)計(jì)者的難題 。本文 結(jié)合工程設(shè)計(jì) 中遇到的實(shí)際 問(wèn)題，介 紹帶夾套 的 反 應(yīng) 釜 事 故 時(shí) 安 全 閥泄 放 量 的計(jì) 算 方 法 ，并對(duì)

15、可 能遇到 的工況進(jìn)行 了分析 ，可為石油化工設(shè)備 的 安全 閥超壓泄放量的計(jì)算提供參考 ?！魠⒖嘉?獻(xiàn) [ 1 ] G B 1 5 0 ． 1 ～ 1 5 0 ． 4 ． 2 0 1 1 ，壓力容器【 S ] ．【 2 ] H G ／ T 2 0 5 7 0 ． 2 ． 1 9 9 5 ，安全閥的設(shè)置和選用[ S ] ．f 3 1AS ／ V I EⅧ ． 1 ． 2 0 1 3 ， R u l e sf o rc o n s t r

16、 u c t i o no f p r e s s u r ev e s s e l s [ S ] ．[ 4 】 A P IR P5 2 0 — 1 — 2 014 ， S i z i n g ， S e l e c t i o n ， a n dI n s t a l l a t i o no fP r e s s u r e - r e l i e v i n gD e v i c e s [ S ] ．[ 5 ] A P IR

17、P5 2 1 — 2 0 1 4 ， P r e s s u rer e l i e v i n gD e p r e s s u r i n gS y s t e ms [ S ] ．[ 6 】 S Y／ T1 0 0 4 4 ． 2 0 0 2 ，煉油廠壓力釋放裝置 的尺寸確定、選 擇和安裝的推薦作法[ S 】 ．[ 7 ] S Ⅵ 1 0 0 4 3 ． 2 0 0 2 ，泄壓和減壓系統(tǒng)指南[ S ] ．[ 8 ] T S GG

18、O 0 0 1 ． 2 0 1 2 ，鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[ S ] ．[ 9 】 GB ／ T1 2 2 4 1 ． 2 0 0 5 ，安全 閥一般要求[ S 】 ．[ 1 0 ] E NI S O4 1 2 6 — 1 — 2 0 1 3 ， S a f e t yDe v i c eF o rP r o t e c t i o nAg a i n s tE x c e s s i v eP re s s u re [ S ] ．(

19、 上接3 2 頁(yè))件和 時(shí) 間 的限制 ，本文 未 能建 立更 加 準(zhǔn)確 的模 型 ，未能更好 的優(yōu)化此封頭 ，更未能計(jì)算 出最佳 厚度 ，以上 問(wèn)題將在今后 的研 究中加 以考慮和解 決 ?！魠⒖嘉墨I(xiàn) [ 1 】 賀 匡國(guó)． 壓力容器 的分析設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[ M] ． 北京：機(jī)械工業(yè) 出版社，1 9 9 5 ．[ 2 】 王 勖成 ，邵 敏． 有限單 元法基本 原理和數(shù) 值方法 ( 第 二 版)[ M] ． 北京：清華大學(xué)出版社，1 9 9

20、 7 ．[ 3 】 嘉木工作室． A N S Y S 5 ． 7 有限元實(shí)例分析教程[ M】E 京 ：機(jī) 械工業(yè) 出版社，2 0 0 2 ．[ 4 】郭 乙木 ，陶偉 明． 線 性與非線性有 限元及其 應(yīng)用【 M】 ． 北 京：機(jī)械工業(yè)出版社 ，2 0 0 3 ．[ 5 ] A NS YS 1 1 ． 0 結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用 實(shí)例解析 ( 第二版 )I S] ． 北 京：機(jī)械工業(yè) 出 版 社，2 0 0 8 ．H 、2 0 7