安全阀计算实例讨论

安全阀计算实例讨论设计数据（1）容器数据：设计压力：1.0MPaG设计温度：80C外壁不保温安全阀定压：1.0MPaG直径：2000mm切线长度：6500mm椭圆型封头（2）介质10％NaOH溶液（物性按照水计算）（3）安全阀计算工况：火灾；按有合适的消防设施和良好的下水系统计算；设备允许超压按10%计计算1按照《石油化工设计手册》第四卷P421页公式(1)选用计算公式按照《石油化工设计手册》第四卷P421页公式G=155400FA^0.82/L其中G——火灾工况时安全阀所需的排放量，kg/hF——容器外壁校正系数，此处取1A——容器湿表面积，m2L——容器在泄压工况时的气化前热，kJ/kg（2）所需泄放量的计算A=π*2.0*6.5+2.61*2.0^2=51.26m2安全阀泄放时的入口压力1.0*1.1=1.1MPaG；对应水的气化潜热L=1987.7kj/kgG=155400FA^0.82/L=155400*1*51.26^0.82/1987.7=1973.7kg/h2用chemCAD算Devicetype=ReliefvalveValvetype=BalancedvalveVentmodel=HEM(HomogeneousEquilibriumModel)Vesselmodel=BubblymodelDesignmodel=API-520/521Design,Pressurevessels.Shortcutmethodusedfordesigncase.API520-521,Adequatefirefightinganddrainagefacilitiesexist.HorizontalvesselHeadtype=EllipsoidalHeadKfactor(dpth/R)=0.5VaporZfactor=0.91599Cp/Cv=1.4177VaporMW=18.015Liquidheatcapacitykcal/kmol-C=19.43LatentheatkJ/kg=1966.3Reliefdeviceanalysis:SetpressureMPa=1.2BackpressureMPa=0.1%Overpressure=10TemperatureC=192.03Dischargecoefficient=0.953C0radialdistributionparameter=1.2KbBackpressurecorrectionfactor=1Exposedaream2=49.245Environmentalfactor=1HeatratekJ/h=3.7971e+006Calculatednozzleaream2=0.0038775(Forheatmodel1)Thefollowingcalculationisbaseonventarea0.0038775m2.Calculatedventratekg/h=1.0208e+005Calccriticalratekg/h=1.0208e+005CalccriticalpressMPa=1.1477Nozzleinletvapormassfraction=7.6261e-008Deviceinletdensitykg/m3=873.54（3）从上面的计算结果可以看出手算的结果是“1973.7kg/h”，而软件计算的结果是“102080kg/h”。问题出在哪里量，哪一个准确，或者应该怎么算。附件是我所用的CHEMCAD计算文件和报告。问题可能在这里：火灾模型选用的是API520/521，API520/521认为泄放时排出单纯为气相；而平衡流量模型选择了HEM，HEM是用于计算两相流的。因此平衡流量模型应该选用singlephasevapor。我按照楼主的条件计算了下，如果物性只按水计算，结果：ReliefDeviceSizingforStream1Devicetype=ReliefvalveValvetype=BalancedvalveVentmodel=AllvaporDesignmodel=API-520/521Design,Pressurevessels.API520-521,Adequatefirefightinganddrainagefacilitiesexist.HorizontalvesselHeadtype=EllipsoidalHeadKfactor(dpth/R)=0.5Vesseldimensions:Diameterm=2Length(TtoT)m=6.5Vesselvolumem3=22.515Liquidlevelm=2Initialvaporvolumefraction=1e-005Heightabovegroundm=0Fluidproperties:Vapormasskg=0.0013803Liquidmasskg=19767Vapordensitykg/m3=6.1307Liquiddensitykg/m3=877.97SurfacetensionN/m=0.040495LiquidviscosityN-s/m2=0.00014156VaporZfactor=0.92065Cp/Cv=1.4111VaporMW=18.015LiquidheatcapacitykJ/kg-K=4.4947LatentheatkJ/kg=1981.2Reliefdeviceanalysis:SetpressureMPa-G=1BackpressureMPa-G=0.1[wiki]%[/wiki]Overpressure=10TemperatureC=188.08Dischargecoefficient=0.975KbBackpressurecorr.factor=1Exposedaream2=49.245Environmentalfactor=1HeatratekJ/h=3.7971e+006Calculatednozzleaream2=0.00029276(Forheatmodel1)CHEMCAD5.6.4Page2JobName:reliefvalveDate:03/21/2008Time:11:48:55Selectedvalvetype:1.5G2.5Actualnozzleaream2=0.00032452Thefollowingcalculationisbaseonventarea0.00032452m2.Calculatedventratekg/h=2122.4Calccriticalratekg/h=2122.4CalccriticalpressMPa-G=0.53108Nozzleinletvap.massfraction=1Deviceinletdensitykg/m3=6.1307Nozzleinletvap.vol.fraction=1选用HEM模型，结果同手册计算结果相差很大，可能是因为计算手册还是沿用老的API520/521规范，认为泄放时排放的是单纯的气相，而美国AICHE研究发现紧急排放的时候是气液混合相，所以推出了DIERS标准。CHMEMCAD中不仅支持DIERS标准，也支持老的API520/521规范。而HEM模型是用于计算两相流的模型，所以结果要大很多。谢谢最佳射手！我用5.2和5.5分别算了一下，结果完全相同：Thefollowingcalculationisbaseonventarea0.00029874m2.Calculatedventratekg/h=1907.4Calccriticalratekg/h=1907.4对于这些参数的选择，有什么可以参考的依据吗？容器流量模型:均相、发泡和搅动-湍流。均相容器模型假定气-液不分离；发泡容器模型假定气泡从液体中均匀产生；搅动-湍流模型假设较大的气-液分离。排放流量模型：HEM模型用于蒸汽和液体有相同的组分和相同的速度；HNE模型是基于在滞流和节流点之间没有物质交换的均相流动；ERM给出比HNE模型有点低的守恒蒸汽速率；非闪蒸液体模型用于不靠近组分[wiki]沸点[/wiki]附近的体系；单相蒸汽模型假设在各点的排放量均等。看来这个问题比较复杂，我们通常都是采用API或者HG,GB等计算方法，也就是说按照单纯的气相排放计算。实际上也可能存在气液两相，而“DIERS”“CCPS”等规范在国内应用还不是很广泛，同时存在两种计算的结果相差太大。针对这个具体的例子，在chemcad中“ventflowmodle”应选择那个更合理。如果液位确实是和容器直径相等，也就是完全充满状态，是不是应该按两相流考虑，而如果液位小于容器直径，就按照单一气相流计算，这同样存在一个问题，以什么作为判断的依据。大家在工程设计实践中是如何考虑的。再次对大家的积极参与表示感谢！Nozzleinletvapormassfraction=7.6261e-008Deviceinletdensitykg/m3=873.54从楼主的最后两行数据看，用chemcad计算的结果，安全阀进口含汽量极少！根据排放物中液体比例的-8次方，可以看出根本不是两相流！程序计算总吸收热为HeatratekJ/h=3.7971e+006，如果按计算的泻放量102080kg/h计算，无相变，则液体温度上升不到9度。而计算书中又有TemperatureC=192.03，这温度是排放温度吗？如果是排放温度的话，与设计温度温差在100度以上，泻放量也不应该是上面数据。192.03是设定压力下的饱和温度。从手算和程序结果看，吸收热基本一致。问题出在有无相变。Valvetype=BalancedvalveVentmodel=HEM(HomogeneousEquilibriumModel)Vesselmodel=Bubblymodel这三项输入都值得商量。为什么选平衡型？HEM应该有问题。bubblymodel是[wiki]泡点[/wiki]模式？如果真如此，那绝对不对了。不知道储存NaOH的罐子，温度也不高位什么设计压力为1.0MPa呢？谢谢“[wiki]化工[/wiki]江湖”的参与和深入讨论！如果发生这种介质在火灾工况下的安全泄放，应该是气相，或者气液两相。也就说肯定存在相变，否则不会压力上升很快。关于是否存在安全泄放过程中的“气液两相”，我对此的理解很模糊，据说在英文规范DIERS和CCPS对此有较为深入的研究。我对安全阀所需泄放量计算的理解就是符合“容规”或“GB150”即可，深入地研究这个过程不属于我的能力范围。我现在的困惑就是，在工程实践中，我们如何选择计算方法。能不能按照API520中所提供的简单公式进行计算所需泄放量。另外几个问题，我的理解是：1、依据软件，计算书中的温度192.03C应该就是泄放温度；2、是否选择“平衡式”还是“常规型”安全阀似乎不会对所需泄放量产生大的影响，另外按照通用理解，平衡式安全阀应用于“背压波动”的情况，应该也没有什么问题。3、“Vesselmodel=Bubblymodel”根据chencad的解释：“bobbly”模型假定在“DynamicVessel”内，生成均匀的气、液相混合物质，并带有企业分离。根据我的理解，似乎也没有什么问题。4、容器的设计压力定为1.0MPa，是由于工艺条件决定这个容器在0.7MPa左右的压力条件下工作，并这个容器不属于储存容器，而属于工艺过程容器。因为最近学习安全阀的知识，所以对你这问题很感兴趣。又看了一下你附录的计算书。在最后附录的安全阀出口状态，温度为99.6294度。结合前面的进口状态，我认为你的计算程序模拟出来的结果是安全阀进口状态是液态，出口是气态。这就说明在排放过程中发生了汽化。根据进出口温度变化也说明了这一点。这样对于你的计算我想得出以下结论：1）手算采用的公式和程序根据你的输入采用的计算公式肯定不一样。手算是按进口前全部汽化了。而程序结论是在排放中汽化。2）两种计算得出从外界火灾吸收的能量一致，而程序排放量大是因为一部分排放量根本不