安全阀-计算公式的来源2008-11

16.1.3泄放量的计算6.1.3.1根据本导则4的内容，选取合乎该设备工作条件下的安全阀型式。6.1.3.2根据本导则5的内容确定安全阀的设计参数，确定最大操作压力、整定压力、聚积压力和排放压力；根据排放工况确定安全阀的背压。6.1.3.3按本导则6的内容计算安全阀的工艺泄放量；按火灾、误操作、设备故障三类事故状态来分析可能发生的一种或几种事故状态，分别计算它们的最大泄放量。泄放量最大的工况就是该安全阀（或组）的设计工况及泄放量。不应该把各种可能的工况，采用叠加的方式来计算最大泄放量。6.2出口切断6.2.1压缩机贮气罐压缩机贮气罐，由于出口阀关闭，造成超压的安全阀的泄放量，按压缩机的最大生产能力WG（产气量），kg/hr计算。6.2.2液体贮罐液体贮罐的泄放量，由于出口阀关闭造成超压的安全阀的泄放量，按泄放压力时进入贮罐物料最大值计。在不明确情况下，按液体容器正常进料量的1.25倍计：WL=1.25G此式来自日本三菱公司设计文件WL——液体贮罐的安全阀的泄放量，kg/hrG——液体贮罐的正常进料量，kg/hr6.2.3气体贮罐气体贮罐泄放量的计算公式：WG=2.83×10-3×ρG×u×d2(6-1)此式来自GB150-1998的136页公式B1WG——气体贮罐的安全阀的泄放量，kg/hrρG——在安全阀泄放压力Pd的工况下的气体密度，kg/m32d——气体贮罐的进料管的内径，mmu——气体在管内的流速，m/s气体流速可按下述范围选取：一般气体：u=10m/s～15m/s饱和蒸汽：u=20m/s～30m/s过热蒸汽：u=30m/s～60m/s6.3外部火灾6.3.1外部火灾的考虑因素6.3.1.1火焰高度只考虑火焰高度在7.5米（25英尺）以内的设备，火焰的高度是以地面或可积存液体物料的装置平台为计算基准，如果平台是格栅不能积存液体，则不能作为计算基准。6.3.1.2设备的受热面积只考虑存有液体的部分，统一称湿表面积，在计算设备湿表面积时，是计算整台设备的湿表面积。对换热器是指计算整体的表面积，不是只计算换热管的面积。湿表面积的计算公式有以下五个：半球形封头立式容器A=π×D×h+1.57×D2(6-2)半球形封头卧式容器A=π×D×L(6-3)椭圆封头卧式容器A=π×D×（L+0.3×D）(6-4)椭圆封头立式容器A=π×D×h+0.41×π×D2(6-5)球形容器A=1.57×D23(6-6)或从地面起到7.5米高度以下所包括的外表面积，取两者中较大值；以上公式的符号说明：A——容器受热湿表面积，m2L——容器的总长，m；D——储罐直径，m；h——储罐的湿润高度，m；对立式容器指罐体下切线至最高液面的距离。当最高液面距地面的距离大于7.62米时，按7.62米的液位计算受热湿表面积。6.3.2泄放量的计算6.3.2.1不保温的液态烃罐对液化石油气，不保温的容器用公式6-7计算：W=2.55×105FA0.82/r(6-7)此式来自GB150-1998第136页式B3A--容器受热湿表面积，m2W--压力容器安全泄放量，kg/hrr--在泄放压力下液化气体的气化潜热，kJ/kgF--泄放减低系数（见表6-2）表6-2泄放减低系数表序号安装形式F1容器在地下，用砂土覆盖0.3（注）2容器在地上，物料是易燃液体或采用减压和卸料等空罐措施1（注）43容器在地上，物料是易燃液体容器设有水喷淋装置:水流量＞10(l/m2.min)水流量≤10(l/m2.min)0.6（注）14容器在地上，物料是不易燃液体0.3注：表6-2选自国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》6.3.2.2对有完善的绝热材料保温的液化气体压力容器此类保温材料要满足在火灾发生时，2小时内不会被烧毁脱落，在消防水的冲击下也不会脱落的要求。W=9.4×（650-t）×λ×A0.82/（δ×r）(6-8)此式来自GB150-1998第136页式B4W—火灾工况时安全阀所需的泄放量，kg/hrt—泄压工况时被泄放液体的饱和温度，℃λ—常温下绝热材料的导热系数，W/（m·K）（表6-3)A—容器受热湿表面积，m2δ—保温层厚度，mr—液体在泄压工况时的汽化潜热，kJ/kg表6-3常温下保温材料的导热系数λ表序号材料名称导热系数W/m.k1普通玻璃棉0.04～0.0582超细玻璃棉0.035～0.0413高温玻璃棉0.032～0.0334岩棉0.047～0.0585微孔硅酸钙0.055～0.0646轻质铝镁材料SML20.05345SML30.080657硅酸铝纤维0.036～0.0488矿渣棉0.042～0.0589聚氨脂泡沫塑料硬质0.022～0.024软质0.03610可发性聚苯乙烯泡沫塑料0.0314～0.046611聚氯乙烯泡沫塑料0.022～0.03512泡沫玻璃0.05～0.069813憎水珍珠岩0.058～0.076.3.2.3火灾时气体或蒸汽的容器的泄放量计算非湿润情况的储罐（指气体罐）在火灾情况下泄放量的计算应用下式：,dFAPA(6-9)此式来自API52119973.15.2.1.2公式（5）A——安全阀的泄放面积，in2F——泄放减低系数A`——容器的暴露面积，ft2Pd——安全阀的泄放压力，psi（a）将式（6-9）换算得出式（6-10）W=8.765MPd25.11506.111WTTTA(6-10)Tw是设备的壁温，在计算以碳钢制造的设备时，采用摄氏593℃（866K）来计算。推荐的F最小值是0.01，当最小值未知时，可以使用0.045来计算。6F不可能是负值。当计算排放条件下的温度大于593℃（866K）时，就不能应用(6-10)式，要应用式(6-11)。1sTM0.1P23AWKb(6-11)此式来自王松汉主编《石油化工设计手册》第四卷424页。W——火灾工况时安全阀泄放量，kg/hrTW——设备的壁温，KT1——安全阀入口介质泄放温度，KM——气体或蒸气的分子量A——容器受热表面积，mm2Ps——安全阀定压，MPa（g）Pd——安全阀的泄放压力，MPa（a）F——泄放减低系数Kb---背压校正系数对碳钢设备上的安全阀，若计算的排放温度大于593℃，可根据制造厂碳钢材质安全阀的温压曲线确定泄放温度，以便仍采用碳钢材质安全阀。6.4换热管破裂6.4.1换热器低压侧的设计压力小于100/125的高压侧设计压力时（因设备试验压力为设计压力的125%），则应作为事故工况考虑。6.4.2只考虑一根换热管完全破裂，按2倍的换热管截面积来计算物料的泄放量，把破裂口的流动规律按偏心孔板来计算。6.4.3根据破裂处高低压侧的状态，按相平衡计算结果，分为以下三种情况分别计算它们的泄放量：6.4.3.1介质为气相时：WG=4.0×Y×C×di2×(△P×ρG)0.5×2(6-12)7此式来自CRANE公司专著《FLOWOFFLUIDS》3-5页WG——安全阀气体泄放量，kg/hrY——气体膨胀系数；C——流出系数；di——换热管内径，mm；Y值的计算公式：Y=1-(0.1926+0.574×B+0.9675×B2-4.24×B3+3.62×B4)×(△P/P1)×(1/K)(6-13)B——孔径比（换热管内径/换热器壳体外径）；△P=P高压侧操作压力–P破裂处的临界压力P1——高压端的设计压力MPa（a）K——绝热指数C值的计算：如果:di≤100mmC=0.5875+0.3813×B2.1+0.6898×B8-0.1963×B4/(1-B4)-0.3366×B3+(7.3-15.7×B+170.8×B2-399.7×B3+332.2×B4)/Re0.75(6-14)如果:di100mmC=0.5949+0.4078×B2.1+0.0547×B8-0.0955×B4/(1-B4)-0.5608×B3+(-139.7+1328.8×B-4228.2×B2+5691.9×B3-2710.4×B4)/Re0.75(6-15)Re=di×ρG×u/（μ×1000）ρG——换热管内介质密度,kg/m3；8u——换热管内介质流速,m/s；μ——换热管内介质粘度,Pa.s6.4.3.2介质为液相时：WL=4.0×C×di2×(△P×ρL)0.5×2(6-16)此式来自CRANE公司专著《FLOWOFFLUIDS》3-5页△P=P高压侧操作压力–P破裂处的临界压力ρL——高压侧液体密度，kg/m3；WL——安全阀液体泄放量，kg/hr6.4.3.3介质为两相时：先经过模拟计算，得到换热管破裂时的汽化分率R及实际气体的绝热常数k。W=WL+WG(6-17)W——安全阀泄放量，kg/hrWL——安全阀液体泄放量，kg/hr；WG——安全阀气体泄放量，kg/hr；Atotal=AG+AL=2×(3.1416×di2/4)AG=R×Atotal/(Y+R-Y×R)AL=(Y-Y×R)×Atotal/(Y+R-Y×R)dL=(AL×4/3.1416)0.5dG=(AG×4/3.1416)0.5计算出dL和dG分别由（6-12）和（6-16）两式计算WL和WG的值，此时di就用dL和dG替换。△P=P高压侧操作压力–P破裂处的临界压力P破裂处的临界压力=P高压侧操作压力×1KK1K29ρG——高压侧气体密度，kg/m3；ρL——高压侧液体密度，kg/m3；AG——泄放气体安全阀喷嘴面积，mm2；AL——泄放液体安全阀喷嘴面积，mm2；Atotal——安全阀喷嘴总面积，mm2；R——气体重量分率；k——绝热指数；di——换热管的内径，mm。dL——换热管内仅排放液体的当量直径，mm。dG——换热管内仅排放汽体的当量直径，mm。6.4.4简化计算法式（6-12）和（6-16）中的Y值和C值可简化为：C=0.6Y=1-0.317×(△P/P1)6.5调节阀故障6.5.1调节阀故障6.5.1.1入口调节阀故障：如果发生故障时，入口调节阀是关闭状态，就不需要考虑卸压措施；如果发生故障时，入口调节阀是全开或部分开的状态，同时出口阀是关闭的，需要考虑卸压措施。6.5.1.2出口调节阀故障当设备的出口只有一个，发生故障时，这个调节阀是全开的，不需要考虑卸压措施；发生故障时，出口调节阀是关闭的，按出口阀关闭的状态设置安全阀，并计算安全阀的泄放量。如果同一个故障使进口阀和出口阀都打开，而进口流量大于出口流量，10则需要安全阀来保护这台设备，此故障下的泄放量如下式计算：W=W1-W2(6-18)W——安全阀泄放量，kg/hr；W1——入口调节阀全开时流量，kg/hr；W2——故障时容器未关闭出口的流量,kg/hr6.5.2泄放量计算对于调节阀故障时，泄放量的计算是按物流的状态分类，按不同的公式计算；6.5.2.1气体：若P2＞P1/2，V=2763×CV×[△P（P1+P2）/（G×T）]0.5(6-19)此式来自日本三菱公司若P2≤P1/2，V=2396×P1×CV/（G×T）0.5(6-20)此式来自日本三菱公司V——入口调节阀全开时流量，Nm3/hr；Cv——调节阀的Cv值（由仪表专业提供）；G——比重；P1——调节阀上游的压力，MPa（a）；P2——调节阀的泄放压力，MPa（a）；△P——调节阀上游压力与泄放压力的差，MPa；T——调节阀上游的介质温度，K6.5.2.2水蒸汽：若P2＞P1/2：W1=139.7×Cv×[△P（P1+P2）]0.5/（1+0.0013△t）(6-21)11此式来自日本三菱公司若P2≤P1/2：W1=121.3×P1×Cv/（1+0.0013△t）(6-22)此式来自日本三菱公司W1——入口调节阀全开时流量，kg/hr；Cv——调节阀的Cv值（由仪表专业提供）；P1——调节阀上游的压力，MPa（a）；P2——调节阀的泄放压力，MPa（a）；△P——调节阀上游压力与泄放压力的差，MPa；△t——水蒸汽的过热度，K6.5.2.3液体：W1=2737×Cv×（△P×G）0.5(6-23)此式来自日本三菱公