安全阀新教材.docx
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安全阀新教材.docx
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安全阀新教材
安全阀新教材
1、整定压力:
安全阀在运行条件下开始开启的预定压力,是在阀门进口处测量的表压力。
在该压力下,在规定的运行条件下由介质压力产生的使阀门开启的力同使阀瓣保持在阀座上的力相互平衡。
工程上常称定压或开启压力。
2、冷态试验差压力(冷整定压力):
安全阀在试验台上调整到开始开启时的进口静压力。
该压力包含了对背压力及温度等运行条件所作的修正。
3、积聚压力(accumulation)是在泄压装置排放过程中,允许压力增加超过容器的最高允许工作压力的压力数值,以压力单位或以最高允许工作压力或设计压力的的百分数表示。
4、超过压力(overpressure)是压力增加超过泄放装置的整定压力、以获得额定排量的压力数值,以压力单位或以整定压力的百分数表示。
只有在泄压装置定压在容器的最高允许工作压力时,超过压力才与积聚压力相等。
5、排放压力:
整定压力加上超过压力。
6、额定排放压力:
有关标准或者规范规定的排放压力上限值。
7、回座压力:
安全阀排放后其阀瓣重新与阀座接触,即开启高度变为零时的进口静压力。
8、启闭压差:
整定压力与回座压力之差。
通常用整定压力的百分数来表示;而当整定压力小于0.3MPa时则以MPa为单位表示。
9、背压力:
安全阀排放出口处压力。
它是排放背压力和附加背压力的总和。
10、排放背压力:
由于介质流经安全阀及排放系统而在阀出口处形成的压力。
11、附加背压力:
安全阀即将动作前在其出口处存在的静压力,是由其他压力源在排放系统中引起的。
现以安全阀的整定压力设定为容器的允许最高工作(1.0MPa)为例,说明他们之间的关系:
假设容器的允许最高工作为1.0MPa,安全阀的附加背压力为0.1MPa,排放背压力为0.1MPa,安全阀的使用介质为200°C的空气(温度修正系数设为1%,不同的制造厂商、不同的结构可能有不同的修正值),在1.05MPa的压力下安全阀达到稳定的全开启状态,若选用普通式安全阀,则整定压力为1.0MPa。
冷态试验差压力=(整定压力-附加背压力)x(1+温度修正系数)=(1-0.1)x(1+1%)=0.909MPa。
积聚压力等于超过压力均为0.05MPa,或为5%的整定压力。
排放压力为1.05MPa。
额定排放压力为按照标准应为1.1MPa(水蒸汽为1.03MPa,液体为1.2MPa)。
若选用平衡波纹管式安全阀在同样的条件下,冷态试验差压力=整定压力x(1+温度修正系数)=1x(1+1%)=1.01MPa。
如果介质温度不高,温度修正系数就可为0。
关于“全启式安全阀”与“微启式安全阀”的研究
ASME标准
微启式安全阀(Low-liftsafetyvalve):
微启式安全阀的阀瓣可以自动开启,其实际排放面积取决于阀瓣的位置。
全启式安全阀(Full-liftsafetyvalve):
全启式安全阀的阀瓣也可以自动开启,但其实际排放面积不决定于阀瓣的位置。
国标GB150-1998《钢制压力容器》
全启式安全阀:
其开启高度等于或大于阀座喉部直径的1/4。
当安全阀开启时,瞬间达到全开高度。
动作特性是“急开式安全阀”。
h≥1/4d,A=0.785dh
微启式安全阀:
我国的微启式安全阀,其开启高度为阀座喉部直径的1/40~1/20。
在开启和回座过程中,开启高度随压力的变化而变化。
动作特性是“渐开式安全阀。
h≥(1/40~1/20)d,平面密封时A=3.14dh锥型密封时A=3.14dhsinφ
日本标准
升程式:
相当于微启式;
全量式:
相当于全启式。
安全阀排放量计算程序
一、火灾
此工况中,根据介质有液化石油气、气体或蒸气;在液化石油气中又分有:
保温和不保温。
液化石油气不保温的容器,公式:
W=255000FA0.82/r
A--容器湿表面积,m2(附:
表3.5.2.1-1)
W--压力容器安全泄放量,kg/hr
r--在泄放压力下液化气体的气化潜热,kJ/kg
F--泄放减低系数(附:
表3.5.2.1-2)
有完善的绝热材料保温的液化气容器,公式:
W=9.4×(650-t)λA0.82/(δq)
W--火灾工况时安全阀所需的排放量,kg/hr
t--泄压工况时被泄放液体的饱和温度,oC
λ--常温下绝热材料的导热系数,W/(m·K)(附:
表3.5.2.1-3)
A--容器湿表面积,m2
δ--保温层厚度,m
q--液体在泄压工况时的汽化潜热,kJ/kg
气体或蒸气的容器
公式:
W=8.765(Pd·M)0.5[A(866-T1)1.25/(T11.1506)]
W--安全阀所需的排量,kg/hr
Tw--容器的壁温,K;(碳钢材料的壁温为593℃,Tw=593+273=866K,
如果对于不锈钢材料的壁温不清楚时,在计算中也假设为593℃)
T1--安全阀入口介质泄放温度,K
Tn--气体正常操作的温度,K
Pn--气体正常操作的压力,(MPa.A)
Pd--上游泄放压力,(MPa.A)
M--气体或蒸气的分子量
A--容器暴露的表面积,m2
入口冷凝器冷却故障
W=入口冷凝器的冷凝量
W--入口冷凝器冷却故障时安全阀所需的排放量,kg/hr
塔回流中断/冷凝器冷却故障
W=进入塔底最后一块板的气量+塔进料中的气量
进入塔底最后一块板的气量,kg/hr
塔进料中的气量,kg/hr
W--安全阀所需的排放量,kg/hr
二、热膨胀
由容器内介质分为气体、液体
气体的排放量:
公式:
W=Q/(Cpv×△T)
Q--容器的最大受热量,kJ/hr
Cpv--气体泄放温度和操作温度的平均热容,kJ/(kg·K)
ΔT=T1-Tn=(Pd/Pn)×Tn-Tn
△T--气体泄放的温度和操作温度的温差,K
T1--气体的泄放温度,K
Tn--气体操作温度,K
Pd--气体泄放压力,(MPa.A)
Pn--气体的操作压力,(MPa.A)
W--安全阀排量,kg/hr
液体的排放量:
公式:
GL=(3.61×ω×Q)/CP
ω--液体每升高1℃的体积膨胀系数
ω--ω均=(γ12-γ22)/(2×(t2-t1)×γ1×γ2)
t1,t2-温度,℃
γ1,γ2-t1,t2温度下对应的重度
Q--传入热量,W
CP--液体的比热,kJ/(kg·℃)
W--安全阀排量,m3/hr
三、换热管破裂
由容器内介质分为气体、液体、两相
气体:
W=4.0×Y×C×d2×(△P×ρ)0.5×2
Y,C,d--在两相中有说明
△P--△P=P高压侧设计压力-P高压侧设计压力
ρ--高压侧气体密度,kg/m3
W--安全阀排量,kg/hr
液体:
W=4.0×C×d2×(△P×ρ)0.5×2
Y,C,d--在两相中有说明
△P--△P=P高压侧设计压力-P高压侧设计压力
ρ--高压侧液体密度,kg/m3
W--安全阀排量,kg/hr
两相:
W=WL+WV
W--安全阀排量,kg/hr
WL--液体排放量,WL=4.0×C×(△P×ρL)0.5×AL
WV--气体排放量,WV=4.0×Y×C×(△P×ρV)0.5×AV
△P=P高压侧设计压力-P高压侧设计压力×[2/(K+1)]k/(k-1)
ρV--高压侧气体密度,kg/m3
ρL--高压侧液体密度,kg/m3
AV--泄放气体安全阀喷嘴面积
AL--泄放液体安全阀喷嘴面积
AV=R×Atotal/(Y+R-Y×R)
AL=(Y-Y×R)×Atotal/(Y+R-Y×R)
Atotal=AV+AL=2×(3.1416×d2/4)
R--气体重量分率
气体、液体、两相共同涉及的参数:
K--绝热指数,模拟计算值
d--换热管内径,d=换热管外径-2×换热管壁厚,mm
C,Y值的计算:
Y=1-(0.1926+0.574×B+0.9675×B2-4.24×B3+3.62×B4)×(△P/P1)×(1/K)
B--孔径比B=换热管内径/换热器壳体外径
△P=(P高压侧设计压力–P低压侧设计压力)/P1×[2/(K+1)]k/(k-1)
P1—高压侧设计压力,MPa.A
K--绝热指数,模拟计算值
判断如果:
d<=100mm
C=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
如果:
d>100mm
C=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
B--孔径比,B=换热管内径/换热器壳体外径
Re=d×ρ×u/μ
d--内径,m
ρ--换热管内介质密度,kg/m3
u--换热管内介质流速,m/s
μ--换热管内介质粘度,mPa.s
四、入口控制阀故障
W=W1-W2
W--安全阀排量,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/hr
气体:
若P2>P1/2,W1=1.293×Gg×2763CV[△P(P1+P2)/(Gg·T)]0.5
若P2≤P1/2,W1=1.293×Gg×2396P1CV/(Gg·T)0.5
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);
Gg--气体或蒸汽的比重(与空气比);
P1--调节阀上游的压力,(MPa.A);
P2--调节阀的泄放压力,(MPa.A);
△P--调节阀上游与泄放的压差,(MPa.A);
T--调节阀上游的泄放温度,K;
水蒸汽的排放量:
若P2>P1/2:
W1=139.7Cv[△P(P1+P2)]0.5/(1+0.0013△t)
若P2≤P1/2:
W1=121.3P1Cv/(1+0.0013△t)
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--调节阀上游与泄放的压差,(MPa.A);
△t--水蒸汽的过热度,K。
液体的排放量:
W1=2737Cv(△P·Gl)0.5;△P=P1-P2
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--调节阀上游与泄放的压差,(MPa.A);
G1--液体的比重(与水比);
闪蒸液体的排放量:
若P1-P2≥F12(P1-Pvc)时:
W1=2737CV·Fl[(P1-Pvc)G]0.5
W1--入口调节阀全开时流量,kg/hr;
G--介质在上游温度下的比重;
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);
Pvc--调节阀缩脉压力,(MPa.A);Pvc=[0.96-0.28(Pv/Pc)0.5]Pv
注:
Pvc缩脉压力(venacontracta)是指介质流经调节阀处的最低压力。
Pc--介质的临界压力,(MPa.A);
Pv--调节阀上游温度下介质的蒸汽压,(MPa.A);
F1--压力校正系数。
(附表3.5.2.2-2)
五、出口阀关闭
有:
压缩机贮气罐、气体贮罐、液体贮罐
压缩机贮气罐,由于出口阀关闭气体和蒸汽流入,造成超压的安全阀的排放量,按压缩机的最大生产能力W(产气量),
kg/hr
液体贮罐的排放量,由于出口阀关闭造成超压的安全阀的排放量,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:
W=1.25G
W--液体贮罐的安全阀的排放量,kg/hr
G--液体贮罐的正常进料量,kg/hr
气体贮罐的排放量的公式:
W=2.83×10-3×ρ×V×d2
W--气体贮罐的安全阀的排量,kg/hr
ρ--在安全阀排放压力Pd的工况下的气体密度,kg/m3
d--气体贮罐的进料管的内径,mm
V--气体在管内的流速,m/s
气体流速按下述范围选取
一般气体:
V=10m/s~15m/s
饱和蒸汽:
V=20m/s~30m/s
过热蒸汽:
V=30m/s~60m/s
六、特殊工况
安全阀排放量:
W=1.25×(∑Fin-∑Fout)+Q/LH
W--kg/hr
∑Fin--输入的各个管道排量和,kg/hr
∑Fout--输出的各个管道排量和,kg/hr
输入管道的排量可用户直接输入,或按入口调节阀全开时流量计算
输出管道的排量同上
Q--故障时增加的热负荷,kJ/hr
LH--气化潜热,kJ/kg
Fin,Fout的排量用户可以直接输入或通过计算得到。
换热管破裂公式推导
原始的公式如下:
气相流体的公式是:
W=1891Yd2C(△Pρ)0.5
液相流体的公式是:
W=1891d2C(△Pρ)0.5
式中字母的意义和单位:
W:
重量流量,每小时英磅;Y:
可压缩流体的膨胀系数,无单位;d:
一根换热管的内径,英寸;
△P:
压差,磅/平方英寸;ρ:
流体的重量密度,磅/立方英尺
要求换算成的公制单位是:
W:
重量流量,每小时千克;Y:
可压缩流体的膨胀系数,无单位;d:
一根换热管的内径,毫米;△P:
压差,MPa;ρ:
流体的重量密度,千克/立方米。
…………………………………………………………………………
基本思路是:
找出系数的单位,把单位换算成想要的单位,再乘以原来的系数,就变成新单位下的系数和单位了.
英制下的重力加速度:
32.185英尺/秒2
找出系数1891的单位,等式两边只做单位换算:
[磅/小时]=[系数1891的单位]×英寸2×(磅力/英寸2×磅/英尺3)0.5
[磅/小时]=[系数1891的单位]×英寸2×(磅×32.185英尺/秒2/英寸2×磅/英尺3)0.5
[磅/小时]=[系数1891的单位]×英寸2×(32.185磅2/(秒*英寸*英尺)2)0.5
[磅/小时]=[系数1891的单位]×英寸2×磅/秒*英寸*英尺*(32.185)0.5
[磅/小时]=[系数1891的单位]×英寸×磅/秒×英尺×(32.185)0.5
[系数1891的单位]=(秒/小时)×(英尺/英寸)/(32.185)0.5
=12/(32.185)0.5×(秒/小时)=2.115秒/小时
即
1891×2.115秒/小时=3999秒/小时
写成公式:
气相流体的公式是:
W=3.999Yd2C(△Pρ)0.5
液相流体的公式是:
W=3.999d2C(△Pρ)0.5
公制中采用mmMpa单位,(10-3)2×(106)0.5=10-3系数成为3.999写成4.
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