立方安全泄放量的计算Word格式文档下载.docx
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,▼绝热材料的导热系数(火灾环境)X=0.0295W/m*k沃绝热层厚度t=10mm
c)/2=32.62m=(S+S绝热层内外农血积的算术平均值3.容器设计参数
内容器设计压力P=l.6MPa
内容器设计温度T=77K:
安全阀整定压力
P=l.6MPa:
安全阀池放压力控制在P=l.86MPa°
爆破片泄放压力控制在
P=l.956MPa
O4・安全阀参数安全阀型号进出口尺寸
阀座处直径
討||:
放面积
f=0.18
额定泄放系数
P二0・IMPa
DAH-15A1
进口:
M30*l.5外螺纹,出口:
G3/4内螺纹d=15mm
A=176.71mm:
工厂酬放系数
f=0.9*f=0.162「安全阀出口侧压力
05.爆破片参数
爆破片型号
NPT
>
YC8-1.86-22
1/2进出口尺寸.
阀座处宜径
f=0.62
32
d=15mm:
A=176.71mm排放面积O6.气体特性参数
0.6.1氮气特性(査工业气体手册)
临界压力P=3.394MPa
3临界温度T=126.05K3摩尔质量
M=28.Olg/mol
1从热壁(外壳)传入冷壁(内容器)的总热流量的计算
1.1非火灾情况
1.1.1绝热系统(夹套和绝热材料)完好且处于正常的真空状态下,外部环境温度50C,内容器为酬放压力(1.86MPa)下储存介质的饱和温度(115K),此时从热壁传入冷壁的热流量的计算:
a.在正常的真空状态下,通过绝热材料传入的热流量计算:
=691.99W
(1)在正常真空状态下,夹层绝热材料总的传热系数:
工二X/t=o.102(W/m*k)吩式中:
在正常真空状态下,绝热材料在温度Ta与Td之间的平均热导率:
X=o.00102(W/m*K)(査《低温绝热与贮运技术》)
”
(2)非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度:
Ta=323K
⑶对应于某•深冷介质的容器或传热构件冷端农而温度:
Td=U5K
b.通过内容器的吊带构件传入的热流量:
H=N*A*A*(T-T)/L=8*12.3*0.00064*(323-115)/0.8=16.37W和心心式中:
(1)内容器吊带或其它金属支撑构件数量,N=8„
(2)内容器吊带材料(S30408)在温度Ta与Td之间平均导热率:
X=12.3(W/m*K)(查《低温绝热与贮运技术》)“内容器吊带或其它金属支撑构件材料的长度,
L=0.8mw=0.08m
内容器吊带或其它金属支撐构件材料的宽度,
内容器吊带或其它金属支撐构件材料的厚度,t=0.008m
sA=0.0006lmS30408)的横截面积,内容器吊带构件材料((3)非火灾情况下绝热
容器外部最高环境温度:
(4)对应于某•深冷介质的容器或传热构件冷端农面温度:
C.通过真空夹层的管道传入的热流量的计算:
..
*)
=H^=0.2618+0.7S67+0.1719+0.06617+0.19358+0.0858+0.7944+0.25699+
0.077639+0.17581+0.1724=3.0132W.
气相仪农管心
=H顶充管z.二底充管Hz.蒸汽返回管H=yH=
=液相仪衣管Hz.H二溢流管呼二辅助提液管H“・・H=
安全管呻节能管H=虹吸捉液管“=虹吸捉液管H®
式中:
(1)通过真空夹层的管道材料在温度Ta与Td之间平均热导率:
X=(X+X)/2=(35.4+10.6)/2=23W口式中:
真空夹层的管道材料(06Crl9Nil0)在热端的导热率:
X=35.4(W/m*k)(查《低温绝热与贮运技术》)■真空夹层的管道材料(06Crl9\il0)在冷端饱和温度下(深冷介质
在泄放压力1.86MP3)的热导率:
X)(査《低温绝热与贮运技术》)W/m*k(=10.6c
(2)穿过真空夹层的内容器第i管的横截面积
=A=0.000201062m^34*2管横截血积皿=0.000289027m48*2管横截面积A^^O18*2管横截面积A=0.000100531m皿=0.0000754ml4*2管横截而积人①心(3)第i根管在真
空夹层中的长度
液相仪农管L=l.865m,
辅助捉液管L=l.742m安全管L=5.385m:
虹吸捉液管1L=5.476m.
L=5.584m
u(4)所储存介质的气体导热率
(5)非火灾情况下绝热熔器外部最高
X=o.0201(W/m*K)(査G低温绝热与贮运技术》)
环境温度
T=323K
(6)对于某•深冷介质的容器或传热构件冷端衣闻温度
T=115K<
1.1.2在非火灾和绝热层完好,且处于正常的真空状态下,由热壁传入冷壁的总热流量:
H二H+H+H心*=691.99+16.37+3.0132=711.372W
H——在非火灾和绝热层完好且处于正常的真空状态下,由热壁传入冷壁的I总热流量
1.1.3绝热系统完好且处于正常的真空状态下,外部为环境温度,内容器的温度为池放压力所储存的介质的饱和温度,且增压系统处于全开工作状态下,热壁经由
绝热系统,构件和增压汽化器输入内容器的总热流量:
H=H+H=711.372+=W心式中:
(1)增压器产生的热流量,H(W)
仃-T)二式中:
增压器总的对流传热系数,u=汝增压器总的外部传热而积,A=
汝非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度,T=323K
。
对应于某•深冷介质的容器或传热构件冷端衣面温度,T=115K
注:
汽化器传热系数的推导:
*k))]<
W/mX+l/(aU=l/[1/a+匚/艸因为,管内汽化换热系
数a及铝的热导率远大于管外的自然对流换热’系数a,故在工程计算中可将式中1/af)2入略去不计,于是上式可简化为:
u=a*p*n=
=*k))一一低温流体与管壁的对流换热系数,(W/(m式中:
a虫一一管壁厚度,0.003
(m)
X一一铝的热导率,117.23(W/(m*k))(查自《铝制化工设备》2-59及《深冷手册(下)》&
7-29)
*k))W/(ma-—空气与翅片管的自然对流换热系数,(对于星型翅片管,可
按空气对平壁的自然对流换热准则方程求a
a=X*N/y=
N——努塞尔准数uX——空气的导热系数,0・02059w/m*k。
y——翅片
高度,0.12m
推导a的最大值:
层流时:
(G*P)=N==X0*N/y=
•紊流时:
(G*P)=X=eQ二hO*N/y=
,B—一肋化系数,B=F/F=
»
F,F一一翅片管的内外农面积:
——肋化效率
n=th(my)/my=
y——翅片高度,0.12m.
m=
U=2H=1.6m
H一一肋片长或管长
A=HX=
X——翅片长度,0・003m
1.1.4绝热系统完好,但夹层已丧失真空状态下,外部温度为环境温度,内容器的温度为淤放压力下所储存介质的饱和温度,从热壁传入内容器的总热流量计算:
H二H+H+H心“=20013.3+16.37+3.0132=20032.6832W
H一一绝热系统完好,但夹层已丧失真空,外部温度为环境温度,内容器的,温度为泄放压力下所储存介质的饱和温度,从热壁传入内容器的总热流量
H——夹层丧失真空的状态下,通过绝热材料输入的漏热率“H=U*A*(T-T)
=2.95*32.62*(323-115)
=20013.3W
U一一在大气压力下和环境温度下,绝热材料总的传热系数“U=X/t4
mi=0.0295/0.01
=2.95(W/m*k)
X一一夹层已丧失真空,在大气压力下绝热材料充满或吸附空气或介质气体,在温度畀与温度T之间的平均热导率“t——绝热材料的名义厚度,
A——绝热层内外农而积的算术平均值sT一一非火灾情况下绝热容器外部
最高环境温度。
T一一对于某•深冷的容器或传热构件冷端衣面温度丄2火灾情
况
1.2.1真空绝热容器的绝热系统完好或部分完好,但夹层真空已丧失,储存的介质(以液氮计)温度达115K,且外部遭遇火灾或922k高温的情况下,由热壁传入内容器的总热流量:
2=90129.88W*Ar=2.6*(922~T)UH“式中:
(1)T一一对应于某•深冷介质(以液氮计〉的容器或传热构件冷端衣,面温度,设定于115K
(2)U一一在火灾条件下(外部温度为922k和犬气压下)绝热材料总,:
*k)
/t=0.0295/0.01=2.95(W/m的传热系数:
U=X叫式中:
X—一真空绝热深冷窗口外部遭遇火灾或遭遇922K的高温,夹层真空“已经丧失,在人气压力下,绝热材料充满介质气体或空气,但能有效的阻止热传导、热对流和热辐射。
绝热材料在Td与922K之间的平均导热率,取两者(气体或空气)之中的较大值,0.0295(W/m*k)(査《低温绝热与贮运》3-32)
t——绝热材料的名义厚度,0.01m
.(3)A——内容器与外壳而积的平均值,,==3.14*2.095*3.995=26.29mn*D*h立式容器,Ar=.式中:
D一一内容器与外壳直径的平均值,2.095m
h一一设计最大液位高度,3.995m
•1.2.2真空绝热深冷容器夹套外部遭遇火灾或遭遇922K高温,且绝热系统已完全损坏的情况下,由热壁传入内容器的总热流量:
^==1036420.297W
=7.l*10H*Ars:
=3.14*2.095*3.995=26.29mn*D*h=式中:
立式容器,A.式中:
D——内
容器与外壳直径的平均值,2.095m
h——设计最大液位高度,3.995m
.2内容器的安全泄放量(质量流量)的计算
2.1在非火灾,绝热系统(夹套和绝热材料)完好且处于正常的真空状态下,外部环境为50°
C,内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度工作状态,容器的安全泄放量(以氮气计)如下:
因为0.4P<
P=1.86<
P,所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计=3.394^算:
W=3.6*(V-V)/V*H./q
=3.6*(0.0115-0.0017)/0.0115*711.372/116.718
=18.7Kg/h
W一一当安全泄压装置的气体池放压力P小于介质的临界压力,但人于或等于“:
临界压力的40%,即0.4P<
P=3.394时,真空绝热压力容器的安全泄’放量
5/kg0.0U5mV——池放压力下,饱和气体介质的比容积,°
/kg
0.0017mV一一池放压力下,饱和液体介质的比容积,:
H—一由热壁{夹套)传入冷壁(内容器)的总热流量,711.372w:
q——在池放压力下液体介质的汽化潜热,116.718KJ/kg
2.2在非火灾,绝热系统(夹套和绝热材料)完好且处于正常的真空状态下,外部环境为50°
C,内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度下,且增压系统处于全开匚作状态下,容器的安全泄放虽(以氮气计)如下:
因为0.4P<
P=3.394,所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计決算:
W=3.6*(V-V)/V*H/q
沁*=3.6*(0.0115-0.0017)/0.0115*/116.718
=Kg/h
W一一当安全泄压装置的气体池放压力P小于介质的临界压力,但人于或等于圮临界压力的40%,即0.4P<
P=3.394时,真空绝热压力容器安全泄放珈量
5/kg0.0115m——池放压力下,饱和气体介质的比容积,Vl5/kg
0.0017mV一一泄放压力下,饱和液体介质的比容积,:
H—一由热壁(夹套)传入冷壁(内容器)的总热流量,W:
q—在池放压力下液体介质的汽化潜热,116.718KJ/kg
2.3在非火灾,绝热系统(夹套和绝热材料)真空状态破坏情况下,外部环境温度为50C,内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度工作状态下,容器的安全泄放量计算(以氮气计)如下:
因为0.4P<
P=3.394,所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算:
s=3.6*(0.0115-0.0017)/0.0115*20032.68/116.718
=526.5-lKg/h
W一一当安全泄压装置的气体池放压力P小于介质的临界压力,但人于或等于“,临界压力的40%,即0.4P<
P4=1.86<
P=3.394时,真空绝热压力容器的安全二泄放量
V泄放压力下,饱和气体介质的比容积,0.0U5m/kgtf/kg
H—一由热壁(夹套)传入冷壁(内容器)的总热流量,526.54w,116.718KJ/kg
——在泄放压力下液体介质的汽化潜热,q
2.4在火灾情况下,真空绝热容器的绝热系统完好或部分完好,但夹层真空已丧失,储存的介质(以液氮计)温度达117K,且外部遭遇人火或遭遇922K高温情况下,容器的安全泄放量计算
(以氮气计):
P=3.394,所以真空绝热压力容器安全酬放量用下式计夕算:
=3.6*(0.0115-0.0017)/0.0115*90129.88/116.718
=2458.76Kg/h
W一一当安全泄压装置的气体池放压力P小于介质的临界压力,但人于或等于卸临界压力的40%,即0.4P<
Pd=l.86<
P=3.394时,真空绝热压力容器的安全=泄放量
0.0017mV——池放压力下,饱和液体介质的比容积,:
H—一由热壁(夹套)传入冷壁(内容器)的总热流量,90129.88W.q——在泄放压力下液体介质的汽化潜热,116.718KJ/kg
2.5在火灾情况下,真空绝热深冷容器夹套外部遭遇火灾或遭遇922k高温,且绝热系统已完全损坏的情况下,容器的安全泄放量计算(以氮气计):
P=3.394,所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计工算:
s=3.6*(0.0115-0.0017)/0.0115*1036420.297/116.718
=28273.69Kg/h
W一一当安全泄压装置的气体泄放压力P小于介质的临界压力,但人于或等于缈临界压力的40%,即0.4P<
P=3.394时,真空绝热压力容器安全泄放’量
0.0U5mV一一池放压力下,饱和气体介质的比容积,訂一一泄放压力下,饱和液体介质的比容积,
0.0017m/kg
cH一一由热壁(夹套)传入冷壁(内容器)的总热流量,1036420.297w,q一一在池放压力下液体介质的汽化潜热,116.718KJ/kg
3.将泄放气体(以氮气计)的质量流量W换算成标态空气流量:
«
MB
Q=92.34*WIU
1=1^
=92.34*18.7/356*/C*=10(N*m3/h)
5-(23+0.020:
/356*
J=(N*m3/h)=92.34*
二OT5UQ—
Q=92・34*W/C*q(23+0.0201)*0.00
=277(N*m3/h)
(23+0.UZU1J*U.00
Q/C*=92.34*526.54/356*=92.34*WcS=
=1292(N*m3/h)
/C*=92.34*WQ=92.34*2458.76/356*M.式中:
Q换算成的标态空气流量Wsi—一将池放量的质量流量s
W一一当容器的安全泄放装置的泄放压力P小于10%的介质临界压力上述各种"
状态下的真空绝热压力容器的安全泄放量(注:
与18442上面要求的不-致)
C一一气体特性系数,查农(18442.6.A-1或按下式计算):
.
C=520*
k一一气体绝热指数,k=C/C„C一一标准状态下气体定压比热,C——标准状态下气体定容比热.Z——在泄放压力Pd下饱和气体的压缩系数
T一一泄放装置进口侧的气体温度
M——气体的摩尔质量
4.安全阀排放能力(以氮气)计算:
《时,属于临界流动状态,安全阀排放能力计算按下式:
当...《=0.69,所以
W=7.6*0.01*C*K*Pd*A*,由于=0.054,*Pd*A*=7.6*0.01*C*K采用W:
.
=0.076*356*0.67*1.86*176.71*=2941.09Kg/h
P——安全阀tB口压力,0.IMPa
oK一一安全阀的额定泄放系数,与安全阀结构有关,应根据实验决定。
无参与未参考’数据时,可按下列规定选取:
全启式安全阀K=0.67
P——安全阀的排放压力,1.86MPa&
P——容器的设计压力,1.6MPa
A—安全阀最小排气截面积,全启式安全阀,即h》l/4d时,A=176.71mm,d——
安全阀的最小流道直径(阀座喉部直径),15nun
5.爆破片装置(以氮气计)排放能力计算..
《时,属于临界流动状态,安全阀扌$放能力计算按下式:
当...Q0.69,所以,由于
*PW=7.6*0.01*C*K=0.054*A*»
k*Pb*A*W=7.6*0.01*C*K采用”.
=0.076*356*0.73*1.956*176.71*=3944.13Kg/h
A—一爆破片装置的排放面积,176.71nun
K——爆破片装置的额定泄放系数,取0.73=P——安全阀的押:
放压力,1.956MPaJ15K
——泄放装置进口侧的气体温度,T.
6.校核安全泄放装置的安全性
6.1在非火灾情况
绝热系统完好且处于正常的真空状态下:
W=2941Kg/h)W=18.7Kg/h
W-W=2941+3944=6885Kg/h)W=155Kg/h绝热系统夹层真空破坏状态下:
W=2941Kg/h>
W=527Kg/h2在火灾情况
真空绝热熔器的绝热系统完好或部分完好,但夹层真空已丧失的情况下(以氮气计):
W=2458Kg/h
.U真空绝热容器绝热系统已完全损坏的情况下(以氮气计):
W+W=2941+3944=6885Kg/h<
W=28273Kg/h
庶结论:
1、设备的安全泄放装置能满足,在非火灾情况下容器的安全泄放虽
2、设备的安全泄放装置能满足,夹层真空已丧失但绝热系统基本完好的火灾情况
3、设备的安全泄放装置不能满足,绝热系统完全损坏的火灾情况,此时应另外打开
放空阀。
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