導(dǎo)語：化工企業(yè)中安全閥設(shè)計(jì)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：安全閥是化工生產(chǎn)中起重要保護(hù)作用的安全設(shè)施，通常用于壓力容器和壓力管道上，通過排放部分介質(zhì)來保護(hù)設(shè)備、管道安全，避免出現(xiàn)介質(zhì)泄露、設(shè)備破裂、爆炸等事故。安全閥的合理設(shè)計(jì)對(duì)化工企業(yè)來說非常重要。由于工況的復(fù)雜性以及條件限制，無法對(duì)各種假定超壓工況進(jìn)行在線試驗(yàn)，所以在設(shè)計(jì)階段必須對(duì)可能引起超壓的各種工況進(jìn)行分析、判斷，使安全閥設(shè)計(jì)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上更加合理。

關(guān)鍵詞：安全閥；工況泄放量

1分析安全閥泄放的各種工況

化工生產(chǎn)中造成容器超壓的原因比較復(fù)雜，常常會(huì)有多種工況出現(xiàn)。這就需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮各種可能構(gòu)成危險(xiǎn)的情況，選擇的安全閥要能保證系統(tǒng)中的壓力不超過最大允許蓄積壓力。當(dāng)容器或管道系統(tǒng)中物料和能量的正常流動(dòng)出現(xiàn)不平衡或者異常時(shí)會(huì)產(chǎn)生超壓，超壓將引起物料或能量，或二者同時(shí)在系統(tǒng)某部分積聚?？赡茉斐沙瑝旱某Ｒ娫蛴校撼隹陂y門關(guān)閉，冷凝器的冷卻水故障，揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)入高溫環(huán)境，液體滿溢，自動(dòng)控制閥故障，內(nèi)部爆炸，化學(xué)反應(yīng)失控，液體熱膨脹，外部火災(zāi)，電力故障，操作人員疏忽造成閥門開啟錯(cuò)誤，氣體熱膨脹，空冷式換熱器故障，環(huán)境條件的變化，止回閥故障，串聯(lián)蒸餾系統(tǒng)中失去熱量，回流，再沸器供汽閥開啟失敗。

2確定最大允許蓄積壓力

最大允許蓄積壓力是根據(jù)操作和火災(zāi)意外事故等來確定的。API620《大型低壓焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》中關(guān)于蓄積壓力的設(shè)定：最大允許蓄積壓力取值：①正常操作情況下最大壓力（即安全閥的最大泄放壓力=超壓10%的最大允許工作壓力）；②火災(zāi)或超壓20%緊急泄放時(shí)的最大壓力。

3幾種常見工況下安全閥的最小泄放面積計(jì)算，安全閥口徑選擇實(shí)例

本文按照API520的計(jì)算方法來計(jì)算。

3.1出口閥門關(guān)閉

一臺(tái)輸送NaOH的泵，最大流量50m3/h,泄放壓力為400KPa，背壓40KPa，泵入口閥門未關(guān)閉，而出口閥門關(guān)閉時(shí)，計(jì)算安全閥的泄放面積、選擇口徑。安全閥的泄放量取泵的最大流量50m3/h。必須的有效泄放面積Ar=11.78*Q/(Kd*Kw*Kc*Kv)*(G/(P1—P2))^0.5)=0.93mm2Ar需要進(jìn)行粘度校正:雷諾數(shù)R=Q*18800*G/μ/A^0.5=385,計(jì)算出粘度修正系數(shù)Kv’=(0.9935+2.878/R^0.5+342.75/R^1.5)^-1=0.8435,計(jì)算最小泄放面積A=Ar/Kv’=1.1mm2按照API526選擇最小的“D”流道，流道面積71mm2。也可選擇更小的流道面積，但是需要用戶同意。式中Q—流量50m3／h，Kd—額定流量系數(shù)取0.735，Kw—背壓的修正系數(shù)取1，Kc—結(jié)合校正因子取1，Kv—粘度修正系數(shù)取0.88，G—NaOH溶液比重1.222，P1—泄放壓力取400KPa，P2—背壓取40KPa,μ—粘度取NaOH的粘度4.43cp.

3.2外部火災(zāi)

一只裝有氨水的儲(chǔ)罐，無保溫，直徑1.6m,直筒體高度5.6m,上下為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，支腿到切線1.5m,設(shè)定的泄放壓力為19Barg，計(jì)算安全閥的泄放面積、選擇口徑。濕潤(rùn)面積：A=3.14*D*L+2*Af=34.2m2濕潤(rùn)表面總吸入熱量Q=43.2*F*(A^0.82)=1282KW需要的氣體泄放速率W=(Q/∆H)*3600=4388.4Kg/h系數(shù)C=520*SQRT{k*((2/(k+1))^((k+1)/(k—1)))}=347.91最小泄放面積A=((13160*W/(C*Kb*Kc*Kd*P1))*SQRT(TZ/M)=349.66mm2按照API526選擇最小的“H”流道，流道面積506mm2。1.5+5.6+0.4=7.5m<7.62m,這中情況下設(shè)備完全暴露于明火中，濕潤(rùn)面積就要算整個(gè)設(shè)備的面積。∆H—?dú)饣瘽摕醟J/kg，取1052kJ/kg，F(xiàn)—環(huán)境系數(shù)，無保溫取1.k—比熱比(Cp/Cv)查得1.31，Kb—容積校正系數(shù)取1，Kc—結(jié)合校正因子，沒有爆破片時(shí)取1，Kd—流量系數(shù)取1，P1—泄放壓力(絕壓)，火災(zāi)工況下超壓取10%，泄放壓力=1.1*19=20.9Barg=2190KPa(a)，T—泄放溫度取323K，Z—壓縮因子取1，M—分子量取17。此時(shí)安全閥并不能起到保護(hù)作用，需要安裝消防設(shè)施和有效的排放系統(tǒng)才能使遠(yuǎn)離易燃可燃物料。

3.3液體熱膨脹

一個(gè)換熱汽冷卻水出口管道上設(shè)置一只安全閥，冷卻水流量為914Kg/h,進(jìn)入換熱器最大熱負(fù)荷5948KW，計(jì)算安全閥的泄放面積、選擇口徑。流動(dòng)溫度下的流量gpm=BH/500GC=4.09gal/min(U.S.)=0.9m3/h所需蒸汽釋放速率W=gpm*G=914kg/h流量Q=W/G/60=15.36L/min必須的有效泄放面積Ar=11.78*Q/(Kd*Kw*Kc*Kv)*(G/(P1—P2))^0.5)=10.42mm2Ar需要進(jìn)行粘度校正:雷諾數(shù)R=Q*18800*G/μ/A^0.5=35452.4,計(jì)算出粘度修正系數(shù)Kv’=(0.9935+2.878/R^0.5+342.75/R^1.5)^-1=0.9912,計(jì)算最小泄放面積A=Ar/Kv’=10.51mm2,按照API526選擇最小的“D”流道，流道面積71mm2。也可選擇更小的流道面積，但是需要用戶同意。式中B—膨脹系數(shù)查表取0.0001，H—總的傳熱量Btu/h取5948*3412.1412=20295416Btu/h，G—正常操作溫度時(shí)液體比重取0.992，C—液體的比熱容Btu/Ib•°F。Q—流量L/min，Kd—額定流量系數(shù)取0.735，Kw—背壓的修正系數(shù)取1，Kc—結(jié)合校正因子取1，Kv—粘度修正系數(shù)取1，P1—泄放壓力取550KPa，P2—背壓取0,μ—粘度取水的粘度0.72cp.

3.4自動(dòng)控制閥故障

用高壓氮?dú)庾鳛閯?dòng)力源輸送催化劑的出口管道上設(shè)置安全閥，設(shè)定的泄放壓力為5.5Barg，高壓氮?dú)夤苈飞系目刂崎y全開時(shí)流量為336.5kg/h，計(jì)算安全閥的泄放面積、選擇口徑。所需氣體釋放速率W=336.5kg/h系數(shù)C=520*SQRT{k*((2/(k+1))^((k+1)/(k—1)))}=356.06最小泄放面積A=((13160*W/(C*Kb*Kc*Kd*P1))*SQRT(TZ/M)=63.87mm2按照API526選擇最小的“D”流道，流道面積71mm2。式中k—比熱比(Cp/Cv)查得1.4，Kb—容積校正系數(shù)取1，Kc—結(jié)合校正因子，沒有爆破片時(shí)取1，Kd—流量系數(shù)取0.878，P1—泄放壓力(絕壓)，泄放壓力=1.1*5.5=6.05Barg=705KPa(a)T—泄放溫度取293K，Z—壓縮因子取1，M—分子量取29。

4計(jì)算安全閥進(jìn)出口管道直徑

入口管道的直徑不小于安全閥入口直徑。管道的壓降不大于整定壓力（表壓）的3%。如果采用先導(dǎo)式安全閥，可不受3%的限制，但需要兩個(gè)連接管分別連到主閥和導(dǎo)閥上。出口管道的管徑需要大于等于安全閥出口的口徑。對(duì)于普通的彈簧式安全閥，出口管道總的背壓值（動(dòng)背壓、靜背壓兩者之和）小于等于整定壓力（表壓）的10%，對(duì)于平衡波紋管式安全閥不大于30%。

參考文獻(xiàn)：

[1]API520.煉油廠壓力泄放裝置的尺寸確定、選擇和安裝.

[2]API521.壓力釋放和降壓系統(tǒng).

[3]GB150.壓力容器.

[4]API620.大型低壓焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造.

[5]英國(guó)CRANE公司編寫FLOWOFFLUIDS.

作者:王鳳 單位:上海百前化工技術(shù)服務(wù)有限公司