安全阀计算实例(20210424092245)

1、安全阀计算实例 安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，也是在线压力容器定 期检验中必检项目。它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压 介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。凡符合容 规适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。 一.安全阀的选用方法 a）根据计算确定安全阀.公称直径.必须使安全阀的排放能力压力容器的安全 泄放量 b） 根据压力容器的设计压力和设计温度确定安全阀的压力等级； c）对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过 320C的气体用的安 全阀,应选用带散热器（翅片）的形式； d）对于易燃、毒性为极度或高度危害介

2、质必须采用封闭式安全阀，如需采用带有 提升机构的，则应采用封闭式带板手安全阀； e）当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过 10卅启压力时,应选用带波 纹管的安全阀； f）对空气、60C以上热水或蒸汽等非危害介质，则应采用带板手安全阀 g）液化槽（罐）车,应采用内置式安全阀 h）根据介质特性选合适的安全阀材料：如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀； 乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀. i ）对于泄放量大的工况，应选用全启式；对于工作压力稳定，泄放量小的工况， 宜选用微启式；对于高压、泄放量大的工况，宜选用非直接起动式，如脉冲式安全 阀.对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀.

3、 j ）工作压力Pw（氐的固定式容器，可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀 移动式设备应采用弹簧式安全阀. k）对于介质较稠且易堵塞的，宜选用安全阀与爆破片的串联组合式的泄放装置. l ）根据安全阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级.安全阀公称压力与弹 簧工作压力关系，见表1 m） 安全阀公称压力PN与弹簧工作压力关系表 表1 PN 弹簧工作压力等级 1.6 0.06 0.1 0.12 0.16 0.25 0.25 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 0.8 0.8 1.0 1.0 1.3 1.3 1.6 2.5 1.3 1.6 1.6 2.0 2.0 2.5 只能用于大于

4、1.3MP 6.4 -1.3 1.6 1.6 2.0 2.0 2.5 2.5 3.2 3.2 4.0 4.0 6.4 只能用于大于 1.3MPa 10 45 5 6.4 6.4 8 8 10 只能用于 大于4.0MPa 安全阀应动作灵敏可靠，当到达开启压力时，阀瓣应及时开启和完全上升，以顺利 排放;同时应具有良好的密封性能，不仅正常工作时保持不漏，而且要求阀瓣在开 启复位后及时关闭且保持密封；在排气压力下阀瓣应达到全开位置，无震荡现象， 并保证排出规定的气量。 二安全阀计算实例 我们在压力容器设计和定期检验中均要求对安全阀的安全排放能力进行选型或 校验计算。基于以往资料不齐全，往往以大代小，造

5、成不必要的浪费。现拟以 GB1 50附录B-B5.1 b)为依据，用不同介质、压力、温度对安全阀的安全排放量进行 选型计算。 例1:有一空气储罐QN1000伽，容积V=5m3最高工作压力为0.8MPa,工作温 度为30T进口管为 57X3.5,确定安全阀尺寸. 解1)确定气体的状态条件 设Po-安全阀出口侧压力(绝压)0.103MPa (近似为O.IMPa) 则Pd安全阀泄放压力(绝压)为 Pd=1.1Ps+0.1 =1.1 X 1.1Pw+ 0.1=1.068MPa (GB150附录 B4.2.1 ) 当安全阀出口侧为大气时：Po/Pd=0.103/1.068=0.0936 而(2/(k+1

6、) k/(k-1) = (2心.4+1) 1.4心 41)=0.53 Po/Pdv( 2/(k+1) k/(k-1) 是属于临界状态条件，安全阀排放面积A按(B5)计算 A mm (B5) 式中:C气体特性系数，查表B1或C=520Vk (2/(k+1)(k+1)/(k-1) K安全阀额定泄放系数,K=0.9倍的泄放系数(泄放系数由制造厂提供，一般为0. 75);或按容规附件五第二节有关规定中选取. 2)容器安全泄放量的计算： 盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄放量，按下列规定来确定 a对压缩机贮罐或水蒸汽的容器，分别取压缩机和水蒸汽发生器的最大产气量 b.气体储罐等的安全泄放量按（B1）式计算

7、 Ws=2.83X 10-3 pu d2 kg /h （B1） 式中p为排放压力下的气体密度. p =M （分子量）X PW （排放绝对压力）X 273/（22.4 X （273+t） 空气 M=28.95 排放绝对压力Pw =10.68 kg / cm 2 代入上式得 p =28.95 X 10.68 X 273/22.4 X 303=12.44 kg /m3 u容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s;查表2得u =1015m/s 一些常用气体流速范围 表2 流体名称/输送压力 MPa 流速范围 m/s 流体名称/输送压力 MPa 流速范围 m/s 压缩空气 饱和水蒸汽（主管） 1015

8、4060 00.1 （支管） 1020 3540 0.1v 0.6 煤气（初压）2KPa 1015 0.753.0 0.6 V 1.0 （初压）6KPa 810 312 1.0V 2.0 氨气 2.0 V 3.0 1020 3.08.0 一般气体（常压） 1.02.0 5.010.0 0.31.0 氧气V 0.6 液氨 7.08.0 2.05.0 0.050.6 氮气 3040 2.08.0 饱和水蒸汽（主管） 510 2030 8.0 （支管） 乙炔气 低压蒸汽V 1.0 1520 氢气 1.53.5 2040 1.01.5 低压蒸汽V 1.0 自来水（主管） 4060 1.0 低压蒸汽V

9、1.0 （支管） 易燃气体 取u =10m/s. 将上述p、v、d代入得 Ws=2.83X 10-3 X 12.44 X 15X 502 =1320.2 kg/h 则 A= =205.4mm2 若采用带板手全启式安全阀 A=0.785d02=205.4mm2 d0=(205.4/0.785)1/2=16.2 mm 根据统计概算,全启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.625,而微启式 安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.8. 选用公称直径DN32的全启式带板手安全阀. 安全阀公称直径与喉径关系 表3 安全阀公称压力公称直 径 DN 15、20、25、32、40、50、80、100

10、 全 启 式 PN(MPa)1.0、2.5、4.0、 6.4 do 20、25、32、50、65 PN (MPa)10.0 20、25、32、40、50 PN (MPa)16、32 12、20 微 启 式 PN(MPa)1.6、2.5、4.0、 6.4 do 12、16、20、25、32、40、65、80 PN (MPa)16、32 do 8 12 PN (MPa)16、32 14/16 例2.将例题1的介质改为蒸汽。 解：在压力容器中，绝大多数安全阀的出口侧压力与它的泄放压力之比即Po/pd 都小于理论值0.528。（此值由空气作试验介质求得 Po/pd=0.528 ）属于临界状 态O Pd

11、安全阀的泄放压力（绝压） Pd=1.1 x Ps+ 0.1MPa=1.1x 1.1Pw+ 0.1=1.21 x 0.8 + 0.1=1.068MPa 查得 p =5.388Kg/m3. K=455 （t=182 C ） WS=2.83(2/(k+1) )k/(k-1)属于处在亚临界 状态，则应用式(B6)来计算安全阀泄放量。但锅炉系统的安全阀选型计算要以 锅 规所给出的公式及系数进行计算。 例3:液化石油气贮罐，筒体内径 Di=1600 m,长度L=6000m，壁厚S n=16m, V=13.3m3,封头形式为椭圆，介质组分为：丙烯50%、丙烷15%、正异丁烯15%、 正异丁烷15%、残液5%

12、.液化石油气组分见表5。 液化石油气单一成分组分及汽化潜热 表5 重量组分X1 丙烷 C3H8 丙烯 C3H6 正异丁烯 正异丁烷 残液 50 C汽化潜热 kJ/kg 285.5 285.96 343.7 317.8 337 液化石油气贮罐，一般不设保温且夏日均配备水喷淋予以冷却。 解：对无绝热材料保冷层的压力容器其安全泄放量按(B3)计算 W=2.55X 105FAtX 0.82/q kg/h 式中：F系数，对于地面上的容器，F=1 At 容器受热面积，椭圆封头的卧式贮罐 At= n D0(L+0.3 D0)=3.14 X 1.632 (6.916+0.3 X 1.632 ) =37.9 m

13、2 50C 汽化潜 r=刀Xiri=285.5 X 0.15 + 285.96 X 0.5 + 343.7 X 0.15 + 317.8 X 0.1 5 + 337X 0.05=301.9KJ/ kg 安全泄放量 W = = =16640 k /h 安全阀的泄放能力计算 对于贮罐的筒体长度6m时，应设置两个安全阀。在一般情况下分半值来计算 较为合理。这样才不致于使安全阀选得过于大型而造成浪费。 安全阀的最小排气 面积 A 为 A= =577.3mm2 式中 Pd=1.1P0.1=1.1X1.80.1=2.08MPa M 分子量 =44 （以主要成分丙烷 ） do= = =27.12 mm 选用

14、DN40A42H 4.0的全启式安全阀两只。（此档安全阀最小公称直径为40） 由两台或两台以上的装置集中输气到一个贮罐 （集中罐） 。或由一台设备分别输 气到几个贮罐（分气罐）时。贮罐的安全泄放量的计算见例4。 例4、由两台空气压缩机同时向体积为 V=100m3的集气罐输气。其输气压力为P w=1.0MPa； t为常温。进气管为 108X 4。此时贮罐的安全泄放量。 在 Pw=1.0Mpa； t=20C时，p =12.87 kg/m3。取进气管的气体流速为 v =15m/s .贮罐的安全泄放量W为 W=7.55（p o）Vd2 =7.55X 1.293X15X1002X =6.55X103k /h 式中：p o气体在标准状态下的密度kk /m3;空气在标准状态下的P=12.87 kg /m3 Pd容器的排放压力 MPa （绝对） T容器的排放温度（绝对）K d容器的总进气管内径m 实际上 W/ =7.55p oVd2与 W=28X 10-3 p Vd2是等效的，不同处在于不用去求 取气体在排放状态下的密度p（kk /m3）。 除上述的一些常见的贮罐外， 我们还遇到如蒸发器、 反应器之类由于器内液体受 热蒸发而增大压力，或由于化学反应而使介质气化。 体积增大内压升高