安全阀计算 规定说解

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1.应用范围

1.1本规定仅适用于化工生产装置中压力大于0.2MPa的压力容器上防超压用安全阀的设置和计算，别包括压力大于100MPa的超高压系统。

适用于化工生产装置中上述范围内的压力容器和管道所用安全阀；别适用于其它行业的压力容器上用的安全阀，如各类槽车、各类气瓶、锅炉系统、非金属材料容器，以及核工业、电力工业等。

1.2计算办法引自《工艺设计手册》(Q/SPIDI3PR04-3-1998)，使用本规定时，普通事情应依照本规定举行安全阀计算，复杂工况仍按《工艺设计手册》有关章节举行计算。

1.3本规定提供了超压缘故分析，使用本规定必须详细阅读该章节。

2.计算规定的普通讲明

2.1安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体，凡必须安装泄压装置而又别

适合安全阀的场所，应安装爆破片或安全阀与爆破片串联使用。

2.2在工艺包设计时期（PDP），应依照工艺装置的操作规范，按照本规定（见

5.0章节），对本规定所列的每个工况举行分析，依照PDP的物流表，确

定每个工况的排放量，填入安全阀数据表一。

2.3在基础设计时期（BDP）和详细设计时期（DDP），按照泄放量的计算书

规定（见6.0章节），在安全阀数据表一的基础上，形成安全阀数据表

二（数据汇总表）和安全阀数据表三。安全阀数据表三作为条件提交有

关专业。

3.术语定义

3．1积聚（accumulation）：在安全阀泄放过程中，超过容器的最大允许工作压力的压力，用压力单位或百分数表示。最大允许积聚由应用的操作规范和火灾事故制定。

3．2背压（backpressure）：是由于泄放系统有压力而存在于安全阀出口处

的压力，背压有固定的和变化的两种形式。背压是附加背压和积聚背压之和。3．3附加背压（superimposedbackpressure）：当安全阀启动时，存在于安全阀出口的静压，它是由于其它阀排放而造成的压力，它有两种形式，固定的和变化的。

3．4积聚背压（built-upbackpressure）：泄压阀打开后由于流淌使泄放主管中增加的压力。

3．5最大允许积聚压力（maximumallowableaccumulatedpressure）：是最大允许工作压力与最大允许积聚之和。

3．6最大允许工作压力（maximumallowableworkingpressure）：系指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大压力。这压力基于设备计算中的正常厚度、金属腐蚀裕度、负载和压力。最大允许工作压力是设定安全阀压力爱护设备的基础。

3．7超压（overpressure）：超过安全阀设定压力的压力，用压力单

位或百分数表示。它与容器设定的最大允许工作压力时的积聚一样，假设安全阀人口没有管路损失。

3．8安全阀的设定压力（setpressure）：安全阀人口出的静压达到该值时，安全阀将动作。

3．9操作压力（operationpressure）：容器通常操作时的压力。压力容器的设计通常有一最大允许工作压力，它为操作压力提供合适的余量，以阻挠安全阀别合需要的打开。

3．10泄放条件（relievingconditions）：用于表示安全阀超压时的进口压力和温度。泄放压力等于安全阀的设定压力加超压，泄放温度为泄放条件下的流体温度，它也许高于操作温度，也也许低于操作温度。

3．11回座压差（blowdown）：设定压力与安全阀关闭压力之差，用设定压力的百分数或用压力单位表示。

4．超压的缘故

超压是系统中某一部分物料或能量别平衡，或物料和能量并且别平衡引起的。所以，分析超压的缘故和数量是工艺过程中物料和能量平衡的特别和复杂工况的综合研究。安全阀的设置要保证一具工艺系统或工艺系统中的任何一具工况的压

力别能超过最大允许累积压力。

系统压力包括压力容器、换热器及其他设备和管道，它的设计基于(a)正常操作温度下的正常操作压力，(b)任何一具机械负荷的妨碍，就会引起与操作负荷的别同，(c)安全阀的设定压力。工艺系统设计必须定义最小泄放，以阻挠任何一台设备超过它的最大允许累积压力。

4．1超压来源

由于能量输入导致液体或气体泄放，所以产生了泄放装置。两个最通常的能量来源，一是能量输入经过气化或热膨胀间接导致压力升高；二是直截了当较高压力的进入。由于以上一具或二个因素都也许引起超压。

安全阀泄放量是最大的泄放量，这最大泄放量可泄放以爱护设备因任何一具单独的缘故而引起的超压。两个毫无关联的故障并且发生的概率非常小，因此通常别必思考。

4．2压力、温度和组成的妨碍

因为温度和压力会妨碍液体和蔼体的流量和组成，因此确定每个泄放量时要思考温度和压力。当液体加热时就变成了气体。因为密闭容器压力的增加及热量的进入，改变了平衡，产生了气体。在大多数事情下，容器内是由别同沸点、别同组份组成的混合物。沸点低的组份首先蒸发，随着热量的别断进入，较重的组份也开始蒸发，最终，只要进入热量脚够多，最重的组份也蒸发了。

在泄压过程中，要研究别并且间的气体泄放量和摩尔质量，以确定气体的最大泄放量和组成。

泄放压力有时会超过系统组成的临界压力（或亚临界压力）。在这种事情下，就要参考压缩系数与密度－温度－热焓之间的相互关系。假如超压是由多余物料流入引起的，多余的物料就要在进、出焓相等条件下计算出的温度下泄放。

系统中没有其他的进出物料，假如超压算是由外部额外热量引起的。这外部输入的热焓等于容器中还在或已蒸发物料之和。经过计算或作图累计泄放量与时刻的关系，眨眼的最大泄放量就可得到。这最大量泄放量通常在临界温度附近。

5.单个安全阀泄放量确定

在这一章节列出了别同的超压缘故，它是泄放量确定的基础，。以下章节详细讲明了需要超压爱护的一些通常事故。

5.1操作人员的妨碍

决定最大泄放工况还要思考操作人员的反应和对一连串错误行动的明白。通常可接收的反应时刻在10～30分钟之间，这取决于装置的复杂程度。这反应的有效性还取决于工艺动力学。

5.2关闭出口阀

当设备或系统所有的出口阀关闭时，为了爱护设备或防止系统超压，泄放装置的能力要大于等于超压源。假如别是所有的出口阀门关闭，没有关闭的出口阀泄放量也要适当地思考。超压源来自泵、压缩机、高压供应管家、可挥发性气体。这种事情发生在换热器中，关闭出口阀会引起热膨胀，或者产生气体。

泄放量是设定压力加上超压时的泄放量，而别是正常操作条件下的泄放量。当这一区不没有思考到时，泄放量常会大大减少。在确定泄放量时，还要思考到超压管线与泄放管线之间的摩擦损失。

5.3冷却或回流发生故障

5.3.1总则

需要的泄放量取决于系统泄放压力下的热量和物料平衡。在精馏系统，泄放量计算取决于有无回流。冷媒停止时，剩余的冷量通常别思考，因为这部分冷量发生作用的时刻是很有限的，同时取决于配管的实际布置。假如工艺配管系统超常规的大，同时别保温，就要思考热损失。

因为详细的热量平衡和物料平衡计算有困难，在5.3.2~5.3.9中，列出通常可接收的确定泄放量的简单原则。

5.3.2全凝

泄放量算是进入冷凝器的总的气体量，计算的温度对应设定压力加上超压和进入的热量减泄放的热量时的新的气相组成，在正常液位的顶部积聚的脉冲量通常限于10分钟之内。假如冷媒发生故障超过那个时刻，回流也没有，顶部的组分、温度和蔼相量会有非常大的变化。

5.3.3部分冷凝

泄放量是泄放条件下，进出气体量之差。进入的气体量应该按5.3.2基准计算，假如回流的组成或回流量改变，进入冷凝器的气体量就应该由新的条件决定。

5.3.4风扇发生故障

因为自然对流的作用，既使风扇发生故障，假如泄放条件没有明显别同，通常还有正常能力20％～30％的冷凝量，泄放量分不是全凝或部分冷凝这两种工况的70％～80％。但是，实际冷凝量通常取决于空冷器的设计性能，假如风扇和机械夹点浮现，就会落低冷却能力。

5.3.5百叶窗关闭

空冷器的百叶窗关闭，算是整个冷媒发生故障，泄放量计算同5.3.2及5.3.3。百叶窗关闭也许来自自动操纵发生故障，机械联接发生故障，或者在手动位置的百业窗发生破坏结构性的振动。

5.3.6顶部回流

在大多数事情下，例如：泵关闭或阀门关闭都会引起回流发生故障，进入冷凝器的流量就等于5.3.2或5.3.3的失去冷媒的量。停止回流会产生别同的气相组成，这会妨碍泄放量。在这种事情下，安全阀尺寸是思考冷媒全部停止的工况，但每种工况必须经过测试相关的部分组份和系统得到。

5.3.7泵的循环

泄放量算是气化量，它是泵循环中获得的热量引起的。气化潜热算是在泄放温度、泄放条件下的潜热。

5.3.8顶部回流加上泵的循环

顶部回流和泵的循环通常不可能并且发生故障，然而，一具部分故障和一具全部发生故障依然也许的。泄放量同5.3.6和5.3.7。

5.3.9侧线回流停止

同5.3.6和5.3.7。泄放量脚够大以便泄放从系统获得的热量而产生的气化量。

5.4汲取流发生故障

对碳氢化合物的贫油，通常贫油发生故障不可能引起泄放；而关于酸性气体脱除单元，大量的气体(大约25％或更多)会被汲取剂汲取，假如失去汲取剂，因为下游系统别能处理增加的流量，会使压力升高到泄放压力。合成气二氧化碳汲取单元中的下游气体进入甲烷化就更难分析。任何一点点超过设计能力的二氧化碳进入甲烷化，并且即使发生部分汲取剂故障，也会导致快速升温，引起甲烷化进料阀关闭，打开放空阀。假如放空阀关闭，会引起超压。

每种工况必须研究它的工艺和仪表特性，研究范围应包括对下游工艺单元

的妨碍以及对汲取剂的配管和仪表的妨碍。

5.5别凝性气体积聚

随着工艺物流的释放，别凝性气体在正常条件下不可能积聚，但是有某种管道布置，会使别凝性气体积聚在某一点，引起冷凝器破碎，这一作用相当于失去冷媒。

5.6易挥发物料进入系统

5.6.1水进入热油

尽管水进入热油会引起超压，但没有公认的办法计算泄放量。假如进入的水量和热量可确认，泄放阀阀径就可象物料阀门一样计算，别幸的是，进入的水量永久别能懂。并且由于从液体到气体体积膨胀这样之大(常压下，大约为1：1,400)，产生的气体是瞬时的，阀门能否快速打开是个咨询题。通常，为这一偶然事故别提供压力泄放装置。在工艺设计和操作中力争取消这种也许性。为了幸免水积聚形成袋形应安装蒸汽凝液疏水阀，在水到热工艺管线上安装双切断阀和放空阀。

5.6.2轻烃进入热油

解释同5.6.1，轻烃进入热油，从液体变成气体的速率别小于1：1,400。5.7工艺物流上的自控阀发生故障

5.7.1总则

设备或系统上的自动操纵阀直截了当受工艺操纵或间同意工艺变化操纵(例如：压力、流量、液位或温度)。当自控阀发生故障时，自控阀应该保证依照基础设计的要求，处于全关或全开的位置。

5.7.2泄放量确定

计算任何工况的泄放量，别思考因操纵阀而引起泄放，也算是操纵阀所在的位置，应能保证正常工艺流量经过。正常的阀门位置首先是思考设计能力和系统关闭的工况，而别是思考事故。所以，假如流过操纵阀的条件别改变(见5.7.5)，就要修改这些操纵阀的正常流量，更改泄放条件，保证下游系统能处理增加的流量。

5.7.3操纵阀进口

操纵阀进口也许有一根或多根进口管线。关于惟独一根进口管线的操纵阀，

只思考全开位置，而别思考操纵阀发生故障的位置。操纵阀打开，也也许是仪表发生故障或误操作引起的。关于有多根进口管线的操纵阀系统，应保证在这些管线上的任何一具操纵阀应在它的正常操作位置，所以，泄放量是预期的最大进口流量与正常出口流量之差，假设条件是：这系统中一具操纵阀关闭，而其他操纵阀仍在正常操作点(即：正常打开，正常关闭或节流)。假如操纵阀的一具或多个出口关闭，或者使操纵阀的多个进口打开，并引起操纵阀的第一具进口打开，泄放量为预期的最大进口流量与打开的出口流量之差。

5.7.4操纵阀出口

每个操纵阀出口在确定泄放量时应思考全开和全关位置，别思考由于仪表系统发生故障或误操作而引起操纵阀处于错误的位置。假如一具或多个进口阀由于出口阀错误关闭而打开，压力泄放装置应满脚阻挠超压的要求，泄放量是最大进口流量与最大出口流量之差，要计算泄放条件下的所有流量，也要思考操纵阀操作工粗心引起的关闭。

5.7.5特别泄放量的思考

尽管操纵阀，例如：隔膜阀的规格和尺寸只思考正常操作工况，但在非正常工况下，例如安全阀泄放时，这些操纵阀也能操作。阀的设计和操作位置应符合非正常工况下的操纵信号，由于泄压条件下的泄放量与正常工况下的泄放量是别同的，所以在计算操纵阀的能力时要依照泄放工况的温度和压力来确定泄放量。极端事情是流体的状态是变化的（例如，从液体到气体，或从气体到液体），例如挑选处理液体与处理气体的全开调节阀的区不非常大，在失去液位的地点气化，使高压气体经过操纵阀到只按正常进入的液体气化计算管径的系统。

5.8非正常工艺热量进入

泄放量是泄放条件下气体产生的最大流量（包括来自过热产生的别凝性气体），少于正常的凝液量或气体量。在每种工况，设计者应思考系统潜在的工况和它的每一具组成。

5.9内部爆炸（别包括爆燃）

气体和空气混合物引起内部爆炸时，超压爱护应该采纳爆破片而别采纳安全阀，因为内部燃烧扩散引起的快速升压如采纳安全阀爱护容器就太慢了。泄放面积取决于以下因素：

a.初始条件（温度、压力、组成）。

b.明确的燃烧扩散气相或气体的物性。

c.容器的体积

d泄放装置的起跳压力

e.发生爆炸事故时的最大压力

5.10化学反应

依照DIERS（DesignInstituteofEmergencyReliefSystems）办法，确定化学反应的紧急事故泄放气管径。

具体办法如下：

a.定义化学反应非正常工况的设计基础

b.经过实验测试计算非正常工况的系统特性

c.经过两相流计算公式计算管径

化学反应失控通常与下列因素有关：

a.外部火灾

b.失去混合

c.失去冷却

d.试剂装载错误

5.11电力故障

确定发生电力故障时的泄放量，要认真研究电力故障对哪些设备有妨碍，这些故障是怎么妨碍装置生产的。

5.12液体膨胀

5.12.1缘故

液体膨胀是指温度升高引起体积增加，通常有以下几个缘故；

a.充满冷液的管道或容器被切断时，因为蒸汽伴热、盘管、环境热量或火灾获得热量。

b.换热器冷侧切断，冷侧的液体被热侧加热。

c.充满常温液体的管道或容器被切断，管道或容器里的液体被辐射热加热。

60oF烃类和水膨胀系数

5.12.2管径和设定压力

泄放量别是非常容易确定的，因为每种实际事情液体泄放量是非常小的，因此要定合理的，而别是安全系数过大的安全阀。通常采纳3/4”x1”的安全阀。假如有理由相信这一尺寸别够，应采纳3.14.3的办法。

挑选合适的设定压力应该研究系统关闭时所有的设计流率，设定的热膨胀压力决别能大于被爱护系统的最大压力。假如惟独液体膨胀一种工况，安全阀的设定压力要设得较高；假如安全阀出口进入一具封闭系统，应思考背压的妨碍。

5.12.3特别工况

地面上的别保温大管径长管道和大型容器或充满液体的换热器上安装安全阀时，通常大于3/4”×1”。在常温或低于常温的长管道两端的进出口阀门关闭时，阳光辐射引起的温度升高可经过计算得到，假如总热量传递速率和液体的热膨胀系数懂，就可计算泄放量。计算液体膨胀泄放量公式如下：

W＝BH/Cp

W：质量泄放流量，kg/h

B：体积膨胀系数，1/℃

H：正常工作条件下最大传热量，kj/h

Cp：定压比热，kj/kg℃

5.13外部火灾

5.13.1外部火灾对湿润表面容器的妨碍…液体气化

容器内液面之下的面积统称为湿润面积。

发生火灾时，外部火灾传入的热量经过湿润面积使容器内的物料气化，湿润面积只思考容器小于等于7.5m以下的湿润面积，通常7.5m以上部分别思考。湿润面积包括火灾妨碍范围内的管道外表面积。

a.关于充满液体的容器，湿润面积为7.5米高度内的表面积。

b.关于缓冲罐、分离罐和工艺容器，湿润表面为正常液面别高于7.5米下

的表面。

c.精馏塔的湿润表面为塔底正常高度和7.5米高度内塔盘上液体部分的表

面积之和。

d.贮罐的湿润面积为7.5米高度内的表面积。

e.球形容器的湿润面积为半球表面积或距地面7.5米高度内表面积中的较

大者。

5.13.2容器外壁纠正系数（F）

容器壁外的设施能够阻碍火焰热量传至容器，用容器外壁纠正系数（F）反映其对传热的妨碍。

依照劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》（1991年1月1日施行）中规定：

a.容器在地面上无保温：F＝1.0

b.容器在地面下用砂土覆盖：F＝0.3

C.容器顶部设有大于10l/(m2×min)水喷淋装置：F＝0.6

d.容器在地面上有良好保温时，按式（2）计算

依照美国石油学会标准API－520：

a.容器在地面上无保温：F＝1.0

b.容器有水喷淋设施：F＝1.0

c.容器在地面上有良好保温时：按式（1）计算：

F=4.2×10-6λ/do(904.4-t)