安全阀的选型与计算

安全阀的计算和选用安玉龙黎圣藜北京石油化工工程公司摘要本文将分安全阀概述安全阀设计的有关术语安全阀泄放量计算安全阀的尺寸计算国产安全阀的选用方法等个部分介绍石油化工装置中安全阀的计算与选用关键词安全阀设计计算选用第一章安全阀概述在石油化工生产中为了防止因火灾或操作故障造成系统压力超过设备和管道的设计压力而发生爆炸或其它事故因此须设置安全阀本文中没有专门说明时一般情况下安全阀是安全泄压阀类的统称本文仅就安全泄压系统的设计安全阀的选用和计算安全阀的安装等几方面的要求阐述如下定义国际上安全泄压阀类有安全阀安全泄压阀泄压阀虽然国内往往把这三种阀统称为安全阀但是它们各用于不同的场合安全阀是一种由阀所在系统静压驱动的自动泄压装置具有迅速完全开启或微启动作的特性一般用于气体和蒸汽系统泄压安全泄压阀是一种自动泄压装置一般用于气体和蒸汽的泄压也用于液体的泄压在不同使用条件下具有迅速开启或突然动作的特性或在超过开启压力后其开启度随压力的增大而成正比地开启泄压阀是一种由阀所在系统静压驱动的自动泄压装置它随着超过开启压力的增大而成正比地开启它用于液体的泄压分类安全阀的分类应用范围和说明详见表表安全阀分类表序号分类方式类型应用范围和说明背压通用式安全阀有弹簧罩排气在阀的排放侧其操作特性开启压力关闭压力和泄放能力直接受阀的背压影响石油化工装置用的安全阀大部分是通用式安全阀背压不可超过定压的出口有背压工作特性随背压而变化平衡式安全阀波纹管式安全阀活塞式安全阀阀设置有能减小背压对操作特性影响的设施背压可高达定压要求背压不影响安全阀工作特性技术讲座石油化工设计动作特点渐开式安全阀急开式安全阀开启高度全启式安全阀以表示阀盘开启高度表示喷咀的直径全启试泄放量大回座性好适用于气体和液体石化装置大都选用全启式微启式安全阀微启式泄放量小一般只有于液体介质结构特点封闭弹簧式安全阀不封闭弹簧式安全阀易燃易爆有毒的介质蒸汽或惰性气体带散热片式安全阀不带散热片式安全阀温度有波纹管式安全阀无波纹管式安全阀介质有腐蚀性背压波动大带扳手式安全阀不带扳手式安全阀扳手可检查阀瓣的灵活性也可作人工紧急泄压用带导阀式安全阀由主泄放装置与辅助泄压阀组合而成且主泄放装置动作由自力式辅助泄压阀导阀控制导阀用软阀座提供气泡密封减少产品和能量损失减少维修费用压力易于调定易于准确调定可按需要选突开或调节作用容量是同径的标准安全阀的倍平衡内压弹簧式安全阀内设弹簧石化装置一般均选用弹簧式安全阀表国产弹簧式安全阀分类表序号型式说明应用封闭式弹簧安全阀阀帽和罩盖封闭防止灰尘入内室外或多灰环境阀帽和罩盖封闭并作气密试验试压用于有毒易燃或易爆介质非封闭式弹簧安全阀阀盖敞开易降低弹簧腔室温度用于蒸汽等介质带扳手式弹簧安全阀有提升扳手用于须检查阀门开启灵活处特殊型式弹簧安全阀带散热器弹簧安全阀带波纹管弹簧安全阀用于封闭式弹簧安全阀处温度用于非封闭式弹簧安全阀处温度腐蚀介质背压波动国产弹簧式安全阀石化装置一般选用弹簧式安全阀国产弹簧式安全阀分类见表第二章安全阀设计的术语设备和管道的操作压力设备和管道的操作压力是指设备和管道在操作时可能承受的压力以表示设计时应将工艺要求的最大操作压力定为设备和管道的操作压力石油化工设计最大允许工作压力是指在设计温度下处于操作时设备的最大允许工作压力以表示有时可以用满足设计温度时设备和管道的设计压力来代替设备及管路的最大允许工作压力一般按下列规定计算当当当安全阀的泄放能力安全阀的泄放能力有下列几种测定泄放能力在安全阀额定泄放压力时测定的实际泄放能量以重量或体积单位表示额定泄放能力根据安全阀适用规范或标准所测定的泄放能力理论泄放能力是计算的安全阀的泄放能力以重量或体积单位表示超压百分数安全阀泄压时压力高于安全泄压设施定压的增量通常以超压百分数表示积聚压安全阀泄压时超过设备或管道的最大允许工作压力的这部分压力以表示非火灾工况下装一个安全阀时压力容器的积聚压取的定压或中较大值装多个安全阀时压力容器的积聚压取的定压或中较大值火灾工况下压力容器的积聚压取的定压管道的积聚压取的定压式中积聚压超压超压百分数安全阀的定压最大允许积聚压最大允许积聚压是设备和管道的最大允许工作压力和职聚压的总和安全阀定压安全阀的定压是压力泄放阀刚好开启状态时的入口压力以表示用于气体蒸汽的安全阀或安全泄压阀其定压是阀突然动作时的入口压力用于液体的泄压阀或安全泄压阀其定压是指阀开始泄压时的入口压力设计中安全阀的定压也是设备及管路最大允许工作压力其计算同于最大允许工作压力的计算安全阀排放压力安全阀的排放压力本文中以来表示也是安全阀全开达到泄放能力的压力等于阀的定压加上积聚压值因一般取故按下式计算安全阀背压背压的定义安全阀的背压当安全阀出口与排放系统连接时作用于安全阀泄压出口处的压力也可以认为是安全阀出口侧的压石油化工设计第卷力附加背压静背压是泄压设施出口处已存在的静压如支管火炬头水封它是排放系统中阻力或由其它泄压源产生的可能是恒定的也可能是变化的积聚背压动背压是指泄压阀开后所泄放的流体在排放系统中流动所产生的压力实际上是流动阻力动背压是变化的安全阀的背压等于静背压与动背压之和安全阀背压的规定若安全阀泄放介质直接排往大气安全阀的背压可取值为背压与安全阀泄放系统的阻力有关若安全阀泄放介质排往火炬要考虑去火炬的管道及火炬系统的阻力此时须仔细计算安全阀的背压通用式安全阀火灾工况非火灾工况波纹管平衡式安全阀的背压火灾或非火灾工况带导阀的安全阀的背压由于带导阀安全阀是用于要求背压不影响安全阀工作特性处一般情况下用导阀背压不影响定压及泄放能力只有流量是亚临界流时例外须考虑背压校正系数见表和图在最大系统排量单一事故安全阀的静背压通风式安全阀波纹管平衡式安全阀背压对安全阀定压的影响见图图通用式安全阀背压与定压的关系石油化工设计图平衡式安全阀背压与定压的关系安全阀各部件的机械强度均须满足背压指排放系统的要求安全阀的压力工况见图和图图气体和蒸汽用安全阀的压力工况注是用于通用式和波纹管平衡式安全阀的背压校正系数见图是用于波纹管平衡式安全阀的背压校正系数见图石油化工设计第卷图液体用安全阀的压力工况说明用于液体的波纹管平衡式安全阀与一般安全阀相比有以下特点超压时安全阀由于背压的变化背压百分数从至造成泄压能力的变化从至因此要进行背压系数的校正上图中背压校正系数变化规律详见图粘度校正系数变化规律详见图超压校正系数变化规律详见图最大正常工作压力应由工艺系统专业按生产操作条件规定安全阀背压校正系数的规定通用型安全阀在气相或蒸气情况下若阀的背压高于临界压力此处临界压力一般为泄放压力的必须用背压校正系数若阀的背压低于临界压力背压校正系数背压百分率绝压绝压波纹管型安全阀在气相或蒸气条件下波纹管型安全阀背压影响用图查出背压校正系数在液体条件下波纹管型安全阀背压影响用图查出背压校正系数表背压校正系数表在液体条件下应用合适公式计算背压不需特殊校正时石油化工设计图波纹管型安全阀气体或蒸汽超压时背压校正系数图注背压百分数背压定压图波纹管型安全阀液体超压时背压校正系数图注背压百分数背压定压导阀式安全阀一般情况下用导阀背压不影响定压及泄放能力只有流量是亚临界流时例外须考虑背压校正系数背压高于泄放压力绝压计时必须用背压校正系数见表背压低于泄放压力绝压计时背压校正系数第三章安全阀泄放量计算安全阀的泄放量一般按可能发生的各种单一事故计算取其中的最大值定为该安全阀的泄放量液体气体加入设备当容器或系统的出口关闭时安全阀的泄放量至少应等于压力源提供的量若不是所有的出口阀都关闭可适当考虑减去未关阀出口的排出能力计算泄放量时不是按正常工况而是按安全阀泄放时的工况定压加上超压计算压缩机储气罐和汽包容器的安全阀泄放量压缩机储气罐和汽包容器设置安全阀一般是防止出口阀关闭造成事故因此其安全阀的泄放量应按压缩机的最大生产能力产气量计算压缩机的最大生产能力产气量气体贮槽的安全阀泄放量气体贮槽设置安全阀一般是为了避免石油化工设计第卷出口阀关闭造成事故因此安全阀的泄放量应按下式计算国家劳动部规定的气体流速一般气体饱和蒸汽过热蒸汽气体流速的详细规定见中国石化总公司标准石油化工企业工艺装置管径选择导则液体贮罐的安全阀泄放量液体贮槽的安全阀泄放量按泄放压力时最大值计算在不明确情况下一般按液体贮槽的进料流量的倍计外部火灾液态烃是易燃物质在贮存温度下贮存压力应大于液态烃的蒸气压当发生火灾时因温度激烈上升液态烃气化而超压安全阀开启使容器不超过最大允许工作压力安全阀的泄放量应大于液态烃的蒸气量液化气容器的安全阀泄放量计算易燃液化气或安装在有火灾危险处的非易燃液化气容器按照保温情况下分别计算不保温容器表泄放减低系数表安装形式容器在地下用砂土覆盖容器在地上用砂土覆盖容器在地上物料是易燃液体或采用减压和卸料等空罐措施容器在地上物料是易燃液体容器设有水喷淋装置水流量即水流量容器在地上物料是不易燃液体表容器受热面积的计算容器形式容器受热面积的计算半球形封头卧式容器椭圆形封头卧式容器立式容器球式容器或从地平面起到米高度以下所包括的外表面积取二者中较大的值保温容器表常温下绝热材料的导热系数表材料名称导热系数岩棉可发性聚苯乙烯聚氯乙烯泡沫板软木屑板甘蔗板石棉板硅藻土聚乙烯泡沫板聚氨酯泡沫板火灾安全阀式中容器的安全泄放量吸收总热量在安全阀泄压时介质的汽化潜热泄放减低系数容器的总湿润面积容器的表面积湿表面积系数卧罐的湿表面积系数见图石油化工设计图卧罐的湿表面积系数图有火灾危险管道的安全阀泄放量计算对于有火灾危险的管道也要考虑防止它因暴露于火焰前温度激烈上升而超压一般情况下该管道安全阀的泄放量按火灾容器计算公式计算只是管道面积是的容器表面积有火灾危险空冷器的安全阀泄放量计算在火灾时空冷器的表面积全部暴露在火焰前可用下式计算其安全阀泄放量空冷器的受热表面积计算可依不同情况进行有冷凝没有过冷的空冷器受热表面积计算按的光管面积计有冷凝又有过冷的空冷器受热表面积计算分为下列两段进行冷凝段按的光管面积计过冷段按光管面积计液体冷却用空冷器受热表面积计算按光管面积计气体冷却用空冷器受热表面积计算按光管面积计蒸发超压的安全阀泄放量计算无火灾危险处的非易燃液化气由于阳光暴晒或其它原因造成辐射对流传导等热传递使容器内贮存的物质被加热迅速气化超压为防止非易燃液化气蒸发超压而设置的安全阀其安全泄放量根据不同情况进行计算不保温的容器保温的容器若知道压力容器最大受热量按下式计算热膨胀的安全阀泄放量计算由于热量过多地输入设备使物料受热膨胀造成设备超压液体热膨胀的安全阀泄放量计算管子或容器充满冷液体后被切断然后又受到伴热管蛇管外界热流或明火加热时会造成热膨胀一个换热器的冷侧被切断而热侧仍有流体通过时以及管子或容器在接近常温下充满液体后又直接受到太阳辐射加热时也会造成热膨胀液体热膨胀的安全阀泄放量按下式计算液体热膨胀量较小时计算安全阀的泄放量有困难一般也可按下列情况选用安全阀设备入口管的安全阀尺寸设备出口管的安全阀尺寸这个尺寸是偏大的气体热膨胀的安全阀泄放量计算气体热膨胀的安全阀泄放量按下式计石油化工设计第卷算换热器管子破裂的安全阀泄放量计算破裂条件换热器低压侧设计压力大于或等于的高压侧设计压力时由于整根管子极少发生完全断裂可不考虑换热器管子破裂不须设安全阀热换器低压侧设计压力小于的高压侧设计压力时整根管子虽很少发生完全断裂但要考虑换热器管子破裂须设安全阀换热器高压侧设计压力大于或等于时或介质是含有蒸气或含有可闪蒸的液体或低压侧的介质是易蒸发液体时应考虑整根管子完全断裂的故障而且与差压无关须设安全阀泄放量计算换热器高压侧的流体是气体按下式计算换热器高压的流体是液体按下式计算冷却水中断的安全阀泄放量计算由于循环冷却水系统故障冷却水减少或中断导致冷凝器冷却器或设备上的夹套超压为防止事故一般安全阀的泄放量应按工艺操作中的最大值考虑冷凝器冷却故障可导致冷凝器失去全部冷凝功能或失去部分冷凝功能冷凝器失去全部冷凝功能冷却水中断使冷凝器失去全部冷凝功能此时的排放量取用正常进料的蒸汽量即正常情况下的组分和温度计算安全阀排放的蒸气组分与正常进料的组分非常接近但由于温度上升的速度比压力慢这