压力容器安全泄放量的计算及汽化潜热的估算

山东豪迈化工技术1压力容器安全泄放量的计算及汽化潜热的估算厉晓英，山东豪迈化工技术有限公司引言固定式压力容器安全技术检查规程[1]规定，装设安全阀、爆破片的压力容器，设计文件包括压力容器安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积的计算书。因此，在压力容器设计中，经常用到安全泄放量的计算，其计算的准确性关系到所选用的安全附件是否能满足压力容器安全泄放量的要求。压力容器的安全泄放量是指压力容器出现超压时为保证其压力不再升高而在单位时间内必须泄放的气体量。超压泄放装置的泄放设计能力应大于压力容器的安全泄放量。其中，《GB150-2011压力容器》[2]第一部分附录B、《HG/T20570.2-95工安全阀的设置和选用》[3]、及API520都规定了压力容器安全泄放量的计算过程。由于HG/T20570.2-95中的计算方法引自《固定式压力容器安全技术检查规程》和API520，且《固定式压力容器安全技术检查规程》2009版中规定，安全阀和爆破片的排放能力和安全泄放量按照GB150的有关规定进行计算。因此本文将重点对GB150及HG/T20570.2-95中引自API的内容进行介绍，主要包括压力容器安全泄放量计算的要点、GB150与HG/T20570.2-95中API520规定的区别及汽化潜热的估算方法。1.安全泄放量计算的要点GB150中分四种情况计算压力容器的安全泄放量，分别是盛装压缩气体或水蒸气的容器、换热设备、盛装液化气体的容器、因化学反应使气体体积增大的容器。（1）对于气体储罐来说，安全泄放量的计算公式为，其中，v为进口管内气体的流速，单位为m/s，一般按照以下要求选取：一般气体：10～15m/s；饱和蒸汽：20～30m/s；过热蒸汽：30～60m/s。（2）对于盛装液化气体的容器，分为两种情况来讨论。第一种情况为：介质为易爆液化气体或位于有可能发生火灾环境下工作的非易爆液化气体的容器。第二种情况为：介质为非易爆液化气体的容器，置于无火灾危险的环境下工作。对于第一种情况，分为有无绝热保温层两种情况讨论，其中，无绝热保温层时，安全泄放量的计算用到容器外壁修正系数F这一参数。对于完善绝热材料保温层的理解，在文献[4]中，完善绝热材料保温层应达到下面两点要求：①隔热层应能承受暴露温度为904℃且长达2h的情况；②安装好的装置应该确保防火隔热层在经受了消防的高压水流，如来自手提消防带或监测孔的液流冲击后，仍不致脱落。常用绝热材料如泡沫石棉的极限使用温度只有500℃，岩棉的极限使用温度也只有650℃，对这些不能满足上述要求的保温材料，在计算容器的安全泄放量时所选容器外壁修正系数应取1.0[5]。（3）对于容器受热面积，GB150中分为四种情况来分布计算，这里要注意的是，该公式计算的受热面积不包括附属设备，对于有附属设备的容器，需要将附属设备部分的受热面积也计算其中[5]。山东豪迈化工技术2（4）对于气体绝热系数的取值，GB150中可查表B.6得到，然后按照公式计算气体特性系数。对于部分气体绝热系数数据缺乏时，气体特性系数取315[3]。（5）对于安全阀的泄放系数K，一般按下面要求选取[3]：全启式安全阀：K=0.6～0.7;带调节圈的微启安全阀：K=0.4～0.5；不带调节圈的微启式安全阀：K=0.25～0.35。（6）对于安全阀的喉径（）和阀座口径（D）的计算，按照下面公式计算[3]：全启式安全阀：；平面密封型微启式安全阀：；锥面密封型微启式安全阀：。2.GB150-2011与HG/T20570.2-95中API520的区别（1）HG/T20570.2-95中分为10种事故工况对安全泄放量进行了计算，分别为：阀门误关闭、循环水故障、电力故障、不凝气的积累、控制阀故障、过度热量输入、换热器管破裂、化学反应失控、外部火灾。而GB150-2011对于安全泄放量的计算，未按事故工况对安全泄放量的计算进行区分。（2）GB150中，介质为易爆液化气体或位于有可能发生火灾环境下工作的非易爆液化气体的容器，分为有、无绝热保温层计算其安全泄放量。而API520中根据是否有足够的消防防护措施和是否有能及时排走地面上泄漏的物料措施两种情况来计算容器的泄放量。两标准中对于安全泄放量的分类标准不同，且公式不同，（3）对于润湿面积A的计算，GB150中定义为容器受热面积，给出的计算公式中，半球形封头的卧式容器和椭圆形封头的卧式容器对应的A即为该容器的受热面积；立式容器最高液位下的侧壁面积即为该容器的受热面积，距地面7.5m以下外表面积的比较只限于球形容器。API520中A定义为容器的润湿面积，为容器内液面以下的面积的统称，并包括火灾影响范围内的管道外表面积。除球形容器计算与GB150一致外，标准中指出卧立式容器润湿面积的计算为：距地面7.5m或距能形成大面积火焰的平台之上7.5m高度范围内的容器外表面积与最高正常液位以下的外表面积比较，取两者中较小值。即对于卧立式容器API520润湿面积只考虑7.5m以下承装液位的面积[6]。（4）对于容器外壁校正系数F的取值，GB150与API520的规定也有所差异，具体可见表1。由表1可知，除地面上无保温时，其他情况F值均有差异。表1GB150与API520中的F取值比较GB150API520地面上无保温F=1.0F=1.0设有水喷淋措施F=1.0地面下沙土覆盖F=0.3由于GB150与API520存在一定差异，因此，在计算安全泄放量和泄放面积时，应采用同一规范，不能混合使用。山东豪迈化工技术33.汽化潜热的估算汽化潜热是计算压力容器安全泄放量的一个重要的热力学参数，它是某个饱和温度下单位质量的饱和介质定压汽化成饱和蒸汽所需的热量，用q表示。汽化过程的压力越高，汽化潜热的数值就越小。在临界压力下，汽化潜热的值为0。介质在定压汽化的过程中，其能力的转化关系可表示为[7]：式中——饱和液体的焓值；——饱和蒸汽的焓值。大部分介质的汽化潜热可以从相关的热力学手册中查到，但对于某些物质来说可能难以查到，或只能查到常态（常压）沸点下的汽化潜热，而实际计算中却要用到某一饱和温度下的汽化潜热。因此，如果遇到这种情况，可用下面公式进行计算[7]：(1)Clapeyron方程与压缩因子法(2)Chen方法(3)Riedel方法(4)Pitzer关联法(5)Watson关联估算法其中q——常压沸点下介质的汽化潜热，j/mol——介质的临界温度，K——介质的临界压力，MPaω——Ptizer偏心因子R——气体常数，取——常压下沸点的对比温度，——对比温度时的汽化潜热，J/mol——对比温度时的汽化潜热，J/mol——饱和蒸汽与饱和液体在常压沸点下的压缩因子差值，，其值可参考文献[7]。4结论本文主要介绍了压力容器安全泄放量计算的要点、GB150与HG/T20570.2-95中API520规定的区别及汽化潜热的估算方法，设计人员在进行计算时，要把握计算要点，确保安全泄放量计算的准确性。山东豪迈化工技术4参考文献[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术检查规程[M].北京：新华出版社，2009:10.[2]GB150-2011，钢制压力容器[S].[3]HG/T20570.2-95，安全阀的设置和选用[S].[4]SY/T10043-2002，泄压和减压系统指南[S].[5]王运波，柏海燕，党战伟，压力容器安全阀安全泄放量计算[J].石油化工设备，2008(5):35-36.[6]白秋云，国标与API标准中安全泄放量计算的比较[J].山东化工，2013(42):80-82.[7]刘少波，刘党卫，汽化潜热的估算[J].化工装备技术，1999(20):25-27.