安全阀各种事故工况下泄放量的计算

• 安全阀各种事故工况下泄放量的计算
• 上海申弘阀门有限公司
• 阀门误关闭
  • 出口阀门关闭，入口阀门未关闭时，泄放量为被关闭的管道大正常流量。    
  • 管道两端的切断阀关闭时，泄放量为被关闭液体的膨胀量。此类安全阀的入口一般不大于DN25。但对于大口径、长距离管道和物料为液化气的管道，液体膨胀量按式(1.1)计算。
  • 换热器冷侧进出口阀门关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算，计算公式见式(1.1)。
  • 充满液体的容器，进出口阀门全部关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算。按式(1.1)计算液体膨胀工况的泄放量：

   V=B·H／(Gl·Cp)                                      (1.1)

   式中:   

   V——体积泄放流量，m3／h；

   B——体积膨胀系数，l／℃；

   H——正常工作条件下大传热量，kJ／h；

   Gl——液相密度，kg／m3；

   CP--定压比热，kJ／(kg℃)。    

安全阀常见的故障以及消除方法
       安全阀故障的主要原因是设计、制造、选择或使用不当造成的。这些故障如不及时消除，就会影响阀的功效和寿命，甚至不能起到安全保护作用。    

 常见的故障及消除方法如下：    

（1）泄漏。在设备正常工作压力下，阀瓣与阀座密封面之间发生超过允许程度的渗漏。其原因有：阀瓣与阀座密封面之间有脏物。可使用提升扳手将阀开启几次，把脏物冲去；密封面损伤。应根据损伤程度，采用研磨或车削后研磨的方法加以修复；阀杆弯曲、倾斜或杠杆与支点偏斜，使阀芯与阀瓣错位。应重新装配或更换；弹簧弹性降低或失去弹性。应采取更换弹簧、重新调整开启压力等措施。  

（2）到规定压力时不开启。造成这种情况的原因是定压不准。应重新调整弹簧的压缩量或重锤的位置；阀瓣与阀座粘住。应定期对安全阀作手动放气或放水试验；杠杆式安全阀的杠杆被卡住或重锤被移动。应重新调整重锤位置并使杠杆运动自如。    

（3）不到规定压力开启。主要是定压不准；弹簧老化弹力下降。应适当旋紧调整螺杆或更换弹簧。    

（4）排气后压力继续上升。这主要是因为选用的安全阀排量小平设备的安全泄放量，应重新选用合适的安全阀；阀杆中线不正或弹簧生锈，使阀瓣不能开到应有的高度，应重新装配阀杆或更换弹簧；排气管截有不够，应采取符合安全排放面积的排气管。    

（5）阀瓣频跳或振动。 主要是由于弹簧刚度太大。应改用刚度适当的弹簧；调节圈调整不当，使回座压力过高。应重新调整调节圈位置；排放管道阻力过大，造成过大的排放背压。应减小排放管道阻力。    

（6）排放后阀瓣不回座。这主要是弹簧弯曲阀杆、阀瓣安装位置不正或被卡住造成的。应重新装配。



• 循环水故障
• 以循环水为冷媒的塔顶冷凝器，当循环水发生故障(断水)时，塔顶设置的安全阀泄放量为正常工作工况下进入冷凝器的大蒸汽量。
• 以循环水为冷媒的其它换热器，当循环水发生故障(断水)时，应仔细分析影响的范围，确定泄放量。
• 电力故障
• 停止供电时，用电机驱动的塔顶回流泵、塔侧线回流泵将停止转动，塔顶设置的安全阀的泄放量为该事故工况下进入塔顶冷凝器的蒸汽量。
• 塔顶冷凝器为不装百叶的空冷器时，在停电情况下，塔顶设置的安全阀 的泄放量为正常工作工况下，进入冷凝器的大蒸汽量的15%。
• 停止供电时，要仔细分析停电的影响范围，如泵、压缩机、风机、阀门的驱动机构等，以确定足够的泄放量。
• 不凝气的积累    
• 若塔顶冷凝器中有较多无法排放的不凝气，则塔顶设置的安全阀的泄放量与1.2规定相同。
• 其它积累不凝气的场合，要分析其影响范围，以确定泄放量。
• 控制阀故障
• 安装在设备出口的控制阀，发生故障时若处于全闭位置，则所设安全阀的泄放量为流经此控制阀的大正常流量。
• 安装在设备入口的控制阀，发生故障时若处于全开位置时：

   (1) 对于气相管道，如果满足低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2／3，则安全阀的泄放量应按式(1.5)计算：    

   W=3171.3(CVl—CV2)Ph(Gg／T)1/2                 (1.5)

   式中

   W——质量泄放流量，k8／h；

   CVl——控制阀的Cv值，

   CV2——控制阀小流量下的Cv值；

   Ph——高压侧工作压力，MPa，

   Gg---气相密度，kg／m3；

   T——泄放温度，K。

   如果高压侧物料有可能向低压侧传热，则必须考虑传热的影响。

• 对于液相管道，安全阀的泄放量为控制阀大通过量与正常流量之差，并且要估计高压侧物料有无闪蒸。
• 过度热量输入

换热器热媒侧的控制阀失灵全开、切断阀误开，设备的加热夹套、加热盘管的切断阀误开等工况下，以过度热量的输入而引起的气体蒸发量或液体的膨胀量来计。

• 易挥发物料进入高温系统
• 轻烃误入热油以及水误入热油等工况下，由于产生大量蒸汽，致使容器内的压力迅速上升。
• 由于此事故工况下的泄放量无法确定而且压力升高十分迅速，所以，安装安全阀是不合适的，应设置爆破片。
• 这种工况的保护措施是确保避免发生此类事故。    
• 换热器管破裂
• 如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2／3时，则应作为事故工况考虑。
• 根据1.8.1的条件，安全阀的泄放量按式(1.8)计算出的结果和高压侧正常流量比较，取二者的较小值。
• 换热器管破裂时的泄放量

   W=5.6·d2·(Gl×ΔP)1/2                                (1.8)

   式中

   W——质量泄放流量，kg／h；

   d——管内径，mm； 

   Gl——液相密度，kg／m3；

   ΔP——高压侧(管程)与低压侧(壳程)的压差，MPa。

   本公式适用于高压流体为液相。

• 化学反应失控
• 对于放热的化学反应，如果温度、压力和流量等自动控制失灵／使化学反应失控，形成“飞温”，这时产生大量的热量，使物料急剧大量蒸发，形成超压。这类事故工况，安装安全阀无论在反应时间，还是在泄放速率方面均不能满足要求，应设置爆破片。
• 如果所有者能提供准确的化学反应动力学关联式，推算出事故工况下的泄放量，则可以在所有者和建设方的同意下设置安全阀。
• 外部火灾
• 本规定适用于盛有液体的容器暴露在外部火灾之中。
• 容器的湿润面积(A)

容器内液面之下的面积统称为湿润面积。外部火焰传入的热量通过湿润面积使容器内的物料气化。上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,波纹管减压阀,活塞式减压阀,蒸汽减压阀,先导式减压阀,空气减压阀,氮气减压阀,水用减压阀,自力式减压阀,比例减压阀)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。不同型式设备的湿润面积计算如下：

(1)卧立式容器：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高正常液位以下的外表面积比较，取两者中较小值。

   a.对于椭圆形封头的设备全部外表面积为：

   Ae=πD0(L+0.3D0)                             (1.10—1)

   Ae——外表面积，m2；

   Do——设备直径，m；

   L——设备总长(包括封头)，m。   

   b. 气体压缩机出口的缓冲罐一般多盛一半液体，湿润表面为容器总表面积的50%。

   c. 分馏塔的湿润表面为塔底正常高液位和7.5m高度内塔盘上液体部分的表面积之和。

(2) 球型容器：球型容器的湿润面积，应取半球表面积或距地面7.5m高度下表面积二者中的较大值。

(3) 湿润面积包括火灾影响范围内的管道外表面积。

• 容器外壁校正系数(F)

容器壁外的设施可以阻碍火焰热量传至容器，用容器外壁校正系数(F)反映其

 对传热的影响。

 (1) 根据劳动部颁发的《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．容器在地面上有完好保温，见式(1.10—4)。

 (2) 根据美国石油学会标准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(1.10—2)计算：                      (1.10—2)

式中:

       λ——保温材料的导热系数，kJ／(m·h·℃)；

       do——保温材料厚度，m；

       t——泄放温度，℃。

d．  容器在地面之下和有砂土覆盖的地上容器，(F)值按式(1.10—2)计算，将其中的保温材料的导热系数和厚度换成土壤或砂土相应的数值。

另外，保冷材料一般不耐烧，因此，保冷容器的外壁校正系数(F)为1.0。



• 安全泄放量

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

   a.无保温层                          (1.10—3)

式中：W－泄放量，kg／h：

      Hl－泄放条件下的汽化热，kJ／kg：

      A－润湿面积，m2；

F－容器外壁校正系数，取1.10.3(1)中的取值

b.有保温层

             (1.10—4)

式中：t－泄放温度，℃：

λ－保温材料的导热系数；

d0－保温材料的厚度，m。

 (2) 根据美国石油学会标准API－520中规定：对于有足够的消防保护措施和

   有能及时排走地面上泄漏的物料措施时，容器的泄放量为：

                      (1.10—5)

   否则，采用式(1.10—6)计算：

                      (1.10—5)

   式中符号同式(1.10—3)，F取1.10.3(2)中的取值。

与本文相关的论文有：气体减压阀在艾美凯仪表应用