某閃蒸罐上安全閥的計(jì)算和選型

唐芳珍

摘 要：安全閥是壓力容器重要的保護(hù)性裝置，廣泛應(yīng)用于受壓容器和管道系統(tǒng)上。本人按照API-520的計(jì)算公式，計(jì)算出某閃蒸罐上安全閥的最小泄放面積，往上圓整到API-520 的喉徑截面積和計(jì)算出管徑。根據(jù)閃蒸罐的工作溫度和工作壓力，最終正確選出安全閥的型號(hào)。

關(guān)鍵詞：安全閥；API-520；最小泄放面積；喉徑截面積

中圖分類號(hào)：TH134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

安全閥是受壓設(shè)備（如：容器、管道）上的超壓保護(hù)裝置。當(dāng)設(shè)備壓力升高達(dá)到預(yù)定值時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟泄壓，防止設(shè)備壓力繼續(xù)升高。當(dāng)壓力降低到規(guī)定值時(shí)，安全閥及時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，防止設(shè)備內(nèi)介質(zhì)大量流失。安全閥的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高超過(guò)規(guī)定值時(shí)，通過(guò)向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來(lái)防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過(guò)規(guī)定數(shù)值。安全閥屬于自動(dòng)閥類，主要用于鍋爐、壓力容器和管道上，控制壓力不超過(guò)規(guī)定值，對(duì)人身安全和設(shè)備運(yùn)行起重要保護(hù)作用。

在安全閥計(jì)算中，有采用API與ASME計(jì)算，兩者的區(qū)別是泄放系數(shù)Kd的取值不同。對(duì)于氣相排放，API 520 取Kd=0.975，ASME 選取的是具體安全閥的實(shí)測(cè)值 。本文采用API-520的計(jì)算公式對(duì)某閃蒸罐上的安全閥進(jìn)行計(jì)算和選型。

2 安全閥的分類和選型

安全閥按結(jié)構(gòu)形式分為彈簧式安全閥和杠桿式安全閥、脈沖式安全閥，其中彈簧式安全閥應(yīng)用最為普遍；按連接方式分為螺紋安全閥和法蘭安全閥。

安全閥的形式依據(jù)不用介質(zhì)選用不同的形式。排放氣體或蒸汽時(shí)，選用全啟式安全閥；排放液體時(shí)，選用全啟式或微啟式安全閥；排放水蒸汽或空氣時(shí)，可選用帶扳手的安全閥；對(duì)設(shè)定壓力大于3MPa，溫度超過(guò)235℃的氣體用安全閥，則選用帶散熱片的安全閥，以防止泄放介質(zhì)直接沖蝕彈簧等。

3 火災(zāi)工況下的泄放壓力

不同情況下被保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置安全閥的最大泄放壓力、最大設(shè)定壓力與被保護(hù)容器的設(shè)計(jì)壓力（或最大允許工作壓力）的比例不同。火災(zāi)用安全閥的最大泄放壓力為容器設(shè)計(jì)壓力（或最大允許工作壓力）的121%，非火災(zāi)用輔助安全閥的最大泄放壓力為容器設(shè)計(jì)壓力（或最大允許工作壓力）的116%。

4 安全閥選型程序

（1）計(jì)算確定安全閥的公稱直徑。安全閥的排放能力必須大于等于設(shè)備的安全泄放量。

（2）根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度確定安全閥的壓力等級(jí)和材質(zhì)。

5 安全閥的計(jì)算

某6bar閃蒸罐上設(shè)置一安全閥，閥前無(wú)爆破片，工況為火災(zāi)工況，泄放介質(zhì)為水蒸汽，泄放量為24000kg/h，設(shè)定壓力0.75MPa，泄放溫度為220℃，絕 熱 指 數(shù)k=1.324 ，安全閥出口去大氣。

方法一：

（1）臨界條件的判斷

所以，流體為臨界流動(dòng)。

臨界流體的判斷也可以根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。一般安全閥的背壓≤臨界流壓力時(shí)，流體為臨界流動(dòng)，否則為亞臨界流動(dòng)。查相關(guān)文獻(xiàn)可得，水蒸汽臨界壓力為22.13MPa，此處的背壓為大氣壓，依據(jù)此判斷流體為臨界流動(dòng)。

（2）蒸汽在臨界流動(dòng)條件下的最小泄放面積

方法二：

水蒸汽的最小泄放面積：

方法一和方法二計(jì)算出的最小泄放面積相差不大，兩者數(shù)值的差別主要在于壓縮因子取值引起的。所以水蒸汽安全閥的最小泄放面積采用方法二計(jì)算更簡(jiǎn)單。

根據(jù)計(jì)算出的最小泄放面積，往上圓整到API-526的喉徑截面積，本安全閥需要選擇喉徑截面積為7192mm2的Q型安全閥。根據(jù)安全閥形式的選擇原則：排放氣體或蒸汽時(shí)，選用全啟式安全閥，所以本安全閥選用全啟式。

全啟式安全閥喉徑與泄放面積之間的關(guān)系為：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，全啟式安全閥的喉徑d1與公稱直徑DN之比約為0.625，故該安全閥的進(jìn)口管徑為DN150。安全閥的泄放面積和喉徑的選擇也可以應(yīng)用API安全閥計(jì)算軟件進(jìn)行。

根據(jù)上述計(jì)算和介質(zhì)操作溫度和壓力，本安全閥選DN150xDN200的A42Y-16C型安全閥。

結(jié)語(yǔ)

安全閥是閥門家族比較特殊的一個(gè)分支，因?yàn)樗煌谄渌y門僅僅起到開(kāi)關(guān)的作用，更重要的是起到保護(hù)設(shè)備的安全。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，在帶有壓力操控的設(shè)備項(xiàng)目工程越來(lái)越多。所以要對(duì)安全閥進(jìn)行正確的計(jì)算和選型。

參考文獻(xiàn)

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