液化石油氣球罐安全閥設計

張 強

(山東新華醫藥化工設計有限公司，山東 淄博 255000)

液化石油氣(LPG)是指在常溫常壓下為氣態，經過壓縮或者冷卻后為液態的C3、C4及其混合物。液化石油氣易燃易爆，在常溫下的飽和蒸汽壓可以達到1.36 MPa，需要儲存在壓力容器中。安全閥是保證儲罐穩定運行的安全措施之一，因此，在液化石油氣儲罐設計中，所配置的安全閥需要滿足儲罐事故狀態下最大釋放量的要求。

本文以容積為1 000 m3的高純異丁烷球罐為例，介紹了液化石油氣儲罐安全閥的選型與計算。本文中球罐儲存介質為異丁烷，無絕熱保溫層，球罐設置噴淋設施，具體參數如表1所示。

表1 球罐參數

1 安全閥型式

本文的球罐在火災事故工況下所需安全閥的泄放量最大，且當排放介質為氣體或蒸汽時，應當選用全啟式安全閥。

2 安全閥的工藝計算

2.1 整定壓力Ps

安全閥的整定壓力不應低于儲罐正常工作壓力(表壓)的1.1倍，且不大于容器的設計壓力[1]。當球罐內壓力達到定壓值時，安全閥閥瓣升起，介質連續排放。結合儲罐的參數，本文安全閥整定壓力Ps=0.85 MPa。

2.2 積聚壓力Pa

安全閥的泄放壓力與其定壓之間有一定差值，此壓力即為積聚壓力。著火有爆炸危險容器上的安全閥壓力Pa=0.2Ps[1]。

2.3 泄放壓力Pd

泄放壓力為安全閥達到最大泄放能力時的壓力，一般可按式(1)確定。

Pd=Ps+Pa

(1)

Pd=0.85×1.2=1.02 MPa

2.4 泄放壓力下的溫度和汽化潛熱

采用軟件計算，異丁烷在上述泄放壓力下的飽和溫度T1=340 K，汽化潛熱q=273 kJ/kg。

2.5 安全閥泄放量計算[4]

火災工況安全閥泄放量公式見式(2)。

(2)

表2 球罐受熱面積

將數據帶入公式，求得Ws=49 750 kg/h

2.6 安全閥泄放面積及喉徑計算[1]

根據《石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊》，安全閥噴嘴截面積計算公式如式(3)。

(3)

式中：A0為噴嘴面積，cm2；GV為氣體最大泄放量，kg/h；KF為流量系數，與安全閥結構有關，全啟式KF=0.6～0.7,本文取0.65；Pm為最高泄放壓力，MPa(A)；T1為進口處的介質溫度，K；Z為氣體在Pm時的壓縮系數；C為氣體特性系數，僅與氣體的絕熱系數有關(C值查表可得)，C=232；Kb為背壓校正系數，對于普通型安全閥，隨著背壓的增大，安全閥的理論泄放量將隨之減少。而普通結構安全閥的背壓值一般要求小于0.1倍的安全閥的定壓，在此條件下，Kb值可取為1。

根據資料查得，異丁烷的臨界溫度為Tc=407.15 K，臨界壓力Pc=3.749 MPa(A)

對比溫度Tr=340/407.15=0.835；對比壓力Pr=1.02/3.749=0.272

由對比溫度、對比壓力查圖得，氣體壓縮系數Z=0.68，安全閥喉徑計算公式見式(4)。

(4)

將以上數據代入公式，求得安全閥噴嘴面積見表3。

表3 安全閥噴嘴面積及喉徑

依據喉徑尺寸查資料[2]可知，本文的球罐可選用DN150的彈簧封閉全啟式安全閥。

3 結語

安全閥是液化氣儲罐必不可少的安全附件,當儲罐內的壓力達到安全閥的設定值時，安全閥起跳排出容器內的介質，及時降低壓力，確保儲罐的安全。因此，一定要重視安全閥的設計、選用。