液化石油氣球罐安全閥設(shè)計(jì)

張 強(qiáng)

(山東新華醫(yī)藥化工設(shè)計(jì)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(tài)，經(jīng)過(guò)壓縮或者冷卻后為液態(tài)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(dá)到1.36 MPa，需要儲(chǔ)存在壓力容器中。安全閥是保證儲(chǔ)罐穩(wěn)定運(yùn)行的安全措施之一，因此，在液化石油氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)中，所配置的安全閥需要滿足儲(chǔ)罐事故狀態(tài)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(chǔ)罐安全閥的選型與計(jì)算。本文中球罐儲(chǔ)存介質(zhì)為異丁烷，無(wú)絕熱保溫層，球罐設(shè)置噴淋設(shè)施，具體參數(shù)如表1所示。

表1 球罐參數(shù)

1 安全閥型式

本文的球罐在火災(zāi)事故工況下所需安全閥的泄放量最大，且當(dāng)排放介質(zhì)為氣體或蒸汽時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用全啟式安全閥。

2 安全閥的工藝計(jì)算

2.1 整定壓力Ps

安全閥的整定壓力不應(yīng)低于儲(chǔ)罐正常工作壓力(表壓)的1.1倍，且不大于容器的設(shè)計(jì)壓力[1]。當(dāng)球罐內(nèi)壓力達(dá)到定壓值時(shí)，安全閥閥瓣升起，介質(zhì)連續(xù)排放。結(jié)合儲(chǔ)罐的參數(shù)，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(xiǎn)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(dá)到最大泄放能力時(shí)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(jì)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(jì)算[4]

火災(zāi)工況安全閥泄放量公式見(jiàn)式(2)。

(2)

表2 球罐受熱面積

將數(shù)據(jù)帶入公式，求得Ws=49 750 kg/h

2.6 安全閥泄放面積及喉徑計(jì)算[1]

根據(jù)《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，安全閥噴嘴截面積計(jì)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(shù)，與安全閥結(jié)構(gòu)有關(guān)，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(jìn)口處的介質(zhì)溫度，K；Z為氣體在Pm時(shí)的壓縮系數(shù)；C為氣體特性系數(shù)，僅與氣體的絕熱系數(shù)有關(guān)(C值查表可得)，C=232；Kb為背壓校正系數(shù)，對(duì)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(jié)構(gòu)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(jù)資料查得，異丁烷的臨界溫度為T(mén)c=407.15 K，臨界壓力Pc=3.749 MPa(A)

對(duì)比溫度Tr=340/407.15=0.835；對(duì)比壓力Pr=1.02/3.749=0.272

由對(duì)比溫度、對(duì)比壓力查圖得，氣體壓縮系數(shù)Z=0.68，安全閥喉徑計(jì)算公式見(jiàn)式(4)。

(4)

將以上數(shù)據(jù)代入公式，求得安全閥噴嘴面積見(jiàn)表3。

表3 安全閥噴嘴面積及喉徑

依據(jù)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(jié)語(yǔ)

安全閥是液化氣儲(chǔ)罐必不可少的安全附件,當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力達(dá)到安全閥的設(shè)定值時(shí)，安全閥起跳排出容器內(nèi)的介質(zhì)，及時(shí)降低壓力，確保儲(chǔ)罐的安全。因此，一定要重視安全閥的設(shè)計(jì)、選用。