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                               容器安全泄放閥泄放量的計算

                                  上海申弘閥門有限公司

之前介紹電動閘閥工作原理，現(xiàn)在介紹容器安全泄放閥泄放量的計算安全閥計算實例
容器安全泄放閥泄放量的計算我們在壓力容器設計和定期檢驗中均要求對安全閥的安全排放能力進行選型或校驗計算。基于以往資料不齊全,往往以大代小,造成不必要的浪費。現(xiàn)擬以GB150附錄B-B5.1 b)為依據(jù)，用不同介質(zhì)、壓力、溫度對安全閥的安全排放量進行選型計算。HG／T 20570.2-95、安全閥，附圖16.0.6，左邊對比壓力<1的時候怎么看呢？比如 對比壓力=0.3，對比溫度=0.6，壓縮因子取多少呢？

另外，安全閥計算時，絕熱指數(shù)k應該是泄放壓力、泄放溫度下的k值吧，可查到的應該只有標準狀況下的k值，是不是兩者差別不大？
例1：有一空氣儲罐,DN1000㎜，容積V=5m3zui高工作壓力為0.8MPa，工作溫度為30℃進口管為φ57X3.5,確定安全閥尺寸.
解1)確定氣體的狀態(tài)條件壓力容器設計中氣體安全閥的選用計算 計算閥壓力容器設計氣體安全閥
     設Po—安全閥出口側(cè)壓力（絕壓）0.103MPa（近似為0.1MPa）
     則Pd—安全閥泄放壓力（絕壓）為
Pd=1.1Ps+0.1 =1.1×1.1Pw＋0.1=1.068MPa（GB150附錄B4.2.1）
          當安全閥出口側(cè)為大氣時: Po/Pd=0.103/1.068=0.0936
          而（2/(k+1)）k/(k-1) =（2/(1.4+1)）1.4/(1.4-1)=0.53
         ∴ Po/Pd＜（2/(k+1)）k/(k-1) 是屬于臨界狀態(tài)條件, 安全閥排放面積A按（B5）計算
A≥ mm   （B5）

式中: C氣體特性系數(shù),查表B1或C=520√k（2/(k+1)(k+1)/(k-1)）
K—安全閥額定泄放系數(shù),K=0.9倍的泄放系數(shù)(泄放系數(shù)由制造廠提供,一般為0.75);或按《容規(guī)》附件五第二節(jié)有關(guān)規(guī)定中選取.
計算的zui小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時通過的zui小截面積。對于全啟式安 全閥為喉徑截面積，對于微啟式安全閥為環(huán)隙面積。
根據(jù)勞動部頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程))(1991年1月1 13施行)中規(guī)定：

(1) 對于氣體、蒸汽在臨界條件下的zui小泄放面積為                  (2.2—1)
式中:
   a——zui小泄放面積，mm2； 
   W——質(zhì)量泄放流量，kg／h，
   X——氣體特性系數(shù)；
   P——泄放壓力，MPa
   Z——氣體壓縮因子，
   T——泄放溫度，K；
   M——分子量。
流量系數(shù)(C0)由制造廠提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時，對于全啟式安全閥C0= 0.6～0.7；對于帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥:C0= 0.4～0.5；對于不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥：C0= 0.25～0.35。

(2) 根據(jù)計算的zui小泄放面積(a)，計算安全閥喉徑(d1)或閥座口徑(D)
   a．對于全啟式安全閥                              (2.2—2)
   b. 對于平面密封型微啟式安全閥                            (2.2—3)
   c． 對于錐面密封型微啟式安全閥               (2.2—4)
 式中:
   d——安全閥喉徑，mm
   h——安全閥開啟高度，mm
   D——安全閥的閥座口徑，mm
   —密封面的半錐角，度。    
根據(jù)美國石油學會標準API—520中的規(guī)定如下：
臨界條件的判斷
如果背壓滿足式(2.3—1)，則為臨界流動，否則為亞臨界流動。                   (2.3—1)
式中:
Pb——背壓，MPa
Pcf——臨界流動壓力，MPa
P——泄放壓力，MPa
K——絕熱指數(shù)。
氣體或蒸氣在臨界流動條件下的zui小泄放面積                     (2.3—2)   
                     
   式中
   a——zui小泄放面積，mm2；
   W——質(zhì)量泄放流量，kg／h；，
   Co--流量系數(shù)；
   X——氣體特性系數(shù)；
   P——泄放壓力，MPa
   Kb一背壓修正系數(shù)；
   T——泄放溫度，K；
   Z——氣體壓縮因子；
   M——分子量。
   流量系數(shù)(Co)由制造廠提供，若沒有制造廠的數(shù)據(jù)，則取Co＝0.975。
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥先導式安全閥是一種安全保護用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當設備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高,pvc氣動球閥，超過規(guī)定值時自動開啟,GA42H-25(16C/40)，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止管道或設備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值。安全閥屬于自動閥類，主要用于鍋爐、壓力容器和管道上，控制壓力不超過規(guī)定值，對人身安全和設備運行起重要保護作用。 按安全閥閥瓣開啟高度可分為微啟式安全閥和全啟式安全閥，微啟式安全閥的開啟行程高度為：≤0.05d0(zui小排放喉部口徑)；全啟式安全閥開啟高度為≤0.25d0(zui小排放喉部口徑)。 

先導式安全閥按結(jié)構(gòu)形式來分，要分為垂錘式、杠桿式、彈簧式和先導式(脈沖式)；按閥體構(gòu)造來分，可分為封閉式和不封閉式兩種。封閉式安全閥即排除的介質(zhì)不外泄，全部沿著出口排泄到地點，一般用在有毒和腐蝕性介質(zhì)中。對于空氣和蒸汽用安全閥，多采用不封閉式安全閥。對于安全閥產(chǎn)品的選用，應按實際密封壓力來確定。對于彈簧式安全閥，在一種公稱壓力(PN)范圍內(nèi)，具有幾種工作壓力級的彈簧，訂貨時除注明安全閥型號、名稱、介質(zhì)和溫度外，尚應注明閥體密封壓力，否則按zui大密封壓力供貨。 

安全閥的安裝和維護應注意以下事項： 

各種安全閥都應垂直安裝。 

安全閥出口處應無阻力，避免產(chǎn)生受壓現(xiàn)象。 

安全閥在安裝前應專門測試，并檢查其官密封性。 

對使用中的安全閥應作定期檢查。 

安全閥安裝應符合下列要求： 

（l）額定蒸發(fā)量大于0.5t/h的鍋爐，至少裝設兩個安全閥：額定蒸發(fā)量小于或等于0.5t/h的鍋爐，至少裝一個安全閥。可分 

式省煤器出口處、蒸汽過熱器出口處都必須裝設安全閥。 

（2）安全閥應垂直安裝在鍋商、集箱的zui高位置。在安全閥和鍋筒或集箱之間，不得裝有取用蒸汽的出口管和閥門。 

（3）先導式安全閥要有防止重錘自行移動的裝置和限制杠桿越軌的導架，彈簧式安全閥要有提升手把和防止隨便擰動調(diào)整螺釘?shù)难b置。 

（4）對于額定蒸汽壓力小于或等于3.82MPa的鍋爐，安全閥喉徑不應小于25mm：對于額定蒸汽壓力大于3.82MPa的鍋爐，安全閥喉徑不應小于20mm。 

（5）安全閥與鍋爐的連接管，其截面積應不小于安全閥的進口截面積。如果幾個安全閥共同裝設在一根與鍋筒直接相連的短管上，短管的通路截面積應不步于所有安全閥排汽面積的1.25倍。 

（6）安全閥一般應裝設排汽管，排汽管應直通安全地點，并有足夠的截面積，保證排汽暢通。安全閥排氣管底部應裝腔 作勢有接到安全地點的疏水管，在排氣管和疏水管上都不允許裝設閥門。 

國內(nèi)安全閥主要廠家比較及連接尺寸的選擇 

國內(nèi)生產(chǎn)安全閥的廠家比較多，連接尺寸也大多不統(tǒng)一。主要分以下幾個大類： 

（1）以JB／T2203－1999《彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)長度》為主的通用類。目前國內(nèi)大多數(shù)安全閥生產(chǎn)廠家均按本標準設計生產(chǎn)。。但本標準也不盡，規(guī)格不全，微啟式安全閥zui大公稱通徑為 D NI 00，全啟式安全閥zui大公稱通徑DN200，中間缺少DN65、DN125兩個規(guī)格。根據(jù)該廠所生產(chǎn)的安全閥規(guī)格及掌握的資料來看，目前微啟式安全閥公稱通徑zui大達到DN250，全啟式安全閥公稱通徑達到DN400。經(jīng)本人考證，各廠家連接尺寸也不盡統(tǒng)一，如 DN150全啟式安全閥，用戶在選用及安裝時同一規(guī)格能夠互換，建議合肥通用機械研究所對JB／T2203－1999《彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)長度》進行修訂。建議設計院及用戶按標準選用，安全閥生產(chǎn)廠家按標準設計制造。

（2）以API526 《鋼制法蘭連接安全泄放閥》（Flanged Steel Safety Relief Valve）為主的美標體系。國內(nèi)進口化工設備等所配的安全閥連接尺寸一般按照本標準，如圖5所示。本標準公稱通通徑為DN25~ DN200（ l”~ 8”），公稱壓力為 2~ 42MPa，喉徑從D－T（9．5~146mm）。本標準比較科學規(guī)范，對壓力、材料、溫度、喉徑等統(tǒng)籌考慮。依照喉徑確定規(guī)格，同一喉徑可以有好幾個規(guī)格，相反同一規(guī)格可能有好幾個喉徑可以選擇。如 DN100~DN150（4”~6”）喉徑有L、M、N、P四種可以選擇。隨著貿(mào)易及進口設備國產(chǎn)化的不斷推進，該標準將在國內(nèi)得到很大推廣。目前該標準還沒有轉(zhuǎn)化為國標。

（3）以在上影響比較大的安德森?格林伍德公司（Anderson Greenwood＆Co．）為依據(jù)的活塞式導閥操作安全泄壓閥（Pilot Operated Pressure Relief Valves）系列。國內(nèi)一般稱之為先導式安全閥，如圖6所示，先導式安全閥由主閥和導閥組成，導閥操作主閥的開啟和關(guān)閉。這種閥門排量大；不受背壓的影響；可以在非常接近開啟壓力下進行不泄漏操作；啟閉壓差小等優(yōu)點。一般適用于天然氣管道等。目前國內(nèi)還沒有先導式安全閥標準及連接尺寸標準。并且這種類型的閥門剛剛開發(fā)，還沒有廣泛推廣。據(jù)我廠的經(jīng)驗及所掌握的資料來看，國內(nèi)大多數(shù)廠家按照該公司的數(shù)據(jù)設計制造，如浙江羅浮鍋爐附件廠、航天十一研究所等,A41Y-25P(16/40)。建議合肥通用機械研究所盡早起草并發(fā)布先導式安全閥標準。

（4）以中國航天工業(yè)總公司第十一研究所設計研制的安全閥自成一個體系。航天十一所研制的HT系列安全閥品種多，有HTO普通安全閥（如圖1所示）、HTB平衡波紋管式安全閥、HTR泄流閥、HTN特殊安全閥、HTGS高性能蒸汽安全閥。HTXY液體泄壓閥、HTXD先導式安全閥等，且性能良好。但是除HTXD系列先導式安全閥與安德森?格林伍德公司連接尺寸相同外，其余與美標、國標均不相同。這一點請選用時務必注意。

（5）以蘭州煉油廠設計研制開發(fā)的A型、TA型封閉全開啟彈簧式安全閥自成一個體系。該系列口徑DN25~DN150 （1”~6’），公稱壓力l．6~4.0MPa，喉徑D~R（9．5－115mm）。該體系連接尺寸與美標及國標均不相同，為蘭煉。 （6）為鍋爐、電站設備、減溫減壓裝置配套的沖量式安全閥系列（如圖8所示）。如哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠、武漢鍋爐廠、青島電站輔機廠等配套的安全閥。此類系列閥門結(jié)構(gòu)及連接尺寸各廠家一般不相同，可能有部分相同,煤氣氣動球閥。選用時一定要注意閥門喉徑及連接尺寸的區(qū)別。

2)容器安全泄放量的計算:
盛裝壓縮氣體或水蒸汽的容器安全泄放量,按下列規(guī)定來確定
a.對壓縮機貯罐或水蒸汽的容器,分別取壓縮機和水蒸汽發(fā)生器的zui大產(chǎn)氣量;
b.氣體儲罐等的安全泄放量按(B1)式計算
Ws=2.83×10-3ρυd2 ㎏/h     (B1)
式中 ρ為排放壓力下的氣體密度.
ρ=M（分子量）×Pw’(排放壓力)×273/(22.4×(273+t))
空氣M=28.95
排放壓力Pw’=10.68㎏/㎝2
代入上式得  ρ=28.95×10.68×273/22.4×303=12.44㎏/m3
υ—容器在工作壓力下的進口管的氣體流速m/s;查表2得υ=10～15m/s與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：加長桿蝶閥安裝注意事項