安全閥各種事故工況下泄放量的計算

• 安全閥各種事故工況下泄放量的計算
• 上海申弘閥門有限公司
• 閥門誤關閉
  • 出口閥門關閉，入口閥門未關閉時，泄放量為被關閉的管道大正常流量。    
  • 管道兩端的切斷閥關閉時，泄放量為被關閉液體的膨脹量。此類安全閥的入口一般不大于DN25。但對于大口徑、長距離管道和物料為液化氣的管道，液體膨脹量按式(1.1)計算。
  • 換熱器冷側進出口閥門關閉時，泄放量按正常工作輸入的熱量計算，計算公式見式(1.1)。
  • 充滿液體的容器，進出口閥門全部關閉時，泄放量按正常工作輸入的熱量計算。按式(1.1)計算液體膨脹工況的泄放量：

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

   式中:   

   V——體積泄放流量，m3／h；

   B——體積膨脹系數，l／℃；

   H——正常工作條件下大傳熱量，kJ／h；

   Gl——液相密度，kg／m3；

   CP--定壓比熱，kJ／(kg℃)。    

安全閥常見的故障以及消除方法
       安全閥故障的主要原因是設計、制造、選擇或使用不當造成的。這些故障如不及時消除，就會影響閥的功效和壽命，甚至不能起到安全保護作用。    

 常見的故障及消除方法如下：    

（1）泄漏。在設備正常工作壓力下，閥瓣與閥座密封面之間發生超過允許程度的滲漏。其原因有：閥瓣與閥座密封面之間有臟物?？墒褂锰嵘馐謱㈤y開啟幾次，把臟物沖去；密封面損傷。應根據損傷程度，采用研磨或車削后研磨的方法加以修復；閥桿彎曲、傾斜或杠桿與支點偏斜，使閥芯與閥瓣錯位。應重新裝配或更換；彈簧彈性降低或失去彈性。應采取更換彈簧、重新調整開啟壓力等措施。  

（2）到規定壓力時不開啟。造成這種情況的原因是定壓不準。應重新調整彈簧的壓縮量或重錘的位置；閥瓣與閥座粘住。應定期對安全閥作手動放氣或放水試驗；杠桿式安全閥的杠桿被卡住或重錘被移動。應重新調整重錘位置并使杠桿運動自如。    

（3）不到規定壓力開啟。主要是定壓不準；彈簧老化彈力下降。應適當旋緊調整螺桿或更換彈簧。    

（4）排氣后壓力繼續上升。這主要是因為選用的安全閥排量小平設備的安全泄放量，應重新選用合適的安全閥；閥桿中線不正或彈簧生銹，使閥瓣不能開到應有的高度，應重新裝配閥桿或更換彈簧；排氣管截有不夠，應采取符合安全排放面積的排氣管。    

（5）閥瓣頻跳或振動。 主要是由于彈簧剛度太大。應改用剛度適當的彈簧；調節圈調整不當，使回座壓力過高。應重新調整調節圈位置；排放管道阻力過大，造成過大的排放背壓。應減小排放管道阻力。    

（6）排放后閥瓣不回座。這主要是彈簧彎曲閥桿、閥瓣安裝位置不正或被卡住造成的。應重新裝配。



• 循環水故障
• 以循環水為冷媒的塔頂冷凝器，當循環水發生故障(斷水)時，塔頂設置的安全閥泄放量為正常工作工況下進入冷凝器的大蒸汽量。
• 以循環水為冷媒的其它換熱器，當循環水發生故障(斷水)時，應仔細分析影響的范圍，確定泄放量。
• 電力故障
• 停止供電時，用電機驅動的塔頂回流泵、塔側線回流泵將停止轉動，塔頂設置的安全閥的泄放量為該事故工況下進入塔頂冷凝器的蒸汽量。
• 塔頂冷凝器為不裝百葉的空冷器時，在停電情況下，塔頂設置的安全閥 的泄放量為正常工作工況下，進入冷凝器的大蒸汽量的15%。
• 停止供電時，要仔細分析停電的影響范圍，如泵、壓縮機、風機、閥門的驅動機構等，以確定足夠的泄放量。
• 不凝氣的積累    
• 若塔頂冷凝器中有較多無法排放的不凝氣，則塔頂設置的安全閥的泄放量與1.2規定相同。
• 其它積累不凝氣的場合，要分析其影響范圍，以確定泄放量。
• 控制閥故障
• 安裝在設備出口的控制閥，發生故障時若處于全閉位置，則所設安全閥的泄放量為流經此控制閥的大正常流量。
• 安裝在設備入口的控制閥，發生故障時若處于全開位置時：

   (1) 對于氣相管道，如果滿足低壓側的設計壓力小于高壓側的設計壓力的2／3，則安全閥的泄放量應按式(1.5)計算：    

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

   式中

   W——質量泄放流量，k8／h；

   CVl——控制閥的Cv值，

   CV2——控制閥小流量下的Cv值；

   Ph——高壓側工作壓力，MPa，

   Gg---氣相密度，kg／m3；

   T——泄放溫度，K。

   如果高壓側物料有可能向低壓側傳熱，則必須考慮傳熱的影響。

• 對于液相管道，安全閥的泄放量為控制閥大通過量與正常流量之差，并且要估計高壓側物料有無閃蒸。
• 過度熱量輸入

換熱器熱媒側的控制閥失靈全開、切斷閥誤開，設備的加熱夾套、加熱盤管的切斷閥誤開等工況下，以過度熱量的輸入而引起的氣體蒸發量或液體的膨脹量來計。

• 易揮發物料進入高溫系統
• 輕烴誤入熱油以及水誤入熱油等工況下，由于產生大量蒸汽，致使容器內的壓力迅速上升。
• 由于此事故工況下的泄放量無法確定而且壓力升高十分迅速，所以，安裝安全閥是不合適的，應設置爆破片。
• 這種工況的保護措施是確保避免發生此類事故。    
• 換熱器管破裂
• 如果換熱器低壓側的設計壓力小于高壓側的設計壓力的2／3時，則應作為事故工況考慮。
• 根據1.8.1的條件，安全閥的泄放量按式(1.8)計算出的結果和高壓側正常流量比較，取二者的較小值。
• 換熱器管破裂時的泄放量

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

   式中

   W——質量泄放流量，kg／h；

   d——管內徑，mm； 

   Gl——液相密度，kg／m3；

   ΔP——高壓側(管程)與低壓側(殼程)的壓差，MPa。

   本公式適用于高壓流體為液相。

• 化學反應失控
• 對于放熱的化學反應，如果溫度、壓力和流量等自動控制失靈／使化學反應失控，形成“飛溫”，這時產生大量的熱量，使物料急劇大量蒸發，形成超壓。這類事故工況，安裝安全閥無論在反應時間，還是在泄放速率方面均不能滿足要求，應設置爆破片。
• 如果所有者能提供準確的化學反應動力學關聯式，推算出事故工況下的泄放量，則可以在所有者和建設方的同意下設置安全閥。
• 外部火災
• 本規定適用于盛有液體的容器暴露在外部火災之中。
• 容器的濕潤面積(A)

容器內液面之下的面積統稱為濕潤面積。外部火焰傳入的熱量通過濕潤面積使容器內的物料氣化。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。不同型式設備的濕潤面積計算如下：

(1)臥立式容器：距地面7.5m或距能形成大面積火焰的平臺之上7.5m高度范圍內的容器外表面積與高正常液位以下的外表面積比較，取兩者中較小值。

   a.對于橢圓形封頭的設備全部外表面積為：

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

   Ae——外表面積，m2；

   Do——設備直徑，m；

   L——設備總長(包括封頭)，m。   

   b. 氣體壓縮機出口的緩沖罐一般多盛一半液體，濕潤表面為容器總表面積的50%。

   c. 分餾塔的濕潤表面為塔底正常高液位和7.5m高度內塔盤上液體部分的表面積之和。

(2) 球型容器：球型容器的濕潤面積，應取半球表面積或距地面7.5m高度下表面積二者中的較大值。

(3) 濕潤面積包括火災影響范圍內的管道外表面積。

• 容器外壁校正系數(F)

容器壁外的設施可以阻礙火焰熱量傳至容器，用容器外壁校正系數(F)反映其

 對傳熱的影響。

 (1) 根據勞動部頒發的《壓力容器安全技術監察規程》(1991年1月1日施行)

   中規定：

a．容器在地面上無保溫：F＝1.0

b. 容器在地面下用砂土覆蓋：F＝0.3

c. 容器頂部設有大于10l／(m2·min)水噴淋裝置：F=0.6

d．容器在地面上有完好保溫，見式(1.10—4)。

 (2) 根據美國石油學會標準API—520：

a．容器在地面上無保溫：F＝1.0

b．容器有水噴淋設施：F＝1.0    

c．容器在地面上有良好保溫時，按式(1.10—2)計算：                      (1.10—2)

式中:

       λ——保溫材料的導熱系數，kJ／(m·h·℃)；

       do——保溫材料厚度，m；

       t——泄放溫度，℃。

d．  容器在地面之下和有砂土覆蓋的地上容器，(F)值按式(1.10—2)計算，將其中的保溫材料的導熱系數和厚度換成土壤或砂土相應的數值。

另外，保冷材料一般不耐燒，因此，保冷容器的外壁校正系數(F)為1.0。



• 安全泄放量

   (1)根據勞動部頒發的《壓力容器安全技術監察規程》(1991年1月1日施行)中規定：

   a.無保溫層                          (1.10—3)

式中：W－泄放量，kg／h：

      Hl－泄放條件下的汽化熱，kJ／kg：

      A－潤濕面積，m2；

F－容器外壁校正系數，取1.10.3(1)中的取值

b.有保溫層

             (1.10—4)

式中：t－泄放溫度，℃：

λ－保溫材料的導熱系數；

d0－保溫材料的厚度，m。

 (2) 根據美國石油學會標準API－520中規定：對于有足夠的消防保護措施和

   有能及時排走地面上泄漏的物料措施時，容器的泄放量為：

                      (1.10—5)

   否則，采用式(1.10—6)計算：

                      (1.10—5)

   式中符號同式(1.10—3)，F取1.10.3(2)中的取值。

與本文相關的論文有：氣體減壓閥在艾美凱儀表應用