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(guān)閉
  • 出口閥門關(guān)閉，入口閥門未關(guān)閉時，泄放量為被關(guān)閉的管道大正常流量。    
  • 管道兩端的切斷閥關(guān)閉時，泄放量為被關(guān)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(cè)進(jìn)出口閥門關(guān)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(jìn)出口閥門全部關(guān)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(shù)，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(shè)計、制造、選擇或使用不當(dāng)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(hù)作用。    

 常見的故障及消除方法如下：    

（1）泄漏。在設(shè)備正常工作壓力下，閥瓣與閥座密封面之間發(fā)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。可使用提升扳手將閥開啟幾次，把臟物沖去；密封面損傷。應(yīng)根據(jù)損傷程度，采用研磨或車削后研磨的方法加以修復(fù)；閥桿彎曲、傾斜或杠桿與支點偏斜，使閥芯與閥瓣錯位。應(yīng)重新裝配或更換；彈簧彈性降低或失去彈性。應(yīng)采取更換彈簧、重新調(diào)整開啟壓力等措施。  

（2）到規(guī)定壓力時不開啟。造成這種情況的原因是定壓不準(zhǔn)。應(yīng)重新調(diào)整彈簧的壓縮量或重錘的位置；閥瓣與閥座粘住。應(yīng)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(yīng)重新調(diào)整重錘位置并使杠桿運動自如。    

（3）不到規(guī)定壓力開啟。主要是定壓不準(zhǔn)；彈簧老化彈力下降。應(yīng)適當(dāng)旋緊調(diào)整螺桿或更換彈簧。    

（4）排氣后壓力繼續(xù)上升。這主要是因為選用的安全閥排量小平設(shè)備的安全泄放量，應(yīng)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(yīng)有的高度，應(yīng)重新裝配閥桿或更換彈簧；排氣管截有不夠，應(yīng)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(yīng)改用剛度適當(dāng)?shù)膹椈桑徽{(diào)節(jié)圈調(diào)整不當(dāng)，使回座壓力過高。應(yīng)重新調(diào)整調(diào)節(jié)圈位置；排放管道阻力過大，造成過大的排放背壓。應(yīng)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(yīng)重新裝配。



• 循環(huán)水故障
• 以循環(huán)水為冷媒的塔頂冷凝器，當(dāng)循環(huán)水發(fā)生故障(斷水)時，塔頂設(shè)置的安全閥泄放量為正常工作工況下進(jìn)入冷凝器的大蒸汽量。
• 以循環(huán)水為冷媒的其它換熱器，當(dāng)循環(huán)水發(fā)生故障(斷水)時，應(yīng)仔細(xì)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(qū)動的塔頂回流泵、塔側(cè)線回流泵將停止轉(zhuǎn)動，塔頂設(shè)置的安全閥的泄放量為該事故工況下進(jìn)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(shè)置的安全閥 的泄放量為正常工作工況下，進(jìn)入冷凝器的大蒸汽量的15%。
• 停止供電時，要仔細(xì)分析停電的影響范圍，如泵、壓縮機、風(fēng)機、閥門的驅(qū)動機構(gòu)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(shè)置的安全閥的泄放量與1.2規(guī)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(shè)備出口的控制閥，發(fā)生故障時若處于全閉位置，則所設(shè)安全閥的泄放量為流經(jīng)此控制閥的大正常流量。
• 安裝在設(shè)備入口的控制閥，發(fā)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(cè)的設(shè)計壓力小于高壓側(cè)的設(shè)計壓力的2／3，則安全閥的泄放量應(yīng)按式(1.5)計算：    

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

   式中

   W——質(zhì)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(cè)工作壓力，MPa，

   Gg---氣相密度，kg／m3；

   T——泄放溫度，K。

   如果高壓側(cè)物料有可能向低壓側(cè)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(cè)物料有無閃蒸。
• 過度熱量輸入

換熱器熱媒側(cè)的控制閥失靈全開、切斷閥誤開，設(shè)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(fā)量或液體的膨脹量來計。

• 易揮發(fā)物料進(jìn)入高溫系統(tǒng)
• 輕烴誤入熱油以及水誤入熱油等工況下，由于產(chǎn)生大量蒸汽，致使容器內(nèi)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(yīng)設(shè)置爆破片。
• 這種工況的保護(hù)措施是確保避免發(fā)生此類事故。    
• 換熱器管破裂
• 如果換熱器低壓側(cè)的設(shè)計壓力小于高壓側(cè)的設(shè)計壓力的2／3時，則應(yīng)作為事故工況考慮。
• 根據(jù)1.8.1的條件，安全閥的泄放量按式(1.8)計算出的結(jié)果和高壓側(cè)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(zhì)量泄放流量，kg／h；

   d——管內(nèi)徑，mm； 

   Gl——液相密度，kg／m3；

   ΔP——高壓側(cè)(管程)與低壓側(cè)(殼程)的壓差，MPa。

   本公式適用于高壓流體為液相。

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

容器內(nèi)液面之下的面積統(tǒng)稱為濕潤面積。外部火焰?zhèn)魅氲臒崃客ㄟ^濕潤面積使容器內(nèi)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(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)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(diào)節(jié)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(shè)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(nèi)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(shè)備全部外表面積為：

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

   Ae——外表面積，m2；

   Do——設(shè)備直徑，m；

   L——設(shè)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(nèi)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(yīng)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(zāi)影響范圍內(nèi)的管道外表面積。

• 容器外壁校正系數(shù)(F)

容器壁外的設(shè)施可以阻礙火焰熱量傳至容器，用容器外壁校正系數(shù)(F)反映其

 對傳熱的影響。

 (1) 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日施行)

   中規(guī)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(shè)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(jù)美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API—520：

a．容器在地面上無保溫：F＝1.0

b．容器有水噴淋設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)，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(dǎo)熱系數(shù)和厚度換成土壤或砂土相應(yīng)的數(shù)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(shù)(F)為1.0。



• 安全泄放量

   (1)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日施行)中規(guī)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(shù)，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(dǎo)熱系數(shù)；

d0－保溫材料的厚度，m。

 (2) 根據(jù)美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API－520中規(guī)定：對于有足夠的消防保護(hù)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(xiàn)取1.10.3(2)中的取值。

與本文相關(guān)的論文有：氣體減壓閥在艾美凱儀表應(yīng)用