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容器安全泄放閥泄放量的計(jì)算
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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(jì)算安全閥計(jì)算實(shí)例
容器安全泄放閥泄放量的計(jì)算我們在壓力容器設(shè)計(jì)和定期檢驗(yàn)中均要求對安全閥的安全排放能力進(jìn)行選型或校驗(yàn)計(jì)算。基于以往資料不齊全,往往以大代小,造成不必要的浪費(fèi)。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(jìn)行選型計(jì)算。HG／T 20570.2-95、安全閥，附圖16.0.6，左邊對比壓力<1的時(shí)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？
序號 | 產(chǎn)品名稱 | 通徑 寸 | 壓力 MPA | 材質(zhì) | 單位 | 單價(jià) 元 | 數(shù)量 |
1 | 氣體安全閥 | 進(jìn)口1寸 出口2寸 | 進(jìn)口600LB 出口150LB | 閥體WCB鑄鋼 閥芯304不銹鋼+STE 彈簧50CrVA | 臺 |
| 1 |
備注 | 整定壓力4.75MPA,整定排放壓力=1.1整定壓力=5.225MPA,排放0.02MPA | ||||||
另外，安全閥計(jì)算時(shí)，絕熱指數(shù)k應(yīng)該是泄放壓力、泄放溫度下的k值吧，可查到的應(yīng)該只有標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shè)計(jì)中氣體安全閥的選用計(jì)算 計(jì)算閥壓力容器設(shè)計(jì)氣體安全閥
設(shè)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(dāng)安全閥出口側(cè)為大氣時(shí): 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(jì)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(jì)算的zui小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時(shí)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(shí)，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(jì)算的zui小泄放面積(a)，計(jì)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(xué)會標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)式安全閥是一種安全保護(hù)用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)設(shè)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(shí)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(shè)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(shè)備運(yùn)行起重要保護(hù)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(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)，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(yīng)按實(shí)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(shí)除注明安全閥型號、名稱、介質(zhì)和溫度外，尚應(yīng)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(hù)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
各種安全閥都應(yīng)垂直安裝。
安全閥出口處應(yīng)無阻力，避免產(chǎn)生受壓現(xiàn)象。
安全閥在安裝前應(yīng)專門測試，并檢查其官密封性。
對使用中的安全閥應(yīng)作定期檢查。
安全閥安裝應(yīng)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(shè)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?？煞?nbsp;
式省煤器出口處、蒸汽過熱器出口處都必須裝設(shè)安全閥。
（2）安全閥應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)小于20mm。
（5）安全閥與鍋爐的連接管，其截面積應(yīng)不小于安全閥的進(jìn)口截面積。如果幾個安全閥共同裝設(shè)在一根與鍋筒直接相連的短管上，短管的通路截面積應(yīng)不步于所有安全閥排汽面積的1.25倍。
（6）安全閥一般應(yīng)裝設(shè)排汽管，排汽管應(yīng)直通安全地點(diǎn)，并有足夠的截面積，保證排汽暢通。安全閥排氣管底部應(yīng)裝腔 作勢有接到安全地點(diǎn)的疏水管，在排氣管和疏水管上都不允許裝設(shè)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)。。但本標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到DN250，全啟式安全閥公稱通徑達(dá)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(shí)同一規(guī)格能夠互換，建議合肥通用機(jī)械研究所對JB／T2203－1999《彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)長度》進(jìn)行修訂。建議設(shè)計(jì)院及用戶按標(biāo)準(zhǔn)選用，安全閥生產(chǎn)廠家按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(biāo)體系。國內(nèi)進(jìn)口化工設(shè)備等所配的安全閥連接尺寸一般按照本標(biāo)準(zhǔn)，如圖5所示。本標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)比較科學(xué)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(jìn)口設(shè)備國產(chǎn)化的不斷推進(jìn)，該標(biāo)準(zhǔn)將在國內(nèi)得到很大推廣。目前該標(biāo)準(zhǔn)還沒有轉(zhuǎn)化為國標(biāo)。
（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(dǎo)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(dǎo)式安全閥，如圖6所示，先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥組成，導(dǎo)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(jìn)行不泄漏操作；啟閉壓差小等優(yōu)點(diǎn)。一般適用于天然氣管道等。目前國內(nèi)還沒有先導(dǎo)式安全閥標(biāo)準(zhǔn)及連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)。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(yàn)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(shè)計(jì)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(jī)械研究所盡早起草并發(fā)布先導(dǎo)式安全閥標(biāo)準(zhǔn)。
（4）以中國航天工業(yè)總公司第十一研究所設(shè)計(jì)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(dǎo)式安全閥等，且性能良好。但是除HTXD系列先導(dǎo)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(biāo)、國標(biāo)均不相同。這一點(diǎn)請選用時(shí)務(wù)必注意。
（5）以蘭州煉油廠設(shè)計(jì)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(biāo)及國標(biāo)均不相同，為蘭煉。 （6）為鍋爐、電站設(shè)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(jī)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(shí)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(jì)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(jī)貯罐或水蒸汽的容器,分別取壓縮機(jī)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(jì)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(jìn)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(xiàng)
