API521安全阀计算规定(2)

算泄放条件下的所有流量，也要考虑控制阀操作工粗心引起的关闭。5.7.5特殊泄放量的考虑

虽然控制阀，例如：隔膜阀的规格和尺寸只考虑正常操作工况，但在非正常工况下，例如安全阀泄放时，这些控制阀也能操作。阀的设计和操作位置应符合非正常工况下的控制信号，由于泄压条件下的泄放量与正常工况下的泄放量是不同的，因此在计算控制阀的能力时要根据泄放工况的温度和压力来确定泄放量。极端情况是流体的状态是变化的（例如，从液体到气体，或从气体到液体），例如选择处理液体与处理气体的全开调节阀的区别很大，在失去液位的地方气化，使高压气体通过控制阀到只按正常进入的液体气化计算管径的系统。

5.8 非正常工艺热量进入

泄放量是泄放条件下气体产生的最大流量（包括来自过热产生的不凝性气体），少于正常的凝液量或气体量。在每种工况，设计者应考虑系统潜在的工况和它的每一个组成。

5.9内部爆炸（不包括爆燃）

气体和空气混合物引起内部爆炸时，超压保护应该采用爆破片而

不采用安全阀，因为内部燃烧扩散引起的快速升压如采用安全阀保护容器就太慢了。泄放面积取决于以下因素：

a.初始条件（温度、压力、组成）。

b.明确的燃烧扩散气相或气体的物性。

c.容器的体积

d泄放装置的起跳压力

e.发生爆炸事故时的最大压力

5.10化学反应

根据DIERS （Design Institute of Emergency Relief Systems 方

法，确定化学反应的紧急事故泄放气管径。

具体方法如下：

a.定义化学反应非正常工况的设计基础

b.通过实验测试计算非正常工况的系统特性

c.通过两相流计算公式计算管径

化学反应失控通常与下列因素有关：

a.外部火灾

b.失去混合

c.失去冷却

d.试剂装载错误

5.11 电力故障

确定发生电力故障时的泄放量，要仔细研究电力故障对哪些设备有影响，这些故障是如何影响装置生产的。

5.12 液体膨胀

5.12.1原因

液体膨胀是指温度升高引起体积增加，通常有以下几个原因；

a.充满冷液的管道或容器被切断时，因为蒸汽伴热、盘管、环境

热量或火灾获得热量。

b.换热器冷侧切断，冷侧的液体被热侧加热。

c.充满常温液体的管道或容器被切断，管道或容器里的液体被辐射热加

热。

60°F烃类和水膨胀系数

5.12.2 管径和设定压力

泄放量不是很容易确定的，因为每种实际情况液体泄放量是很小的，所以要定合理的，而不是安全系数过大的安全阀。通常采用3/4”x1”的安全阀。如果有理由相信这一尺寸不够，应采用 3.14.3的

方法。

选择合适的设定压力应该研究系统关闭时所有的设计流率，设定的热膨胀压力决不能大于被保护系统的最大压力。如果只有液体膨胀一种工况，安全阀的设定压力要设得较高；如果安全阀出口进入一个封闭系统，应考虑背压的影响。

5.12.3 特殊工况

地面上的不保温大管径长管道和大型容器或充满液体的换热器上安装安全阀时，通常大于3/4” X 1”在常温或低于常温的长管道两端的进出口阀门关闭时，阳光辐射引起的温度升高可通过计算得到，如果总热量传递速率和液体的热膨胀系数知道，就可计算泄放量。计算液体膨胀泄放量公式如下：

W = BH/Cp

W :质量泄放流量，kg/h

B :体积膨胀系数，1/C

H :正常工作条件下最大传热量，kj/h

Cp :定压比热，kj/kg °C

5.13 外部火灾

5.13.1 外部火灾对湿润表面容器的影响…液体气化

容器内液面之下的面积统称为湿润面积。

发生火灾时，外部火灾传入的热量通过湿润面积使容器内的物料气化，湿润面积只考虑容器小于等于7?5m以下的湿润面积，通常7?5m 以上部分不考虑。湿润面积包括火灾影响范围内的管道外表面积。

a.对于充满液体的容器，湿润面积为7.5米高度内的表面积。

b.对于缓冲罐、分离罐和工艺容器，湿润表面为正常液面不高

于7.5米下的表面。

c.精馏塔的湿润表面为塔底正常高度和7.5米高度内塔盘上液

体部分的表面积之和。

d.贮罐的湿润面积为7.5米高度内的表面积。

e.球形容器的湿润面积为半球表面积或距地面7.5米高度内表

面积中的较大者。

5.13.2容器外壁纠正系数（F）

容器壁外的设施可以阻碍火焰热量传至容器，用容器外壁纠正系数（F）反映其对传热的影响。

根据劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》（佃91年1月1 日施行）中规定：

a.容器在地面上无保温：F= 1.0

b.容器在地面下用砂土覆盖：F= 0.3

C.容器顶部设有大于10l/（m2x min）水喷淋装置：F = 0.6

d.容器在地面上有良好保温时，按式（2）计算

根据美国石油学会标准API—520:

a.容器在地面上无保温：F= 1.0

b.容器有水喷淋设施：F = 1.0

c.容器在地面上有良好保温时：按式（1）计算：

F=4?2 x 10-6入/do（904?4-t）（1）

式中：入：保温材料的导热系数，kj/（m x h xC ）

do：保温材料厚度，m

t :泄放温度，C

d.容器在地面之下和有砂土覆盖的地上容器，按式（3）计算，将其中的保温材料的导热系数和厚度换成土壤或砂土相应的数值。

另外，保冷材料不耐烧，因此，保冷容器的外壁纠正系数（F）为1.0O

5.13.3安全泄放量

5.13.3.1根据劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》（佃91年1 月1日施行）中规定：

a.无保温层

W = 2.55X 105FA0.82/H L（2）

W :质量泄放量，kg/h

A :总湿润面积，m2

H L：泄放条件下气化热，kj/kg

F :容器外壁纠正系数，取F=1.0

b.有保温层

W = 2.61 x (650-t) x 入x A0.82/(H L X do) (3)

W :质量泄放流量，kg/h

A:总湿润面积，m2

H L :泄放条件下气化热，kj/kg

入：保温材料的导热系数，kj/(m X h xC )

do：保温材料厚度，m

t :泄放温度，C

5.13.3.2 根据根据美国石油学会标准API—520中规定：对于有足够的消防保护

措施和有能及时排走地面上泄漏的物料措施时，容器的泄放量为：

W = 1.555X 105FA0.82/H L(4)

否则，采用式(5)计算

W = 2.55X 105FA0.82/H L(5)

式中符号同式(2)。

5.13.4外部火灾对无湿润表面容器的影响…气体膨胀

无湿润表面容器是指容器内是蒸汽、气体或超临界流体，以及在正常条件下是气、液两相，但在泄放条件下，变成全气相。

无湿润表面容器在外部火灾情况下，容器将在短时间内由于金属材料的软化而发生破坏。设置安全阀不能保护这类容器不受破坏，因此要安装消防设施和排放系统使容器远离易燃的物料。

计算公式如下：

W = 8.764X (MPd0.5X A“ X (Tw-T) 1.25/「1.1506

W :质量泄放流量，kg/h

M :分子量

P i :泄放压力，MPaA

A i :距地面7.5m以下的容器外表面面积，m2

T W :金属壁温，K，对于碳钢为866K

T i :气体温度，K

T i=P i/Pn x Tn

Pn :气体正常操作压力，MPaA

Tn :气体正常操作温度，K

5.14换热器管破裂

5.14?1泄压装置安装的必要性

根据ASME规范，换热器和类似的容器应该安装安全阀，以保护换热器在内部发生故障时，避免超压。具体体现以下四个问题：

a.预计内部故障的形式和范围

b.泄放量的确定

c.选择快速起跳的安全阀以避免超压

d.选择合适的安装位置以便及时检测到超压

换热器管破裂，大量高压侧流体流入换热器低压侧，会引发事故，极小的泄漏会引起换热器超压。标准的水压试验是设备设计压力的1.5倍，所以换热器低压侧的设计压力应不小于高压侧设计压力的2/3,如果实际的低压侧试验压力低于1.5倍的设计压力，低压侧就应确定是否需要设安全阀。低压侧的设计压力大于等于2/3高压

侧设计

压力，低压侧就不需要设安全阀。对于新设计的换热器，可提高低压侧的设计压力以减少风险。

如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2/3时，

则应作为事故工况考虑，在低压侧设置安全阀。

5.14.2泄放量的确定

5.14.2.1高压侧流体为液相的泄放量

W=72000CtAt(2g(P H- P L)P )°.5

W :质量泄放流量，kg/h

Ct :流动系数，省却值=1.0

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