安全泄放理论知识课件.ppt

安全泄放理论知识,理论知识解决的问题,1.哪些装置是安全泄压装置?它们的优缺点是哪些?2.安全泄放系统在工程中的作用是什么?3.安装安全泄放系统后可以达到那些效果?满足哪些要求?,4.哪些设备需要安装安全泄放系统?5.怎么选取压力泄放系统(气相,液相泄放量以及两相流的泄放量和泄放面积的计算),1.安全泄压装置,1.1安全阀安全阀属于一种阀型安全泄压装置,仅用于排放容器或系统内高出设定压力的部分介质,在压力降至正常值后能自动复位,容器或系统仍可以继续运行.优点:能自动开闭,可以调节,不致中断生产缺点:密封性较差,会有微量泄漏,有滞后现象,不能适应要求快速泄压的场合,不适合粘稠物料,1.2爆破片装置爆破片装置主要由爆破片与夹持器组成,爆破片(防爆膜)是其爆破元件,夹持器起固定爆破片的作用.该装置在容器超压后,爆破片首先破裂,迅速排出器内介质而达到泄压的目的.优点:密封性好,反应迅速,灵敏度高,泄放量大,能适应黏性大,毒性大,腐蚀性强的介质.特别是因异常化学反应导致压力瞬间将急剧升高或达到燃爆的场合.缺点:不可逆装置,不能回复原来的状态,造成操作中断.,1.3安全阀和爆破片装置的组合形式在某些特殊的场合,将两者组合起来使用,可以充分发挥它们各自的有点.这种组合分为串联和并联两种形式.串联:在弹簧式安全阀入口(密封和腐蚀性要求高以及粘污介质,爆破片对安全阀起保护作用,安全阀也可使容器暂时继续运行)或者出口(用于容器内压力有脉动的场合,安全阀对爆破片起稳压和爆破片防止安全阀泄漏的作用)处装设爆破片.并联:在容器上同时安装弹簧式安全阀和爆破片.这种组合形式,是将安全阀视为一级泄放装置,当因物理原因超压时,由安全阀排放;而爆破片为二级泄放装置,当因化学反应原因急剧超压时,由爆破片和安全阀共同排放.,2.超压泄放装置的作用,当容器或系统在正常工作压力下运行时，该装置不起作用，但一旦器内介质压力超过其设定的安全压力时，它将自动开启，迅速泄出器内部分或全部介质，器内压力不再持续攀升，达到保护容器的目的。,3.需要压力泄放系统的原因,保护个人免受来着超压设备的危险在压力紊乱期使化学物质的损失尽量少防止对设备造成伤害防止对邻近财产造成损害减少保险费用符合政府法规要求,4.泄放设备的位置,4.1在整个工艺过程中,需要安装泄放设备的装置标准有(1)所有过程容器都需要泄压设备,包括反应器,贮罐,塔设备和桶.(2)暴露于热(如太阳)或冷冻环境下的装有冷的液体管线的密封部件.(3)正压置换泵,压缩机和涡轮机的排放一侧,需要泄压设备.,(4)贮存容器需要压力或真空泄压设备,保护密闭容器免于吸入和抽出,或避免由凝结导致的真空的产生.(5)容器的蒸汽护套通常根据低压蒸汽进行分级.泄压设备安装在护套中,防止由于操作者失误或调节器失效,导致过高的蒸汽压力.4.2安全阀在设备上的安装标准(1)直接相连,垂直安装(2)保持通畅,稳固可靠(3)防止腐蚀,安全排放,该聚合过程的主要步骤包括:1.将100lb的引发剂充装入反应器R-1;2.加热至反应温度240C;3.加入单体,历时3h;4.使用阀V-15,通过真空的方法将剩余的单体移除.由于反应是放热的,在单体加入期间需要用冷却水冷却.,5.泄放设备的相关计算,5.1容器安全泄放量的计算5.1.1盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄放量.a)对压缩机贮气罐和蒸汽罐等容器的安全泄放量,分别取该压缩机和蒸汽发生器的最大产气(汽量).b)气体贮罐等的安全泄放量,按下式计算:,5.2换热设备等产生蒸汽时,安全泄放量按下式计算:5.3盛装液化气体的容器安全泄放量5.3.1介质为易燃液化气体或位于有可能发生火灾的环境下工作的非易燃液化气体:a)无绝热保温层时,安全泄放量按下式计:b)有完善的绝热保温层时,安全泄放量按下式计算:,2019/12/15,13,可编辑,5.3.2介质为非易燃液化气体的容器,置于无火灾危险的环境下工作时,安全泄放量可根据有无保温层,分别前两个公式计算，取不低于计算值的0.3倍.5.4因化学反应使气体体积增大的容器,其安全泄放量应根据容器内化学反应可能生成的最大气量及反应时间来确定.注:以上计算公式及相关规定均取自GB150钢制压力容器.,5.5两相流紧急泄放计算对于气液两相流和闪蒸液体,无论国内还是国外,目前还没有一部规范或标准对其泄放计算作出相应规定。与纯气相泄放相比,尽管两相流泄放时的质量流量会大为增加,但体积泄放量却可能降低,因而由泄放产生的降压速率可能会减小。对于闪蒸液体,由于泄放时液体闪蒸形成的气相对液相的泄放存在一种阻塞作用,与非闪蒸液体的纯液体相比,泄放量会大为降低。,5.5.1两相流对泄放量影响无论是化学超压还是物理超压,造成超压的最终原因是在设备内形成了能量或(和)物料的快速积累。所谓紧急泄放,就是在设备上设置一个紧急泄放口,当设备内压力超过规定值时,这个泄放口就会自动敞开,将设备内多余的能量或(和)物料及时地泄放出去,从而将设备内的压力限制在允许范围内。紧急泄放设计准则为:其中u=G/p,为泄放速率,m/s,两相流对泄放面积A的影响,见图它表示了氨在115Mpa下,泄放口单位面积泄放量G,泄放介质密度p以及泄放速率u随气相体积分率的变化情况。随着的增加,G和p均减小,而u增加,因而A减小。例如纯气相,即=1时的泄放速率约比=0.3时的大10倍。也就是说=0.3时两相流泄放所需的泄放面积,应比纯气相泄放时所需泄放面积大10倍。,5.5.2传统均相泄放模型所谓均匀泄放模型,是指泄放流动时,气液两相处于完全分散状态,该两相混合系统能作为均匀单相可压缩流体来处理。也就是说,气液两相的泄放流动过程,是一个两相间温度和速度完全相同的等熵流动过程。对闪蒸系统,说明气液两相始终处于热力学平衡状态。对于非闪蒸系统(即气相和液相间不存在传质),这将意味着两相间的传热完全充分,任何时刻都不存在温度差。泄放介质通过泄放口的流动可看成是理想喷管中的等熵流动,其能量平衡方程可表示为,式中,h为比焓,J/kg。将式积分得:,式中的下标0表示设备内参数处于滞流状态(下同),无下标时表示泄放口处参数。由于,故式可写成,式中,x为两相混合物中气相质量分率,kg/kg;下标f表示气相参数,fg表示气相与液相差值。泄放口处的气相质量比率可沿等熵线求得:,式中,S为熵,kJ/K,式中,v为质量体积,m/kg。注意到:,根据上述公式,可以求得泄放口处单位面积质量流量G。当第一个公式中的G取得最大值Gmax时,即为临界单位面积质量流量Gc:,上述计算方法除了比较繁琐外,实际应用中的最大困难是需要大量热力学数据,而这些数据是很难直接查到的。用传统均相泄放模型对饱和水蒸气系统进行泄放计算,其结果与美国ASME锅炉压力容器规范给出的泄放量曲线吻合很好。,5.5.3实用均相泄放模型,LeungJC等人在传统的均相泄放模型的基础上,发展了一种实用两相流泄放模型,其核心是提出了均相泄放的状态方程,式中,p为压力,Pa;w为压缩特性因子。,对于理想喷管等熵流动,能量平衡方程可写成,将上式带入到下式中,可以得到,再将均相状态方程带入上式,积分得到,当ppc时,泄放口处于亚临界流动,此时泄放口单位面积的泄放量由上式求得.,当达到临界流动时,式中的G达到其最大值Gmax。对式求G的极值,可得出临界流动时临界压力pc的关系式:,将上面两个公示合并,即可得出Gmax(亦即Gc):,当泄放口处的压力(或称背压)ppc时,泄放口处于临界流动,此时泄放口单位面积的泄放量由上式确定.,采用传统均相泄放模型,可以对闪蒸和非闪蒸系统进行两相流泄放计算,其所得结果一般能够满足工程设计精度要求,但是计算需要大量的热力学数据,使其在实际应用中受到很大地限制。而实用均相泄放模型是在传统均相泄放模型的基础上,引入两相流状态方程,发展而成的一种比较新的两