10立方安全泄放量的计算.docx

安全泄放量计算 （VT10-16） （按GB/T18442.6-2011 附录A）0. 容器基本参数（数据）0.1 容器尺寸数据内容器内直径 Di=1890mm内容器筒体壁厚 t1= 10mm内容器外直径 D0=1910mm内容器封头壁厚 t2= 12mm内容器筒体长度 h1=3000mm内容器壳体外表面积 S1=* D0* h1=18m2内容器封头外表面积 S2=4.14m2内容器壳体外表面积 S3=2*S2+S1=26.28m2外容器内直径 D1=2300mm外容器筒体壁厚 t3=8mm外容器外直径 D2=2316mm外容器筒体长度 h3=3860mm外容器筒体内表面积 S4=*D1*h3=27.89m2外容器封头内表面积 S5=5.53m2外容器壳体内表面积 S6=2*S5+S4=38.95m2容器内液位高度 h4=3955mm0.2. 容器所用绝热材料数据绝热层材料导热系数（正常工况下） iv=0.00102 W/m*k绝热材料的导热系数（火灾环境） if=0.0295 W/m*k绝热层厚度 ti=10mm绝热层内外表面积的算术平均值 Aim=(S3+S6)/2=32.62m20.3. 容器设计参数内容器设计压力 P =1.6MPa内容器设计温度 T1=77K安全阀整定压力 P1=1.6MPa安全阀泄放压力控制在 Pd=1.86MPa爆破片泄放压力控制在 Pb=1.956MPa0.4. 安全阀参数安全阀型号 DAH-15A1进出口尺寸 进口：M30*1.5外螺纹，出口：G3/4内螺纹阀座处直径 d1=15mm排放面积 A1=176.71mm2工厂泄放系数 f1=0.18额定泄放系数 f2=0.9*f1=0.162安全阀出口侧压力 P0=0.1MPa0.5. 爆破片参数爆破片型号 YC8-1.86-22进出口尺寸 1/2NPT阀座处直径 d2=15mm额定泄放系数 f3=0.62排放面积 A2=176.71mm20.6. 气体特性参数0.6.1 氮气特性（查工业气体手册） 临界压力 P2=3.394MPa 临界温度 T2=126.05K 摩尔质量 M=28.01g/mol 绝热指数（标准状况） K=1.4014 气体常数 C=356 正常工况 泄放温度 Td=115K 压缩系数 Z1=0.651 气化潜热 q=116.718KJ/kg 火灾环境 泄放温度 Td=115K 压缩系数 Z2=0.625 汽化潜热 q=116.718 KJ/kg1 从热壁（外壳）传入冷壁（内容器）的总热流量的计算1.1 非火灾情况1.1.1 绝热系统（夹套和绝热材料）完好且处于正常的真空状态下，外部环境温度50，内容器为泄放压力（1.86MPa）下储存介质的饱和温度（115K）,此时从热壁传入冷壁的热流量的计算：a. 在正常的真空状态下,通过绝热材料传入的热流量计算： Hiv=Uiv*Aim*（Ta-Td） = 0.102*32.62*（323-115） = 691.99W (1) 在正常真空状态下, 夹层绝热材料总的传热系数： Uiv=iv/ti= 0.102（W/m2*k） 式中：在正常真空状态下，绝热材料在温度Ta与Td之间的平均热导率：iv=0.00102 （W/m*K）(查低温绝热与贮运技术) (2)非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度：Ta=323K (3)对应于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度：Td=115Kb. 通过内容器的吊带构件传入的热流量：Hst=Nst*st*Ast*(Ta-Td)/Lst=8*12.3*0.00064*(323-115)/0.8=16.37W式中：（1） 内容器吊带或其它金属支撑构件数量，Nst=8（2） 内容器吊带材料（S30408）在温度Ta与Td之间平均导热率： st=12.3（W/m*K）（查低温绝热与贮运技术）内容器吊带或其它金属支撑构件材料的长度，L=0.8m内容器吊带或其它金属支撑构件材料的宽度，w=0.08m内容器吊带或其它金属支撑构件材料的厚度，t=0.008m内容器吊带构件材料（S30408）的横截面积，A=0.00064m2 (3) 非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度：Ta=323K （4） 对应于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度：Td=115Kc. 通过真空夹层的管道传入的热流量的计算：Htube=i=1n(t*Atubexi*Ta-TdLi+gas*Atubexi *Ta-TdLi) =0.2618+0.7567+0.1719+0.06617+0.19358+0.0858+0.7944+0.25699+ 0.077639+0.17581+0.1724=3.0132W顶充管 Htube1=23+0.0201*0.000289027*323-1155.286=0.2618W底充管 Htube2=23+0.0201*0.000289027*323-1151.829=0.7567W蒸汽返回管 Htube3=23+0.0201*0.000201062*323-1155.602=0.1719W 气相仪表管 Htube4=23+0.0201*0.0000754*323-1155.456=0.06617W 液相仪表管 Htube5=23+0.0201*0.0000754*323-1151.865=0.19358W 溢流管 Htube6=23+0.0201*0.000100531*323-1155.609=0.0858W 辅助提液管 Htube7=23+0.0201*0.000289027*323-1151.742=0.7944W 安全管 Htube8=23+0.0201*0.000289027*323-1155.385=0.25699W 节能管 Htube9=23+0.0201*0.000100531*323-1156.2=0.077639W 虹吸提液管 Htube10=23+0.0201*0.000201062*323-1155.476=0.17581W 虹吸提液管 Htube11=23+0.0201*0.000201062*323-1155.584=0.1724W式中：（1） 通过真空夹层的管道材料在温度Ta与Td之间平均热导率：t =(a+c)/2=(35.4+10.6)/2=23W式中： 真空夹层的管道材料（06Cr19Ni10）在热端的导热率： a=35.4（W/m*k）（查低温绝热与贮运技术）真空夹层的管道材料（06Cr19Ni10）在冷端饱和温度下（深冷介质在泄放压力1.86MPa）的热导率； c=10.6（W/m*k）（查低温绝热与贮运技术） (2) 穿过真空夹层的内容器第i管的横截面积 34*2管横截面积Atube1 =0.000201062m2 48*2管横截面积Atube2 =0.000289027m2 18*2管横截面积Atube3 =0.000100531m2 14*2管横截面积Atube4 =0.0000754m2 (3) 第i根管在真空夹层中的长度 顶充管 L1=5.286m 底充管 L2=1.829m 蒸汽返回管 L3=5.602m 气相仪表管 L4=5.456m 液相仪表管 L5=1.865m 溢流管 L6=5.609m 辅助提液管 L7=1.742m 安全管 L8=5.385m 节能管 L9=6.2m 虹吸提液管1 L10=5.476m 虹吸提液管2 L11=5.584m（4） 所储存介质的气体导热率gas=0.0201 （W/m*K）（查低温绝热与贮运技术） (5) 非火灾情况下绝热熔器外部最高环境温度 Ta=323K (6) 对于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度 Td=115K1.1.2 在非火灾和绝热层完好，且处于正常的真空状态下，由热壁传入冷壁的总热流 量：H1=Hiv+Hst+Htube =691.99+16.37+3.0132=711.372W式中：H1在非火灾和绝热层完好且处于正常的真空状态下，由热壁传入冷壁的总热流量1.1.3 绝热系统完好且处于正常的真空状态下，外部为环境温度，内容器的温度为泄放压力所储存的介质的饱和温度，且增压系统处于全开工作状态下，热壁经由绝热系统，构件和增压汽化器输入内容器的总热流量：H2=H1+HPBC=711.372+ = W式中：（1） 增压器产生的热流量，HPBC(W)HPBC=UPBC*APBC*(Ta-Td)=式中： 增压器总的对流传热系数，UPBC=增压器总的外部传热面积，APBC=非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度，Ta=323K对应于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度，Td=115K 注：汽化器传热系数的推导: UPBC=1/1/f+/+1/(*) （W/m2*k） 因为，管内汽化换热系数f及铝的热导率远大于管外的自然对流换热系数，故在工程计算中可将式中1/f及/略去不计，于是上式可简化为：UPBC=*= 式中：f低温流体与管壁的对流换热系数，（W/(m2*k)） 管壁厚度，0.003（m） 铝的热导率，117.23（W/(m*k)）（查自铝制化工设备表2-59及深冷手册（下）表7-29） 空气与翅片管的自然对流换热系数，（W/(m2*k)） 对于星型翅片管，可按空气对平壁的自然对流换热准则方程求 =0*N/y= 式中： N努塞尔准数 0空气的导热系数，0.02059w/m*k y翅片高度，0.12m 推导的最大值： 层流时：（Gr*Pr）= N= =0*N/y= 紊流时：（Gr*Pr）= N= =0*N/y= 肋化系数，=F2/F1= F1，F2翅片管的内外表面积 肋化效率 =th(my)/my= 式中：y翅片高度，0.12m m=2*U/A U=2H=1.6m H肋片长或管长 A=HX= X翅片长度，0.003m1.1.4 绝热系统完好，但夹层已丧失真空状态下，外部温度为环境温度，内容器的温度为泄放压力下所储存介质的饱和温度，从热壁传入内容器的总热流量计算：H3=Hi1+Hst+Htube =20013.3+16.37+3.0132=20032.6832W式中：H3绝热系统完好，但夹层已丧失真空，外部温度为环境温度，内容器的温度为泄放压力下所储存介质的饱和温度，从热壁传入内容器的总热流量Hi1夹层丧失真空的状态下，通过绝热材料输入的漏热率 Hi1=Ui1*Aim*(Ta-Td) =2.95*32.62*(323-115) =20013.3W Ui1在大气压力下和环境温度下，绝热材料总的传热系数 Ui1=i1/ti =0.0295/0.01 =2.95 （W/m*k） i1夹层已丧失真空，在大气压力下绝热材料充满或吸附空气或介质气体，在温度Ta与温度Td之间的平均热导率 ti 绝热材料的名义厚度 Aim绝热层内外表面积的算术平均值 Ta非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度 Td对于某一深冷的容器或传热构件冷端表面温度 1.2 火灾情况1.2.1 真空绝热容器的绝热系统完好或部分完好，但夹层真空已丧失，储存的介质（以液氮计）温度达115K,且外部遭遇火灾或922k高温的情况下，由热壁传入内容器的总热流量： H4=2.6*(922-Td)Uif*Ar0.82=90129.88W 式中：（1） Td对应于某一深冷介质（以液氮计）的容器或传热构件冷端表面温度，设定于115K（2） Uif在火灾条件下（外部温度为922k和大气压下）绝热材料总的传热系数：Uif=if/ti=0.0295/0.01=2.95(W/m2*k)式中：if真空绝热深冷窗口外部遭遇火灾或遭遇922K的高温，夹层真空已经丧失，在大气压力下，绝热材料充满介质气体或空气，但能有效的阻止热传导、热对流和热辐射;绝热材料在Td与922K之间的平均导热率，取两者（气体或空气）之中的较大值，0.0295（W/m*k）(查低温绝热与贮运表3-32)ti绝热材料的名义厚度，0.01m（3） Ar内容器与外壳面积的平均值，立式容器，Ar=*D*h4=3.14*2.095*3.995=26.29m2 式中：D内容器与外壳直径的平均值，2.095m h4设计最大液位高度，3.995m1.2.2 真空绝热深冷容器夹套外部遭遇火灾或遭遇922K高温，且绝热系统已完全损坏的情况下，由热壁传入内容器的总热流量： H5=7.1*104*Ar0.82=1036420.297W 式中：立式容器，Ar=*D*h4=3.14*2.095*3.995=26.29m2 式中：D内容器与外壳直径的平均值，2.095m h4设计最大液位高度，3.995m2 内容器的安全泄放量（质量流量）的计算2.1 在非火灾，绝热系统（夹套和绝热材料）完好且处于正常的真空状态下，外部环境为50，内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度工作状态，容器的安全泄放量（以氮气计）如下： 因为0.4P2Pd=1.86P2=3.394，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算： Ws1=3.6*(Vg-Ve)/Vg*H1/q =3.6*（0.0115-0.0017）/0.0115*711.372/116.718 =18.7Kg/h 式中：Ws1当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2Pd=1.86P2=3.394时，真空绝热压力容器的安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kgVe泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kgH1由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，711.372wq在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg2.2 在非火灾，绝热系统（夹套和绝热材料）完好且处于正常的真空状态下，外部环境为50，内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度下，且增压系统处于全开工作状态下，容器的安全泄放量（以氮气计）如下： 因为0.4P2Pd=1.86P2=3.394，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算： Ws2 =3.6*(Vg-Ve)/Vg*H2/q =3.6*（0.0115-0.0017）/0.0115* /116.718 = Kg/h 式中：Ws2当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2Pd=1.86P2=3.394时，真空绝热压力容器安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kgVe泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kgH2由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量， Wq在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg2.3 在非火灾，绝热系统（夹套和绝热材料）真空状态破坏情况下，外部环境温度为50，内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度工作状态下，容器的安全泄放量计算（以氮气计）如下： 因为0.4P2Pd=1.86P2=3.394，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算： Ws3 =3.6*(Vg-Ve)/Vg*H3/q =3.6*（0.0115-0.0017）/0.0115*20032.68/116.718 =526.54Kg/h 式中：Ws3当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2P4=1.86P2=3.394时，真空绝热压力容器的安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kgVe泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kgH3由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，526.54wq在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg2.4 在火灾情况下，真空绝热容器的绝热系统完好或部分完好，但夹层真空已丧失，储存的介质（以液氮计）温度达117K，且外部遭遇大火或遭遇922K高温情况下，容器的安全泄放量计算（以氮气计）： 因为0.4P2Pd=1.86P2=3.394，所以真空绝热压力容器安全泄放量用下式计算： Ws4=3.6*(Vg-Ve)/Vg*H4/q =3.6*（0.0115-0.0017）/0.0115*90129.88/116.718 =2458.76Kg/h 式中：Ws4当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2Pd=1.86P2=3.394时，真空绝热压力容器的安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kgVe泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kgH4由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，90129.88Wq在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg2.5 在火灾情况下，真空绝热深冷容器夹套外部遭遇火灾或遭遇922k高温，且绝热系统已完全损坏的情况下，容器的安全泄放量计算（以氮气计）： 因为0.4P2Pd=1.86P2=3.394，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算： Ws5=3.6*(Vg-Ve)/Vg*H5/q =3.6*（0.0115-0.0017）/0.0115*1036420.297/116.718 =28273.69Kg/h 式中：Ws4当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2Pd=1.86P2=3.394时，真空绝热压力容器安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kgVe泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kgH5由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，1036420.297wq在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg3. 将泄放气体（以氮气计）的质量流量Wsi换算成标态空气流量： Qi=92.34*Wsi/C*2Z*T/M Q1=92.34*Ws1/C*2Z*T/M=92.34*18.7/356*21*115/28.02=10(N*m3/h) Q2=92.34*Ws2/C*2Z*T/M=92.34* /356*21*115/28.02= (N*m3/h) Q3=92.34*Ws3/C*2Z*T/M=92.34*526.54/356*21*115/28.02=277(N*m3/h) Q4=92.34*Ws4/C*2Z*T/M=92.34*2458.76/356*21*115/28.02=1292(N*m3/h)式中：Qi将泄放量的质量流量Wsi换算成的标态空气流量Wsi当容器的安全泄放装置的泄放压力Pd小于40的介质临界压力上述各种状态下的真空绝热压力容器的安全泄放量(注：与18442上面要求的不一致)C 气体特性系数，查表（18442.6.A-1或按下式计算）：C=520*2k*2k+1(k+1)/(k-1)式中：k气体绝热指数，k=Cp/CvCp标准状态下气体定压比热Cv标准状态下 气体定容比热Z在泄放压力Pd下饱和气体的压缩系数T泄放装置进口侧的气体温度M气体的摩尔质量4. 安全阀排放能力（以氮气）计算：当P0Pd2/(k+1)k/(k-1)时，属于临界流动状态，安全阀排放能力计算按下式：Ws=7.6*0.01*C*K*Pd*A*MZ*T ，由于P0Pd=0.0542/(k+1)k/(k-1)=0.69，所以采用Ws=7.6*0.01*C*K1*Pd*A*MZ*T =0.076*356*0.67*1.86*176.71*28.021*115=2941.