压力管道安全阀选用计算

1、安全阀选用计算1选用原则1.1临界条件安全阀的选取规定是，在单位时间内需要泄放的气体流速大于等于达到临界条件 或亚临界条件时的流速。气体泄放时，安全阀排口处所能达到的压力P取决于进口压力P与排口背压P 的比吹值，即P/P。山理论计算可知，泄放过程开始后，出口处压力由P逐渐下 降，流速山0讪开始逐渐增大；当流速达到当地音速时，因阻力过大而不再增大， 出口处压力下降至临界后将不再下降。压力Pc这里要求P/P的比值足够使气 体流速达到当地音速，即满足：10（2临界条件：式中，p出口侧背压，绝对压力（Mpa）,由使用条件决定。P-整定压力，绝对压力（即，入口侧压力/Mpa）,由热力计算给定i3-一-临

2、界压力比P临界压力，绝对压力（Mpa）,满足临界条件时的出口压力c k气体绝热指数，由介质组份确定此时，安全阀最小排放截面积：A =、m,n 7.6 X 102CKPdJM/（CTd）22 , nini式中，W-安全泄放量（kg/h）,由标态流量X标态密度S C气体 特性系数P排放压力，绝对压力（即，入口侧气体绝对压力/Mpa） aT-一-排放温度（即，入口侧气体温度/K） aM气体摩尔质量（kg/kmol）K安全阀的额定泄放系数，按TSGD 0001-2009压力管道安全 技术监察规程一一工业管道附件E E2.1的规定：安全阀一般取其泄放系数的0.9倍；在没有参考数据时可按如下选取，全启式安

3、全阀：K=0600.70带调节圈的微启式定全阀：K=0400.50不带调节圈的微启式定全阀：K=0250.35压缩机用安全阀多为全启式，一般选取：K=0.65Z-气体压缩性系数，与气体排放状态和临界状态有关若P/P的比值不足使气体流速达到当地音速，即满足：mp。 p1亚临界条件：此时，安全阀最小排放截面积:22mm ,适用介质1.2所说的临界条件只适合一般介质气体，不适用于水蒸气等高沸点的气体。饱（1.1） 上述不能同理想气体一样用常但在泄放过程中其绝热指数和水蒸气虽然属于可 压缩性气体，ki这里不过多论述了。数来表达。所以对其所用安全阀最小排放 面积计算公式加以修正，当介质为液体时，亦不必论

4、述。选用计算2需为防止压力继续升高而使容器破坏，当容器压力超过其最高工作压力一定比例 时，要将能够引起压力升高的部分气体排出容器。理论上讲，单位时间需要排出 的气体量，即。为安全泄放量。用Ws表示，单位：kg/h下面只讨论容积式压缩机工艺管路中各级安全阀的选用计算。Ws安全泄放量2.1容器安全泄放量的附录B.超压泄放装置B5. GB 150.1150.42011圧力 容器计算，给出了各种容器的安全泄放量的计算公式。对于压缩机的工艺管 路或各级容器的安全泄放量，可按下式计算：Ws = pVtkg/h ,3气体标态流量（式中，V-Nm, 一般为压缩机额定流量/h） t3kg/m）气体标态密度（P

5、-该公式，适用于一般气体及水蒸气介质。Pd排放压力2.2压力一开启压力正常匸作阶段一排放压力临界开启阶段一回座压力连续抢放阶段一容器最大工作压力回座阶段一容器最大工作压力阀辨开启高度固定式压力容器安全技术R0004-2009TSG ,在开启压力安全阀的整定压力， 亦称.监察规程笫节规定了超压泄放装置开始动作的压力：1）装有超压泄放装置的圧力容器，超圧泄放装置的整定圧力不得高于压力容器 的设计压力；2）对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的整 定压力不高于该压力容器的最高允许工作压力。GB 130附录B规定：容器超压限度APW10%XP或20kPa中的较大值（需要 可用

6、代替上式中的P）；安全阀整定压力PWP（需要可用P代替上式中的P）。 wsASME-VIII-1规定：容器超压限度MPW10%XP或21kPa中的较大值；安全阀 整定圧秤力PWP。评在压缩机工艺管路设计时，通常每级管路只安装1个安全 阀。正常工作条件下，安全阀动作压力必须高于容器工作压力，安全阀的整定压 力（表压）通常选取为1.051.10倍各级排气压力，即：P = （1.051.10）P nz式中，P安全阀整定压力，表压（MPa） zP容器工作压力，表压（MPG n安全阀排放压力制造要求：PW1.10P。为计算简便,一般取P=1.10P O zzdd3）对于加气站内缓冲罐、压缩机出口、储气瓶

7、组应设置安全阀，应符合固定 式压力容器安全技术监察规程的有关规定。安全阀的整定压力P除应符合固 定式压力容d器安全技术监察规程的有关规定外，尚应符合下列规定： 当 PWl8MPa 日寸，P0=P+0.18MPao 当 1.8MPaPW4.0MPa 时，PO1.1P 当 4.0MPaPW8.0MPa 时，P0=P+0.4MPa 当 8.0MPaPW25.0MPa 时，PO1.05P。注：P设备最高操作压力。2.3气体特性系数C气体特性系数C,是反应气体特性的综合数值，与气体绝热指数有关。可查 GB150.115042011压力容器表B1或由下式确定,式中，k气体绝热指数，与介质气体组份的性质有关

8、，可查活 塞式压缩机设计表2-2或按下式确定：式中，C气体的定压比热，kC/kg,指每千克气体在固定压力时 温度每Cp升高1C时所吸收的热量C气体的定容比热，kc/kg,指每千克气体在固定容积时温度每。C 升高rc 时所吸收的热量2.4额定泄放系数K排量系数是实际排量与理论排量的比值，即我们常说的排量系数。安全阀的泄放 系数，即安全阀排放气体量与按安全阀喉径计算泄放量的比值。排量系数越大安全阀设 计越合理,但受多种因素制约。一般情况下，同一型号不同口径排量系数基本相 同。GB 150.115042011压力容器附录B 超压泄放装置规定：安全阀的 额定泄放系数K取0.9倍的汇放系数，泄放系数由安

9、全阀制造厂提供。在安全阀泄放量计算时，通常K=0.60.7, 般取K=0.65。2.5气体摩尔质量M 31223。1 mol气体质6.02X 摩尔是物质量的单位，相当于12glOC的原子个数， 大约为量为其分子量，单位：g/mol,标态下的体积：22.4L。安全阀计算时所用的气体摩尔质量M,单位：kglmiol,数值为气体分子量。2.6气体压缩性系数Z 4气体压缩性系数乙是气体在相同状态(P，V)下，实际气体的比容同理想气 的比容的偏差。比容，是描述气体同外界交换热量时，气体温度变化特性的物理 量。压缩性系数:K4,式中M气体分子量 式中，为气体常数，对于理想气体:PV H4Ko实际气体在压缩

10、过程中，尤其在其状态，Z=1理想气体压缩性系数：此时在 工程计算中已经不可容接近临界状态时，其气体常数R将偏离理想气体常数很 大，乘以一个压缩忍，R所以有必要对根据理想气体计算所得的气体常数进行修 正，这就是给R=ZR性系数乙即m有关。的值与介质性质和气体状态(P.VT) 圧缩性系数乙 查气体压缩性系B1B 超压泄放装置图按GB150-1998钢制 压力容器附录 数。其中，需要计算两个数值：对比温度：式中，T-一气体的临界温度，KcT气体的泄放温度，KPPr = F对比压力：P-气体的整定式中，p气体的临界压力，Mpa (A) c压力,Mpa (A)3设计算例本例是某型压缩机的一级排气安全阀的

11、选用讣算。3.1工作条件混合气体分子量:绝热指数：3 0.1098 kgf7m=I3/min =23.5 NmM=246K= 1.404密度：V排气量：tPr= 13.0259 MPa混合气体假临界压力:Tf = 34.702 K混合气体假临界温度：一级排气压力：P = 0.315MPa (G)c安全阀排口压力：P = 0l MPa (A) oK406= 级排气温度：Td计算参数3.21)安全泄放量W$ = 60IVt= 60 x 0.1098 x 23.5 = 154.82(kg/h)2)整定压力 0.35 (MPa) (G)X0315=P=l10P=l10cz排放压力0.39 (MPa)

12、(G) 0.35 = 1.10 P=1.10XP =Pa)气体特性系数3zd0.49 (MPa) (A)C = 520 x1.4(M 11404X() = 356.4)气体压缩性系数4对比温度：406=11.70.4913.U2590.0376对比压力：查GB 150.115042011压力容器附录B 超压泄放装置图B1,得 混合o 1气体压缩性系数，Z=)额定泄放系数5在安全阀泄放量计算时，通常 K=060.7, 般取 K=0.65o 3.3最小排放面积1）临界条件1.4114I .5280.10.49=0.204Po 2 A 耳（FFI）O所以，满足临界条件：2）计算最小排放面积_ min

13、 7.6x10-2CKPdVWU154.927.6 X 102x 356.4 x 0.65 x 0.49 x 苗6/(1 X 402)=224(mni2)）计算所需喉颈3, 4Amin I 224do _ XI_JT 一 y ITT-16 J(mm)选用安全阀为：A42Y-16C-DN32；喉颈：d=20mm。o4 安全阀设置1）安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体。凡下列情况之一的必须安装安全阀： 独立压力系统（有切断阀与其它系统分开）； 容器压力物料来源处没有安全阀的场合； 设计压力小于压力来源处的压力容器及管道； 容积式泵和压缩机的出口管道； 由于不凝气的累积产生超压的容器； 升圧系统岀

14、口管道上，如设有切断阀、止回阀或控制阀时，在该阀上游应设置 安全阀O5其它应设置安全阀的地方。2)安全阀应设置在容器本体或其连接管线上容易安装、检查、维护的部位，阀 体应在容器或管线顶部并垂直向上。安全阀应设置在靠近容器压力源的位置。若用于气体介质，应设置在气相空间； 若用于液体介质，应设置在正常液面以下。容器与安全阀之间一般不宜设置中间截断阀。对于连续操作的容器，可在容器与 安全阀之间设置截断阀专供检修用。容器正常工作期间，截断阀应处于全开的位 置并铅封。2安全阀支撑结构应有足够的强度，以保证能承受泄放时产生的反力。6)圧 缩机级间安全阀应设置在冷却器入口前。3参考文献11版.北京：新华出版社，2005年10月 实施2012