《石化工业用压力释放阀的尺寸确定、选型和安装 第1部分：尺寸的确定和选型》

1石化工业用压力释放阀的尺寸确定、选型和安装第1部分：尺寸的确定和选型本文件适用于石化工业用整定压力不小于0.1MPa的压力GB/T24920石化工业用钢制压力释GB/T12241、GB/T12242界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1压力释放阀pressurereliefvalve3.1.2弹簧直接载荷式压力释放阀springdirect-ioadedpressurereliefvalve3.1.3常规式压力释放阀conventionalpressurereliefvalve是一种弹簧直接载荷式压力释放阀，其动作特性直接受到背3.1.4平衡式压力释放阀balancedpressurereliefvalve是一种弹簧直接载荷式压力释放阀，其结构设置了一个波纹管或其他的方法使背压力的变化给阀23.1.5先导式压力释放阀pilot-operatedpressurereliefvalve是一种压力释放阀，其主释放装置或主阀同辅助的3.2压力3.2.1在压力释放阀排放时允许超过容器最大允许工作压力的压力增量，通常用压力单位或用最大允许3.2.2是指在特定材料和设计温度下，容器（气相）顶部所允许承受的3.3有效排量系数3.3.1有效排量系数effectivecoefficientofdischarge3.4面积3.4.1有效面积effectivearea3.4.2有效排放面积effectivedischargetarea3.4.3流道有效面积floweffectivearea4.1.1常规式压力释放阀的典型结构型式如图1所示。2——阀体；4——密封面；6——弹簧；8—4.1.2平衡式压力释放阀的典型结构形式如图2和图3所示。4.1.3先导式压力释放阀的典型结构形式如图4所示。2——内取压管；5——导阀供应管；8——导阀阀座；52——阀瓣；4—4.2特性4.2.1压力释放阀与容器各压力之间的关系特性如图5所示。4.2.2压力释放阀中开启高度和系统压力之间的典型关系如图6所示。图6压力释放阀的阀瓣开启高度和系4.2.3先导式压力释放阀中开启高度和系统压力之间的典型关系如图7和图8所示。图7突开动作的先导式压力释放阀阀瓣开启高度和系统8图8调节动作的先导式压力释放阀阀瓣开启高度和系统4.3类型选用4.3.2当排放背压力较大（大于整定压力的10或相对于整定压力的附加背压力变动较大时，通常4.3.4当系统中预期的最大操作压力高于图5所示的百分数时,通常选用先导式压力释放阀。4.3.5当用于可压缩介质时，其尺寸按5.6.3、5.6.4和5.7进行计算。当用于不可压缩介质时，其尺4.3.7先导式压力释放阀导阀排空还是排到主阀出口取决于导阀的设计和用户的需求。导阀的出口是变化的背压，应使用压力平衡式导阀，导阀的出口背压变化微小，可以使用常规式导阀。4.3.8驱动主阀动作的导阀可以是突开动作导阀也可以是调节动作导阀。突开动作的先导式压力释放4.3.9导阀可以是流动型或者非流动型导阀。非流动型导阀宜用于大部分应用场合，以消除水合物形4.3.10应按照先导式压力释放阀的附加功能要求选择附件，附件主要有现场试验接口、防逆流装置、导阀过滤网、远程控制压力接口、压力尖峰阻尼器、导阀提升扳手、4.3.11限开高压力释放阀的限制开高应不小于30%的设计开高或不小于2mm。4.3.12排放的介质可能是液体、气体或者多相混合物，宜选用液体或气液两用压力释放阀。9况（例如，热交换器管的断裂）。这种应用下宜选用液5.1.1应合理地考虑可能导致超压的各种意外事件，从而确定超压保护所要求的条件以及采用压力释5.1.2要估算导致超压的各种意外事件所产生的压力并计算出所需要释放的介质排量。计算单个压力释放阀排量时，需要工艺流程图、物料平衡、带控制点的工艺流程图、设备规范和设备设计依据。5.1.3对需要进行超压保护的一系列运行条件（包括着火工况，非着火工况）下的释放要求应进行详5.2.1在5.6～5.8的相应计算公式中，有效面积和有效排量系数用来初步确定压力释放阀的尺寸。5.2.2有效面积和有效排量系数只用于进行初步选型计算，与具体的特定阀门的设计没有直接关系。5.3.1背压力会引起开启压力的变化、排量的减少和不稳定以及三种可能同时出现的情况。5.3.2在压力释放阀出口处存在附加背压力和排放背压力时，压力释放阀开启后其出口处的背压力的5.3.3对于常规压力释放阀，排放背压力不应超过允许的超过压力。当排放背压力不大于整定压力的5.3.4使用平衡式压力释放阀时，其总的背压力不应超过整定压力的50％。5.3.5对于平衡式压力释放阀，当总的背压力高达整定压力的50％范围时，需对排量进行修正，排量5.3.6当用于可压缩流体（不包括多相）的总的背压力超过整定压力的50％时，此时的流动属于亚临5.3.7在先导式压力释放阀中，阀门的开启高度不受背压力的影响，对于临界流动的可压缩流体，其5.4冷态试验差压力5.4.1冷态试验差压力包含了对温度和背压力等运行条件所作的修正，见附录G。5.4.2当常规压力释放阀在室温条件的试验台上进行整定压力试验而用于高温工作条件或用于恒定背5.4.3冷态试验差压力的调整，对于有恒定背压力下的常规压力释放阀，应把所需的整定压力减去附-59℃的压力释放阀，需要一个整定压力的温度修正系数进行修正，应向制造厂进行咨询。5.4.4当需要对背压和温度进行修正时，先计算压力修正值，再计算与温度修正的乘积。5.4.5先导式压力释放阀使用在高温或有背压的场合，阀门制造商需要考虑对整定压力进行修正。5.5排放压力5.5.1排放压力的确定5.5.1.1应根据相应规范所允许的积聚压力来确定允许的超过压力，按整定压力与所要保护系统的最5.5.1.2设计时，应考虑到地面海拔相对应的大气压。5.5.1.3液体用压力释放阀排放压力的确定方法与蒸气用压力释放阀排放压力的确定方法相似，或按5.5.1.4根据压力释放阀与所要保护系统各压力之间的关系，对压力释放阀最大积聚压力和整定压力表1压力释放阀整定压力和积聚压力的%%%%------5.5.2操作意外5.5.2.1单个阀门%注：当最大允许工作压力为103kPa～5.5.2.2多个阀门力的116%。第一个阀门的整定压力不应超过最大允许工作压力。附加的一个或多个阀门的整定压力不应超过最大允许工作压力的105％。多个压力释放阀的排放压力按表%5.5.3着火意外5.5.3.1用于着火意外的压力释放阀，其所受保护的系统的积聚压力应限制为最大允许工作压力的5.5.3.2用于着火意外的单个或多个组合的压力释放阀也可以用于非着火意外操作而规定的压力释放5.5.3.3单个阀门：当着火工况下的系统是通过单个阀门进行超压保护时，则单个阀门的整定压力不应超过最大允许工作压力。整定压力不大于系统最大允许工作压力的单个压力释放阀的排放压力按表4%5.5.3.4多个阀门：多个阀门是要求用两个或多个压力释放阀的组合来进行超压保护时。第一个压力释放阀的整定压力不应超过系统的最大允许工作压力。最后一个压力释放阀的整定压力不应超过系统数值%允许工作压力的105%)5.5.3.5补充阀门：补充阀门为由于着火或其他未曾预料到的意外由外部热源产生所造成的附加危害数值%允许工作压力的110%)5.6.1流动状态形成临界流动状态，此时的下游压力与上游压力的Pcf——临界压力，单位为兆帕（MPa）（绝压）；Pd——排放压力（上游压力单位为兆帕（MPa绝压5.6.2临界流动与亚临界流动气体介质用压力释放阀尺寸的确定公式可根据是临界流动还是亚临界流动划分成两类。当下游压按5.6.4确定尺寸。典型的气体介质的k℃MPa℃苯5.6.3临界流动时的尺寸确定A2.676×VTZM2.676×VTZMCKPKKddbcA=14.41×VTZG（4）CKPKKddbcKd——有效排量系数。用于初步计算时，可以使用0.975；Pd——排放压力，整定压力加上允许的超过压力再加大气压，单位为千帕（kPa绝压Kc——综合修正系数。通常不装防爆膜时Kc=1.0，装防爆膜时Kc=0.9；T——排放温度，单位为开尔文（K）(℃+2Z——压缩系数。在许多情况下Z为1；M——气体的分子量，单位为千克每千摩尔（kg/kmol）。典型的气体介质的分子量见表7；V——必需的体积排量，单位为在101.3kPa(绝压)和0℃时标准立方米每分钟（NmkCkCkCkC------5.6.4亚临界流动时的尺寸确定5.6.4.1常规压力释放阀和先导式压力释放阀算通过对弹簧载荷的调节以补偿附加背压力的常规压力释放阀和先导式压力释放阀需要的有效排放面A(6)A(7)A(8)r——背压力与排放压力之比，Pb/Pd；5.6.4.2平衡式压力释放阀背压修正系数Kb应从制造商处获取。5.6.4.3计算的替代方法在亚临界流动中，也可以使用临界流动公式替代亚临界流动公式来确定常规压力释放阀或先导式积与用亚临界流动公式算得的面积是相同的。该方法仅适用于可以通过调节弹簧载荷来补偿附加背压力的常规压力释放阀或先导式压力释放阀的计算。计算实例5.7蒸汽用压力释放阀的尺寸确定Ksh——过热修正系数。可从表9获得。对于任何压力下的饱和蒸汽，Ksh=1.0。表9过热修正系数，KshMPa1----2----------3------------4--------------5----------------6----------------7--------------------8--------------------9------------------------------------------------------------------------MPa----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5.8.1需要排量验证当有排量验证要求并已经试验确认在10%超过压力下的额定排量系数的液体介质用）（）；或后的面积超过所选择的标准流道的有效面积As，则应用比此面积大一级的标准流道的有效面积重复上5.8.2未经排量认证对于未经排量认证的液体介质用压力释放阀A5.9液体/蒸气两相介质用压力释放阀的尺寸确定5.9.2两相介质用压力释放阀的尺寸确定推荐使用附录F的方法。A.1.1由于异常工况引起，烃类混合气所需的排量W为24270kg/h。A.1.4压力释放阀的整定压力为517kPa(表压)，即超压保护设备的设计压力。A.1.6允许的超过压力为10%。A.2.4Cp/Cv=k（根据表7）A.2.5排量的背压修正系数，Kb为1.0。A.2.6综合修正系数，Kc为1.0。A.2.7有效排量系数，用于初步计算时，Kd为0.975。A.3.11台压力释放阀的有效排放面积按式（2）计算如下：B.1.1由于异常工况引起，烃类混合气的所需排量W为24270kg/h。B.1.3排放温度为75℃,即（T=273+75=348K）。B.1.4压力释放阀的整定压力为517kPa(表压)，即超压保护设备的设计压力。B.1.5恒定背压力为379kPa(表压)。对于常规压B.1.6允许的超过压力为10%。B.2.7综合修正系数，Kc为1.0。B.2.8有效排量系数，用于初步计算时，Kd为0.975。B.2.9背压力与排放压力之比Pb/Pd（临界压力比）为532/670=0.794。B.2.10亚临界流动下的排量修正系数F2为B.2.11因背压力480.3kPa（绝压）大于临界流动压力392kPa（绝压故按亚B.3.11台压力释放阀的有效排放面积按式（5）计算如下：C.1.1由于异常工况引起，烃类混合气所需的排量W为24270kg/h。C.1.2烃类混合气主要成份为正丁烷（C4）和丙烷（C3）各50%（摩尔比烃类混合气的分子量M为5C.1.4超压保护设备的设计压力517kPa(表压),即压力释放阀的整定压力。C.1.6允许的超过压力为10%。C.2.7综合修正系数，Kc为1.0。C.2.8有效排量系数，用于初步计算时，Kd为0.975。C.2.9背压力与排放压力之比Pb/Pd（临界压力比）为532/670=0.794。C.3.1将以上条件和数据代入式（2得出单个压力释放阀的有效排放面积为：C.3.2利用GB/T24920中选取“D”至“T”的流道代号，对照计算的A，选取标准D.1.1需要排量W为69615kg/h的427℃过热蒸汽。D.1.2超压保护设备的设计压力11032kPa(表压)，即压力释放阀的整定压力。D.1.3超过压力10%。D.2.2有效排量系数Kd为0.97D.2.3常规式压力释放阀，排向大气，背压修正系数Kb为1.0。D.2.5压力修正系数Kn=（0.02764x12236-1000）/（0.03324x12236-1061）=1.01。D.2.7有效排量系数，用于初步计算时，Kd为0.975。D.3.1将以上条件和数据代入式（9得出单个压力释放阀的有效排放面积为：D.3.2利用GB/T24920中选取“D”至E.1工况条件E.1.1由于排出阻塞引起，所需原油的体积流量Q为6814L/min。E.1.2超压保护设备的设计压力1724kPa(表压)，压力释放阀的整定压力。E.1.3变动背压0～345kPa(表压)。E.1.4原油的比重为0.90，在流动温度下的赛氏通用粘度为2000。E.1.5超过压力10％。E.2参数E.2.5综合修正系数，Kc为1.0。E.3计算1E.3.1将以上条件和数据代入式（10先得出非粘性液体（KV=1.0）的一台压力释放阀有效排放面积E.3.2按照AR从GB/T24920中选取4116mm2代号为“P”的面积。E.4计算2E.4.1将选取的数值AR代入式（13得出雷诺数R：E.4.2根据式（12）或图14，确定排量的粘度修正系数KV=0.982。E.4.3非粘性液体（KV=0.982）的单个压力释放阀有效排放面积为：F.1液体/蒸气两相介质用压力释放阀的尺寸确定F.1.1概述本附录提供的两相介质用压力释放阀的尺寸确定方法是目前应用的几种方法之一，并且随着时间提供的方法并未经试验证实，也没有任何公认的两相介质用压力释放阀进行排量认证的程F.1.2公式的应用F.1.2.1在液体/蒸气两相介质流动的范畴下可能有许多不同的情况。在所有情况中，不是两相混合介门的有效质量流量，必须给予考虑。F.2.1至F.2.饱和液体/蒸气丙烷系统进入压力释高度过冷的丙烷和氮气进入压力释饱和液体/蒸气丙烷系统和氮气进入F.1.2.2F.2.1中给出的方程基于均相平衡模型（HEM该模型假设流体混合物表现为“伪单相流热平衡与力学平衡。这些假设对应于均相平F.1.2.3在均相平衡假设不成立的应用场景中，鼓励使用者采用非均衡方法。如果使用伯内尔（Burnell）气泡延迟因子，可消除均相平衡假设所带来的部分保守性。该方法是F.1.2.4F.2.2至F.2.3节所述公式基于莱恩（Leung）欧米加方法，该方法是均相平衡模型的一种由于流体性能需在入口泄放工况和低压闪蒸工况确定，因此该方法常被称为两点法。欧米加参数本身是两相流密度与压力之间的关联关系，可通过以下关系式x——代表某一低压下的闪蒸计算结果。F.1.2.5在大多数情况下，取初始压力90%处的闪蒸压力可得到合理的相关参数：但在某些情工况下——多组分系统的名义沸点范围超过65.55℃（系统中组分最轻与最重的常压沸点差值——流体接近其热力学临界点（对比温度Tr≥0.9or对比压力Pr≥0.5——多组分系统的成分包含超过0.1重量百分比的氢气；F.1.2.6若上述任意情况适用，应采用F.2.1至F.2.3节所述方法。F.1.2.7使用流体性能数据或气液平衡热力学模型，结合基于均相平衡模型的解析或数值方法进行计F.1.3获认证的压力释放阀的饱和水排量为0.25～0.80，且流道轮廓连续平滑过渡）且实测排量系数大于0.90的压力释放阀，其他结构类饱和蒸汽，该阀门应按干饱和蒸汽工况重新F.1.4有效排量系数两相流工况下的有效排量系数目前仍存在争议，若不通过实际测试压力释放阀在两相流下的工作F.2尺寸确定方法F.2.1采用等熵喷嘴流动直接积分的尺寸确定F.2.1.1概述F.2.1.1.1泄放装置的入口喷嘴通常被认为是全开启后泄放装置的限流元件，因此为确定该泄放装置熵假设的必要条件)，这一常见假设已通过针对成形良好喷嘴的各类实验证据得到验证。等熵喷嘴流动max——表示考虑了流体潜在阻塞计算的最大值，：P——流体滞止压力（Pat——代表喷嘴喉部工况（此处流道面积最小）。F.2.1.1.2需要重点说明的是，该能量平衡方程与流体非理想性或可压缩性无关。因此，该方程构成F.2.1.1.3在通用喷嘴流动方程中，需要获取从喷嘴入口到喉部各滞止压力下的流体密度。基于这些F.2.1.1.4对于任意流体，均可通过对小压力区间进行直接求和的方式进行对该积分的数值计算。t——代表喷嘴喉部工况（此处流道面积最小）；p=(α×pv)+(1_α)pl……（F.5）AA——所需排放面积（mm20.85作为有效排量系数。当过冷液体进入压Kb——应从阀门制造商处获取蒸气背压修正系数，初步选型估算时可以参考图9，该修正系数仅破片与压力释放阀组合安装且无认证值时，综合修正系数为0F.2.1.2实例F.2.1.2.1在本实例中，给出以下数据：a)因操作异常所需的两相流排放流量为136000kg/h。泄放流体来自加d)下游总背压为200kPa（附加背压F.2.1.2.2在本实例中，计算得到以下数值：F.2.1.2.3以下是分步计算流程：熵为-8.178Btu/lb•R。需注意，不同热力学模型的熵基准态可能不同，因此该数值与其他热力学模型通过多次连续等熵闪蒸计算生成流体物性。嘴流动积分进行数值计算。持续执行等熵闪蒸，直至质量通量达到最大值。计算结果见表F表F.2直接积分的结果实例F.2.1.2℃200F.2.2采用欧米加法对两相闪蒸或非闪蒸流动压力释放阀的尺寸确定F.2.2.1概述本节提供的方法可用于确定闪蒸流或非闪蒸流工况的压力释放阀的尺寸，该方法亦适用于在热力在所有情况下，欧米加参数均通过流体物性数据或在滞止工况及另一附加压力下闪蒸计算得到的对于远离热力学临界点的低干度混合物，采用等焓（绝热）闪蒸计算也可满足要求；P=ηcP1PPPPPη+2_22P）：Kd——