化工工程計(jì)算-安全閥泄放面積計(jì)算幫助文檔API 520 — 2014-易算云科技.doc

易算云安全閥的設(shè)計(jì)計(jì)算API 520 20141. 易算云計(jì)算軟件簡(jiǎn)介安全閥是容器安全泄放裝置的一種，主要配備于壓力容器上，應(yīng)對(duì)容器可能出現(xiàn)的超壓情況。安全閥一般由彈簧作用，當(dāng)入口處?kù)o壓超過(guò)其設(shè)定壓力時(shí)，閥瓣上升以泄放被保護(hù)系統(tǒng)的超壓。本計(jì)算適用于安裝單個(gè)泄放裝置，不包括兩相流泄放。2. 易算云計(jì)算軟件參考標(biāo)準(zhǔn)API 520, Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving DevicesAPI 521, Pressure-relieving and Depressuring SystemsAPI 526, Flanged Steel Pressure-relief Valves3. 易算云計(jì)算過(guò)程3.1 安全閥設(shè)定壓力安全閥設(shè)定壓力（PS）系指，當(dāng)安全閥入口處的靜壓達(dá)到該值時(shí)，安全閥將動(dòng)作。安全閥保護(hù)的系統(tǒng)內(nèi)有可能存在兩個(gè)以上的壓力設(shè)備，再考慮到其中的管道和閥門，安全閥的設(shè)定壓力要求不大于被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的最低設(shè)計(jì)壓力。另外，若已知設(shè)備或管道的最高允許工作壓力（Maximum Allowable Working Pressure, MAWP），可用最高允許工作壓力來(lái)替代設(shè)計(jì)壓力。3.2 允許超壓與泄放壓力超壓指超過(guò)泄壓裝置設(shè)定壓力的壓力，在壓力泄放裝置排放期間，允許容器內(nèi)壓力超過(guò)容器的最大允許工作壓力（或者是設(shè)計(jì)壓力），該壓力的增值即是允許超壓（Accum%），通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。依據(jù)API 520之規(guī)定，對(duì)于單閥泄放系統(tǒng)而言，火災(zāi)事故工況的允許超壓為21%，其他為10%。泄放壓力（P1）系指安全閥閥芯升到最大高度后，閥入口處的壓力。泄放壓力等于設(shè)定壓力加允許超壓。P1 = PS X (1 + Accum%) (1)對(duì)于單閥泄壓系統(tǒng)，安全閥與容器有關(guān)的壓力如下：表1 安全閥與容器的壓力關(guān)系容器壓力百分比安全閥121%火災(zāi)工況的最大泄放壓力110%非火災(zāi)工況的最大泄放壓力系統(tǒng)最低設(shè)計(jì)壓力或MAWP100%安全閥的最大設(shè)定壓力93% 97%回座壓力表1 表明了不同情況下，被保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置安全閥的最大泄放壓力、最大設(shè)定壓力與被保護(hù)系統(tǒng)的最低設(shè)計(jì)壓力之間的數(shù)值關(guān)系。3.3 安全閥背壓與安全閥的類型安全閥閥嘴的下游壓力（P2）即安全閥的背壓。安全閥背壓由兩部分組成：疊加背壓（Superimposed Back Pressure, SBP）和積聚背壓（Built-up Back Pressure, BBP）。疊加背壓即靜背壓，系指安全閥未起跳時(shí)出口處的靜壓，它可以是來(lái)自安全閥排放管系統(tǒng)中的壓力源，可能是穩(wěn)定的也可能是變化的。積聚背壓即動(dòng)背壓，系指安全閥起跳時(shí)，由于泄放流體流動(dòng)而在排放管中引起的摩擦壓降。P2 = SBP + BBP (2)安全閥通常分為三種類型：常規(guī)式（Conventional）、平衡波紋管式（Balanced Bellow）和先導(dǎo)式（Pilot-operated）。而安全閥類型的選擇與安全閥背壓的大小息息相關(guān)。當(dāng)普通安裝的常規(guī)式安全閥開(kāi)啟泄放時(shí)，流體流經(jīng)閥門和管道形成積聚背壓，背壓將產(chǎn)生一個(gè)相同的不平衡力從而影響閥門的通過(guò)能力。只要積聚背壓小于閥開(kāi)啟后的超壓，閥就會(huì)在流動(dòng)狀態(tài)下保持正常狀態(tài)，流動(dòng)特性和閥嘴理論上的流動(dòng)特性類似。而如果積聚背壓比超壓增加的多，力的平衡將驅(qū)使閥門關(guān)閉，這樣將引起流體的不穩(wěn)定流動(dòng)，從而影響閥門的流通能力。采用平衡式安全閥的設(shè)計(jì)可以減少背壓對(duì)閥門流通能力的影響。通常來(lái)講，安全閥形式的選擇與安全閥背壓（P2）與設(shè)計(jì)壓力（PS）的表壓之比有關(guān)，具體如表2所示：表2 安全閥背壓與安全閥形式選擇的關(guān)系安全閥背壓與設(shè)定壓力之比P2/PS（表壓比）安全閥形式(P2/PS) 10%常規(guī)式10% (P2/PS) 30%平衡波紋管式(P2/PS) 30%先導(dǎo)式3.4 氣相泄放3.4.1 臨界流動(dòng)的判斷可壓縮氣體通過(guò)閥嘴、孔板或管線末端發(fā)生膨脹，其流速與比容隨著下游壓力的降低而增加。對(duì)于給定的上游條件，通過(guò)閥嘴的質(zhì)量流量不斷增加，直到在閥嘴處達(dá)到極限?？梢宰C明該極限速度就是在閥嘴處流動(dòng)介質(zhì)達(dá)到的聲速，與極限速度相對(duì)應(yīng)的流量就是臨界流量。在閥嘴處達(dá)到聲速的壓力（Pcf）與入口壓力（P1）的絕對(duì)壓力之比為臨界壓力比。Pcf就是臨界流動(dòng)壓力：(3)式(3)中：Pcf 臨界流動(dòng)壓力，kPa(a)；P1 上游泄放壓力，kPa(a)；k 泄放溫度下理想氣體的絕熱指數(shù)，即cP/cV。用于氣體泄放的安全閥，其尺寸計(jì)算方程根據(jù)流體時(shí)臨界流動(dòng)還是亞臨界流動(dòng)分為兩大類。如果閥嘴下游的壓力小于或者等于臨界流動(dòng)壓力Pcf，將會(huì)產(chǎn)生臨界流動(dòng)，應(yīng)該使用3.4.2和3.4.3中的計(jì)算方法；如果閥嘴下游的壓力大于臨界流動(dòng)壓力Pcf，將會(huì)產(chǎn)生亞臨界流動(dòng)，則應(yīng)該使用3.4.4中的計(jì)算方法。另外，當(dāng)安全閥使用平衡波紋管式時(shí)，應(yīng)使用3.4.2和3.4.3中的計(jì)算方法，通過(guò)背壓校正系數(shù)來(lái)校正背壓對(duì)閥流通能力的影響。3.4.2 臨界流動(dòng)泄放的尺寸計(jì)算臨界流動(dòng)條件下的氣體泄放閥尺寸計(jì)算如式(2)所示：(4)式(4)中：A 安全閥所需的有效泄放面積，mm2；W 安全閥的泄放量，kg/hr；C 泄放條件下氣體的特性系數(shù)，由氣體的絕熱指數(shù)k（cP/cV）通過(guò)式(5)計(jì)算得來(lái)；Kd 安全閥有效泄放系數(shù)，由安全閥廠家提供，初選時(shí)可按以下原則取值： 0.975，安全閥與爆破片聯(lián)用，或者安全閥單獨(dú)使用； 0.62，不使用安全閥作為泄放裝置，僅有爆破片使用；P1 安全閥上游泄放壓力，kPa(a)，該數(shù)值為設(shè)定壓力，允許超壓和大氣壓之和；Kb 安全閥背壓校正系數(shù)，僅用于平衡波紋管式安全閥，可由安全閥廠家提供，初選時(shí)可按圖1選??；Kc 爆破片組合系數(shù)，按以下原則取值： 1.0，安全閥單獨(dú)使用； 0.9，安全閥與爆破片聯(lián)用；T 流體泄放溫度，K；Z 泄放條件下流體壓縮因子，可通過(guò)圖2來(lái)選??；M 流體平均分子量。其中，氣體的特性系數(shù)（C）由式(5)確定：(5)式(5)中：C 氣體的特性系數(shù)；k 氣體的絕熱指數(shù)k（cP/cV）。圖1 平衡波紋管式安全閥背壓校正系數(shù)Kb（氣相）圖2 氣體通用壓縮因子圖3.4.3 水蒸氣泄放（臨界流動(dòng)）的尺寸計(jì)算用于水蒸氣泄放的閥門，其臨界流動(dòng)條件下的閥尺寸計(jì)算如式(6)所示：(6)式(6)中：A 安全閥所需的有效泄放面積，mm2；W 安全閥的泄放量，kg/hr；P1 安全閥上游泄放壓力，kPa(a)，該數(shù)值為設(shè)定壓力，允許超壓和大氣壓之和；Kd 安全閥有效泄放系數(shù)，由安全閥廠家提供，初選時(shí)可按以下原則取值： 0.975，安全閥與爆破片聯(lián)用，或者安全閥單獨(dú)使用； 0.62，不使用安全閥作為泄放裝置，僅有爆破片使用；Kb 安全閥背壓校正系數(shù)，僅用于平衡波紋管式安全閥，可由安全閥廠家提供，初選時(shí)可按圖1選??；Kc 爆破片組合系數(shù)，按以下原則取值： 1.0，安全閥單獨(dú)使用； 0.9，安全閥與爆破片聯(lián)用；KN Napier校正系數(shù)，按以下原則取值：當(dāng)P1 10339 kPa(a) 時(shí)，KN = 1.0；當(dāng)10339 kPa(a) 105，則不需要進(jìn)行粘度校正；否則需要根據(jù)雷諾數(shù)重新計(jì)算Kv。3.5.2 無(wú)液相泄放驗(yàn)證的安全閥無(wú)液相泄放驗(yàn)證的安全閥，其尺寸按如式(13)計(jì)算：(13)式(13)中：A 安全閥所需的有效泄放面積，mm2；Q 安全閥的泄放量，m3/hr；Kd 安全閥有效泄放系數(shù)，由安全閥廠家提供，初選時(shí)可采用0.62來(lái)進(jìn)行計(jì)算；Kw 安全閥背壓校正系數(shù)，僅用于平衡波紋管式安全閥，可由安全閥廠家提供，初選時(shí)可按圖3選??；Kc 爆破片組合系數(shù)，按以下原則取值： 1.0，安全閥單獨(dú)使用； 0.9，安全閥與爆破片聯(lián)用；Kp 安全閥超壓校正系數(shù)，按圖4選??；PS 安全閥設(shè)定壓力，kPag；P2 安全閥背壓，kPag；Gl 液體相對(duì)密度，以15.6（60 o