安全閥計(jì)算與選型

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1.確定確定安全閥類型安全閥類型

依照卸放介質(zhì)物性、卸放量確定安全閥類型。2.確定安全閥公稱壓力

依照介質(zhì)操作條件確定PN，選定彈簧工作壓力級(jí)。3.安全閥安全閥計(jì)算計(jì)算

3.1由工藝計(jì)算軟件（hysis,proII,aspen）計(jì)算獲得介質(zhì)基本物性數(shù)據(jù)（比重ρ，分子量M，

粘度μ，泄放量Gv，氣體特性系數(shù)C，流量系數(shù)Kf，壓縮系數(shù)Z，最高泄放壓力Pm，泄放溫度Ti，操作壓力P0，整定壓力Ps）。3.2計(jì)算公式：

安全閥的計(jì)算參照GB/T12241-2005（它與ISO4126安全閥普通要求計(jì)算辦法相同）中

的公式并依據(jù)實(shí)測(cè)額定排量系數(shù)來(lái)計(jì)算安全閥的額定排量，進(jìn)而確定安全閥的口徑，是比較可靠的計(jì)算辦法。具體計(jì)算公式見(jiàn)GB/T12241-20056.3節(jié)/6.5節(jié)。3.2.1介質(zhì)為氣體或蒸汽

1）臨界流淌下的理論排量計(jì)算

在下列條件下達(dá)到臨界流淌：臨界流淌下的理論排量計(jì)算公式：

2）亞臨界流淌下的理論排量計(jì)算：

在下列條件下達(dá)到亞臨界流淌：亞臨界流淌下的理論排量計(jì)算公式：

3）Excel表格計(jì)算安全閥卸放面積A0（作者HuangWenJia）

3.3將必須的介質(zhì)物性數(shù)據(jù)編入Excel表格，并在安全閥卸放面積欄編好計(jì)算公式（見(jiàn)安全閥

計(jì)算excel表格）。

安全閥安全閥的選用與的選用與的選用與計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例計(jì)算實(shí)例

安全閥系壓力容器在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)超壓泄放的安全附件之一，也是在線壓力容器定期檢驗(yàn)中必檢

項(xiàng)目。它包括防超壓和防真空兩大系列，即一為排泄容器內(nèi)部超壓介質(zhì)防止容器失效，另一方面則為吸入外部介質(zhì)以防止容器剛度失效。凡符合《容規(guī)》適用范圍的壓力容器按設(shè)計(jì)圖樣的要求裝設(shè)安全閥。一．安全閥的選用安全閥的選用1.1.安全閥安全閥安全閥各種參數(shù)的確定各種參數(shù)的確定各種參數(shù)的確定a）確定安全閥公稱壓力。

依照閥門材料、工作溫度和最大工作壓力選定公稱壓力。

b)確定安全閥的工作壓力等級(jí)。

依照壓力容器的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度選定工作壓力等級(jí)。安全閥的工作壓力與彈簧的工作壓力級(jí)有著別同的含義，別能混為一談。工作壓力是指安全閥正常運(yùn)行時(shí)閥前所承受的靜壓力，它與被愛(ài)護(hù)系統(tǒng)或設(shè)備的工作壓力相同。而彈簧的工作壓力級(jí)則是指某一根彈簧所允許使用的工作壓力范圍，在該壓力范圍內(nèi)，安全閥的開(kāi)啟壓力（即整定壓力）能夠經(jīng)過(guò)改變彈簧的預(yù)緊壓縮量舉行調(diào)節(jié)。同一公稱壓力的安全閥，依照彈簧設(shè)計(jì)要求，能夠分為多種別同的工作壓力級(jí)。具體劃分見(jiàn)下表，劃分的前提是能腳以保證各個(gè)工作壓力級(jí)的壓力上限與下限均能符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的動(dòng)作性能指標(biāo)。

選用安全閥時(shí)，應(yīng)依照所需開(kāi)啟壓力值確定閥門的工作壓力級(jí)。

表1安全閥公稱壓力PN與彈簧工作壓力關(guān)系表

PN

彈簧工作壓力等級(jí)

1.6

0.06～0.1

>0.12

>0.16～0.25

>0.25～0.4

>0.4～0.5

>0.5～0.6

>0.6～0.8

>0.8～1.0>1.0～1.3

>1.3～1.6

2.5

>1.3～1.6

>1.6～2.0

>2.0～2.5

只能用于大于

1.3MP

6.4

->1.3～1.6

>1.6～2.0

>2.0～2.5

>2.5～3.2

>3.2～4.0

>4.0～6.4

只能用于大于1.3MPa

10

>4～5

>5～6.4

>6.4～8

>8～10

只能用于大于4.0MPa

c）確定安全閥的排放壓力Pd。

安全閥的排放壓力普通為整定壓力（開(kāi)啟壓力）的1.1倍，蒸汽鍋爐安全閥的排放壓力為整定壓力的1.03倍。d）確定安全閥的通徑。

依照必需排放量來(lái)確定，安全閥的排放能力≥必需排放量。被愛(ài)護(hù)系統(tǒng)所必需的排放量是指系統(tǒng)發(fā)生異常超壓時(shí)為防止超壓所必須排除的量，它是由系統(tǒng)或設(shè)備的工作條件、容量以及也許引起超壓等因素決定的。e）材質(zhì)的確定

選用安全閥的材質(zhì)應(yīng)思考介質(zhì)的工作溫度、工作壓力，介質(zhì)性能以及材料的工藝性，經(jīng)濟(jì)性等多種因素。普通事情下用戶可依照生產(chǎn)單位提供的安全閥樣本中列舉的別同型號(hào)安全閥的工作溫度、壓力范圍以及代表性使用介質(zhì)的種類舉行選用。對(duì)材質(zhì)有特別要求時(shí)，可在訂貨時(shí)與生產(chǎn)單位協(xié)商解決。

依照介質(zhì)特性選合適的安全閥材料:如含氨介質(zhì)別能選用銅或含銅的安全閥;乙炔別能選用含銅70%或紫銅制的安全閥。2.2.安全閥特別安全閥特別結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的的確定確定1）帶散熱器安全閥的選用

關(guān)于開(kāi)啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質(zhì)溫度超過(guò)320℃的氣體用的安全閥,應(yīng)選用帶散熱器(翅片)的形式。2）波浪管安全閥

對(duì)承受附加背壓力的安全閥，而且其背壓力變化量超過(guò)整定壓力10％時(shí)，應(yīng)選用這種安全閥。另外對(duì)使用有腐蝕性介質(zhì)的安全閥，為防止彈簧及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)受介質(zhì)腐蝕，也應(yīng)選用波浪管安全閥。

3）關(guān)于易燃、毒性為極度或高度危害介質(zhì)必須采納封閉式安全閥,如需采納帶有提升機(jī)構(gòu)的,則應(yīng)采納封閉式帶板手安全閥。

4）對(duì)空氣、60℃以上熱水或蒸汽等非危害介質(zhì),則應(yīng)采納帶板手安全閥。5）液化槽(罐)車,應(yīng)采納內(nèi)置式安全閥。

6）關(guān)于泄放量大的工況,應(yīng)選用全啟式;關(guān)于工作壓力穩(wěn)定,泄放量小的工況,宜選用微啟式;關(guān)于高壓、泄放量大的工況,宜選用非直截了當(dāng)起動(dòng)式,如脈沖式安全閥.關(guān)于容器長(zhǎng)度超過(guò)6m的應(yīng)設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上安全閥。

7）工作壓力Pw低的固定式容器,可采納靜重式（高壓鍋）或杠桿重錘式安全閥.挪移式設(shè)備應(yīng)采納彈簧式安全閥。

8）關(guān)于介質(zhì)較稠且易阻塞的,宜選用安全閥與爆破片的串聯(lián)組合式的泄放裝置.

3.3.安全閥安全閥安全閥的要緊性能指標(biāo)的要緊性能指標(biāo)的要緊性能指標(biāo)

1）安全性。閥門出廠時(shí)按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)舉行了強(qiáng)度試驗(yàn)與密封試驗(yàn)，確保閥門的機(jī)械性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2）靈敏性。閥門的起跳條壓力、回座壓力，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求的范圍內(nèi)，起跳壓力準(zhǔn)確、

起跳迅速，回座壓力穩(wěn)定。

3）密封性。閥門回座后密封性能優(yōu)良，無(wú)泄漏。

4）有排放量要求的安全閥，閥門起跳后排放量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求之機(jī)械特性，閥門的密

封性能及其它性能保持穩(wěn)定，別發(fā)生變化。二..普通安全閥訂貨須知普通安全閥訂貨須知普通安全閥訂貨須知

訂購(gòu)普通安全閥應(yīng)注明下列各項(xiàng)內(nèi)容：1）安全閥的型號(hào)、公稱通徑、公稱壓力

2）安全閥的工作壓力級(jí)或開(kāi)啟壓力（整定壓力）值3）閥體材質(zhì)及密封面材質(zhì)4、特別規(guī)格安全閥訂貨須知

訂購(gòu)特別安全閥時(shí)，除應(yīng)注明安全閥的型號(hào)、公稱通徑以及開(kāi)啟壓力之外，尚需注明以下各項(xiàng)：

（1）安全閥排放壓力的最高值及回座壓力（或啟閉壓差）最低值；（2）被愛(ài)護(hù)系統(tǒng)或設(shè)備的必須排量及擬裝設(shè)閥門的數(shù)量；（3）使用介質(zhì)及其重度（液體）或分子量（氣體）；（4）閥門進(jìn)口介質(zhì)溫度；

（5）閥門承受背壓的類型及數(shù)值；（6）其他要求。三．安全閥計(jì)算實(shí)例

我們?cè)趬毫θ萜髟O(shè)計(jì)和定期檢驗(yàn)中均要求對(duì)安全閥的安全排放能力舉行選型或校驗(yàn)計(jì)算?；谝酝Y料別齊全,往往以大代小,造成別必要的白費(fèi)?，F(xiàn)擬以GB150附錄B-B5.1b)為依據(jù)，用別同介質(zhì)、壓力、溫度對(duì)安全閥的安全排放量舉行選型計(jì)算。

例1：有一空氣儲(chǔ)罐,DN1000㎜，容積V=5m3最高工作壓力為0.8MPa，工作溫度為30℃進(jìn)口管為φ57X3.5,確定安全閥尺寸.解1)確定氣體的狀態(tài)條件

設(shè)Po—安全閥出口側(cè)壓力（絕壓）0.103MPa（近似為0.1MPa）

則Pd—安全閥泄放壓力（絕壓）為

Pd=1.1Ps+0.1=1.1×1.1Pw＋0.1=1.068MPa（GB150附錄B4.2.1）

當(dāng)安全閥出口側(cè)為大氣時(shí):Po/Pd=0.103/1.068=0.0936

而（2/(k+1)）k/(k-1)=（2/(1.4+1)）1.4/(1.4-1)=0.53

∴Po/Pd＜（2/(k+1)）k/(k-1)

是屬于臨界狀態(tài)條件,安全閥排放面積A按（B5）計(jì)算

式中:C氣體特性系數(shù),查表B1或C=520√k（2/(k+1)(k+1)/(k-1)）

K—安全閥額定泄放系數(shù),K=0.9倍的泄放系數(shù)(泄放系數(shù)由創(chuàng)造廠提供,普通為0.75);或按《容規(guī)》附件五第二節(jié)有關(guān)規(guī)定中選取.

2)容器安全泄放量的計(jì)算:

盛裝壓縮氣體或水蒸汽的容器安全泄放量,按下列規(guī)定來(lái)確定

a.對(duì)壓縮機(jī)貯罐或水蒸汽的容器,分不取壓縮機(jī)和水蒸汽發(fā)生器的最大產(chǎn)氣量;

b.氣體儲(chǔ)罐等的安全泄放量按(B1)式計(jì)算

Ws=2.83×10-3ρυd2㎏/h(B1)

式中ρ為排放壓力下的氣體密度.

ρ=M（分子量）×Pw’(排放絕對(duì)壓力)×273/(22.4×(273+t))

空氣M=28.95

排放絕對(duì)壓力Pw’=10.68㎏/㎝2

代入上式得ρ=28.95×10.68×273/22.4×303=12.44㎏/m3

υ—容器在工作壓力下的進(jìn)口管的氣體流速m/s;查表2得υ=10～15m/s

表2一些常用氣體流速范圍

流體名稱/輸送壓力

流速范圍m/s流體名稱/輸送壓力MPa流速范圍m/s

MPa

壓縮空氣飽和水蒸汽（主管）30~40

0~0.110~15（支管）20~30

＞0.1~＜0.610~20煤氣（初壓）2KPa0.75~3.0

＞0.6~＜1.010~15（初壓）6KPa3~12

＞1.0~＜2.08~10氨氣≤0.6MPa(g)10~20

＞2.0~＜3.03.0~6.01.0~2.0MPa(g)3.0~8.0

普通氣體（常壓）10~20液氨0.3~1.0

氧氣＜0.65.0~10.0氮?dú)?～10MPa(a)2.0~5.0

0.05~0.6

7.0~8.0乙炔氣2.0~8.0飽和水蒸汽（主管）30~40氫氣

≤8.0（支管）20~30自來(lái)水0.3MPa(g)（主管）1.5~3.5低壓蒸汽＜1.015~20（支管）1.0~1.5低壓蒸汽＜1.020~40易燃?xì)怏w≤1.0低壓蒸汽＜1.0

40~60

取υ=15m/s.

將上述ρ、ν、d代入得

Ws=2.83×10-3×12.44×15×502=1320.2㎏/h則

若采納帶板手全啟式安全閥A=0.785d02=205.4mm2

d0=(205.4/0.785)1/2=16.2㎜

依照統(tǒng)計(jì)概算,全啟式安全閥的喉徑d0與公稱直徑DN之比約為0.625,而微啟式安全閥的喉徑d0與公稱直徑DN之比約為0.8.

∴選用公稱直徑DN32的全啟式帶板手安全閥.安全閥公稱直徑與喉徑關(guān)系

表3

安全閥公稱壓力\公稱直徑

DN15、20、25、32、40、50、80、100

PN(MPa)1.0、2.5、4.0、6.4

Do20、25、32、50、65

PN(MPa)10.0

20、25、32、40、50

全啟式

PN(MPa)16、32

12、20

PN(MPa)1.6、2.5、4.0、6.4

Do12、16、20、25、32、40、65、80

PN(MPa)16、32

Do812

微啟式

PN(MPa)16、32

14/16

例2.將例題1的介質(zhì)改為蒸汽。

解：在壓力容器中，絕大多數(shù)安全閥的出口側(cè)壓力與它的泄放壓力之比即Po/pd都小于理論值0.528。（此值由空氣作試驗(yàn)介質(zhì)求得Po/pd=0.528）屬于臨界狀態(tài)。Pd——安全閥的泄放壓力（絕壓）

=205.4mm2

Pd=1.1×Ps＋0.1MPa=1.1×1.1Pw＋0.1=1.21×0.8＋0.1=1.068MPa

查得ρ=5.388Kg/m3.K=455°(t=182℃)

=2.83×10-3ρνd2=2.83×10-3×5.388×25×502=953Kg/h

∴W

S

最小排放面積A

其中蒸汽在工作溫度和壓力下的壓縮系數(shù)Z。可依照高鴻華主編《壓力容器安全技術(shù)咨詢題》第71咨詢中的公式舉行計(jì)算：（注1）

氯Cl270.91144.076.1

1.36

丙烷C3H844.0996.8442.011.133

丁烷C4H1058.12152.0137.47

1.094

苯C6H678.11287.648.71.18

乙炔H2C226.0436.361.61.238

異丁烷58.1258.1236.001.079

上述的工況同樣能夠用（B7）式舉行計(jì)算。該式在計(jì)算時(shí)略去繁鎖系數(shù)Z的計(jì)算，當(dāng)Pd≤10MPa時(shí)

眾所周知，壓縮系數(shù)Z是反映了真實(shí)氣體在壓力、溫度和比容之間的關(guān)系上和理想氣體的差異。在常溫及壓力別太高的事情下，真實(shí)氣體與理想氣體的差異別大。即壓縮系數(shù)

Z≈1，而普通常用的二原子氣體，如空氣、氧、氮、氫及一氧化碳等氣體的絕熱指數(shù)K均為1.4。所以，安全閥排量計(jì)算公式簡(jiǎn)化為下式：

W=27KP

d

A(M/T)0.5

用例題1的工況，代入后即得

Do=(205.4/0.785)0.5=16.2㎜

與例題1的詳細(xì)計(jì)算相差極小，另一方面應(yīng)注意的是，如合成氨的循環(huán)機(jī)的安全閥，由于出口側(cè)的壓力非常大。因而壓力比Po/Pd>(2/(k+1))k/(k-1)屬于處在亞臨界狀態(tài)，則應(yīng)用式(B6)來(lái)計(jì)算安全閥泄放量。但鍋爐系統(tǒng)的安全閥選型計(jì)算要以《鍋規(guī)》所給出的公式及系數(shù)舉行計(jì)算。

例3：液化石油氣貯罐，筒體內(nèi)徑Di=1600㎜,長(zhǎng)度L=6000㎜，壁厚δn=16㎜,V=13.3m3,封頭形式為橢圓，介質(zhì)組分為:丙烯50%、丙烷15%、正異丁烯15%、正異丁烷15%、殘液5%.液化石油氣組分見(jiàn)表5。

表5液化石油氣單一成分組分及汽化潛熱

分量組分X1丙烷C3H8丙烯C3H6正異丁烯正異丁烷殘液

50℃汽化潛熱kJ/kg

285.5

285.96

343.7

317.8

337

液化石油氣貯罐，普通別設(shè)保溫且夏日均配備水噴淋予以冷卻。解：對(duì)無(wú)絕熱材料保冷層的壓力容器其安全泄放量按（B3）計(jì)算。W=2.55×105FAt×0.82/qkg/h

式中：F—系數(shù)，關(guān)于地面上的容器，F(xiàn)=1At—容器受熱面積，橢圓封頭的臥式貯罐

At=πD0(L+0.3D0)=3.14×1.632（6.916+0.3×1.632）=37.9㎡

50℃汽化潛r=∑Xiri=285.5×0.15＋285.96×0.5＋343.7×0.15＋317.8×0.15＋337×0.05=301.9KJ/㎏∴安全泄放量W’=2.55x105FAt0.82

/r=2.55x105x1x37.90.82/301.9=16640㎏/h

安全閥的泄放能力計(jì)算

關(guān)于貯罐的筒體長(zhǎng)度≥6m時(shí)，應(yīng)設(shè)置兩個(gè)安全閥。在普通事情下分半值來(lái)計(jì)算較為合理。如此才別致于使安全閥選得過(guò)于大型而造成白費(fèi)。安全閥的最小排氣面積A為

式中Pd=1.1P＋0.1=1.1×1.8＋0.1=2.08MPaM分子量=44(以要緊成分丙烷)∴

選用DN40A42H—4.0的全啟式安全閥兩只。（此檔安全閥最小公稱直徑為40）

由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的裝置集中輸氣到一具貯罐（集中罐）