安全阀选用原则与计算实例

一.安全阀的选用原则

1.根据计算确定安全阀公称直径。

必须使安全阀的排放能力大于压力容器的安全泄放量。

2.根据压力容器的设计压力和设计温度确定安全阀的压力等级;

3.对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过 320℃的气体用的安全阀,应选用带散热器(翅片)的形式;

4.对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀;

5.当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过 10%开启压力时,应选用带波纹管的安全阀;

6.对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀;

7.液化槽(罐)车,应采用内置式安全阀;

8.根据介质特性选合适的安全阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀;

9.对于泄放量大的工况,应选用全启式;对于工作压力稳定,泄放量小的工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大的工况, 宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀.对于容器长度超过 6m 的应设置两个或两个以上安全阀;

10.工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式(高压锅)或杠杆重锤式安全阀。移动式设备应采用弹簧式安全阀;

11.对于介质较稠且易堵塞的, 宜选用安全阀与爆破片的串联组合式的泄放装置。

二.安全阀计算实例

例:有一氮气储罐DN1500mm,容积V=3m3,工作压力Pw=0.8MPa,工作温度为55℃,进气管为φ32×3,确定安全阀尺寸。

解:

Ⅰ.容器安全泄放量

设计温度取t=60℃

1.确定容器设计压力

取1.1倍工作压力为:P=1.1*0.8=0.88Mpa

2.确定安全阀泄放压力(绝压)

Pf=1.1Pw+0.1+0.1*0.88=1.068Mpa

3.气体密度

泄放压力下气体的密度

ρ=1.25*K/(K+t)*Pf/0.1013=11.35kg/m3

4.气体流速

查氮气在泄放压力下的流速

v=15m/s

5.进气管管径

进气管内径

d=32-3*2=26mm

6.容器安全泄放量

Ws=2.83*10-3*ρ*v*d2=326kg/h

Ⅱ.安全阀直径计算

1.出口侧压力(绝压)

取P0=0.1Mpa(根据容器使用地大气压)

2.气体绝热指数

k=Cp/Cv

取k=1.4(查表B.6)

安全阀选用原则与计算实例

3.氮气特性数据

C=356(查表B.4)

安全阀选用原则与计算实例

4.安全阀泄放系数

K1=0.75(一般由安全阀厂家提供,GB/T 36588-2018)

则安全阀额定泄放系数

K2=0.9*0.75=0.675(GB/T12241-2021 7.5)

5.气体摩尔质量

M=28.01

6.操作温度下的压缩系数

对比温度Tr=氮气的泄放温度/氮气的临界温度=(273+55)/(273-147)=2.6

对比压力Pr=氮气泄放压力/氮气临界压力=0.98/3.4=0.29

查图B.1知氮气压缩系数

Z=1.06

安全阀选用原则与计算实例

7.临界条件

P0/Pf=0.1/1.068≈0.0936

(2/(k+1))^(k/(k-1))≈0.528

对于气体,P0/Pf<(2/(k+1))^(k/(k-1))满足临界条件。

则A=13.16*Ws*√(Z*Tf/M)/(C*K2*Pf)=58.8mm2

8.安全阀大小

d=√(4*A/Π)=8.7mm

需选用最小流通直径大于8.7mm的安全阀。

计算得到的最小直径并不是安全阀的公称直径。

按经验,全启式安全阀喉径与公称直径的比值大约是0.6左右;微启式安全阀喉径与公称直径的比值大约是0.8左右。

选用全启式安全阀则公称直径约为8.7/0.6=14.4mm,则可以选用DN20的全启式安全阀。

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