安全閥計(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．安全閥的選用方法
a）根據(jù)計(jì)算確定安全閥.公稱直徑.必須使安全閥的排放能力≥壓力容器的安全泄放量
b）根據(jù)壓力容器的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度確定安全閥的壓力等級;
c）對于開啟壓力大于3MPa蒸汽用的安全閥或介質(zhì)溫度超過320℃的氣體用的安全閥,應(yīng)選用帶散熱器(翅片)的形式;
d）對于易燃、毒性為極度或高度危害介質(zhì)必須采用封閉式安全閥,如需采用帶有提升機(jī)構(gòu)的,則應(yīng)采用封閉式帶板手安全閥;
e）當(dāng)安全閥有可能承受背壓是變動的且變動量超過10%開啟壓力時(shí),應(yīng)選用帶波紋管的安全閥;
f）對空氣、60℃以上熱水或蒸汽等非危害介質(zhì),則應(yīng)采用帶板手安全閥
g）液化槽(罐)車,應(yīng)采用內(nèi)置式安全閥.
h）根據(jù)介質(zhì)特性選合適的安全閥材料:如含氨介質(zhì)不能選用銅或含銅的安全閥;乙炔不能選用含銅70%或紫銅制的安全閥.
i）對于泄放量大的工況,應(yīng)選用全啟式;對于工作壓力穩(wěn)定, 泄放量小的工況,宜選用微啟式;對于高壓、泄放量大的工況, 宜選用非直接起動式,如脈沖式安全閥.對于容器長度超過6m的應(yīng)設(shè)置兩個或兩個以上安全閥.
j）工作壓力Pw低的固定式容器,可采用靜重式（高壓鍋）或杠桿重錘式安全閥.移動式設(shè)備應(yīng)采用彈簧式安全閥.
k）對于介質(zhì)較稠且易堵塞的, 宜選用安全閥與爆破片的串聯(lián)組合式的泄放裝置.
l）根據(jù)安全閥公稱壓力大小來選擇的彈簧工作壓力等級. 安全閥公稱壓力與彈簧工作壓力關(guān)系,見表1
m）
安全閥公稱壓力PN與彈簧工作壓力關(guān)系表
   　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表1
PN        彈簧工作壓力等級
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

安全閥應(yīng)動作靈敏可靠,當(dāng)?shù)竭_(dá)開啟壓力時(shí),閥瓣應(yīng)及時(shí)開啟和完全上升,以順利排放;同時(shí)應(yīng)具有良好的密封性能,不僅正常工作時(shí)保持不漏,而且要求閥瓣在開啟復(fù)位后及時(shí)關(guān)閉且保持密封;在排氣壓力下閥瓣應(yīng)達(dá)到全開位置,無震蕩現(xiàn)象,并保證排出規(guī)定的氣量。
二．安全閥計(jì)算實(shí)例
我們在壓力容器設(shè)計(jì)和定期檢驗(yàn)中均要求對安全閥的安全排放能力進(jìn)行選型或校驗(yàn)計(jì)算?；谝酝Y料不齊全,往往以大代小,造成不必要的浪費(fèi)?，F(xiàn)擬以GB150附錄B-B5.1 b)為依據(jù)，用不同介質(zhì)、壓力、溫度對安全閥的安全排放量進(jìn)行選型計(jì)算。
例1：有一空氣儲罐,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
A≥ mm   （B5）
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)由制造廠提供,一般為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)定來確定
a.對壓縮機(jī)貯罐或水蒸汽的容器,分別取壓縮機(jī)和水蒸汽發(fā)生器的最大產(chǎn)氣量;
b.氣體儲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’(排放絕對壓力)×273/(22.4×(273+t))
空氣M=28.95
排放絕對壓力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

一些常用氣體流速范圍
          　　　　        　　　　　　  表2
流體名稱/輸送壓力MPa        流速范圍m/s       











        流體名稱/輸送壓力
MPa        流速范圍
m/s
壓縮空氣  0~0.1
          ＞0.1~＜0.6
＞0.6~＜1.0
＞1.0~＜2.0
＞2.0~＜3.0
一般氣體（常壓）
氧氣     ＜0.6
0.05~0.6
飽和水蒸汽（主管）
（支管）
低壓蒸汽 ＜1.0
低壓蒸汽 ＜1.0
低壓蒸汽 ＜1.0        10~15
10~20
10~15
8~10
3.0~6.0
10~20
5.0~10.0
7.0~8.0
30~40
20~30
15~20
20~40
40~60                飽和水蒸汽（主管）
（支管）
煤氣（初壓）2KPa
    （初壓）6KPa
氨氣        ≤0.6
            1.0~2.0
液氨
氮?dú)?nbsp;       5~10
乙炔氣
氫氣
自來水  （主管）
（支管）
易燃?xì)怏w        40~60
35~40
0.75~3.0
3~12
10~20
3.0~8.0
0.3~1.0
2.0~5.0
2.0~8.0
≤8.0
1.5~3.5
1.0~1.5
≤1.0



取υ=10m/s.
將上述ρ、ν、d代入得
Ws=2.83×10-3×12.44×15×502 =1320.2㎏/h
則A= =205.4mm2
若采用帶板手全啟式安全閥
A=0.785d02=205.4mm2      d0=(205.4/0.785)1/2=16.2㎜
根據(jù)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        DN  15、20、25、32、40、50、80、100