・35・2004年第4期安全泄压装置的主要作用是防止压力容器、锅炉和管道等受压设备因火灾、操作故障或停水、停电造成压力设备超过其设计压力而发生爆炸事故。
当设备内介质的压力达到预定值时,安全泄压装置立即动作,泄放出压力介质。
一旦压力恢复正常,它即自行关闭,以保证设备的正常运行。
在石化工业,常用的安全泄压装置为安全阀和爆破片。
1安全阀的选用与使用1.1安全阀的分类及适用场合安全阀分类有以下四种。
(1)按国家标准《安全阀的一般要求》分类①直接载荷式②带动力载荷式③带补充载荷式④先导式(2)按阀瓣开启高度分类①全启式,h≥d/4h表示开启高度,d表示安全阀阀座喉部直径。
适用于安全泄放量较大的场合。
②微启式,d/4>h≥d/40适用于安全泄放量较小和要求压力较平稳的场合。
(3)按结构不同分类①封闭弹簧式和不封闭弹簧式对于有毒介质、易燃易爆介质应采用封闭弹簧式安全阀,并且将排放管导入回收容器内引入安全地点,以避免中毒、燃烧、爆炸事故的发生。
对于蒸汽或惰性气体类介质可选用不封闭弹簧式安全阀。
②带扳手和不带扳手扳手的主要作用是检查阀瓣的灵活程度,有时也可作紧急泄压用。
如需带有提升机构,需采用带扳手的安全阀。
③带散热片和不带散热片对于开启压力大于3M Pa的蒸汽用安全阀或介质温度超过325℃的气体用安全阀,应采用带散热片安全阀。
④有波纹管和没有波纹管一般安全阀都没有波纹管。
有波纹管结构的安全阀为平衡型安全阀,适用于介质腐蚀性较严重或背压波动较大的情况。
(4)按平衡内压的方式分类分弹簧式、杠杆式和先导式。
对于一般低、中、高压容器选用弹簧式,对于压力较低、温度较高且无振动的容器可采用杠杆式。
尤其要引起注意的是对于有可能被物料堵塞或腐蚀的安全阀应在其入口前设爆破片装置,有突发超压或发生瞬时分解爆炸危险物料的反应设备,如安全阀不能满足要求时,应装设爆破片装置。
1.2安全阀排放量的计算安全阀铭牌上一般标记有该阀用于某种条件(压力、温度、介质)下的额定排放量,但实际上的使用条件(压力、温度、介质)往往与铭牌上的条件不完全相同,在这种情况下需要对安全阀的排放量重新计算,总之,要求安全阀的排放能力必须大于等于压力容器的安全泄放量。
1.2.1压力容器安全泄放量的计算(1)盛装压缩气体或水蒸汽压力容器的安全泄放量安全阀的选用与使用刘月芹曹晓玲闾琳(南京化工厂设计所,南京210038)摘要着重介绍了安全阀在选用和使用过程中应注意的几个问题,强调了安全阀的排放能力必须大于等于压力容器的安全泄放量。
关键词安全阀选用使用管道与管件・36・第40卷化工设备与管道①对压缩机贮气罐和蒸汽罐等容器的安全泄放量,分别取该压缩机和蒸汽发生器的最大产气(汽)量。
②气体贮罐等的安全泄放量,按下式计算:W=2.83×10-3ρv d i2(1)式中W—压力容器的安全泄放量,k g/h;ρ—泄放压力下的气体密度,k g/m3;v—压力容器进口管内气体流速,m/s;d i—压力容器进口管的内径,mm。
(2)盛装液化气体压力容器的安全泄放量①介质为易燃液化气体或位于有可能发生火灾的环境下工作的非易燃液化气体a.无绝热保温层时,安全泄放量按下式计算:W=2.55×105FA0.82/q(2)式中W—压力容器的安全泄放量,k g/hq—在泄放压力下液化气体汽化潜热,k J/k gF—系数,压力容器置于地面以下用沙土覆盖时,F=0.3;压力容器置于地面上时,F=1.0;容器置于大于10L/m2・m in喷淋装置下时,F=0.6;A—压力容器受热面积,m2。
半球形封头的卧式容器A=3.14D0L(D0压力容器外直径,L压力容器总长);椭圆形封头的卧式容器A=3.14D0(L+ 0.3D0);立式容器A=3.14D0h1(h1容器最高液位);球形容器A=1.57D02或从地面起7.5m高度以下所包括的外表面积,取两者中较大值。
b.有完善的绝热保温层时,安全泄放量按下式计算:W=2.61(650-t)λA0.82/δq(3)式中t—泄放压力下的饱和温度,℃;λ—常温下绝热材料的导热系数,k J/m・h・℃;δ—保温层厚度,m。
②介质为非易燃液化气体的压力容器,置于无火灾危险的环境下工作时,安全泄放量可根据有无保温层,分别参照式(2)或式(3)计算,取不低于计算值的30%。
③因化学反应使气体体积增大的压力容器,其安全泄放量应根据容器内化学反应可能生成的最大气量及反应时间来确定。
1.2.2安全阀排放能力计算本文只讨论气体且处于临界条件下,安全阀的排放能力。
W’=7.6×10-2CK p A1M/Z T(4)式中W’—安全阀的排放能力,k g/h;p—安全阀泄放压力(绝压),取p’+0.1MPa(其中p’为系统最大工作压力)MPa;C—气体的特性系数,是等熵指数k的函数, C=520k2k+1k+1k-1。
其圆整数见表1。
K—安全阀的额定泄放系数,等于泄放系数与减低系数(取0.9)的乘积。
泄放系数与安全阀的结构有关。
通常由安全阀制造厂提供,最好按实际的试验数据选用,在没有试验数据时,按下述规定选用:全启式安全阀K=0.60-0.70,带调节圈的微启式安全阀K=0.40-0.50,不带调节圈的微启式安全阀K=0.25-0.35。
k—气体的等熵指数;M—气体的摩尔质量,k g/kmol;T—泄放装置进口侧气体的温度,K;Z—气体的压缩系数,可按有关手册查得,对空气Z=1.0。
表1气体特性系数k C k C k C k C 1.00315 1.20337 1.40356 1.60372 1.02318 1.22339 1.42358 1.62374 1.04320 1.24341 1.44359 1.64376 1.06322 1.26343 1.46361 1.66377 1.08324 1.28345 1.48363 1.68379 1.10327 1.30347 1.50364 1.70380 1.12329 1.32349 1.52366 2.00400 1.14331 1.34351 1.54369 2.20412 1.16333 1.36352 1.563691.18335 1.38354 1.58371注:k气体绝热指数(见常用气体性质表)。
1.2.3安全阀最小排放面积和口径计算安全阀的排放能力W’,必须大于等于压力容器的安全泄放量W,在已知压力容器的安全泄放量后,就可以确定安全阀的最小排放面积及安全阀阀座口径,参照安全阀样本或其他资料,选用适当的安全阀。
A1=W7.6×10-2C K P M/Z T・37・2004年第4期式中A1—安全阀最小排放面积,mm2。
对全启式安全阀,即h≥d/4时,A1=0.785d2;对微启式安全阀,即h<d/4时,平面型密封面A1=3.14d1h,锥面型密封面,A1=3.14d h sin<。
式中h—安全阀开启高度,mm;d—安全阀阀座喉部直径,mm;d1—安全阀阀座口径,mm;<—锥型密封面的半锥角,°。
由此得出:对于全启式安全阀d=2A13.14对于微启式安全阀d=A1/3.14(h sin<)。
表2常用气体性质表气体分子式气体的摩尔质量k g/kmol绝热指数k0.1013M Pa,5℃空气28.961.40氮气N228.02氧气O232.00氢气H2 2.015 1.41氯气Cl270.91 1.35一氧化碳CO28.00 1.40二氧化碳CO244.00 1.30氨N H317.03 1.31氯化氢HCl36.46 1.41硫化氢H2S34.08 1.32一氧化二氮N2O44.02 1.30二氧化硫SO264.07 1.29甲烷CH416.03 1.31乙烯C2H428.03 1.25根据计算出的安全阀阀座喉部直径d,按稍大于而相近于d的标准系列安全阀阀座喉部直径,确定安全阀的公称直径,具体见表3。
表3安全阀阀座喉部直径与安全阀公称直径对照表微启式安全阀阀座喉部直径mm1216202532406580全启式安全阀阀座喉部直径mm2025325065100125安全阀公称直径mm15202532405080100150200 1.2.4确定安全阀的公称压力安全阀是按照公称压力标准系列进行设计制造的,它的公称压力系列是:1.6,2.5,4.0,6.4,10,16, 32M Pa,公称压力是安全阀在常温状态下最高许用应力,因此,高温压力容器在选用安全阀时,还应考虑高温下材料许用应力的降低,即选用的安全阀其公称压力不应小于设计压力除以材料用于高温下许用应力的减弱系数,用算式表示为:PNΕp[σ]t/[σ]式中PN—安全阀的公称压力,M Pa;p—压力容器的设计压力,M Pa;[σ]—阀体材料在常温下许用应力,M Pa;[σ]t—阀体材料在设计温度下许用应力,M Pa。
2安全阀的适用2.1安全阀的安装安全阀能否正常工作与安装是否正确有很大关系,安装的位置、方式不适当,不但会失去应有的作用,而且还会导致意外事故的发生。
安全阀最好直接安装在压力容器本体上,应垂直安装,并应装在压力容器液面以上的气相空间。
在特殊情况下,安全阀确实不便装在压力容器本体上,而需装在出口管上时,应尽量减小安全阀与容器之间的管路阻力,连接管不应有急转弯、曲折、截面急剧缩小等,连接管的截面积不得小于安全阀的进口面积。
压力容器在一个连接管上装设数个安全阀时,则该连接管入口面积应至少等于数个安全阀进口面积总和。
压力容器与安全阀之间不宜装设中间切断阀。
对于盛装易燃易爆、毒性程度为极度、高度、中度危害或粘性介质的压力容器,为便于安全阀的更换、清洗,可在压力容器与安全阀之间装设切断阀,截止阀的结构和通径尺寸应不妨碍安全阀的正常泄放。
压力容器正常运行时,切断阀必须保持全开,并加铅封。
封闭式安全阀应配制排放管,将气体排放至室外或其他安全场所,排放管应尽量避免过多弯曲、急转弯,以减小阻力,它的直径应不小于安全阀的出口直径,排放管应适当支承,以免对安全阀产生过大的附加应力或引起振动。
安全阀一般应安装在易于检修和调节之处,周围要有足够的工作空间,如立式容器的安全阀,DN80以下者,可安装在平台内靠外侧, DN100以上者安装在平台外靠平台处,借平台可以对阀门进行维护和检修。
2.2安全阀的试验试验的目的在于证实每个安全阀已经调整到适合运行的要求,且能够承受规定的压力和温度。
进行・38・第40卷化工设备与管道强度试验时,封闭阀座密封面,在进口侧体腔施加试验压力,试验压力为安全阀公称压力的1.5倍。
对于向空排放的安全阀或仅在排放时产生背压力的安全阀,不需在排放侧体腔部位进行强度试验。