v1.0可编辑可修改安全阀计算实例陈桦安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，也是在线压力容器定期检验中必检项目。

它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。

凡符合《容规》适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。

一．安全阀的选用方法a）根据计算确定安全阀 . 公称直径 . 必须使安全阀的排放能力≥压力容器的安全泄放量b）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;c）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 ;d）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, 如需采用带有提升机构的 , 则应采用封闭式带板手安全阀;e）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 ;f ）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g）液化槽 ( 罐) 车, 应采用内置式安全阀 .h）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 .i ）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 .j ）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.11l ）根据安全阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级.安全阀公称压力与弹簧工作压力关系 , 见表 1m）安全阀公称压力 PN与弹簧工作压力关系表表 1 PN 弹簧工作压力等级～> >～>～>～>～>～>～>～>～>～>～>～只能用于大于-> ～>～>～>～>～>～只能用于大于10 >4～5 >5～>～8 >8～10 只能用于大于安全阀应动作灵敏可靠, 当到达开启压力时 , 阀瓣应及时开启和完全上升, 以顺利排放; 同时应具有良好的密封性能 , 不仅正常工作时保持不漏 , 而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封 ; 在排气压力下阀瓣应达到全开位置 , 无震荡现象 , 并保证排出规定的气量。

二．安全阀计算实例我们在压力容器设计和定期检验中均要求对安全阀的安全排放能力进行选型或校验计算。

基于以往资料不齐全 , 往往以大代小 , 造成不必要的浪费。

现拟以 GB150附录 b) 为依据，用不同介质、压力、温度对安全阀的安全排放量进行选型计算。

3例 1：有一空气储罐 ,DN1000㎜，容积 V=5m最高工作压力为，工作温度为 30℃进口管为φ , 确定安全阀尺寸 .解 1) 确定气体的状态条件设Po—安全阀出口侧压力（绝压）（近似为）则 Pd—安全阀泄放压力（绝压）为Pd=++10%P=（ GB150附录 B4.2.1 ）当安全阀出口侧为大气时: Po/Pd==而（ 2/(k+1) ）k/(k-1) = （2/+1) ） =k/(k-1)∴ Po/Pd ＜（ 2/(k+1) ）是属于临界状态条件,安全阀排放面积 A 按（ B5）计算A≥Ws mm （B5）7.6 10 2 CKP d MZT式中 : C 气体特性系数 , 查表 B1 或 C=520√k（2/(k+1) (k+1)/(k-1) ）K—安全阀额定泄放系数,K= 倍的泄放系数 ( 泄放系数由制造厂提供, 一般为 ; 或按《容规》附件五第二节有关规定中选取.2)容器安全泄放量的计算 :盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄放量, 按下列规定来确定a. 对压缩机贮罐或水蒸汽的容器, 分别取压缩机和水蒸汽发生器的最大产气量;b. 气体储罐等的安全泄放量按(B1) 式计算Ws=×10-3ρυ d2㎏/h(B1)式中ρ为排放压力下的气体密度.ρ=M（分子量）× Pw’ ( 排放绝对压力 ) ×273/ ×( 273+t ))空气 M=排放绝对压力Pw’ =㎏/ ㎝2代入上式得ρ =×× 273/ × 303=㎏ /m3υ—容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s; 查表 2 得υ =10～15m/sv1.0可编辑可修改一些常用气体流速范围表 2流速范围流体名称 / 输送压力流速范围流体名称 / 输送压力 MPam/s MPa m/s压缩空气 0~ 10~15 饱和水蒸汽（主管）40~60 ＞~＜10~20 （支管）35~40＞~＜10~15 煤气（初压） 2KPa ~＞~＜8~10 （初压） 6KPa 3~12＞~＜~ 氨气≤10~20一般气体（常压）10~20 ~ ~氧气＜~ 液氨~~ ~ 氮气5~10 ~饱和水蒸汽（主管）30~40 乙炔气~（支管）20~30 氢气≤低压蒸汽＜15~20 自来水（主管）~低压蒸汽＜20~40 （支管）~低压蒸汽＜40~60 易燃气体≤取υ =10m/s.将上述ρ、ν、 d 代入得Ws=× 10-3×× 15×502 = ㎏/h则 A= 1320.2 2=205.4mm7.6 10 2 365 0.7 1.071 28.951 303若采用带板手全启式安全阀21/2A==205.4mm d0==㎜根据统计概算 , 全启式安全阀的喉径 d0 与公称直径 DN之比约为 , 而微启式安全阀的喉径 d0 与公称直径 DN之比约为 .∴选用公称直径DN32的全启式带板手安全阀.安全阀公称直径与喉径关系表 3 安全阀公称压力公称直径DN 15 、20、 25、32、40、 50、80、100全PN (MPa)、、、do 20 、25、 32、50、65启 PN (MPa) 20 、25、 32、40、50式PN (MPa)16、 32 12 、20微PN (MPa)、、、do 12 、16、 20、25、32、 40、65、80启PN (MPa)16、 32 do 8 12式PN (MPa)16、 32 14/16例 2. 将例题 1 的介质改为蒸汽。

解：在压力容器中，绝大多数安全阀的出口侧压力与它的泄放压力之比即Po/pd 都小于理论值。

（此值由空气作试验介质求得Po/pd=）属于临界状态。

Pd——安全阀的泄放压力（绝压）Pd=× P＋ =×＋ =×＋ =查得ρ =5.388Kg/m3. K= 455°(t=182 ℃) 182+273=455K∴WS=×10-3ρν d2=× 10-3×× 25× 502=953Kg最小排放面积 AWsA=7.6 10 2 CKP dMZT其中蒸汽在工作温度和压力下的压缩系数Z。

可根据高鸿华主编《压力容器安全技术问题》第 71 问中的公式进行计算：（注 1）Z= P M =10.68 0.1856 10 4 18 = RT 848 455式中： R—— 848Kg·m/Kmol·KT——蒸汽绝对温度Kν——蒸汽比容M——分子量。

蒸汽 k= ∴ A=9537.6 10 =245.7mm2 331 0.7 181.0684550.932A245.7do===㎜4取DN=32的安全阀。

（do=20 ㎜）注1、介质压缩系数可按 GB150附录 B 章进行计算，一些常用介质的临界特性，由表4查得某些气体的主要物理特性表 4名称分子量临界温度 t ℃临界压力 Patm(绝压 ) K=Cp/Cv氢 H2氧 O2 32空气29氧化氮 NO 30 -94二氧化碳 CO2 44水蒸汽 H2O( 过热 )氨 NH3硫化氢 H2S氟 -12 CF2Cl2氯 Cl2丙烷 C3H8丁烷 C4H10苯 C6H6乙炔 H2C2异丁烷上述的工况。

同样可以用 （B7）式进行计算。

该式在计算时略去繁锁系数 Z 的计算，当 Pd ≤10Mpa 时A=Ws=953 25.25 0.7 =242.8mm5.23KPd1.068do= A = 245.8 =㎜0.7854众所周知，压缩系数 Z 是反映了真实气体在压力、温度和比容之间的关系上和理想气体的差异。

在常温及压力不太高的情况下，真实气体与理想气体的差异不大。

即压缩系数Z ≈1，而一般常用的二原子气体，如空气、氧、氮、氢及一氧化碳等气体的绝热指数K均为。

因此，安全阀排量计算公式简化为下式：W=27KPdAMT用例题 1 的工况，代入后即得1320.2A==205.4mm27 0.7 1.06778.95303A205.4Do===㎜4与例题 1 的详细计算相差极小， 另一方面应注意的是， 如合成氨的循环机的安全阀，用式 (B6) 来计算安全阀泄放量。

但锅炉系统的安全阀选型计算要以《锅规》所给出的公式及系数进行计算。

例 3：液化石油气贮罐，筒体内径Di=1600 ㎜ , 长度 L=6000 ㎜，壁厚δ n=16㎜ ,V=13.3m 3, 封头形式为椭圆，介质组分为 : 丙烯 50%、丙烷 15%、正异丁烯 15%、正异丁烷 15%、残液 5%.液化石油气组分见表 5。

液化石油气单一成分组分及汽化潜热表 5重量组分 X1丙 烷 丙 烯 正 异 丁 正 异 丁 残液C3H8 C3H6烯烷50℃汽 化潜 热337kJ/kg液化石油气贮罐，一般不设保温且夏日均配备水喷淋予以冷却。

解：对无绝热材料保冷层的压力容器其安全泄放量按（B3）计算。

W=×105FAt ×q kg/h式中： F —系数，对于地面上的容器， F=1At—容器受热面积，椭圆封头的卧式贮罐At=πD0(L+ D0)= ×（ +×） =㎡50℃汽化潜 r= ∑Xiri= ×＋×＋×＋×＋337×=㎏∴安全泄放量 W ’ =2.55105 F A 0 .82r= 2.55 1051 37.90.82 =16640㎏/h301.9安全阀的泄放能力计算对于贮罐的筒体长度≥ 6m 时，应设置两个安全阀。

在一般情况下分半值来计算较为合理。

这样才不致于使安全阀选得过于大型而造成浪费。

安全阀的最小排气面积 A 为WA= 2M7.6 10 2 CKP dZT= 8320 323447.6 10 2 337 0.6 2.083230.672=577.3mm式中 Pd=＋=×＋ =M分子量 =44 ( 以主要成分丙烷 ) ∴do= A = 577.3 =㎜0.7854选用 DN40A42H—的全启式安全阀两只。