H Ws = q
5.3 盛装液化气体的容器安全泄放量 5.3.1 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:
2.55 ×105 FAr0.82 Ws = q
b) 有完善的绝热保温层时,安全泄放量按下式 计算: 2.61(650 − t )λAr0.82
5.泄放设备的相关计算
5.1 容器安全泄放量的计算 5.1.1 盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄 放量. a )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). b )气体贮罐等的安全泄放量,按下式计算:
Ws = 2.83 ×10 ρvd
−3
2
5.2 换热设备等产生蒸汽时,安全泄放量按下式计算:
• • • • • • 保护个人免受来着超压设备的危险 在压力紊乱期使化学物质的损失尽量少 防止对设备造成伤害 防止对邻近财产造成损害 减少保险费用 符合政府法规要求
4.泄放设备的位置
4.1 在整个工艺过程中,需要安装泄放设备的 装置标准有 (1) 所有过程容器都需要泄压设备,包括反应 器,贮罐,塔设备和桶. (2) 暴露于热(如太阳)或冷冻环境下的装有 冷的液体管线的密封部件. (3) 正压置换泵,压缩机和涡轮机的排放一侧, 需要泄压设备.
Ws =
δq
5.3.2 介质为非易燃液化气体的容器,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,分别前两个公式计算， 取不 低于计算值的0.3倍. 5.4 因化学反应使气体体积增大的容器,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. 注:以上计算公式及相关规定均取自GB150 《钢制压力容器》.
解: 将已知带入
ω=
2
x0 vg 0 v0
C pT0 p0 v fg 0 + v0 h fg 0

2
得到
ω = 3.31
再带入
pc + ω2 −ω p 0
(
)
pc pc pc 2 2 1 − + 2ω ln + 2ω 1 − = 0 p p0 p0
得到
2
pc = 0.75 p0 = 1.5MPa
泄放口处为临界流动,因此带入以下公式可以确定单位面积的排放量 由于 p < pc 泄放口处为临界流动 因此带入以下公式可以确定单位面积的排放量
Gc
( p0 / v0 )
最后带入下式
1 2
=
pc / p0
ω
得到
Gc = 11639kg / m 2 ⋅ s
安全泄放理论知识
理论知识解决的问题
1.哪些装置是安全泄压装 4.哪些设备需要安装安全 置?它们的优缺点是哪 泄放系统? 些? 5.怎么选取压力泄放系统 2.安全泄放系统在工程中 (气相,液相泄放量以及 的作用是什么? 两相流的泄放量和泄 放面积的计算) 3.安装安全泄放系统后可 以达到那些效果?满足 哪些要求?
2.超压泄放装置的作用
• 当容器或系统在正常工作压力下运行时，该装置 不起作用，但一旦器内介质压力超过其设定的安 全压力时，它将自动开启，迅速泄出器内部分或 全部介质，器内压力不再持续攀升，达到保护容 器的目的。
介质压力 ≥ 安全压力 开启安全装置 → 介质压力不再持续攀升
3.需要压力泄放系统的原因
KGA / ρ ≥ Q ⇒ A ≥ Q / Ku
其中u=G/p,为泄放速率,m/s
两相流对泄放面积A的 影响,见图 它表示了氨在115Mpa 下, 泄放口单位面积泄放 量G, 泄 放介质 密度 p以 及泄放速率u随气相体积 分率α的变化情况。随着 α α的增加, G 和 p均减小, , p , 而u增加,因而A减小。例 如纯气相, 即 α= 1 时的 泄放速率约比α= 0.3 时 的大10倍。也就是说α= 0.3时两相流泄放所需的 泄放面积, 应比纯气相泄 放时所需泄放面积大10 倍。
式中, S 为熵, kJ/K 根据上述公式 , 可以求得泄放口处单位面积质量流量G。当第一个公 式中的G 取得最大值Gmax时,即为临界单位面积质量流量Gc:
上述计算方法除了比较繁琐外, 实际应用中的最大困难是需要大量热力学 数据, 而这些数据是很难直接查到的。用传统均相泄放模型对饱和水蒸气 系统进行泄放计算, 其结果与美国ASME锅炉压力容器规范给出的泄放量 曲线吻合很好。 5.5.3 实用均相泄放模型 Leung J C 等人在传统的均相泄放模型的基础上, 发展了一种实用两相流 泄放模型, 其核心是提出了均相泄放的状态方程
p v = ω 0 − 1 + 1 p v0
式中, p 为压力, Pa; w为压缩特性因子。
对于理想喷管等熵流动, 能量平衡方程可写成
将上式带入到下式中
可以得到
再将均相状态方程带入上式,积分得到
G = p0 / v0
2ω ln
p p0 + 2(ω − 1) − 1 p p0 p ω 0 − 1 + 1 p
1.2 爆破片装置 爆破片装置主要由爆破片与夹持器组成,爆 破片(防爆膜)是其爆破元件,夹持器起固定爆 破片的作用.该装置在容器超压后,爆破片首 先破裂,迅速排出器内介质而达到泄压的目 的. 优点:密封性好,反应迅速,灵敏度高,泄放量 大,能适应黏性大,毒性大,腐蚀性强的介质. 特别是因异常化学反应导致压力瞬间将急 剧升高或达到燃爆的场合. 缺点:不可逆装置, 不能回复原来的状态,造 成操作中断.
该聚合过程的主要步骤包括:1.将100lb的引发剂充装入反应器 该聚合过程的主要步骤包括 将 的引发剂充装入反应器R-1;2.加热 加热 的引发剂充装入反应器 至反应温度240C;3.加入单体 历时 加入单体,历时 使用阀V-15,通过真空的方法将剩 至反应温度 加入单体 历时3h;4.使用阀 使用阀 通过真空的方法将剩 余的单体移除.由于反应是放热的 在单体加入期间需要用冷却水冷却. 由于反应是放热的,在单体加入期间需要用冷却水冷却 余的单体移除 由于反应是放热的 在单体加入期间需要用冷却水冷却
1.安全泄压装置
1.1 安全阀 安全阀属于一种阀型安全泄压装置,仅用于 排放容器或系统内高出设定压力的部分介 质,在压力降至正常值后能自动复位,容器或 系统仍可以继续运行. 优点:能自动开闭,可以调节,不致中断生产 缺点:密封性较差,会有微量泄漏,有滞后现象, 不能适应要求快速泄压的场合,不适合粘稠 物料
泄放口处于亚临界流动,此时泄放口单位面积的泄放量由 当 p > p c 时, 泄放口处于亚临界流动 此时泄放口单位面积的泄放量由 上式求得. 上式求得
当达到临界流动时, 式中的G 达到其最大值Gmax。对式求G 的极值, 可得出 临界流动时临界压力p c 的关系式:
pc + ω2 −ω p 0
2
(
)
pc pc pc 2 2 1 − + 2ω ln + 2ω 1 − = 0 p p0 p0
2
将上面两个公示合并,即可得出Gmax (亦即Gc) :
当泄放口处的压力(或称背压 p≤p c 时, 泄放口处于临界流动 此时泄 泄放口处于临界流动, 当泄放口处的压力 或称背压) 或称背压 放口单位面积的泄放量由上式确定. 放口单位面积的泄放量由上式确定 采用传统均相泄放模型 采用传统均相泄放模型, 可以对闪蒸和非闪蒸系统进行两相流泄放 传统均相泄放模型 计算, 其所得结果一般能够满足工程设计精度要求, 计算 其所得结果一般能够满足工程设计精度要求 但是计算需要大量 的热力学数据, 使其在实际应用中受到很大地限制。 的热力学数据 使其在实际应用中受到很大地限制。 而 实用均相泄放 是在传统均相泄放模型的基础上, 模型是在传统均相泄放模型的基础上 引入两相流状态方程, 模型是在传统均相泄放模型的基础上 引入两相流状态方程 发展而成 一种比较新的两相流泄放计算方法。该方法既简便又实用, 的 一种比较新的两相流泄放计算方法。该方法既简便又实用 无需特 殊热力学数据, 利用设备内初始条件就可进行泄放计算, 殊热力学数据 利用设备内初始条件就可进行泄放计算 而且其结果与 利用传统均相泄放模型计算的结果相差不大, 利用传统均相泄放模型计算的结果相差不大 是一种值得推荐的工程 计算方法。 计算方法。
(
)
A ≥ Q / (Ku )
得到
A = 0.051m 2
(4) 贮存容器需要压力或真空泄压设备,保护 密闭容器免于吸入和抽出,或避免由凝结导 致的真空的产生. (5) 容器的蒸汽护套通常根据低压蒸汽进行 分级.泄压设备安装在护套中,防止由于操作 者失误或调节器失效,导致过高的蒸汽压力. 4.2 安全阀在设备上的安装标准 (1) 直接相连,垂直安装 (2) 保持通畅,稳固可靠 (3) 防止腐蚀,安全排放
5.5 两相流紧急泄放计算 对于气液两相流和闪蒸液体, 无论国内还是 国外, 目前还没有一部规范或标准对其泄放 计算作出相应规定。与纯气相泄放相比, 尽 管两相流泄放时的质量流量会大为增加, 但 体积泄放量却可能降低, 因而由泄放产生的 降压速率可能会减小。对于闪蒸液体, 由于 泄放时液体闪蒸形成的气相对液相的泄放 存在一种阻塞作用, 与非闪蒸液体的纯液体 相比, 泄放量会大为降低。
5.5.1 两相流对泄放量影响 无论是化学超压还是物理超压, 造成超压的最 终原因是在设备内形成了能量或(和)物料的快速积 累。所谓紧急泄放, 就是在设备上设置一个紧急泄 放口, 当设备内压力超过规定值时, 这个泄放口就会 自动敞开, 将设备内多余的能量或(和)物料及时地 泄放出去, 从而将设备内的压力限制在允许范围内。 紧急泄放设计准则为:
式中, h 为比焓, J/kg。将式积分得:
式中的下标 0 表示设备内参数处于滞流状态(下同) , 无下标时表示泄放口处参数。 由于 ,故式可写成