导航： >> 安全论文>> 机械安全论文>>正文

一种安全阀排放管线的快速设计方法

文档作者：文征，王玲利，王晓雷文档来源：中国寰球工程公司华北规划设计院		点击数：	更新时间： 2021年12月03日
下载地址：点击这里	文件大小： 141.93 KB 共2页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共2页]

本文件共2页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：141.93 KB 共2页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：全焊接阀体管线球阀焊接接头的安全评估

上一篇：储粮机械通风常见问题及处理措施

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

蘑劳攫 石油化工设计 Petrochemical Design
一种安全阀排放管线的快速设计方法
文 征，王玲利，王晓雷
(中国寰球工程公司华北规划设计院，河北涿州072754)
摘要：介绍了一种安全阀排放管线的快速设计方法。此方法将安全阀排放管线内的流动状态分为，临
界流动和亚临界流动。对设定压力高的安全阀，通过在两种流动状态下，对排放管线尺寸计算结果的比
较分析，得出将排放过程中的流动状态控制在临界流，可以得到经济合理的排放管线尺寸。此方法不同
于API521中推荐的倒推法和Lapple法，它是建立在临界流原理上的一种计算方法。此方法原理清晰，计
算简便灵活，可以满足工程设计需要。
关键词：安全阀排放管线临界流亚临界流
安全阀是石油天然气工业生产装置里最重要
的保护装置¨ ]。对于它的设计，特别是喉径尺寸
的计算方法和结果已广泛使用并广为接受。但对
于安全阀排放管线尺寸计算，由于计算原理不同，
导致各种方法间计算结果相去甚大。如过度设计
不会相应增加保护功能，反而因排放管线尺寸增
大而造成重量增大、安装困难、成本增加等问题。
根据API521中的推荐方法，目前最常见的计
算安全阀排放管线的方法是倒推法 。此方法的
原理是：一般从安全阀排放管线末端出口开始计
算，确定出口压力(即火炬管网或大气压力)，然后
反推校核排放管线人口压力，即安全阀背压是否
满足设计要求。对高速流体而言，由于计算过程
忽略了排放管线出口阻力损失，因此由此方法得
出的管线尺寸会过度设计。API521中推荐的另一
种方法是“Lapple”法 ，此方法是基于理想喷嘴
和绝热流动条件下的理论临界质量流量。它首先
假设一个排放管线入口压力，确定一个临界质量
流量作为排放管线计算的起点，再用实际质量流
量与临界质量流量比、摩擦阻力和下游对上游压
力比的函数关系确定管径。此方法避免了忽略出
口阻力损失(即管线出口速度小于倒推法确定的
速度)，但计算过程比较复杂，且必须配合相关曲
线图使用。
1 临界流法原理
临界流法是用临界状态将安全阀排放管线内
的流动分成临界状态和亚临界状态分别考虑的。
同时必须满足人口压力不超过安全阀超压和必须
通过安全阀额定排放量这两个要求。
此方法基本原理是在安全阀出口选取可接受
的背压，一般是安全阀超压；然后利用临界流原理
判断是否存在临界流，再计算当排放管线出口处
达到临界流时的临界压力和临界速度；最后调节
管径从而确定整个排放管线。具体步骤为：
1)确定安全阀出口最大可接受背压，一般为
安全阀超压；2)确定临界质量流量为选定安全阀
喉径的额定流通能力；3)判断排放管线出口处流
体流型是否为I临界流；4)如判断排放管线出口处
为临界流，确定临界压力和临界流速；5)根据临界
质量流量、临界压力、临界流速的函数关系确定临
界质量流量下的临界管径；6)调整管径，一般要满
足排放管线直径大于等于安全阀出口尺寸。
2 临界流法计算实例
某安全阀泄放条件如表1。排放管线入口压
力取安全阀设定压力的10％(允许的最大值)，用于
计算排放管线出入口物性。表2显示了相关数据。
收稿日期：2014—02—18。
作者简介：文征，男，2007年毕业于北京化工大学物理
化学专业，硕士，工程师，注册化工工程师，主要从事
石油化工工程设计工作。联系电话：010—61918725：
E—mail：4053 12590@qq．tom
石油化工设计 2014年第3期(第31卷)
表1 某安全阀阀泄放条件
项目 数值 项目 数值
设定压力(表)／MPa 4 分子量／(kg·kmol ) 23．76
超压 lO％ 密度／(kg·m。) 45．68
泄放温度／℃ 60 压缩因子 0．845 3
安全阀尺寸 6Q8 粘度／cp 0．013 15
额定泄放量／(kg·h ) 240 307 背压(表)／kPa 50
绝热指数 1．399
注：物料组分[％(too1)]：60CH4、25C2H6和15C3H8。
表2 排放管线物性
项目 人口 出口
压力(表)／kPa 400 l8l
温度／℃ 35．83 34．38
密度／(kg·m ) 4．742 2．656
分子量／(kg·kmol ) 23．76 23．76
绝热指数 1．210 1．2l3
压缩因子 0．9776 0．9872
1)确定计算起始压力P ，P1=4 000 X 10％ +
101=501 kPa(绝)。
2)用排放管线入口条件判断流型_4]：P ／P =
[2／( +1)] ‘ ¨；P f=282 kPa>151 kPa(背
压)，即存在临界流。
3)用出口物性确定排放管线出口处临界速度
U =(10 kRT／M) =361 m／s 。
4)确定临界管径：d=[4 ／(3 6001rpU )]
= 298 mm(11．7 in)。
上式中：P 为排放管线入口压力，kPa；P 为临
界压力，kPa；U ：临界速度，m／s；．iI为绝热指数；R
为气体常数，8．3145 J／(mol·K)；T为排放管线出
口温度，K；W 为临界流量，kg／h；p为密度，kg／m ；
为分子量，kg／kmol。
由临界管径和压降△P=P。一P 可确定一个
临界的当量长度，此当量长度可作为：排放管线设
计是否满足符合通过额定泄放量和安全阀背压不
超过安全阀超压这两个必要的设计要求的判断标
准。为了比较排放管线入口压力与管径选取之间
的关系，即临界流与亚临界流对管径选取的影响，
选取排放管线入口压力分别为设定压的8％ 、6％ 、
4％ 、2％ 进行计算，其计算结果见表3。
表3中显示的6个工况，工况4表示当排放系
统压力恰好是临界压力时的排放过程；工况1、2、3
为临界流动；工况5、6表示亚临界流动。
表3 不同排放管线入口压力下结果比较
工况编号 1 2 3 4 5 6
超压 1O％ 8％ 6％ 50 kPa(表)一(4．2％ ) 4％ 2％
临界压力／kPa(绝) 282 237 l92 l51 147 102
临界流判断 是 是 是 是 否 否
临界速度／(m ·s ) 361 36l 361 361
马赫数 1．O 1．0 1．O 1．O 0．73 0．73
计算管径／in(mm) 11．7(297．18) 12．8(325．12) 14．2(360．68) l6．O3(407．16)
选择管径／in(mm) l2(304．8) 14(355．6) l6(406．4) 18(457．2) 2O(508) 2O(508)
当量长度／m 33 38 52 61 101 48
：表示排放管线人口压力为设定压力的百分比； ：表示排放管线出口临界压力等于背压时的超压。
由结果可知，① 当排放管线存在临界压力时， 要求采用其它合理的方程计算。所以此方法具有
排放过程控制在亚临界流动将使管线过度保守设 原理清晰，计算简便灵活，可靠性高的特点。
计(工况5、6)。当排放管线通往大气，即排放系
统压力降低，或安全阀设定压力提高，排放过程控
制在临界流动会得到经济合理的设计(工况1、2、
3)。②当排放过程不存在临界压力，即排放处于
亚临界状态，用倒推法将得到合理的结果(比较工
况5、6)。因为此时排放管线出口阻力将可以忽
略。③为了能使排放控制在临界流状态，必须对
排放管线当量长度进行限制。
综上所述，临界流法考虑了排放管线特点和
工程设计实际，尽可能用最简单的方法涵盖大多
数工程应用；同时，每一计算步骤都可以根据实际
参考文献：
[1] 李会英．浅析石油化工装置安全阀进出口管道设计[J]．中
国化工贸易，2012，(5)：84．
[2] 刘月芹．安全阀的选用与使用[J]．化工设备与管道，2004，
4l(4)：35—38．
[3] American Petroleum Institute．ANSVAPI STANDARD 521
FIFTH EDITION，JANUARY 2007 Pressu~ 一relieving and De·
pressuring Systems[S]．
[4] American Petroleum Institute．．API STANDARD 520 EIGHTH
EDITION，DECEMBER 2008 Sizing，Selection，and Ins~lla—
tion nf Pressure—relieving Devices in Refineries Part I—Sizing
and Seleetionf S]．
[5] HG／T 20570．2一l995安全阀的设置和选用[s]．

网友评论 more

机械安全论文最新内容

03-05