液化石油氣儲罐安全閥的工藝計算

                          液化石油氣儲罐安全閥的工藝計算
                              上海申弘閥門有限公司
摘要：在液化石油氣儲罐安全閥的工藝計算中，應按火災時液化石油氣吸熱蒸發的氣體量確定安全閥的泄放量，再按泄放量計算安全閥的噴嘴面積，比較繁瑣，因此根據液化石油氣的特性，導出了液化石油氣儲罐安全閥噴嘴面積的簡化計算公式，并簡要介紹了安全閥的選型和安裝要點。
關鍵詞：液化石油氣儲罐安全閥計算選型液化石油氣儲罐的設計壓力在1．6 MPa以上，屬于二類或三類壓力容器，必須設置安全閥在安全閥的計算和選型時，首先確定防止設備超壓所需的大泄放量，然后根據大泄放量計算安全閥的噴嘴面積，計算過程需要很多參數。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。本文針對液化石油氣的性質，將液化石油氣儲罐安全閥噴嘴面積的計算公式簡化，以方便設計人員進行計算。
1安全閥大泄放量的計算
一般造成設備超壓的原因主要有三種：一是操作故障；--是火災；三是動力故障。在計算安全閥時，大泄放量應根據工藝過程的具體情況確定，并按可能發生的危險情況考慮。根據資料【l J，對于易燃液化氣體，如液化石油氣，在發生火災時，安全閥的泄放量大。在火災情況下，設備吸熱，液相迅速汽化，引起設備的壓力升高，這種情況下液相的汽化量即為安全閥的泄放量。泄放量決定于火災時單位時間內傳人設備的熱量和液體的氣化潛熱。一般情況下，液化石油氣儲罐不保溫，儲罐的安全泄放量可按式(1)計算【1 J：2．55X 10sFAo～ ?ws 2一一一i—— u，
式中：職——液化石油氣儲罐的安全泄放量，kg／h；口——液相液化石油氣的蒸發潛熱，kJ／kg；F——系數，儲罐在地面以下，用沙土覆蓋時，取F=0．3；儲罐在地面上時，取F=1；當設置大于10 L／(m2·min)的噴淋裝置時，取F=0．6u1；
A．——儲罐的受熱面積，m2。對半球形封頭的臥式儲罐，A，=7r D。Z[11；對橢圓形封頭的臥式儲罐，A，=柚。(Z+0．3D。)[11；立式儲罐，A，=7t"D。z[11；球形儲罐，A，為o．5rcD20，或從地平面起到7．5 m高以下所包括的外表面積，取兩者中較大值【lJ。以上計算A，的公式中：D。為儲罐外徑；z為臥式儲罐總長或立式儲罐內高液位，單位均為m。
2安全閥噴嘴面積的計算
液化石油氣儲罐安全閥起跳排放出的是氣體，其噴嘴面積可按一般氣體安全閥噴嘴面積通用公式計算，安全閥的排氣能力決定于安全閥的噴嘴面積。即根據安全閥出口壓力(背壓)的大小不同，安全閥的排氣能力應按臨界條件和亞臨界條件兩種狀況進行計算：
臨界條件下寶d≤(南1r／。1’ D 、亞臨界條件下寶≥(南1rI一’ pd。Pa=1．1p。+0．1
式中：po——安全閥的出口側壓力(絕壓)，MPa；
p。——安全閥的定壓，MPa；
Pa——安全閥的排放壓力(絕壓)，MPa；后——絕熱系數，對于液化石油氣，k=1．15㈨，(南)k／(k液化石油氣儲罐安全閥放空氣體一般排入火炬系統或直接高空排放，其出口側壓力(背壓)Po很小，即po／pd<0．574 4，因此安全閥的排氣能力可按臨界條件計算?，即：形=7．6×10～CKpd A√而M (2)式中：驢一安全閥的排放能力，kg／h；一全閥的排放系數，與安全閥的結構型式有關，應根據試驗據確定，無參考數據時，可按下述規定選取【1 J：對全啟式安全閥，K=0．6～0．7；對帶調節圈的微啟式安全閥，K=0．4—0．5；對不帶調節圈的微啟式安全閥，K=0．25～0．35；液化石油氣儲罐設置的安全閥，需要有較大的排氣能力，應選用全啟式安全閥，K取0．65；A——安全閥的噴嘴面積，mm2；C——氣體的特性系數，僅與氣體的絕熱系數k有關，可按下式計算?：可C=520 k【南J對于液化石油氣，絕熱指數k一1．15，計算得C=332；z——安全閥進口處氣體的壓縮系數，液化石油氣的壓縮系數z—O．7【21； 卜安全閥進口處介質的熱力學溫度，K；M——氣體的摩爾質量，kg／kmol。
安全閥的排放能力應大于或等于儲罐的安全泄放量，在實際計算中，可根據儲罐的安全泄放量計算出安全閥的噴嘴面積。將式(1)代入式(2)得出噴嘴面積的計算式：．3．355×106FAro‘82匾?A 2——壓i萬一√面uJ
將上述液化石油氣的特性系數C、安全閥的排放系數K和液化石油氣的壓縮因子z的值代人式(3)，可得出安全閥噴嘴面積的簡化計算公式：A‘：警據M ㈤=——^／=： 14，口p— V
式(4)可用于不保溫的液化石油氣儲罐安全閥噴嘴面積的計算，當已知液化石油氣的組分時，可求出蒸發潛熱g、摩爾質量M；根據儲罐的布置方式和噴淋強度求出系數F；根據儲罐的型式求出儲罐的受熱面積A，；根據儲罐的設計壓力或高操作壓力確定安全閥的排放壓力Pd；根據排放壓力可求出排放溫度丁。將以上數據代入式(4)能方便地計算出安全閥的噴嘴面積，根據計算的噴嘴面積選用相應規格的安全閥。所選用的安全閥噴嘴面積必須大于或等于噴嘴面積的計算值。在液化石油氣儲罐設計時，有時液化石油氣的組分不明確，或盛裝組分不一樣的液化石油氣，這種情況下很難算出安全閥的噴嘴面積。在近似計算中，可參考下列液化石油氣參數【2J進行計算：
摩爾質量M一50 kg／kmol20。(2時的液相密度500～550 kg／m3汽化潛熱A=250～340(kJ／kg)(70～50％)安全閥排放溫度T1_323～343 K。為了安全起見，按以上數據計算出的噴嘴面積，在實際選用安全閥時應考慮一定的富余量。
3安全閥的選型和安裝
液化石油氣儲罐安全閥的設置是保證儲罐安全運行的必要措施，因此在安全閥的選型、安裝和管理上必須重視。

3．1安全閥的選型
壓力容器常用的安全閥有多種，按閥瓣的開啟高度可分為全啟式和微啟式，微啟式安全閥泄放量小，一般用于液體介質；全啟式安全閥泄放量大，回座性能好，適用于氣體和液體介質[2】。按安全閥的結構分類，可分為封閉彈簧式和不封閉彈簧式。一般易燃易爆有毒介質應選用封閉式，水蒸氣或惰性氣體可選用不封閉式【2J。液化石油氣屬易燃易爆介質，火災危險性屬甲^類，因此應選用彈簧封閉全啟式安全閥，這種安全閥泄放量大，回座性能好，可將放散出來的液化石油氣引向高空或其它安全地點。
3．2安全閥的安裝
對安全閥及其入口和出口管道安裝都有詳細要求，這里針對液化石油氣儲罐安全閥的安裝，再強調以下幾點：
對于容積大于等于100 m3的液化石油氣儲罐，應設置兩個或兩個以上的安全閥，且應采用同一型號和規格，其中至少有一個備用。液化石油氣儲罐上安全閥應垂直安裝，且應便于維護檢修。安全閥的人口管道應盡量短，確保人口管道大壓力損失不超過安全閥定壓的3％[2l。液化石油氣儲罐安全閥放空應密閉接入放空火炬系統，確有困難時，應接到安全地點排放，其排放口應高出相鄰高平臺3 Ill以上，且應高出地面5 m以上。
為便于安全閥的檢修，安全閥人口管道應安裝隔斷閥，隔斷閥應采用閘閥，且閘閥應鉛封開。另外，正常生產中必須加強管理，保證放空系統管路暢通，定期搬動安全閥的手柄，檢查安全閥是否開啟靈活。只有設計安裝合理，使用管理精心，才能保證安全閥的正常工作，為安全生產提供保障。與本文相關的論文有：安全閥定期檢驗辦事指南

參考文獻
l國家質量技術．壓力容器安全技術監察規程．北京：中國勞動社會保障出版社，1999．97—100
2馮長海，徐良，戴吾明等．煤氣設計手冊．北京：中國建筑工業出版社，1982．529—533