两相流安全阀泄放面积的计算[1]

Ca lcula tion for Relea sing Area of Safety Va lve in D ouble Pha se Flow
WANG J iang2feng ( S hanghai S ub2com pany, B eijing M eisheng W oli Eng ineering Technology Com pany L td. , Shangha i 200001 Ch ina)
η a
)
- 1] +1
]} 1/2
(8)
η a
= pa
/ p0
(9)
G =χG′
( 10 )
A =W / ( Kd Kb Kc G)
( 11 )
作者简介 : 王江峰 ( 1978年 - ) , 男 ,吉林通榆人 , 2003年毕业于清华 大学化工系统工程专业 ,硕士 ,工程师 , 从事化工工艺专业的工程设 计工作 。
表 1 安全阀泄放面积计算所需物性数据
物性 单位
数值
物性 单位
数值
p0
M Pa
0. 541
pa
M Pa
0. 12
T0
K
429. 3
k
1. 318
hvl0
kJ / kg
2 098. 42
Cp
kJ / kg·K 4. 329
v0
m3 / kg
0. 069 78
vv0
m3 / kg 0. 344 53
vvl0
(3) 按照不同方法 ,计算得到的安全阀泄放面 积以及选用的安全阀喉径代码见表 2。
表 2 不同方法计算安全阀所需泄放面积
方法 ω
η c
pc
χ
G
A 喉径
式 ( 1) 1. 198 5 0. 629 74 0. 340 7 0. 575 23 5. 766 05 408 H
式 ( 2) 1. 135 0 0. 622 82 0. 336 9 0. 584 61 5. 860 07 402 H
(2) 两相流安全阀泄放面积计算公式中 ,所推 荐的 3种求算 ω的方法 ,最终计算结果基本一致 , 使用其中任何一个计算式均可 。需要注意的是 ,式 (1)或 (2)有具体的使用限制条件 ,而式 ( 3)则没有 限制条件 。 参考文献 :
[ 1 ] 炼油厂安全阀计算 、选型和安装. AP I 520 标准 ,第 7 版 [ S ]. 美 国石油化工协会 , 2002.
与通常的简化方法不同 ,本文引用 AP I 520 标 准附录 D 中的方法 ,计算两相流情况下安全阀所需 要的泄放面积 ,与简化方法相比 ,该法计算的所需 泄放面积更为保险 。
安全阀泄放面积计算公式
在 AP I 520标准附录 D 中 ,将两相流分类为以 下几种情况 ,并分别使用不同的公式计算其所需要 的泄放面积 。
[ 2 ] 王松汉. 石油化工设计手册 ,第 4 卷 [M ]. 北京 : 化学工业出版 社 , 2002. 424 - 427.
[ 3 ] HG / T 20570. 2 - 1995. 安全阀的设置和选用 [ S ]. [ 4 ] 王炜. 管壳式换热器中管子断裂泄放量的计算 [ J ]. 化工设计 ,
m3 / kg
0. 343 43
v9
m3 / kg 0. 079 31
(1) 本文所选用的计算实例 ,为单组分体系 ,满足 远离临界点条件 ,式 (1)、(2)或者 (3)均可采用。
(2) 采 用 简 化 算 法 , 汽 相 临 界 压 力 0. 293 5 M Pa,采用等焓膨胀 ,由泄放压力减压至临界压力 , 温度为 407. 8 K,汽相质量百分含量为 0. 241,压缩 因子 0. 981。液体泄放面积计算按流量认证安全阀 公式计算 。
第 4期
王江峰 两相流安全阀泄放面积的计算
·11·
式中 : x0 为安全阀入口状态下汽相质量百分含量 ; vv0为安全阀入口状态下汽相比体积 , m3 / kg; v0 为安 全阀入口状态下两相流比体积 , m3 / kg; v9 为 90%安 全阀泄放压力下两相流比体积 (等熵闪蒸过程计 算 ,但等焓闪蒸也可以 ) , m3 / kg; vvl0为安全阀入口 状态下汽相与液相比体积差 , m3 / kg; p0 为安全阀 入口压力 (为安全阀设定压力 +过压 ) , M Pa; pc 为 临界压力 , M Pa; pa 为安全阀背压 (为静背压与动 背压之和 ) , M Pa; T0 为对应于安全阀入口压力下 的物流温度 , K; hvl0为安全阀入口状态下汽化潜热 (多组分体系 ,为汽相与液相的比焓差 ) , kJ / kg; Cp 为安全阀入口状态下等压比热容 , kJ / kg·K; k 为 汽相绝热指数 ,如果无法确定 ,取 1. 0; G′为安全阀 泄放通量 , kg / h·mm2 ; G为安全阀修正泄放通量 , kg / h·mm2 ; W 为安全阀泄放量 , kg / h; A 为安全阀 泄放面积 , mm2 ; Kd 为安全阀排放因子 ,需咨询安 全阀生产厂 ,初步估算可选取 0. 85; Kb 为安全阀 背压修正因子 ,仅应用于波纹管式安全阀 ,其他情 况取 1. 0,详见 A P I 520; Kc 为安全阀组合因子 ,与 爆破片联用 ,取 0. 9;阀前未装爆破片取 1. 0,详见 A P I 520。
2002, 12 ( 3) : 16～18. 收稿日期 : 2009- 04- 29
(1) 饱和汽相 +饱和液相 (无不凝气相 ) ,饱和 液相闪蒸 。
(2) 不凝气相或者饱和汽相或者两者都存在 +高度过冷液相 ,液相不闪蒸 。
(3) 过冷液相或者饱和液相 (无饱和汽相和不 凝气相 ) ,液相闪蒸 。
(4) 不凝气相或者不凝气相和饱和汽相 +饱 和液相或者过冷液相 ,液相闪蒸 。
限于篇幅 ,本文只讨论第 1 种情况下的安全阀 泄放面积计算方法 ,计算公式如下 。
Abstract: Referring the method specified in appendix D of standard AP I 520, author has calculated the releasing area needed by safety valve in case of double phase flow; through examp le calculated it indicates: the releasing area calculated by this method is more safety, if compared with simp lified method in China, namely first calculating releasing area separately for both steam phase and liquid phase, then summarizing.
计算 ω,可采用式 ( 1) 、式 ( 2)或式 ( 3 ) ,但使用 式 (1)或式 (2)计算时 ,应满足如下条件 。
(1) 多组分体系 ,常压下最轻组分与最重组分 沸点差小于 65. 5 ℃。
(2) 单组分体系 ,应远离临界点 ( Tr ≤0. 9 或 pr ≤0. 5) 。
国内设计参考书推荐的简化方法 ,分别根据汽 相 、液相释放量 ,使用汽相 、液相安全阀泄放面积计 算公式 ,求得所需泄放面积并求和 ,即为两相流所 需泄放面积 。关于简化算法中 ,分别计算汽相 、液 相泄放面积的计算公式 ,已有许多公开发表的书籍 可查询 ,具体可参考本文已列入文后参考文献 ,此 处不再赘述 。
ω = x0 vv0 1 - 477. 482 3p0 vvl0
238. +
74Cp T0 p0
vvl0 2
v0
hvl0
v0
hvl0
(1)
ω = x0 vv0
238. +
74Cp T0 p0
vvl0 2
(2)
v0 k
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v0
hvl0
ω = 9 v9 - 1
(3)
v0
η2 c
+ (ω2
- 2ω)
(1
-
η c
)
2
+ 2ω2 lnηc
+ 2ω2
(1
-
η c
)
=0
(4)
pc =ηc p0
(5)
G′= 3. 6 p0
(6)
v0
如果 pc > pa ,为临界流 ,则 :
χ=ηc / ω
(7)
如果 pc < pa ,为非临界流 ,则 :
χ= {
-
2 [ωlnηa + (ω ω[ ( 1 /ηa )
1)
(1
-
Key words: double phase flow; flashing; safety valve; releasing area; calculation
两相流情况下安全阀泄放面积的计算较为复 杂 ,国内设计参考书推荐了 1 种简化方法 ,即分别 根据汽相 、液相的释放量 ,使用汽相 、液相安全阀泄 放面积计算公式 ,求得所需泄放面积并求和 ,即为 两相流安全阀所需的泄放面积 。
Aug. 2009
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化学工程
化肥设计 Chem ical Fertilizer Design
第 47卷 第 4期 2009年 8月
两相流安全阀泄放面积的计算
王江峰
(北京美盛沃利工程技术有限公司 上海分公司 ,上海 200001)
摘 要 : 引用 AP I 520标准附录 D中的方法 ,计算了两相流情况下安全阀所需的泄放面积 ;计算实例表明 ,与国内 分别计算汽 、液相泄放面积再求和的简化方法相比 ,该法计算的泄放面积更为保险 。 关键词 : 两相流 ;闪蒸 ;安全阀 ;泄放面积 ;计算 中图分类号 : TQ 055. 81 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 8901 (2009) 04 - 0010 - 02
计算实例
假设单组分体系 ———水 ,安全阀定压 0. 4 M Pa ( G) ,允许过压 10% ,则安全阀泄放压力为 0. 541 M Pa,泄放量为 2 000 kg / h。安全阀前汽相质量百 分含量为 0. 2。安全阀未串联爆破片 ,未选用波纹 管式安全阀 。安全阀泄放面积计算所需物性数据 见表 1。
式 ( 3) 1. 229 1 0. 632 93 0. 342 4 0. 570 90 5. 722 64 411 H
简化算法 汽相 0. 293 5
174
液相
23
合计
197 F
结论
(1) 本文引用了 AP I 520标准附录 D 中的计算 方法 ,进行了适当的单位转换以适用于国内常用单 位制 ,可以方便 、准确地计算两相流情况下安全阀 所需的泄放面积 ,与国内设计参考书推荐的简化方 法相比 ,所得到的安全阀泄放面积更为保险 。