压力管道安全阀选用计算

安全阀选用计算

1 选用原则

1.1 临界条件

安全阀的选取规定是，在单位时间内需要泄放的气体流速大于等于达到临界条件或亚临界条件时的流速。

气体泄放时，安全阀排口处所能达到的压力P c取决于进口压力P i与排口背压P o的比值，即P o/P i。由理论计算可知，泄放过程开始后，出口处压力由P i逐渐下降，流速由0开始逐渐增大；当流速达到当地音速时，因阻力过大而不再增大，出口处压力下降至临界压力P c后将不再下降。[1]

这里要求P o/P i的比值足够使气体流速达到当地音速，即满足：

临界条件：[2]

式中，P o------出口侧背压，绝对压力（Mpa），由使用条件决定

P i ------整定压力，绝对压力（即，入口侧压力/Mpa），由热力计算给定

β------临界压力比

P c ------临界压力，绝对压力（Mpa），满足临界条件时的出口压力

k -------气体绝热指数，由介质组份确定

此时，安全阀最小排放截面积：

，mm2[2]

式中，W S------安全泄放量（kg/h），由标态流量×标态密度

C -------气体特性系数

P d ------排放压力，绝对压力（即，入口侧气体绝对压力/Mpa）

T d ------排放温度（即，入口侧气体温度/K）

M------气体摩尔质量（kg/kmol）

K ------安全阀的额定泄放系数，按TSG D 0001-2009《压力管道安全技术

监察规程——工业管道》·附件E·E2.1的规定：安全阀一般取其

泄放系数的0.9倍；在没有参考数据时可按如下选取，

全启式安全阀：K=0.60～0.70

带调节圈的微启式定全阀：K=0.40～0.50

不带调节圈的微启式定全阀：K=0.25～0.35

压缩机用安全阀多为全启式，一般选取：K=0.65

Z ------气体压缩性系数，与气体排放状态和临界状态有关若P o/P i的比值不足使气体流速达到当地音速，即满足：

亚临界条件：[1]

此时，安全阀最小排放截面积：

，mm2[2]

1.2 适用介质

上述(1.1)所说的临界条件只适合一般介质气体，不适用于水蒸气等高沸点的气体。饱和水蒸气虽然属于可压缩性气体，但在泄放过程中其绝热指数k不能同理想气体一样用常数来表达。所以对其所用安全阀最小排放面积计算公式加以修正，[1] 这里不过多论述了。

当介质为液体时，亦不必论述。

2 选用计算

当容器压力超过其最高工作压力一定比例时，为防止压力继续升高而使容器破坏，需要将能够引起压力升高的部分气体排出容器。理论上讲，单位时间需要排出的气体量，即为安全泄放量。用Ws表示，单位：kg/h 。

下面只讨论容积式压缩机工艺管路中各级安全阀的选用计算。

2.1 安全泄放量Ws

GB 150.1～150.4－2011《压力容器》·附录 B.超压泄放装置·B5.容器安全泄放量的计算，给出了各种容器的安全泄放量的计算公式。

对于压缩机的工艺管路或各级容器的安全泄放量，可按下式计算：

，kg/h

式中， V t ------气体标态流量（Nm 3/h ），一般为压缩机额定流量

ρ------气体标态密度（kg/m 3）

该公式，适用于一般气体及水蒸气介质。

2.2 排放压力Pd

安全阀的整定压力，亦称开启压力，在TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》·第3.9.2节规定了超压泄放装置开始动作的压力：

1）装有超压泄放装置的压力容器，超压泄放装置的整定压力不得高于压力容器的设计压力；

2）对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的整定压力不高于该压力容器的最高允许工作压力。

GB 150附录B 规定：容器超压限度[ΔP]≤10%×P 或20kPa 中的较大值（需要可用P w 代替上式中的P ）；安全阀整定压力P s ≤P （需要可用

P w 代替上式中的P ）。

ASME-Ⅷ-1规定：容器超压限度[ΔP]≤10%×P w 或21kPa 中的较大值；安全阀整定压力P s ≤P w 。

在压缩机工艺管路设计时，通常每级管路只安装1个安全阀。正常工作条件下，安全阀动作压力必须高于容器工作压力，安全阀的整定压力（表压）通常选取为1.05~1.10倍各级排气压力，即：

－容器最大工作压力－容器最大工作压力－回座压力－排放压力－开启压力④ 回座阶段③ 连续排放阶段② 临界开启阶段

①

① 正常工作阶段

④③②阀辨开启高度

压力

P z＝(1.05~1.10) P n

式中，P z ------安全阀整定压力，表压（MPa）

P n ------容器工作压力，表压（MPa）

安全阀排放压力制造要求：P d ≤ 1.10P z 。为计算简便，一般取P d＝1.10P z。

3）对于加气站内缓冲罐、压缩机出口、储气瓶组应设置安全阀，应符合《固定式压力容器安全技术监察规程》的有关规定。安全阀的整定压力P d除应符合《固定式压力容器安全技术监察规程》的有关规定外，尚应符合下列规定：

①当P≤1.8MPa时，P0=P+0.18MPa。

②当1.8MPa＜P≤4.0MPa时，P0=1.1P

③当4.0MPa＜P≤8.0MPa时，P0=P+0.4MPa

④当8.0MPa＜P≤25.0MPa时，P0=1.05P。

注：P--设备最高操作压力。

2.3 气体特性系数C

气体特性系数C，是反应气体特性的综合数值，与气体绝热指数有关。可查GB150.1～150.4-2011《压力容器》·表B1或由下式确定，

式中，k -------气体绝热指数，与介质气体组份的性质有关，可查《活塞式压缩机设计》·表2-2或按下式确定：

式中，C p-------气体的定压比热，kC/kg·℃，指每千克气体在固定压力时温度每升高1℃时所吸收的热量

C v-------气体的定容比热，kC/kg·℃，指每千克气体在固定容

积时温度每升高1℃时所吸收的热量

2.4 额定泄放系数K

安全阀的泄放系数，即我们常说的排量系数。排量系数是实际排量与理论排量的比值，即安全阀排放气体量与按安全阀喉径计算泄放量的比值。排量系数越大安全阀设计越合理,但受多种因素制约。一般情况下，同一型号不同口径排量系数基本相同。

GB 150.1～150.4-2011《压力容器》·附录B·超压泄放装置规定：安全阀的额定泄放系数K取0.9倍的汇放系数，泄放系数由安全阀制造厂提