关于安全阀排放量的计算公式

关于安全阀设计程序使用中的问题说明
一. 关于火灾时气体储罐排放量的计算公式
最近有同志在使用室里发布的安全阀计算程序时发现，当储罐的操作温度较高时会出现（866-T ）为负值的情况，使计算无法进行。

为搞清楚问题的原因，我进行了初步的研究，首先找公式的出处，然后分析问题出现的原因。

该公式来自API521中的3.15.2.1.2节，文中讲：对于非湿润情况的储罐（指气体罐）在火灾情况下排放量的计算应用下式：
1
,,P A F A =
------------------------------------------------------------------⑴
式中的,A 是储罐的受热面积，A 是安全阀的排放面积，F ，是环境系数，可查表或用下式计算：
d
CK 1406.0F =
()⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡-6506.0125.11w T T T -----------------------------------------------⑵
而T 1是安全阀排放时的温度，T w 是储罐的壁温。

T 1的计算是用下式：
1T =n n 1T P
P ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛ ----------------------------------------------------------------⑶
式（2）中的C 用下式计算：
C=1
-k 1k 1k 2k 520+⎪⎭
⎫
⎝⎛+ -----------------------------------------------------⑷
而安全阀排放面积的计算可用下式： A=
M
TZ
K K P CK W c
b 1d ---------------------------------------------------⑸
整理以上5个公式，化简后可得到下式：
W=0.1406()⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-1.1506125.11,1T T Tw A MP ------------------------------------⑹ 上式换算为公制就是我们应用的公式：
换算过程是：
英制公式中温度单位是：兰氏R ，1RK=0.5556K ；1ft 2=0.3048m 2 1 pou/in 2=6.8947kpa 1 lb/h=0.45359kg/h 整理得下式：
(
)() 1.25
1 1.1506
11.2511.1506
11110.304820.5556W 0.4535910.5556T W W A T T T A T T W ⎡⎤⎡
⎤-⨯⎥⎢⎥⎣⎦⎥⨯=⎥⎡
⎤⨯⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦
⎤
-=⎥⎥⎦
换为我们标准中的符号得：
W=8.765M P 1⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-25.11506.111w T T T A --------------------------------------⑺
在API521的文字说明中，编者强调对F ，的数值推荐最小值是0.01，又说当最小值未知时，可以使用0.045来计算。

从以上文字可知，F ，不可能是负值。

当计算的排放条件下的温度大于866时，就不能应用⑹或⑺式。

而要使用另外的公式，也就是把F ，的值按0.045代替公式⑵来推导新的公式。

另外API521在上述公式的推导中指出，在这里Z 和K b 都等于1，所以公式可以简化。

公式⑹中的T w 是设备的壁温，在计算以碳钢制造的设备时，API521规定壁温等于1100。

F ，相当于摄氏593℃和866。

K 。

我们只要把F ，等于0.045代入公式⑴，就可计算出A 值，再用下式计算安全阀的排放量：
T M
110P 230A W 5⎪⎭⎫ ⎝⎛+=K b --------------------------------⑻ 上式来自《石油化工设计手册》第四卷中424页的公式。

另外对于这个问题，在操作压力是0.03MPaG 时，把排放压力定在0.18+0.03似乎并不合理，虽然是规定中写的，可是规定的来源不明确。

似乎是按1.8MPa 乘上0.1得到0.18，把0.03MPa 按1.8MPa 来处理，是否合理的还值得讨论。

要讨论的问题：
总之对于火灾时气体储罐排放量的计算方法需要补充，加入一个（866-T）是否大于零的判断，如果是负数，要用⑻式计算。

=P+0.18还有是否应该修改安全阀定压的计算方法？当P≤1.8MPaG时 P
s
的要求未必就合理，在API等国际通用标准并没有这个要求。

在0.03MPaG的条件下，似乎应该使用API2000，而不是API521。

二. 火灾工况时液态烃排放量的计算
室里的程序只给出4个计算火灾条件下储罐湿润面积的公式，但在实际应用中会出现更复杂的情况。

例如：
A=π×D×(L+0.3D)
此式只适用于立式椭圆储罐，因为0.3D只有一个椭圆封头的表面积，不适合卧式储罐的计算。

另外对于半球形封头的储罐，表面积的计算用下式计算也不完全。

A=π×D×L
因为上式没有计算半球形封头的面积，应该用⑼式计算：
A=π×D×L+1.57×D2 ---------------------------------------⑼
故更新后的计算湿表面积的公式应该是5个：
1.半球形封头立式容器
+1.57×D2）×h/L
A=（π×D×L
2
2.半球形封头卧式容器
+2×1.57×D2）×h/D
A=（π×D×L
2
3.椭圆封头卧式容器
A=（π×D×L
+2.61×D2）×h/D
2
4.椭圆封头立式容器
A=（π×D×(（L+0.3×D）)×h/L
5.球形容器
A=π×D×h
上面公式的符号说明：
储罐切线间的距离（mm）；
L 储罐两端点间的距离（mm）； L
2
D 储罐直径（mm）； h 储罐的湿润高度，对立式容器指切线间距离，对卧式容器指罐底至液面的距离（mm）
三. 调节阀故障时安全阀排放量计算
工艺自控调节阀一般装在设备的进出口处，调节阀发生故障、或者停电、停仪表风时，都会造成调节阀失去作用；
1) 入口调节阀故障：
若入口调节阀发生故障时，入口调节阀是关闭状，这不需考虑超压的泄压措施；
若入口调节阀发生故障时，入口调节阀是全开状或部分开启状，这就需考虑超压的泄压措施；
为此设置的安全阀的泄放量：是最大的入口流量和开着的出口阀的最大流量的差值。

气体调节阀故障所需的安全阀的排放量：
若P2＞P1/2，V=2763C V[△P（P1+P2）/（G g·T）]0.5
若P2≤P1/2，V=2396P1C V/（G g·T）0.5
水蒸汽调节阀故障所需的安全阀的排放量：
若P2＞P1/2：W=139.7C v[△P（P1+P2）] 0.5/（1+0.0013△t）
若P2≤P1/2：W=121.3P1C v/（1+0.0013△t）
液体调节阀故障所需的安全阀的排放量：
W=2737C v（△P·G l）0.5；△P=P1-P2
式中：
V——调节阀所需的安全阀的体积排放量，Nm3/hr；
W——调节阀所需的安全阀的重量排放量，kg/hr；
C v——调节阀的C v值*（由仪表专业提供）；
G g——气体或蒸汽的比重（与空气比）；
G1——液体的比重（与水比）；
P1——调节阀上游的压力，（MPa.A）；
P2——调节阀的泄放压力，（MPa.A）；
△P——调节阀上游与泄放的压差，（MPa.A）；
T——调节阀上游的泄放温度，K；
△t——水蒸汽的过热度，K。

注：调节阀的C V值*是指在给定行程下，阀两端压差为1 lb/in2时，温度为60 ºF的水，每分钟流经调节阀的体积（以gal计）。

闪蒸液体调节阀故障所需的安全阀的排放量：
若P1-P2≥F12（P1-P vc）时：
W=2737C V·F l[（P1-P vc）G]0.5
P vc=[0.96-0.28（P v/P c）0.5 ]P v
式中：
W——调节阀所需的安全阀的排放量，kg/hr；
G——介质在上游温度下的比重；
P1——调节阀上游的压力，（MPa.A）；
P vc——调节阀缩脉压力，（MPa.A）；
P c——介质的临界压力，（MPa.A）；
P v——调节阀上游温度下介质的蒸汽压，（MPa.A）；
F1——压力校正系数。

注：P vc缩脉压力（vena contracta）是指介质流经调节阀处的最低压力。

压力校正系数F1见表3.5.2.2-2：
四. 流体热膨胀时安全阀排放量的计算公式
液体热膨胀引起安全阀的排放量：
此时可根据液体的最大受热量，按热量平衡的原理计算热膨胀造成的排放量。

一般可按式（3.5.2.2-10）计算安全阀的排放量：
G L=0.00361×ω×Q/ρ×C P（1）
式中：
ω——液体每升高1 ℃的体积膨胀系数，见表3.5.2.2-3；
Q——传入热量，W；
ρ——液体的比重；
C P——液体的比热，kJ/（kg·℃）。

表1 烃液体和水在15.6 ℃下的膨胀系数ω
冷却器的冷却水安全阀的排放量计算，一般可按DN20选用安全阀；
气体热膨胀的安全阀的排放量，可按式（3.5.2.2-11）计算：
W＝Q/（C pv×△T）（2）
ΔT=T1-T n=（P d/P n）T n-T n
式中：
W——安全阀排量，kg/hr；
Q——容器的最大受热量，kJ/hr；
C pv——气体泄放温度和操作温度的平均热容，kJ/（kg·K）；
△T——气体泄放的温度和操作温度的温差，K；
T1——气体的泄放温度，K；
T n——气体操作温度，K；
P d——气体泄放压力，（MPa.A）；
P n——气体的操作压力，（MPa.A）。