API 521 安全阀计算规定

安全阀计算规定

中国石化集团公司上海医药工业设计院

2001年10月12日

1. 应用范围

1.1 本规定仅适用于化工生产装置中压力大于0.2MPa的压力容器上防超压用安全阀的设置和计算，不包括压力大于100MPa的超高压系统。

适用于化工生产装置中上述范围内的压力容器和管道所用安全阀；不适用于其它行业的压力容器上用的安全阀，如各类槽车、各类气瓶、锅炉系统、非金属材料容器，以及核工业、电力工业等。1.2计算方法引自《工艺设计手册》(Q/SPIDI 3PR04-3-1998)，使用本规定时，一般情况应根据本规定进行安全阀计算，复杂工况仍按《工艺设计手册》有关章节进行计算。

1.3 本规定提供了超压原因分析，使用本规定必须详细阅读该章节。

2. 计算规定的一般说明

2.1安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体，凡必须安装泄压装

置而又不适合安全阀的场所，应安装爆破片或安全阀与爆破

片串联使用。

2.2在工艺包设计阶段（PDP），应根据工艺装置的操作规范，按

照本规定（见5.0章节），对本规定所列的每个工况进行分析，

根据PDP的物流表，确定每个工况的排放量，填入安全阀数

据表一。

2.3在基础设计阶段（BDP）和详细设计阶段（DDP），按照泄放

量的计算书规定（见6.0章节），在安全阀数据表一的基础上，

形成安全阀数据表二（数据汇总表）和安全阀数据表三。安

全阀数据表三作为条件提交有关专业。

3.0术语定义

3．1 积聚（accumulation）：在安全阀泄放过程中，超过容器的最大允许工作压力的压力，用压力单位或百分数表示。最大允许积聚由应用的操作规范和火灾事故制定。

3．2 背压（back pressure）：是由于泄放系统有压力而存在于安全阀出口处的压力，背压有固定的和变化的两种形式。背压是附加背压和积聚背压之和。

3．3 附加背压（superimposed back pressure）：当安全阀启动时，存在于安全阀出口的静压，它是由于其它阀排放而造成的压力，它有两种形式，固定的和变化的。

3．4 积聚背压（built-up back pressure）：泄压阀打开后由于流动使泄放主管中增加的压力。

3．5最大允许积聚压力（maximum allowable accumulated pressure）：是最大允许工作压力与最大允许积聚之和。

3．6最大允许工作压力（maximum allowable working pressure）：系指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大压力。这压力基于设备计算中的正常厚度、金属腐蚀裕度、负载和压力。最大允许工作压力是设定安全阀压力保护设备的基础。

3．7超压（overpressure）：超过安全阀设定压力的压力，用压力单位或百分数表示。它与容器设定的最大允许工作压力时的积聚一样，假设安全阀人口没有管路损失。

3．8安全阀的设定压力（set pressure）：安全阀人口出的静压达到

该值时，安全阀将动作。

3．9操作压力（operation pressure）：容器通常操作时的压力。压力容器的设计通常有一最大允许工作压力，它为操作压力提供合适的余量，以阻止安全阀不合需要的打开。

3．10泄放条件（relieving conditions）：用于表示安全阀超压时的进口压力和温度。泄放压力等于安全阀的设定压力加超压，泄放温度为泄放条件下的流体温度，它可能高于操作温度，也可能低于操作温度。3．11回座压差（blowdown）：设定压力与安全阀关闭压力之差，用设定压力的百分数或用压力单位表示。

4．超压的原因

超压是系统中某一部分物料或能量不平衡，或物料和能量同时不平衡引起的。因此，分析超压的原因和数量是工艺过程中物料和能量平衡的特殊和复杂工况的综合研究。安全阀的设置要保证一个工艺系统或工艺系统中的任何一个工况的压力不能超过最大允许累积压力。

系统压力包括压力容器、换热器及其他设备和管道，它的设计基于(a) 正常操作温度下的正常操作压力，(b) 任何一个机械负荷的影响，就会引起与操作负荷的不同，(c) 安全阀的设定压力。工艺系统设计必须定义最小泄放，以阻止任何一台设备超过它的最大允许累积压力。

4．1 超压来源

由于能量输入导致液体或气体泄放，因此产生了泄放装置。两个最通常的能量来源，一是能量输入通过气化或热膨胀间接导致压力升高；二是直接较高压力的进入。由于以上一个或二个因素都可能引起超压。

安全阀泄放量是最大的泄放量，这最大泄放量可泄放以保护设备因任何一个单独的原因而引起的超压。两个毫无关联的故障同时发生的概率很小，所以通常不必考虑。

4．2 压力、温度和组成的影响

因为温度和压力会影响液体和气体的流量和组成，所以确定每个泄放量时要考虑温度和压力。当液体加热时就变成了气体。因为密闭容器压力的增加及热量的进入，改变了平衡，产生了气体。在大多数

情况下，容器内是由不同沸点、不同组份组成的混合物。沸点低的组份首先蒸发，随着热量的不断进入，较重的组份也开始蒸发，最后，只要进入热量足够多，最重的组份也蒸发了。

在泄压过程中，要研究不同时间的气体泄放量和摩尔质量，以确定气体的最大泄放量和组成。

泄放压力有时会超过系统组成的临界压力（或亚临界压力）。在这种情况下，就要参考压缩系数与密度－温度－热焓之间的相互关系。如果超压是由多余物料流入引起的，多余的物料就要在进、出焓相等条件下计算出的温度下泄放。

系统中没有其他的进出物料，如果超压就是由外部额外热量引起的。这外部输入的热焓等于容器中还在或已蒸发物料之和。通过计算或作图累计泄放量与时间的关系，瞬间的最大泄放量就可得到。这最大量泄放量通常在临界温度附近。