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通過(guò)舉例分析管殼式換熱器安全閥設(shè)計(jì)選型過(guò)程中由于各種因素引起的超壓事故，給出各種事故工況下安全閥安全泄放量的計(jì)算方法，指導(dǎo)安全閥設(shè)計(jì)選型。說(shuō)明安全閥的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)需要有針對(duì)性，從而滿(mǎn)足安全系統(tǒng)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性要求。本文由上海五岳泵閥制造有限公司轉(zhuǎn)載分享，上海五岳專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各類(lèi)彈簧式安全閥，先導(dǎo)式安全閥，并終身為使用單位提供相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)支持。
1概述
隨著工藝現(xiàn)代化水平的不斷提高，各類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)流程的組織與配置越來(lái)越趨于大型化與復(fù)雜化，人們開(kāi)始更加意識(shí)到安全的重要性。在現(xiàn)代化工裝置中，為了防止因系統(tǒng)超壓而引發(fā)安全事故，工程設(shè)計(jì)中對(duì)安全系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，安全閥的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。除了GB150中對(duì)于壓力容器超壓泄放裝置的有關(guān)規(guī)定與要求外，國(guó)內(nèi)外的一系列標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)于安全泄放裝置的設(shè)計(jì)選型及計(jì)算提出了更為詳細(xì)的分類(lèi)與
規(guī)定。
2超壓分析
比較國(guó)內(nèi)外關(guān)于安全泄放裝置設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，我們發(fā)現(xiàn)：GB150中對(duì)于盛裝壓縮氣體或水蒸氣及盛裝液化氣體等各類(lèi)容器提出了安全泄放量的計(jì)算方法，但對(duì)于容器超壓的原因未作具體劃分；而在API520及API521中對(duì)于安全閥引起超壓的原因作了更為詳細(xì)的劃分與分析，針對(duì)各種事故工況下的安全閥泄放量提出了不同的計(jì)算方法；在化工部標(biāo)準(zhǔn)HG/T20570.2中借鑒總結(jié)了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)并提出了下列十種事故工況下泄放量的計(jì)算方法：閥門(mén)誤關(guān)閉、循環(huán)水故障、電力故障、不凝氣積累、控制閥故障、過(guò)度熱量輸入、易揮發(fā)物料進(jìn)入高溫系統(tǒng)、換熱器管破裂、化學(xué)反應(yīng)失控、外部火災(zāi)。
在化工設(shè)備設(shè)計(jì)中，管殼式換熱器是十分常見(jiàn)的設(shè)備之一，應(yīng)用范圍廣泛。在管殼式換熱器的管程與殼程中，往往存在著較大的溫差與壓差。因此，安全閥的設(shè)置對(duì)于管殼式換熱器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必不可少的。下面重點(diǎn)以管殼式換熱器設(shè)計(jì)時(shí)在不同因素影響下安全閥安全泄放量的計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析，從而說(shuō)明安全閥針對(duì)性設(shè)計(jì)選型的重要性。
3工況一：管程液體熱膨脹
以冷卻器為例，殼程走熱流體（氣相或液相），管程走冷流體（如冷卻水）。當(dāng)管程流體進(jìn)出口閥門(mén)誤關(guān)閉時(shí)，造成換熱器內(nèi)管程流體停滯，此時(shí)由于熱流體持續(xù)加熱管程，在長(zhǎng)時(shí)間下可能致使管程液體發(fā)生熱膨脹超壓。在該工況下，在管程設(shè)置安全閥的泄放量為被關(guān)閉液體的膨脹量，此類(lèi)安全閥一般選用微啟式即可。對(duì)于此工況下液體膨脹泄放量可按下式計(jì)算：
V=B?H/（G1?Cp）（3.1）
式中，V為體積泄放流量，m3/h；B為體積膨脹系數(shù)，1/℃；H為正常工作條件下最大傳熱量，kJ/h；Gl為液相密度，kg/m3；CP為定壓比熱，kJ/（kg℃）。
4 工況二：換熱管破裂
如果換熱器低壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力小于高壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力的2/3時(shí)，考慮此事故工況，且要求高壓側(cè)流體走管程。在計(jì)算換熱器管子破裂引起超壓時(shí)，API521中作了以下假設(shè)：
1）換熱器只有1跟管子斷裂；
2）管子是在管板處斷裂；
3）高壓側(cè)流體一部分通過(guò)管板處的斷裂口進(jìn)入低壓側(cè)，一部分通過(guò)一段較長(zhǎng)的管子流入低壓側(cè)。這兩部分的流量，簡(jiǎn)化處理為通過(guò)管板處斷裂口流量的2倍。
5.2 對(duì)于殼程盛裝氣體的換熱器設(shè)備
根據(jù)API521中規(guī)定，無(wú)潤(rùn)濕表面的容器在外部火災(zāi)情況下的泄放量
6 結(jié)論
從上述各類(lèi)事故工況的分析來(lái)看，決定管殼式換熱器安全閥設(shè)計(jì)的成敗與否，關(guān)鍵在于正確計(jì)算各類(lèi)事故工況下的安全泄放量，從而根據(jù)所需泄放量計(jì)算最小泄放面積來(lái)指導(dǎo)安全閥選型。而國(guó)內(nèi)常用的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150中并沒(méi)有對(duì)各類(lèi)可能引起超壓的事故工況作詳細(xì)的說(shuō)明與劃分，在實(shí)際安全閥設(shè)計(jì)選型過(guò)程中容易造成困難與偏差。因此，有關(guān)這部分安全閥的詳細(xì)設(shè)計(jì)還是應(yīng)該多借鑒國(guó)外的一些成熟標(biāo)準(zhǔn)。從而使小到一臺(tái)換熱器設(shè)備大到整條化工工藝生產(chǎn)線(xiàn)的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既能滿(mǎn)足安全的可靠性，又滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)的合理性。
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