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通過(guò)舉例分析管殼式換熱器安全閥設計選型過(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算方法，指導安全閥設計選型。說(shuō)明安全閥的準確設計需要有針對性，從而滿(mǎn)足安全系統的技術(shù)性和經(jīng)濟性要求。本文由上海五岳泵閥制造有限公司轉載分享，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(zhù)工藝現代化水平的不斷提高，各類(lèi)生產(chǎn)設備及生產(chǎn)流程的組織與配置越來(lái)越趨于大型化與復雜化，人們開(kāi)始更加意識到安全的重要性。在現代化工裝置中，為了防止因系統超壓而引發(fā)安全事故，工程設計中對安全系統的要求越來(lái)越高，安全閥的設計要求也越來(lái)越嚴格。除了GB150中對于壓力容器超壓泄放裝置的有關(guān)規定與要求外，國內外的一系列標準也對于安全泄放裝置的設計選型及計算提出了更為詳細的分類(lèi)與
規定。
2超壓分析
比較國內外關(guān)于安全泄放裝置設計的標準，我們發(fā)現：GB150中對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算方法，但對于容器超壓的原因未作具體劃分；而在A(yíng)PI520及API521中對于安全閥引起超壓的原因作了更為詳細的劃分與分析，針對各種事故工況下的安全閥泄放量提出了不同的計算方法；在化工部標準HG/T20570.2中借鑒總結了國外標準并提出了下列十種事故工況下泄放量的計算方法：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、換熱器管破裂、化學(xué)反應失控、外部火災。
在化工設備設計中，管殼式換熱器是十分常見(jiàn)的設備之一，應用范圍廣泛。在管殼式換熱器的管程與殼程中，往往存在著(zhù)較大的溫差與壓差。因此，安全閥的設置對于管殼式換熱器系統來(lái)說(shuō)是必不可少的。下面重點(diǎn)以管殼式換熱器設計時(shí)在不同因素影響下安全閥安全泄放量的計算來(lái)進(jìn)行分析，從而說(shuō)明安全閥針對性設計選型的重要性。
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）。當管程流體進(jìn)出口閥門(mén)誤關(guān)閉時(shí)，造成換熱器內管程流體停滯，此時(shí)由于熱流體持續加熱管程，在長(cháng)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。對于此工況下液體膨脹泄放量可按下式計算：
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，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
如果換熱器低壓側的設計壓力小于高壓側的設計壓力的2/3時(shí)，考慮此事故工況，且要求高壓側流體走管程。在計算換熱器管子破裂引起超壓時(shí)，API521中作了以下假設：
1）換熱器只有1跟管子斷裂；
2）管子是在管板處斷裂；
3）高壓側流體一部分通過(guò)管板處的斷裂口進(jìn)入低壓側，一部分通過(guò)一段較長(cháng)的管子流入低壓側。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 對于殼程盛裝氣體的換熱器設備
根據API521中規定，無(wú)潤濕表面的容器在外部火災情況下的泄放量
6 結論
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計的成敗與否，關(guān)鍵在于正確計算各類(lèi)事故工況下的安全泄放量，從而根據所需泄放量計算最小泄放面積來(lái)指導安全閥選型。而國內常用的壓力容器標準GB150中并沒(méi)有對各類(lèi)可能引起超壓的事故工況作詳細的說(shuō)明與劃分，在實(shí)際安全閥設計選型過(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設計還是應該多借鑒國外的一些成熟標準。從而使小到一臺換熱器設備大到整條化工工藝生產(chǎn)線(xiàn)的安全系統設計，既能滿(mǎn)足安全的可靠性，又滿(mǎn)足經(jīng)濟的合理性。
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