2022年立方安全泄放量的计算 .pdf

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1、安全泄放量计算（VT10-16）（按 GB/T18442.6-2011 附录 A）0. 容器基本参数（数据）0.1 容器尺寸数据内容器内直径Di=1890mm 内容器筒体壁厚 t1=10mm 内容器外直径 D0=1910mm 内容器封头壁厚 t2= 12mm 内容器筒体长度 h1=3000mm 内容器壳体外表面积 S1=* D0*h1=18m2内容器封头外表面积 S2=4.14m2内容器壳体外表面积 S3=2*S2+S1=26.28m2外容器内直径 D1=2300mm 外容器筒体壁厚 t3=8mm 外容器外直径 D2=2316mm 外容器筒体长度 h3=3860mm 外容器筒体内表面积 S4=

2、*D1*h3=27.89m2外容器封头内表面积 S5=5.53m2外容器壳体内表面积 S6=2*S5+S4=38.95m2容器内液位高度 h4=3955mm 0.2.容器所用绝热材料数据绝热层材料导热系数（正常工况下）iv=0.00102 W/m*k 绝热材料的导热系数（火灾环境）if=0.0295 W/m*k 绝热层厚度 ti=10mm 绝热层内外表面积的算术平均值 Aim=(S3+S6)/2=32.62m20.3.容器设计参数内容器设计压力 P=1.6MPa 内容器设计温度 T1=77K 安全阀整定压力 P1=1.6MPa 安全阀泄放压力控制在 Pd=1.86MPa 爆破片泄放压力控制在P

3、b=1.956MPa 0.4.安全阀参数安全阀型号 DAH-15A1 进出口尺寸进口： M30*1.5 外螺纹，出口：G3/4 内螺纹阀座处直径 d1=15mm 排放面积 A1=176.71mm2工厂泄放系数 f1=0.18 额定泄放系数 f2=0.9*f1=0.162 安全阀出口侧压力 P0=0.1MPa 0.5.爆破片参数爆破片型号 YC8-1.86-22 进出口尺寸 1/2 NPT 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 11 页阀座处直径 d2=15mm 额定泄放系数 f3=0.62 排放面积 A2=176.71mm20

4、.6.气体特性参数0.6.1 氮气特性（查工业气体手册）临界压力 P2=3.394MPa 临界温度 T2=126.05K 摩尔质量 M=28.01g/mol 绝热指数（标准状况） K=1.4014 气体常数 C=356 正常工况泄放温度Td=115K 压缩系数Z1=0.651 气化潜热 q=116.718KJ/kg 火灾环境泄放温度 Td=115K 压缩系数 Z2=0.625 汽化潜热 q=116.718KJ/kg 1从热壁（外壳）传入冷壁（内容器）的总热流量的计算1.1 非火灾情况1.1.1 绝热系统（夹套和绝热材料）完好且处于正常的真空状态下，外部环境温度50，内容器为泄放压力（1.86M

5、Pa）下储存介质的饱和温度（115K）, 此时从热壁传入冷壁的热流量的计算：a. 在正常的真空状态下, 通过绝热材料传入的热流量计算：Hiv=Uiv*Aim*（Ta-Td） = 0.102*32.62*（323-115 ）= 691.99W (1) 在正常真空状态下, 夹层绝热材料总的传热系数：Uiv=iv/ti=0.102 （W/m2*k）式中：在正常真空状态下，绝热材料在温度Ta与 Td 之间的平均热导率：iv=0.00102 （W/m*K ）(查低温绝热与贮运技术) (2)非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度：Ta=323K (3)对应于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度：Td=1

6、15K b. 通过内容器的吊带构件传入的热流量：Hst=Nst*st*Ast*(Ta-Td)/Lst=8*12.3*0.00064*(323-115)/0.8=16.37W 式中：（1）内容器吊带或其它金属支撑构件数量，Nst=8 （2）内容器吊带材料（S30408）在温度 Ta 与 Td之间平均导热率：st=12.3 （W/m*K ）（查低温绝热与贮运技术）内容器吊带或其它金属支撑构件材料的长度，L=0.8m 内容器吊带或其它金属支撑构件材料的宽度，w=0.08m 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 11 页内容器吊带或其

7、它金属支撑构件材料的厚度，t=0.008m 内容器吊带构件材料（S30408）的横截面积， A=0.00064m2 (3) 非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度：Ta=323K （4）对应于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度：Td=115K c. 通过真空夹层的管道传入的热流量的计算：Htube=*) =0.2618+0.7567+0.1719+0.06617+0.19358+0.0858+0.7944+0.25699+ 0.077639+0.17581+0.1724 =3.0132W 顶充管 Htube1=底充管 Htube2=蒸汽返回管 Htube3=气相仪表管 Htube4=液相仪

8、表管 Htube5=溢流管 Htube6=辅助提液管 Htube7=安全管 Htube8=节能管 Htube9=虹吸提液管 Htube10=虹吸提液管 Htube11=式中：（1）通过真空夹层的管道材料在温度Ta与 Td 之间平均热导率：t =( a+c)/2=(35.4+10.6)/2=23W 式中：真空夹层的管道材料（06Cr19Ni10 ）在热端的导热率：a=35.4 （W/m*k）（查低温绝热与贮运技术）真空夹层的管道材料（06Cr19Ni10 ）在冷端饱和温度下（深冷介质在泄放压力1.86MPa）的热导率；c=10.6 （W/m*k）（查低温绝热与贮运技术）精选学习资料 - - -

9、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 11 页 (2) 穿过真空夹层的内容器第i 管的横截面积34*2 管横截面积Atube1 =0.000201062m248*2 管横截面积Atube2 =0.000289027m218*2 管横截面积Atube3 =0.000100531m214*2 管横截面积Atube4 =0.0000754m2 (3) 第 i 根管在真空夹层中的长度顶充管 L1=5.286m 底充管 L2=1.829m 蒸汽返回管 L3=5.602m 气相仪表管L4=5.456m 液相仪表管 L5=1.865m 溢流管 L6=5.609m 辅

10、助提液管 L7=1.742m 安全管 L8=5.385m 节能管 L9=6.2m 虹吸提液管 1 L10=5.476m 虹吸提液管 2 L11=5.584m （4）所储存介质的气体导热率gas=0.0201 （W/m*K ）（查低温绝热与贮运技术） (5) 非火灾情况下绝热熔器外部最高环境温度 Ta=323K (6) 对于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度 Td=115K 1.1.2在非火灾和绝热层完好，且处于正常的真空状态下，由热壁传入冷壁的总热流量：H1=Hiv+Hst+Htube =691.99+16.37+3.0132=711.372W 式中：H1在非火灾和绝热层完好且处于正常的

11、真空状态下，由热壁传入冷壁的总热流量1.1.3绝热系统完好且处于正常的真空状态下，外部为环境温度，内容器的温度为泄放压力所储存的介质的饱和温度，且增压系统处于全开工作状态下，热壁经由绝热系统，构件和增压汽化器输入内容器的总热流量：H2=H1+HPBC=711.372+ = W 式中：（1）增压器产生的热流量，HPBC(W) HPBC=UPBC*APBC*(Ta-Td)= 式中：增压器总的对流传热系数，UPBC= 增压器总的外部传热面积，APBC= 非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度，Ta=323K 对应于某一深冷介质的容器或传热构件冷端表面温度，Td=115K 精选学习资料 - - - -

12、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 11 页注：汽化器传热系数的推导: UPBC=1/1/f+/ +1/( * *) （W/m2*k ）因为，管内汽化换热系数f及铝的热导率远大于管外的自然对流换热系数，故在工程计算中可将式中1/ f 及/ 略去不计，于是上式可简化为： UPBC=*= 式中： f低温流体与管壁的对流换热系数，（W/(m2*k) ）管壁厚度， 0.003 （m ）铝的热导率，117.23 （W/(m*k) ）（查自铝制化工设备表2-59 及深冷手册（下）表7-29 ）空气与翅片管的自然对流换热系数，（W/(m2*k) ）对于星型翅片管，可按

13、空气对平壁的自然对流换热准则方程求=0*N/y= 式中： N努塞尔准数0空气的导热系数，0.02059w/m*k y翅片高度， 0.12m 推导 的最大值：层流时：（ Gr*Pr）= N= =0*N/y= 紊流时：（ Gr*Pr）= N= =0*N/y= 肋化系数， =F2/F1= F1，F2翅片管的内外表面积肋化效率=th(my)/my= 式中： y翅片高度，0.12m m= U=2H=1.6m H肋片长或管长 A=HX= X翅片长度，0.003m 1.1.4绝热系统完好，但夹层已丧失真空状态下，外部温度为环境温度，内容器的温度为泄放压力下所储存介质的饱和温度，从热壁传入内容器的总热流量计算

14、：H3=Hi1+Hst+Htube =20013.3+16.37+3.0132=20032.6832W 式中：H3绝热系统完好，但夹层已丧失真空，外部温度为环境温度，内容器的温度为泄放压力下所储存介质的饱和温度，从热壁传入内容器的总热流量Hi1夹层丧失真空的状态下，通过绝热材料输入的漏热率 Hi1=Ui1*Aim*(Ta-Td) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 11 页 =2.95*32.62*(323-115) =20013.3W Ui1在大气压力下和环境温度下，绝热材料总的传热系数 Ui1=i1/ti =0.0295

15、/0.01 =2.95 （W/m*k）i1夹层已丧失真空，在大气压力下绝热材料充满或吸附空气或介质气体，在温度Ta与温度 Td之间的平均热导率 ti 绝热材料的名义厚度 Aim绝热层内外表面积的算术平均值 Ta非火灾情况下绝热容器外部最高环境温度 Td对于某一深冷的容器或传热构件冷端表面温度1.2 火灾情况1.2.1 真空绝热容器的绝热系统完好或部分完好，但夹层真空已丧失，储存的介质（以液氮计）温度达115K,且外部遭遇火灾或922k 高温的情况下，由热壁传入内容器的总热流量： H4=2.6*(922-Td)Uif*Ar0.82=90129.88W 式中：（1）Td对应于某一深冷介质（以液氮计

16、）的容器或传热构件冷端表面温度，设定于115K （2）Uif在火灾条件下（外部温度为922k 和大气压下）绝热材料总的传热系数： Uif=if/ti=0.0295/0.01=2.95(W/m2*k) 式中：if真空绝热深冷窗口外部遭遇火灾或遭遇922K 的高温，夹层真空已经丧失，在大气压力下，绝热材料充满介质气体或空气，但能有效的阻止热传导、热对流和热辐射。绝热材料在Td 与 922K 之间的平均导热率，取两者（气体或空气）之中的较大值，0.0295 （W/m*k）( 查低温绝热与贮运表3-32) ti绝热材料的名义厚度，0.01m （3）Ar内容器与外壳面积的平均值，立式容器， Ar=*D*

17、h4=3.14*2.095*3.995=26.29m2式中： D 内容器与外壳直径的平均值，2.095m h4设计最大液位高度，3.995m 1.2.2 真空绝热深冷容器夹套外部遭遇火灾或遭遇922K 高温，且绝热系统已完全损坏的情况下，由热壁传入内容器的总热流量：H5=7.1*104*Ar0.82=1036420.297W 式中：立式容器，Ar=*D*h4=3.14*2.095*3.995=26.29m2式中： D内容器与外壳直径的平均值，2.095m h4设计最大液位高度，3.995m 2内容器的安全泄放量（质量流量）的计算2.1 在非火灾，绝热系统（夹套和绝热材料）完好且处于正常的真空状

18、态下，外部环境为 50，内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度工作状态，容器的安全泄放量（以氮气计）如下：因为0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 ，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 11 页算：Ws1=3.6*(Vg-Ve)/Vg*H1/q =3.6*（0.0115-0.0017 ）/0.0115*711.372/116.718 =18.7Kg/h 式中：Ws1当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的 40，即 0.4P2Pd=1.86 P2=

19、3.394 时，真空绝热压力容器的安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kg Ve泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kg H1由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，711.372w q在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg 2.2 在非火灾，绝热系统（夹套和绝热材料）完好且处于正常的真空状态下，外部环境为 50，内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度下，且增压系统处于全开工作状态下，容器的安全泄放量（以氮气计）如下：因为0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 ，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算：Ws2=3.6*(

20、Vg-Ve)/Vg*H2/q =3.6*（0.0115-0.0017 ）/0.0115* /116.718 =Kg/h 式中：Ws2当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的 40，即 0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 时，真空绝热压力容器安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kg Ve泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kg H2由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量， W q在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg 2.3 在非火灾，绝热系统（夹套和绝热材料）真空状态破坏情况下，外部环

21、境温度为50，内容器介质处在泄放压力对应的饱和温度工作状态下，容器的安全泄放量计算（以氮气计）如下：因为0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 ，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算：Ws3=3.6*(Vg-Ve)/Vg*H3/q =3.6*（0.0115-0.0017 ）/0.0115*20032.68/116.718 =526.54Kg/h 式中：Ws3当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2P4=1.86P2=3.394 时，真空绝热压力容器的安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kg Ve泄放压力

22、下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kg H3由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，526.54w q在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 11 页2.4 在火灾情况下，真空绝热容器的绝热系统完好或部分完好，但夹层真空已丧失，储存的介质（以液氮计）温度达117K，且外部遭遇大火或遭遇922K 高温情况下，容器的安全泄放量计算（以氮气计）：因为0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 ，所以真空绝热压力容器安全泄放量用下式计算： Ws4=3.6*(Vg-V

23、e)/Vg*H4/q =3.6*（0.0115-0.0017 ）/0.0115*90129.88/116.718 =2458.76Kg/h 式中：Ws4当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的40，即0.4P2Pd=1.86P2=3.394 时，真空绝热压力容器的安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/kg Ve泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kg H4由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，90129.88W q在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg 2.5 在火灾情况下，真空绝热深冷容器夹

24、套外部遭遇火灾或遭遇922k 高温，且绝热系统已完全损坏的情况下，容器的安全泄放量计算（以氮气计）：因为0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 ，所以真空绝热压力容器的安全泄放量用下式计算： Ws5=3.6*(Vg-Ve)/Vg*H5/q =3.6*（0.0115-0.0017 ）/0.0115*1036420.297/116.718 =28273.69Kg/h 式中：Ws4当安全泄压装置的气体泄放压力Pd小于介质的临界压力，但大于或等于临界压力的 40，即 0.4P2Pd=1.86 P2=3.394 时，真空绝热压力容器安全泄放量Vg泄放压力下，饱和气体介质的比容积，0.0115m3/k

25、g Ve泄放压力下，饱和液体介质的比容积，0.0017m3/kg H5由热壁（夹套）传入冷壁（内容器）的总热流量，1036420.297w q在泄放压力下液体介质的汽化潜热，116.718KJ/kg 3. 将泄放气体（以氮气计）的质量流量Wsi换算成标态空气流量： Qi=92.34*Wsi/C* Q1=92.34*Ws1/C*=92.34*18.7/356*=10(N*m3/h) Q2=92.34*Ws2/C*=92.34* /356*= (N*m3/h) Q3=92.34*Ws3/C*=92.34*526.54/356*=277(N*m3/h) Q4=92.34*Ws4/C*=92.34*2

26、458.76/356*=1292(N*m3/h) 式中：Qi将泄放量的质量流量Wsi 换算成的标态空气流量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 11 页Wsi当容器的安全泄放装置的泄放压力Pd小于 40的介质临界压力上述各种状态下的真空绝热压力容器的安全泄放量( 注：与18442 上面要求的不一致) C 气体特性系数，查表（18442.6.A-1或按下式计算）：C=520*式中：k气体绝热指数，k=Cp/CvCp标准状态下气体定压比热Cv标准状态下气体定容比热Z在泄放压力Pd 下饱和气体的压缩系数T泄放装置进口侧的气体温度M

27、气体的摩尔质量4. 安全阀排放能力（以氮气）计算：当时，属于临界流动状态，安全阀排放能力计算按下式：Ws=7.6*0.01*C*K*Pd*A*，由于=0.054 =0.69 ，所以采用 Ws=7.6*0.01*C*K1*Pd*A* =0.076*356*0.67*1.86*176.71*=2941.09Kg/h 式中： P0安全阀出口压力，0.1MPa K1安全阀的额定泄放系数，与安全阀结构有关，应根据实验决定。无参与未参考数据时，可按下列规定选取：全启式安全阀K=0.67 Pd安全阀的排放压力，1.86MPa P容器的设计压力，1.6MPa A安全阀最小排气截面积，全启式安全阀，即h1/4d

28、t时，A=176.71mm2 dt安全阀的最小流道直径（阀座喉部直径），15mm 5. 爆破片装置（以氮气计）排放能力计算当时，属于临界流动状态，安全阀排放能力计算按下式：WR=7.6*0.01*C*K2*Pb*A*，由于=0.054 =0.69 ，所以采用 Ws=7.6*0.01*C*K2*Pb*A*=0.076*356*0.73*1.956*176.71*=3944.13Kg/h 式中：A爆破片装置的排放面积，176.71mm2 K2爆破片装置的额定泄放系数，取0.73 Pd安全阀的排放压力，1.956MPa T泄放装置进口侧的气体温度，115K 精选学习资料 - - - - - - -

29、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 11 页6. 校核安全泄放装置的安全性6.1 在非火灾情况绝热系统完好且处于正常的真空状态下： Ws=2941 Kg/h Ws1=18.7Kg/h Ws+WR=2941+3944=6885 Kg/h Ws2=155Kg/h 绝热系统夹层真空破坏状态下： Ws=2941 Kg/h Ws3=527Kg/h 6.2 在火灾情况真空绝热熔器的绝热系统完好或部分完好，但夹层真空已丧失的情况下（以氮气计）： Ws=2941 Kg/h Ws4=2458 Kg/h 真空绝热容器绝热系统已完全损坏的情况下（以氮气计）： Ws+WR=2941+3944=6885 Kg/h Ws5=28273Kg/h 结论： 1、设备的安全泄放装置能满足，在非火灾情况下容器的安全泄放量 2、设备的安全泄放装置能满足，夹层真空已丧失但绝热系统基本完好的火灾情况 3、设备的安全泄放装置不能满足，绝热系统完全损坏的火灾情况，此时应另外打开放空阀。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 11 页