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液氨儲(chǔ)罐的安全閥的計(jì)算選型和安裝

文檔作者：杜云濤楊洋黃炳光文檔來(lái)源：信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月18日
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2014 年3 月
液氨儲(chǔ)罐的安全閥的計(jì)算、選型和安裝
杜云濤楊洋黃炳光（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司四川成都610000）
摘要：本文系統(tǒng)介紹了液氨儲(chǔ)罐的安全閥的計(jì)算過(guò)程中部分
公式和參數(shù)的選用，選型注意事項(xiàng)及安全閥的安裝要求。
關(guān)鍵詞：液氨儲(chǔ)罐；安全閥；計(jì)算；選型；安裝
前言
液氨儲(chǔ)罐一般設(shè)計(jì)壓力為2.16MPa,根據(jù)《壓力容器安全技
術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,屬于第三類(lèi)壓力容器，必須設(shè)計(jì)安全閥【1】。安全閥
能有效防止氨罐內(nèi)部壓力超過(guò)限度而發(fā)生爆裂或泄漏，準(zhǔn)確進(jìn)行
安全閥的計(jì)算和選型非常重要。本文針對(duì)液氨、氣氨的物性，將
液氨儲(chǔ)罐安全閥計(jì)算公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化，以方便設(shè)計(jì)人員計(jì)算和選
型。
一、氨罐安全泄放量的計(jì)算
氨罐的安全泄放量是氨罐在超壓時(shí)為保證它的壓力不再升
高，在單位時(shí)間內(nèi)所必須泄放的氣量。在計(jì)算安全閥時(shí)，應(yīng)該考
慮最為苛刻的狀態(tài)下產(chǎn)生的最大泄放量，才能滿足所有的情況都
能使用。當(dāng)氨罐暴露在外部火災(zāi)時(shí)，液氨汽化，氨罐壓力迅速升
高，安全閥的泄放量最大，一般情況，氨罐不設(shè)置保溫層，氨罐安
全泄放量按照下式計(jì)算：
W = 2.55×105 ×F ×Ae0.82
Hl
（1）
式中：W——液氨儲(chǔ)罐的安全泄放量，kg／h；
Hl——泄放條件下的汽化熱，kJ／kg；
Ae——潤(rùn)濕面積，m2；
F——儲(chǔ)罐外壁校正系數(shù)，儲(chǔ)罐在地面上無(wú)保溫：F＝1.0；儲(chǔ)
罐在地面下用砂土覆蓋：F＝0.3；儲(chǔ)罐頂部設(shè)有大于10L／(m2·
min)水噴淋裝置：F=0.6。
不同型式設(shè)備的濕潤(rùn)面積計(jì)算不同，對(duì)橢圓封頭臥式儲(chǔ)罐，
Ae = πD(L + 0.3D)；對(duì)于立式儲(chǔ)罐或半球形封頭臥式儲(chǔ)罐，
Ae =πDL；對(duì)于球形儲(chǔ)罐，Ae=0.5πD2。上述公式中：D 為設(shè)備
外徑，m；L 為臥罐總長(zhǎng)(包括封頭)或立罐最高液位，m【3】。
二、最小泄放面積的計(jì)算
最小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時(shí)通過(guò)的最小截面積。根
據(jù)安全閥背壓大小不同，安全閥的排氣能力應(yīng)按臨界條件和亞臨
界條件進(jìn)行計(jì)算【3】。臨界條件滿足公式：Pb ≤Pcf =Pg
éë
ùû2
k
+
1 k
k -1 ，
否則為亞臨界流動(dòng)。
式中:
Pb——背壓（安全閥出口側(cè)壓力，絕壓），MPa；
Pcf——臨界流動(dòng)壓力，MPa；
Pd——泄放壓力或排放壓力，Pd = 1.1 Ps + 0.1，（絕壓）
MPa；
k——絕熱指數(shù)，對(duì)于氨氣，k=1.31；
Ps——安全閥的開(kāi)啟壓力或整定壓力，一般為最高工作壓力
的1.05-1.1 倍，（絕壓）MPa；
液氨儲(chǔ)罐安全閥放空氣一般排放至氨氣洗滌系統(tǒng)集中處理，
其背壓接近當(dāng)?shù)卮髿鈮?。一般情況，液氨儲(chǔ)罐的工作溫度40℃，
工作壓力1.9 MPa，安全閥的開(kāi)啟壓力Ps =1.06 × 1.9=2.0
MPa，泄放壓力Pd = 1.1×2.0 + 0.1=2.3 MPa，背壓Pb約為
0.1 MPa。代入上式判斷液氨儲(chǔ)罐安全閥排放狀態(tài)一般為臨界
條件【3】。臨界狀態(tài)下，安全閥的最小泄放面積計(jì)算公式為：
A =13.16 W
K ×C ×Pd × ZT
M
（2）
式中：
A ——最小泄放面積，mm2；
W——液氨儲(chǔ)罐的安全泄放量，kg／h；
C—— 氣體特性系數(shù), 是絕熱指數(shù)k 的函數(shù)，即
C =520 k(2 k +1)(k +1)/(k -1)
，對(duì)于氨氣C 為348；
K——安全閥的流量系數(shù)，由制造廠提供，若沒(méi)有制造廠的
數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于全啟式安全閥K= 0.6～0.7；對(duì)于帶調(diào)節(jié)圈的微啟
式安全閥: K= 0.4～0.5；對(duì)于不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥：
K= 0.25～0.35；液氨儲(chǔ)罐需要較大的排氣能力，選用全啟式安
全閥，K 取0.6 比較合適。
Pd——泄放壓力，MPa；
Z——安全閥進(jìn)口處氣體壓縮因子，查氣體壓縮因子圖即可；
T——泄放溫度，即泄放壓力下的飽和蒸汽的溫度，K；
M——分子量，氨氣取17.03kg/kmol。
公式（1）代入（2）中，簡(jiǎn)化得到液氨儲(chǔ)罐安全閥的最小泄放面
積。
三、氨罐安全閥的選型
由于液氨容易汽化，氨罐需要較大的排氣能力，需要選用全
啟式安全閥。根據(jù)上面計(jì)算出的安全閥最小泄放面積，計(jì)算安全
閥喉徑：
d = 4A/π
對(duì)于壓力容器，要求安全閥的排量必須大干等于壓力容器的
安全泄放量，上式計(jì)算出的喉徑是最小理論喉徑，在實(shí)際選型時(shí)
應(yīng)考慮一定富余。查詢安全閥公稱直徑與喉徑關(guān)系或喉徑代號(hào)
與喉徑截面積關(guān)系即可確定安全閥尺寸型號(hào)。液氨儲(chǔ)罐工作壓
力比較高，安全閥一般選用PN25 以上的公稱壓力。
氨罐安全閥必須是密封式，有效防止氨氣外漏，密封面采用
PTFE(聚四氟乙烯)軟密封，安全閥材質(zhì)要求不能用銅材料。
四、氨罐安全閥的安裝
安全閥收貨時(shí)檢查其產(chǎn)品合格證及出廠壓力調(diào)試報(bào)告，安裝
前要送到當(dāng)?shù)匦ｒ?yàn)所進(jìn)行再次復(fù)校，加以鉛封并出具安全閥校驗(yàn)
報(bào)告【2】。安全閥應(yīng)垂直安裝，保持良好的密封性，并裝設(shè)在容器
或管道氣相界面位置上。安全閥的出口阻力盡可能小，裝設(shè)排泄
總管，其內(nèi)徑應(yīng)大于安全閥的出口通徑，低溫天氣安全閥排除口
應(yīng)注意防凍，防止水氣結(jié)冰堵塞。
安全閥入口處應(yīng)安裝氨用切斷閥，正常運(yùn)行時(shí)，該閥必須保
持全開(kāi)并加鉛封，切斷閥的直徑不應(yīng)小于安全閥的入口直徑。超
過(guò)100m3 的液氨儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)雙安全閥。
安全閥宜設(shè)旁通線，旁通線的管徑不宜小于安全閥的入口直
徑。
結(jié)論
安全閥設(shè)置的正確與否對(duì)整個(gè)裝置系統(tǒng)的安全生產(chǎn)起著舉
足輕重的作用，因此在液氨罐的設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要重視安全閥
的計(jì)算及選型。
參考文獻(xiàn)：
[1]TSG R0004-2009. 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.
[2] GB/T 12241-2005. 安全閥的一般要求[S].
[3] HG/T20570.2-1995 安全閥的設(shè)置和選用[S].
設(shè)備管理
195

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