安全閥噴嘴面積計算 上海申弘閥門有限公司 安全閥 safety valve 用以防止鍋爐、壓力容器等設(shè)備或管道因超壓而發(fā)生損壞的閥門。當(dāng)被保護(hù)體內(nèi)的流體壓力達(dá)到略高于正常工作壓力的某一規(guī)定值（即閥門開啟壓力）時，安全閥自動開啟，排放部分流體，使壓力下降。當(dāng)壓力下降到略低于正常工作壓力的某一值（即閥門回座壓力）時，安全閥自動關(guān)閉，停止排放流體并保持密封。 安全閥類的作用是防止管路或裝置中的介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值，從而達(dá)到安全保護(hù)的目的。 安全閥是一種安全保護(hù)用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過規(guī)定值時自動開啟，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值。安全閥屬于自動閥類，主要用于鍋爐、壓力容器和管道上，控制壓力不超過規(guī)定值，對人身安全和設(shè)備運行起重要保護(hù)作用。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。 按安全閥閥瓣開啟高度可分為微啟式安全閥和全啟式安全閥，微啟式安全閥的開啟行程高度為：≤0.05d0(小排放喉部口徑)；全啟式安全閥開啟高度為≤0.25d0（小排放喉部口徑）。 安全閥按結(jié)構(gòu)形式來分，要分為垂錘式、杠桿式、彈簧式和先導(dǎo)式（脈沖式）；按閥體構(gòu)造來分，可分為封閉式和不封閉式兩種。封閉式安全閥即排除的介質(zhì)不外泄，全部沿著出口排泄到地點，一般用在有毒和腐蝕性介質(zhì)中。對于空氣和蒸汽用安全閥，多采用不封閉式安全閥。對于安全閥產(chǎn)品的選用，應(yīng)按實際密封壓力來確定。對于彈簧式安全閥，在一種公稱壓力（PN）范圍內(nèi)，具有幾種工作壓力級的彈簧，訂貨時除注明安全閥型號、名稱、介質(zhì)和溫度外，尚應(yīng)注明閥體密封壓力，否則按大密封壓力供貨。 4.1 介質(zhì)為氣體 氣體通過安全閥噴嘴時，其速度和比容隨下游壓力的減少而增大，一直增大到極限速度為止，此極限速度即為該氣體的聲速，相當(dāng)于極限速度的相應(yīng)流率，稱為臨界流率。 聲速下的噴嘴喉管壓力Pcf與入口壓力（即高泄放壓力）Pm之絕壓比稱為臨界壓力比，Pcf稱為臨界流動壓力。 氣體的臨界壓力比可用理想氣體關(guān)系的公式計算 （4-1-1） 式中：K—氣體的絕熱指數(shù)（Cp/Cv); Pcf—臨界流動壓力，MPa（絕）； Pm—進(jìn)口處壓力（即高泄放壓力），MPa（絕）， 即安全閥定壓+容許過壓+大氣壓。 一般烴類氣體Pcf/Pm值大都在0.5～0.6之間，其與K值的關(guān)系見下表4-1-1。 表4-1-1 K值與Pcf/Pm值關(guān)系表 K | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | Pcf/Pm | 0.585 | 0.564 | 0.546 | 0.528 | 0.512 | 0.497 | 0.482 | 0.469 |
如果喉管下游壓力P2（即安全閥出口壓力）高于臨界流動壓力，此時的流動狀態(tài)為亞臨界流動。 4.1.1 臨界流動狀態(tài)下噴嘴面積計算，可按式4-1-2計算 （4-1-2） 對全啟式 （4-1-3） 對微啟式 （4-1-3B） 式中： Ao—噴嘴面積，cm2; h—安全閥開啟高度，cm; φ—錐形密封面的半錐角度，°; do—噴嘴內(nèi)徑，cm; Gv—氣體大泄放量，kg/h； Pm—高泄放壓力，MPa（絕）； T 1—進(jìn)口處氣體溫度，K； M—氣體分子量； Z—在Pm壓力下氣體的壓縮系數(shù)； KF—流量系數(shù)，應(yīng)由制造廠提供，參見附錄二。 C—氣體特性系數(shù)，僅與氣體的絕熱指數(shù)K有關(guān)，可用下式計算 也可用表4-1-2查得； Kb—背壓校正系數(shù)，對普通型安全閥，隨著P2值增大，安全閥的理論泄放量 將隨之減少。但當(dāng)P2<Pcf時，對泄放量的影響較小，而普通型安全閥 的P2值要求小于0.1Ps，在此條件下，Kb值可取為1。當(dāng)P2值大于 0.1Ps時，一般應(yīng)選用波紋管（平衡型）安全閥，當(dāng)P2值大于0.3Ps可 選用先導(dǎo)式安全閥。波紋管安全閥的Kb值見表4-1-3。 表4-1-2 不同K值與C值關(guān)系 K | C | K | C | K | C | K | C | 1.01 | 317* | 1.24 | 341 | 1.48 | 363 | 1.72 | 382 | 1.02 | 318 | 1.26 | 343 | 1.50 | 365 | 1.74 | 383 | 1.04 | 320 | 1.28 | 345 | 1,52 | 366 | 1.76 | 384 | 1.06 | 322 | 1.30 | 347 | 1.54 | 368 | 1.78 | 386 | 1.08 | 324 | 1.32 | 349 | 1.56 | 369 | 1.80 | 387 | 1.10 | 327 | 1.34 | 351 | 1.58 | 371 | 1.85 | 391 | 1.12 | 329 | 1.36 | 353 | 1.60 | 372 | 1.88 | 393 | 1.14 | 331 | 1.38 | 354 | 1.62 | 374 | 2.00 | 400 | 1.16 | 333 | 1.40 | 356 | 1.64 | 376 | | | 1.18 | 335 | 1.42 | 358 | 1.66 | 377 | | | 1.20 | 337 | 1.44 | 360 | 1.68 | 379 | | | 1.22 | 339 | 1.46 | 361 | 1.70 | 380 | | |
* 內(nèi)插值因在K接近于1時，C變?yōu)椴欢ǖ臒o窮數(shù)。 表4-1-3 波紋管安全閥Kb值 P2/Ps（表壓） | 0.31 | 0.34 | 0.37 | 0.40 | 0.43 | 0.46 | 0.49 | 過壓10%，Kb | 1.0 | 0.99 | 0.98 | 0.97 | 0.96 | 0.945 | 0.93 | 過壓20%，Kb | 1.0 | 0.96 | 0.90 | 0.86 | 0.81 | 0.76 | 0.70 |
表4-1-3是國外制造商提供的平均值（見API RP520-90），背壓低于0.34MPa（表）時，不應(yīng)選用上表數(shù)值，而應(yīng)由制造廠按背壓條件提供Kb值。 4.1.2 亞臨界流動狀態(tài)下噴嘴面積計算為了簡化計算，仍然采用式4-1-2計算，對普通型安全閥，Kb校正系數(shù)需改用表4-1-4值；對波紋管安全閥，Kb值應(yīng)由制造廠提供。其它符號意義和取值與臨界流動狀態(tài)相同。 表4-1-4 亞臨界流動狀態(tài)下普通型安全閥Kb值 背壓%* | 50 | 60 | 70 | 75 | 80 | 85 | Kb值 | | | | | | | 絕熱系數(shù)K=1.1 | 1.0 | 1.0 | 0.96 | 0.92 | 0.88 | 0.79 | K=1.3 | 1.0 | 1.0 | 0.94 | 0.90 | 0.84 | 0.76 | K=1.5 | 1.0 | 0.98 | 0.90 | 0.86 | 0.80 | 0.72 | K=1.7 | 1.0 | 0.94 | 0.87 | 0.82 | 0.77 | 0.69 |
*背壓%為P2/Pm%(以絕壓計) 例題1≌ 已知下列泄放要求: GV=24318kg/h,烴蒸氣平均分子量M=65,K=1.1, T1=348K(75℃),PS=0.51MPa(表),即設(shè)備的設(shè)計壓力, P2(背壓)=0(表)。 計算出下列數(shù)據(jù)，容許積聚壓為10%（由于定壓即為設(shè)備壓力，積聚壓等于過壓），高泄放壓力Pm=0.51×1.1+0.1=0.661MPa(絕),Z=0.84,臨界壓力比=0.59(查表4-1-1),臨界流動壓力Pcf=0.661×0.59≈0.39MPa(絕)=0.29MPa(表)。 因背壓P2=0，小于Pcf，處于臨界流狀態(tài)，因此可用式4-1-2計算噴嘴面積 KF采用0.975,Kb=1，C=326（查表4-1-2）。 例題2 把例1中的迭加背壓改為0.37MPa(表），其它數(shù)據(jù)與例1相同，選用普通型安全閥。 因迭加背壓等于0.37MPa(表），大于臨界流動壓力0.29MPa(表），氣體處于亞臨界狀態(tài)。 容許積聚背壓0.1×0.51=0.051MPa 總背壓P2=0.37+0.051=0.421MPa(表）=0.521MPa( 絕） P2/Pm=0.521/0.661=79%,從表4-1-4查得Kb=0.88 4.2 介質(zhì)為水蒸汽（壓力小于10MPa）按4-2-1計算 式中GV--水蒸汽大泄放量，kg/h； AO--噴嘴面積，cm2； Pm--高泄放壓力，MPa（絕）； Kφ--蒸汽過熱度校正系數(shù)，見表4-2-1； KF--由制造廠提供。 
表4-2-1 蒸汽過熱度校正系數(shù) 蒸汽壓力，MPa（絕） | 蒸汽溫度，℃ | | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 0.3 | 1 | 0.98 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.82 | 0.76 | 0.75 | 0.5 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.89 | 0.85 | 0.82 | 0.76 | 0.75 | 1.0 | 1 | 0.99 | 0.94 | 0.90 | 0.85 | 0.82 | 0.77 | 0.76 | 1.3 | - | 0.99 | 0.95 | 0.91 | 0.86 | 0.83 | 0.78 | 0.77 | 1.7 | - | - | 0.95 | 0.91 | 0.87 | 0.83 | 0.78 | 0.77 | 2.1 | - | - | 0.97 | 0.93 | 0.87 | 0.83 | 0.78 | 0.77 | 3.5 | - | - | 0.97 | 0.97 | 0.88 | 0.84 | 0.79 | 0.78 | 6.4 | - | - | - | 0.98 | 0.92 | 0.86 | 0.81 | 0.79 | 10.0 | - | - | - | | 0.94 | 0.87 | 0.82 | 0.80 |
4.3 介質(zhì)為液體 按液體介質(zhì)設(shè)計的安全閥應(yīng)取得能力檢驗證，并給定流量系數(shù)，其噴嘴面積可按式4-3-1計算 式中AO--噴嘴面積，cm2； GL--液體泄放量，m3/h； rg--泄放溫度下液體相對密度（相對于20℃水）； Pm，P2--高泄放壓力，出口壓力，MPa（表）； KF--流量系數(shù)，應(yīng)由制造廠提供，需要進(jìn)行估算時，取KF=0.65； Kb--背壓校正系數(shù)，對于普通型安全閥，Kb=1，對于波紋管式安全閥，一般由制造廠給出Kb值，必要時，可從表4-3-1查得。 表4-3-1 波紋管式安全閥Kb值 P2/Pm | 0.15 | 0.20 | 0.25 | 0.30 | 0.35 | 0.40 | 0.45 | 0.50 | Kb | 1.0 | 0.97 | 0.92 | 0.87 | 0.82 | 0.77 | 0.72 | 0.67 |
Km--粘度校正系數(shù) 可從表4-3-2查得 表4-3-2 粘度校正系數(shù)Km 粘度 mm2/s | 35 | 36～70 | 71～140 | 雷諾數(shù)Re | 60 | 100 | 200 | 400 | 1000 | 2000 | 3800 | 10000 | 80000 | Km | 1.0 | 0.90 | 0.75 | Km | 0.45 | 0.60 | 0.75 | 0.85 | 0.91 | 0.935 | 0.95 | 0.975 | 1.00 |
根據(jù)雷諾數(shù)Re選取Km值時,需要先按非粘性介質(zhì)(Km=1)用式4-3-1確定噴嘴面積,再從有關(guān)制造廠的樣本中選取接近或稍大的噴嘴面積的安全閥,按式4-3-2計算雷諾數(shù) 式中m--流動溫度下介質(zhì)的粘度,MPa·S(其值與厘泊相等); A’o--初選的安全閥噴嘴面積,cm; 其它符號見前。 根據(jù)計算的雷諾數(shù)從表4-3-2查得Km值，再按式4-3-1計算校正后的噴嘴面積。如果校正后的噴嘴面積大于初選的噴嘴A’O，則需選用較大A’o的面積重新進(jìn)行計算，直到基本一致為止。 
4.4 液體膨脹時噴嘴面積計算 可按式4-4-1計算： 式中GL--液體膨脹的泄放量，m3/h； 其它符號相同。 4.5 介質(zhì)為氣液兩相流體 可按前述方法分別計算氣體和液體排放所需的噴嘴面積，再將兩者相加即為安全閥噴嘴的總面積。與本文相關(guān)的論文有：安全閥定期檢驗辦事指南 |
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