关于安全阀排放量的计算公式

一. 关于火灾时气体储罐排放量的计算公式

最近有同志在使用室里发布的安全阀计算程序时发现，当储罐的操作温度较高时会出现（866-T）为负值的情况，使计算无法进行。

为搞清楚问题的原因，我进行了初步的研究，首先找公式的出处，然后分析问题出现的原因。该公式来自API521中的3.15.2.1.2节，文中讲：对于非湿润情况的储罐（指气体罐）在火灾情况下排放量的计算应用下式：

AF,A,P1 ------------------------------------------------------------------⑴

式中的A,是储罐的受热面积，A是安全阀的排放面积，F，是环境系数，可查表或用下式计算：

0.1406FCKdTwT11.25 -----------------------------------------------⑵ 0.6506T1

而T1是安全阀排放时的温度，Tw是储罐的壁温。T1的计算是用下式：

P1T1=PnTn ----------------------------------------------------------------⑶ 

式（2）中的C用下式计算：

2C=520k -----------------------------------------------------⑷

k1

而安全阀排放面积的计算可用下式： A=

k1k-1WCKdP1KbKcTZ ---------------------------------------------------⑸ M

整理以上5个公式，化简后可得到下式：

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A,TwT11.25 ------------------------------------⑹ W=0.1406MP11.1506T1上式换算为公制就是我们应用的公式：

换算过程是：

英制公式中温度单位是：兰氏R，1RK=0.5556K；1ft2=0.3048m2 1 pou/in2=6.8947kpa 1 lb/h=0.45359kg/h 整理得下式：

1.2511TWT1A110.304820.5556W0.1406MPa1.15060.453590.00689471T1 0.5556ATWT11.25W8.7646PdM1.1506T1换为我们标准中的符号得：

TT1.25w1 --------------------------------------⑺ W=8.765P1MA1.1506T1

在API521的文字说明中，编者强调对F，的数值推荐最小值是0.01，又说当最小值未知时，可以使用0.045来计算。

从以上文字可知，F，不可能是负值。当计算的排放条件下的温度大于866时，就不能应用⑹或⑺式。而要使用另外的公式，也就是把F，的值按0.045代替公式⑵来推导新的公式。另外API521在上述公式的推导中指出，在这里Z和Kb都等于1，所以公式可以简化。

公式⑹中的Tw是设备的壁温，在计算以碳钢制造的设备时，API521规定壁温等于1100。F，相当于摄氏593℃和866。K。

我们只要把F，等于0.045代入公式⑴，就可计算出A值，再用下式计算安全阀的排放量：

PMKb --------------------------------⑻ W230A51T10上式来自《石油化工设计手册》第四卷中424页的公式。

另外对于这个问题，在操作压力是0.03MPaG时，把排放压力定在0.18+0.03似乎并不合理，虽然是规定中写的，可是规定的来源不明确。

似乎是按1.8MPa乘上0.1得到0.18，把0.03MPa按1.8MPa来处理，是否合理的还值得讨论。

要讨论的问题：

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总之对于火灾时气体储罐排放量的计算方法需要补充，加入一个（866-T）是否大于零的判断，如果是负数，要用⑻式计算。

还有是否应该修改安全阀定压的计算方法？当P≤1.8MPaG时 Ps=P+0.18的要求未必就合理，在API等国际通用标准并没有这个要求。

在0.03MPaG的条件下，似乎应该使用API2000，而不是API521。

二. 火灾工况时液态烃排放量的计算

室里的程序只给出4个计算火灾条件下储罐湿润面积的公式，但在实际应用中会出现更复杂的情况。例如：

A=π×D×(L+0.3D)

此式只适用于立式椭圆储罐，因为0.3D只有一个椭圆封头的表面积，不适合卧式储罐的计算。

另外对于半球形封头的储罐，表面积的计算用下式计算也不完全。 A=π×D×L

因为上式没有计算半球形封头的面积，应该用⑼式计算：

A=π×D×L+1.57×D2 ---------------------------------------⑼

故更新后的计算湿表面积的公式应该是5个： 1. 半球形封头立式容器

A=（π×D×L2+1.57×D2）×h/L 2. 半球形封头卧式容器

A=（π×D×L2+2×1.57×D2）×h/D

3. 椭圆封头卧式容器

A=（π×D×L2+2.61×D2）×h/D 4. 椭圆封头立式容器

A=（π×D×(（L+0.3×D）)×h/L 5. 球形容器

A=π×D×h

上面公式的符号说明：

L 储罐两端点间的距离（mm）； L2 储罐切线间的距离（mm）；

D 储罐直径（mm）； h 储罐的湿润高度，对立式容器指切线间距离，对卧式容器指罐底至液面的距离（mm）

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三. 调节阀故障时安全阀排放量计算

工艺自控调节阀一般装在设备的进出口处，调节阀发生故障、或者停电、停仪表风时，都会造成调节阀失去作用； 1) 入口调节阀故障：

若入口调节阀发生故障时，入口调节阀是关闭状，这不需考虑超压的泄压措施；

若入口调节阀发生故障时，入口调节阀是全开状或部分开启状，这就需考虑超压的泄压措施；

为此设置的安全阀的泄放量：是最大的入口流量和开着的出口阀的最大流量的差值。

气体调节阀故障所需的安全阀的排放量：

若P2＞P1/2，V=2763CV[△P（P1+P2）/（Gg·T）] 0.5 若P2≤P1/2，V=2396P1CV/（Gg·T）0.5 水蒸汽调节阀故障所需的安全阀的排放量：

若P2＞P1/2：W=139.7Cv[△P（P1+P2）] 0.5/（1+0.0013△t） 若P2≤P1/2：W=121.3P1Cv/（1+0.0013△t） 液体调节阀故障所需的安全阀的排放量：

W=2737Cv（△P·Gl）0.5；△P=P1-P2 式中：

V——调节阀所需的安全阀的体积排放量，Nm3/hr； W——调节阀所需的安全阀的重量排放量，kg/hr； Cv——调节阀的Cv值*（由仪表专业提供）； Gg——气体或蒸汽的比重（与空气比）； G1——液体的比重（与水比）； P1——调节阀上游的压力，（MPa.A）； P2——调节阀的泄放压力，（MPa.A）； △P——调节阀上游与泄放的压差，（MPa.A）； T——调节阀上游的泄放温度，K； △t——水蒸汽的过热度，K。

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注： 调节阀的CV值*是指在给定行程下，阀两端压差为1 lb/in2时，温度为60 ºF的水，每分钟流经调节阀的体积（以gal计）。

闪蒸液体调节阀故障所需的安全阀的排放量： 若P1-P2≥F12（P1-Pvc）时：

W=2737CV·Fl[（P1-Pvc）G]0.5 Pvc=[0.96-0.28（Pv/Pc）0.5 ]Pv 式中：

W——调节阀所需的安全阀的排放量，kg/hr； G——介质在上游温度下的比重； P1——调节阀上游的压力，（MPa.A）； Pvc——调节阀缩脉压力，（MPa.A）； Pc——介质的临界压力，（MPa.A）；

Pv——调节阀上游温度下介质的蒸汽压，（MPa.A）； F1——压力校正系数。

注： Pvc缩脉压力（vena contracta）是指介质流经调节阀处的最低压力。

压力校正系数F1见表3.5.2.2-2： 四. 流体热膨胀时安全阀排放量的计算公式 液体热膨胀引起安全阀的排放量：

此时可根据液体的最大受热量，按热量平衡的原理计算热膨胀造成的排放量。一般可按式（3.5.2.2-10）计算安全阀的排放量： GL=0.00361×ω×Q/ρ×CP （1） 式中：

ω——液体每升高1 ℃的体积膨胀系数，见表3.5.2.2-3； Q——传入热量，W； ρ——液体的比重；

CP——液体的比热，kJ/（kg·℃）。

表1 烃液体和水在15.6 ℃下的膨胀系数ω

液体特性 0膨胀系数ω API ρ 5

3～34.9 1.052～0.8504 35～50.9 0.8498～0.7758 51～63.9 0.7753～0.7242 64～78.9 0.7238～0.6725 79～88.9 0.6722～0.6420 89～93.9 0.6417～0.6279 94～100 0.6275～0.6112 水 0.00072 0.0009 0.00108 0.00126 0.00144 0.00153 0.00162 0.00018 冷却器的冷却水安全阀的排放量计算，一般可按DN20选用安全阀； 气体热膨胀的安全阀的排放量，可按式（3.5.2.2-11）计算： W＝Q/（Cpv×△T） （2） ΔT=T1-Tn=（Pd/Pn）Tn-Tn 式中：

W——安全阀排量，kg/hr； Q——容器的最大受热量，kJ/hr；

Cpv——气体泄放温度和操作温度的平均热容，kJ/（kg·K）； △T——气体泄放的温度和操作温度的温差，K； T1——气体的泄放温度，K； Tn——气体操作温度，K； Pd——气体泄放压力，（MPa.A）； Pn——气体的操作压力，（MPa.A）。

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