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管壳式换热器安全阀设计选型

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1概述 
  随着工艺现代化水平的不断提高,各类生产设备及生产流程的组织与配置越来越趋于大型化与复杂化,人们开始更加意识到安全的重要性。在现代化工装置中,为了防止因系统超压而引发安全事故,工程设计中对安全系统的要求越来越高,安全阀的设计要求也越来越严格。除了GB150中对于压力容器超压泄放装置的有关规定与要求外,国内外的一系列标准也对于安全泄放装置的设计选型及计算提出了更为详细的分类与 
  规定。 
  2超压分析 
  比较国内外关于安全泄放装置设计的标准,我们发现:GB150中对于盛装压缩气体或水蒸气及盛装液化气体等各类容器提出了安全泄放量的计算方法,但对于容器超压的原因未作具体划分;而在API520及API521中对于安全阀引起超压的原因作了更为详细的划分与分析,针对各种事故工况下的安全阀泄放量提出了不同的计算方法;在化工部标准HG/T20570.2中借鉴总结了国外标准并提出了下列十种事故工况下泄放量的计算方法:阀门误关闭、循环水故障、电力故障、不凝气积累、控制阀故障、过度热量输入、易挥发物料进入高温系统、换热器管破裂、化学反应失控、外部火灾。 
  在化工设备设计中,管壳式换热器是十分常见的设备之一,应用范围广泛。在管壳式换热器的管程与壳程中,往往存在着较大的温差与压差。因此,安全阀的设置对于管壳式换热器系统来说是必不可少的。下面重点以管壳式换热器设计时在不同因素影响下安全阀安全泄放量的计算来进行分析,从而说明安全阀针对性设计选型的重要性。 
  3工况一:管程液体热膨胀 
  以冷却器为例,壳程走热流体(气相或液相),管程走冷流体(如冷却水)。当管程流体进出口阀门误关闭时,造成换热器内管程流体停滞,此时由于热流体持续加热管程,在长时间下可能致使管程液体发生热膨胀超压。在该工况下,在管程设置安全阀的泄放量为被关闭液体的膨胀量,此类安全阀一般选用微启式即可。对于此工况下液体膨胀泄放量可按下式计算: 
  V=B?H/(G1?Cp)(3.1) 
  式中,V为体积泄放流量,m3/h;B为体积膨胀系数,1/℃;H为正常工作条件下最大传热量,kJ/h;Gl为液相密度,kg/m3;CP为定压比热,kJ/(kg℃)。 
  4 工况二:换热管破裂 
  如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2/3时,考虑此事故工况,且要求高压侧流体走管程。在计算换热器管子破裂引起超压时,API521中作了以下假设: 
  1)换热器只有1跟管子断裂; 
  2)管子是在管板处断裂; 
  3)高压侧流体一部分通过管板处的断裂口进入低压侧,一部分通过一段较长的管子流入低压侧。这两部分的流量,简化处理为通过管板处断裂口流量的2倍。 
  5.2 对于壳程盛装气体的换热器设备 
  根据API521中规定,无润湿表面的容器在外部火灾情况下的泄放量 
  6 结论 
  从上述各类事故工况的分析来看,决定管壳式换热器安全阀设计的成败与否,关键在于正确计算各类事故工况下的安全泄放量,从而根据所需泄放量计算最小泄放面积来指导安全阀选型。而国内常用的压力容器标准GB150中并没有对各类可能引起超压的事故工况作详细的说明与划分,在实际安全阀设计选型过程中容易造成困难与偏差。因此,有关这部分安全阀的详细设计还是应该多借鉴国外的一些成熟标准。从而使小到一台换热器设备大到整条化工工艺生产线的安全系统设计,既能满足安全的可靠性,又满足经济的合理性。

发布时间:2016-05-17
 
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