火灾圈对安全阀泄放量的影响.pdf

智敏杰等 火灾圈对安全 阀泄放量 的影 响 4 1 火灾 圈对安全 阀泄放量 的影响 智敏杰 刘 艳华陆工程科技有限责任公司西安7 1 0 0 6 5 摘要 通过研究火灾圈对安全阀泄放量的影响，发现把火灾圈应用于安全阀泄放量的计算中，不仅可以 更好的防止系统压力超过容器或管道的设计压力而发生爆炸事故，而且可以合理的减小安全阀的泄放量。 关 键词火灾圈安全阀泄放量 在化工工艺设计 中，为了防止系统压力超过容 器或管道的设计压力而发生爆炸事故 ，广泛采用安 全阀来保护整个设备系统。安全 阀的泄放量是影响 安全阀选型的主要因素之一，目前 已经有大量关于 安全阀泄放量的文献张璐璐等对火灾工况和换 热 管破裂两种工况下泄放量的计算方法进行了具体分 析和对比 ，2 ；王江峰计算了超临界压力下火灾工 况安全阀泄放量等 J 。然而，火灾圈对安全阀泄放 量的影响未见文献报道。本文结合某工程实例初步 研究 了火灾圈对安全阀泄放量的影响。 火灾圈是在计算 安全 阀泄放量及火炬系统 时， 为 了系统的安 全性 ，假设 发生 火灾 时，火势 由一 台设备蔓延 至一个小 的范围 ，而这个 范 围就是安 全阀设计 时需要考虑 的火灾 圈。火灾 圈的直径一 般设定为 2 1 ． 4 m。安全 阀设计时需要考虑火灾圈内 的设备及与设备相 连 的管道 ，高度一般 为地面或 火灾平 台以上 7 ． 6 m 。 1 安全阀的设定 以国内某项 目为例 ，带有安全 阀的工艺 流程 见 图 1 。 由图 1可以看 出，工艺流程 中共设有 2个安全 阀P S V 1 0 1 和 P S V1 0 2 ，分别位于净化槽 R 1 0 1和粗 产品分离器 DI O 1 上。P S V I O 1 是为防止 R 1 0 1 系统压 力超压 发生 爆 炸 事 故 而设 置 ；P S V 1 0 2是 为 防止 R 1 0 2 、R 1 0 3 、E l 0 1 、A E 1 0 1 、E l 0 2和 D 1 0 1系统压 力超压发生爆炸事故而设置。这里需要说 明的是 ， 因为预反应器 R 1 0 2 、反应器 R 1 0 3 、合成 回路 中间换 热器 E l 0 1 、粗产品冷凝器 A E 1 0 1 、粗产品调节冷凝 器 E l 0 2和粗产品分离器 D 1 0 1 是一个独立的压力系 统 ，他们之间相互连通 ，因此可以设置一个安全 阀 来防止这几个设备超压。 图 1 带有安全阀的工艺流程图 2 设备布置 安全阀的泄放量与所处火灾 圈内的设备和管 道直接相关 ，所 以需要 结合设备布置来 确定在不 同的火灾圈内安全阀泄放量 的大小。与图 1 工艺流 程对应 的设备平面布置见图 2 。 火灾圈 图 2 设备平面布置 图 智 敏杰 工程师 。2 0 1 1年毕业于天津大学化学工程专业。从 事化工 工艺设计 工作。联 系电话 0 2 9 8 7 9 8 9 3 4 5，Ema i l z m j 2 3 5 0 c h i n a h u a l u e n g ． c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 42 CHEMI CAL ENGI NEERD G DES I GN 根据火灾 圈的定义 ，在平 面布置 图上绘制火 灾圈，直径为 2 1 ． 4 m。由图 2可 以看出，管廊下方 的设备位于一个火灾圈中，定义为火灾圈 1 ；管廊 上方的设备 D 1 0 1位于一个 火灾圈中，定义为火灾 圈 2 。 地面或火灾平台 7 ． 6 m 以下的设备和管道的外 表面积处于火焰范 围 内，因此设备 的布置高度 直 接影响火灾工况下安全阀的泄放量。与图 2设备平 面布置图相对应的设备布置立面图见图 3 。 A E 1 0 1 位于管廊上方 ，其布置高度为 2 2 ． 5 m。 结合设备平面布置图和立面布置 图，计算火灾 圈 内安全 阀保护设 备和管道 的受热面积 ，从 而计算 安全阀的泄放量。 3 安全阀泄放量计算 对于储存气体 容器的安全阀 ，在计算安 全 阀 火灾工况泄放量 w 时 ，H G ／ T 2 0 5 7 0 ． 2标准 中所 列公式与 A P I 5 2 1 标准计算公式计算结果相 同，本 文采用 的计算公式为 8 ． 7 6 4． ． A l 1 式 中，w 为泄放量 ；M为分子量 ；P为安全阀泄放 压力 ，M P a A ；A 为设备暴露在火灾 中的表面 积，m ；T 为设备材料所能达到的最大壁温 ，K； T为泄放温度 ，K。 i 1 0 3 J 4 凸 R1O 塑 ，， 习 图 3 设备布置 立面 图 对于安全 阀 P S V1 0 1 ，计算安全阀泄放量所需 要的相关数据见表 1 。 表 1 安全阀P S V1 0 1计算所需参数及结果 从表 1可以看出，在计算安全阀泄放量时不仅 考虑了安全 阀保护设备 D 1 0 1的受热面积 ，还考虑 了处于安全 阀 P S V 1 0 1火灾圈 设备布置平面图中 虚线所示 内与安全阀保护设备 D 1 0 1 相连 的 管道的受热面积。这 是因为发生火灾 时 ，与安全 阀保护设备相连 的管道 管径 D N 5 0 0 也处 于受 热状态 ，管径为 D N 5 0 0的管道 内的流体在火灾 时 受热也会膨胀 ，管径 越大的管道 内流体 的膨胀量 越大 ，因此在计算火灾 工况 安全 阀泄放量时有必 要考虑管道受热面积的影响。 按照传统方法计算出来 的安全 阀 P S V 1 0 1的泄 放量 w 为 4 1 7 1 k g ／ h r ，考虑 了火灾圈内受热管道后 计算出来的泄放量为 6 3 7 3 k g ／ h r 。这就说明按 照对 于单个设备而言 ，考虑火灾圈对 安全 阀的影 响计 算出来 的泄放量更大 。 如前安全阀的设定所述 ，安全阀 P S V1 0 2是为 了 防 止R 1 0 2 、 R 1 0 3 、E l 0 1 、 A E 1 0 1 、 E l 0 2 和 D 1 0 1系统压力超压发生爆 炸事故而设 置，因此计 算火灾工况安全 阀 P S V 1 0 2的泄放量时应考虑上述 设备的受热面积。但是从 图2设备布置平面图可以 看出 ，预反应器 R 1 0 2 、反应器 R 1 0 3 、合成 回路中 间换热器 E l 0 1位 于火 灾 圈 1内；粗产 品冷凝器 A E 1 0 1 、粗产品调节冷凝器 E l 0 2和粗产品分离器 D 1 0 1位于火灾 圈 2内。按照火灾圈不叠加原理 ， 因此应该分别计算火灾圈 1内的设备和管道的受热 面积 ，火灾圈 2内的设备和管道的受热面积 ，并对 这两种情况计算 出来 的泄放量进行对 比，取 二者 较大值作为安全阀的泄放量。 对于安全 阀 P S V1 0 2 ，计算 安全 阀泄放量所需 要的相关数据见表 2 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3， 2 3 4 智敏杰等 火灾圈对安全阀泄放量的影响4 3 其中，在计算安全阀泄放量时 A E 1 0 1和 E l 0 2 的泄放面积 均为 0 ，这是 因为 A E 1 0 1位 于管廊 上 方，其 布置 高 度为 2 2 ． 5 m，E l 0 2布 置 高度 为 1 3 ． 5 m，二者 均大于 7 ． 6 m，并 且设备 布置 的厂房 结构为格栅板 ，因此二者的火灾泄放面积均为 0 。 从表 2可 以看 出，火灾圈 1内发生火灾时 ，安 全阀 P S V1 0 2的泄放量为 3 0 1 2 1 k g ／ h r ；火灾圈 2内 发生火灾时 ，安全阀 P S V1 0 2的泄放量为 6 2 0 1 k g , ／ h r 。取二者 中的较 大值作 为安全 阀 的泄放 量 ，即 3 01 21 k g ／ h r 。 4 结语 通过安全 阀泄放量 的计算可知 ，火灾 圈对 安 全阀泄放量 的影 响 比较 明显。对 于单 台设备 ，如 果考虑 了火灾圈内与设 备相连 的受热管道的影响 ， 那么计算出来的安全阀泄放量就大于传统方法计 算结果 。对于联通 的多个设备 系统 而言 ，如果设 备未处于 同一火灾 圈内，就可 以按 照不 同火灾 圈 计算安全阀的泄放量，并取最大值作为安全阀的 泄放量。 合理的利用火灾 圈来计算安全 阀的泄放 量可 以更好的防止系统压力超过容器或管道的设计压 力而发生爆炸事故 ，合理 的减小安全 阀的泄放量 ， 减少设备投资。 参考文献 1 张璐璐 ，李汉 ，王波 等 ．多晶硅精馏塔 系统 中安全 阀 泄放量的计算 [ J ]．化学工程， 2 0 1 l ， 3 9 1 9 4 9 7 ． 2 王波，张璐璐 ，李汉等．塔系统安全阀配置与经济性 讨论 [ J ]．化工设计 ， 2 0 1 2 ， 2 2 3 1 2 1 4 ． 3 王江峰 ．超 临界压力下火灾工况安全阀泄放量的计算 [ J ] ．化工设计， 2 0 1 0 ， 2 0 1 2 9 3 2 ． 4 P r e s s u r e rel ie v i n g a n d De p res s u r i n g S y s t e ms ． ANS I ／ AP I S TANDARD 5 2 1 FI F TH EDI TI ON．J ANUARY 2 0 0 7 ． 5 H G ／ T2 0 5 7 0 ． 2 9 5 ，安全阀的设置和选用 [ s ]． 收稿 13期 2 0 1 3 0 51 0 上接第 5 0页 筑形式的创新追求也使得 钢结构 的应用 方式不断 推陈出新 ，使钢结构连接设计 含有大 量的技术性 内涵。在钢结构连接构件 的设计 方法 和思 路不断 进步的同时 ，也需要与 时俱进地 掌握先进 的连接 设计方法以完成不同寻常的设计构想。由于固定 钢材性 质 的主要 连接方式 ，如铆 接 、焊接 、拴 接 等需要在钢材允许范围内进行设计并遵循一些特 定的定律，所以设计 中要找到最佳的钢结构连接 形式。 参考文献 1 S u t h e da nd，Ma s t e r o f S t r u c t u r e En g i n e e r i n g To d a ys B u i l di n g s [ M] ．L a u r e n c e K i n g ， 2 0 0 2 ． 2 [ 芬兰]伊萨 皮罗宁，钢的建筑造型 [ M] ．高 辉、 陈治国、王虹译 ，天津大学 ，2 0 0 4 ． 3 [ 德国] 舒立茨等 ， 钢及结构手册 [ M ] ．殷福新等译，大 连理工大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． 4 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ，钢结构设计规范 [ s ]． 5 全 国民用 建筑 工程设 计技术 措施 2 0 0 9版 结构 结 构 体系[ M]．中国建筑标准计划研究院． 6 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ，建筑抗震设计规范 【 s ]． 收稿 13 期 2 0 1 30 31 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m