AP1000核电项目安全释放阀额定排量计算的分析与比较.pdf

AP1000 核电项目安全释放阀额定排量计算的分析与比较 * 陈中一, 徐陈凯 国核工程有限公司,上海摇 200233 摘摇 要安全释放阀[1]是一种通过排出一定量的介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值从而起到保护压力 容器、管道和其它受压设备上的重要安全附件。 正确的额定排量计算是安全阀的选用及系统保护设计的关键步骤。 针对 AP1000第三代压水堆核电站的一种堆型核电项目安全释放阀的多种排量计算标准进行了经验分析及比较。 关键词安全释放阀;额定排量;ASME III;ASME VII;API 520 中图分类号TE055. 8摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码A摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号1007-4414201503-0065-02 Analysis and Comparison of Rated Capacity Calculation of Safety Relief Valves for AP1000 Nuclear Project CHEN Zhong-yi, XU Chen-kai State Nuclear Power Engineering Company Co. , Ltd, Shanghai摇 200233, China Abstract The safety relief valve is a significant safety accessory for releasing a certain account of medium to protect pressure vessels, piping and other pressure containment equipment. Correct rated capacity calculation is the important step of safety re鄄 lief valves selection and system protection design. Kinds of rated capacity calculation standards for the AP1000 nuclear project safety relief valves are analyzed and compared for the subsequent tests. Key words safety relief valve; rated capacity; ASME III; ASME VIII; API 520 0摇 引摇 言 安全阀释放阀如图 1是一种安全保护用阀,它 的启闭件受外力作用下处于常闭状态,当设备或管道 内的介质压力升高,超过规定值时自动开启,通过向 系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过 规定数值。 安全释放阀是锅炉、压力容器和其他受压 力设备上重要的安全附件。 当系统压力超过规定值 时,安全阀打开,将系统中的一部分气体/ 流体排入大 气/ 管道外,使系统压力不超过允许值,从而保证系统 不因压力过高而发生事故。 因此,正确的排量计算是 安全阀的选用及系统保护设计的关键步骤。 图 1摇 安全释放阀 1摇 安全释放阀额定排量计算 安全释放阀额定排量计算是选用安全阀选用时 一个非常重要的参数,不同的条件、不同物质有不同 计算方法,方程参数多,过于复杂,笔者对 AP1000 项 目液体、蒸汽、气体安全释放阀额定排量计算标准及 公式进行了经验分析比较。 AP1000 项目安全释放阀设备规范书[1-4]要求厂 商按照 ASME 标准设计,其中核安全级安全释放阀额 定排量计算按照 ASME 锅炉及压力容器规范第三卷 以下简称 ASME III计算,非核安全级额定排量计 算按照 ASME 锅炉及压力容器规范第八卷以下简 称 ASME VIII计算。 但在实际的计算标准选用过程 中,国内多数厂商仍选用美国石油学会 520 标准以 下简称 API 520进行额定排量的计算。 以下将对这 三种标准的额定排量计算进行比较。 1 用于饱和蒸汽介质的排量计算公式[5-7]如 表 1 所列。 表 1摇 饱和蒸汽介质排量计算公式对比表 ASME芋AMSE 峪API520 饱和蒸汽W51. 5APKW51.5APK W51.5AP KdKbKcKNKSh 其中W 为饱和蒸汽的额定排量,lbs/ hr;K,Kd为 均为排放系数;A 为实际排放面积,平方英寸;P 为排 放压力,绝压;该值等于整定压力允许超压14. 7 56 机械研究与应用2015 年第 3 期 第 28 卷,总第 137 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 研究与分析 *收稿日期2015-04-11 作者简介陈中一1986-,男,上海人,助理工程师,主要从事阀门采购技术支持工作。 psi即一个标准大气压;当蒸汽压力大于 1 500 psi 且小于 3 200 psi 时,W 应乘以0. 1906P-1000 0. 2292P-1061进行修 正。 Kb为背压修正系数;Kc为爆破片修正系数;KN 为奈培方程修正系数,当 P臆1 500 psi 时,KN1. 0; 当1 500 psiP3 200 psi 时, KN0. 1906P-1000 0. 2292P-1061;KSH 为过热修正系数。 对于任何压力下的饱和蒸汽,KSH 1. 0。 通过对比可发现,ASME III 与 ASME VIII 公式完 全一致,API520 公式比 ASME 公式多了一系列的参 数,如 Kb,Kc,KN和 KSH等;其中 KN和 ASME 中定义 的修正系数相同,为根据排放压力不同而进行的修正 系数;ASME 公式中的蒸汽为饱和蒸汽,因此相当于 API520 中 KSH1. 0;ASME 公式计算时未考虑背压的 影响,即只计算常规式安全阀的流量,相当于 API520 中 Kb 1. 0AP1000 项目安全释放阀经常存在背压 工况;ASME 公式计算未考虑进口与爆破片组合的 情况,即只计算了未带爆破片时的流量,相当于 API520 中 Kc1. 0AP1000 项目安全释放阀进口无 爆破片组合情况。 因此 API520 计算公式考虑更为 详尽。 2 用于气体介质的排量计算公式[5-7]如表 2。 表 2摇 气体介质排量计算公式对比表 ASME芋AMSE 峪API520 气体 WCAPKM/ T WCAPKM/ T WCA KdP KbKc M/ TZ 其中W额定排量,lbs/ hr;C 基于绝热比 Cp/ Cv的系数;A 实际排放面积,平方英寸;P 排放压 力,绝压;该值等于整定压力允许超压14. 7 psi即 一个标准大气压;K,Kd 均为排放系数;M 分子 量;T进口绝对温度,毅R。 Kb背压修正系数不考 虑背压工况,Kb1. 0;Kc爆破片修正系数不带爆 破片时,Kc1. 0;Z压缩系数。 通过对比可发现,ASME III 与 ASME VIII 公式完 全一致,API520 公式中多了 Kb,Kc和 Z 三个参数; ASME 公式未考虑背压影响、爆破片影响和气体的压 缩性质,即认为 Kb 1. 0,Kc 1. 0 和 Z 1. 0;但 AP1000 项目安全释放阀经常存在背压及各类气体工 况,其 Kb、Z 参数应进行相应修正,因此 API520 计算 公式考虑的更为详尽。 3 用于液体介质的排量计算公式[5-7]如表 3。 表 3摇 液体介质排量计算公式对比表 ASME芋AMSE 峪API520 液体 W 4. 814AK wP-Pd W 4. 814AK wP-Pd Q38AKdKwKcKv G/ P-Pd 其中W额定排量,GPM;A实际排放面积,平 方英寸;P排放压力,绝压;该值等于整定压力允许 超压14. 7 psi即一个标准大气压;Pd排放背压; K,Kd均为排放系数;G在流动温度下液体相对于 水的密度;w液体比重。 Kb背压修正系数不考虑 背压工况,Kb1. 0;Kc爆破片修正系数不带爆破 片时,Kc1. 0;Kv粘度修正系数。 通过对比可发现,ASME III 与 ASME VIII 公式完 全一致,当介质为水、进口不带爆破片且无背压时,即 G1,w62. 3058 lbs/ ft3,Kb1. 0,Kc1. 0 和 Kv1. 0 时,API520 的公式转换为 Q38伊A伊Kd伊P-Pd1/2; 而 ASME 公式则可以转化为 W 4. 814伊A伊Kd伊[62. 3058伊P-Pd]1/2 37. 9988伊A伊Kd伊P-Pd1/2;可 发现两者完全一致。 但 AP1000 项目安全释放阀经 常存在背压工况,因此 API520 计算公式考虑更详尽。 2摇 结摇 论 通过对 AP1000 项目安全释放阀额定排量标准 公式、参数计算的对比,分析了 ASME 标准与 API520 标准额定排量计算的特点,得出 API520 的额定排量 计算完全能够覆盖 ASME 标准,为阀门供应商,安全 阀评标方提供了满足规范书[1-4]要求的计算验证依 据,达到了预期目的。 参考文献 [1]摇 APP-PV16-Z0-001. 核级辅助释放阀设计规范书[S].2014. [2]摇 APP-PV46-Z0-001. 非核级辅助释放阀设计规范书[S].2014. [3]摇 APP-PV62-Z0-001. 稳压器安全阀设计规范书[S]. 2012. [4]摇 APP-PV65-Z0-001. 主蒸汽安全阀设计规范书[S]. 2013. [5]摇 ASME VIII. ASME 锅炉及压力容器规范第八卷[S].1998. [6]摇 ASME III. ASME 锅炉及压力容器规范[S].1998. [7]摇 美国石油学会炼油厂泄压装置的设置、选择和安装 API 520 [S]. 2000. 66 研究与分析摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇2015 年第 3 期 第 28 卷,总第 137 期机械研究与应用