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安全阀计算实例
安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放得安全附件之一，也就是在线压力容器定期检验中必检项目。它包括防超压与防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。凡符合《容规》适用范围得压力容器按设计图样得要求装设安全阀。
一．安全阀得选用方法
a）根据计算确定安全阀、公称直径、必须使安全阀得排放能力≥压力容器得安全泄放量
b）根据压力容器得设计压力与设计温度确定安全阀得压力等级;
c）对于开启压力大于3MPa蒸汽用得安全阀或介质温度超过320℃得气体用得安全阀,应选用带散热器(翅片)得形式;
d）对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构得,则应采用封闭式带板手安全阀;
e）当安全阀有可能承受背压就是变动得且变动量超过10%开启压力时,应选用带波纹管得安全阀;
f）对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀
g）液化槽(罐)车,应采用内置式安全阀、
h）根据介质特性选合适得安全阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜得安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制得安全阀、
i）对于泄放量大得工况,应选用全启式;对于工作压力稳定, 泄放量小得工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大得工况, 宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀、对于容器长度超过6m得应设置两个或两个以上安全阀、
j）工作压力Pw低得固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀、移动式设备应采用弹簧式安全阀、
k）对于介质较稠且易堵塞得, 宜选用安全阀与爆破片得串联组合式得泄放装置、
l）根据安全阀公称压力大小来选择得弹簧工作压力等级、 安全阀公称压力与弹簧工作压力关系,见表1
m）
安全阀公称压力PN与弹簧工作压力关系表
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表1
PN
弹簧工作压力等级
1、6
0、06～0、1
>0、12
>0、16～0、25
>0、25～0、4
>0、4～0、5

>0、5～0、6
>0、6～0、8
>0、8～1、0
>1、0～1、3
>1、3～1、6
2、5
>1、3～1、6
>1、6～2、0
>2、0～2、5

只能用于大于1、3MP
6、4
->1、3～1、6
>1、6～2、0
>2、0～2、5
>2、5～3、2
>3、2～4、0

>4、0～6、4

只能用于大于1、3MPa
10
>4～5
>5～6、4
>6、4～8
>8～10
只能用于
大于4、0MPa
安全阀应动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣应及时开启与完全上升,以顺利排放;同时应具有良好得密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封;在排气压力下阀瓣应达到全开位置,无震荡现象,并保证排出规定得气量。
二．安全阀计算实例
我们在压力容器设计与定期检验中均要求对安全阀得安全排放能力进行选型或校验计算。基于以往资料不齐全,往往以大代小,造成不必要得浪费。现拟以GB150附录B-B5、1 b)为依据，用不同介质、压力、温度对安全阀得安全排放量进行选型计算。
例1：有一空气储罐,DN1000㎜，容积V=5m3最高工作压力为0、8MPa，工作温度为30℃进口管为φ57X3、5,确定安全阀尺寸、
解1)确定气体得状态条件
设Po—安全阀出口侧压力（绝压）0、103MPa（近似为0、1MPa）
则Pd—安全阀泄放压力（绝压）为
Pd=1、1Pw+0、1+10%P=1、068MPa（GB150附录B4、2、1）
当安全阀出口侧为大气时: Po/Pd=0、103/1、068=0、0936
而（2/(k+1)）k/(k-1) =（2/(1、4+1)）1、4/(1、4-1)=0、53
∴ Po/Pd＜（2/(k+1)）k/(k-1) 就是属于临界状态条件, 安全阀排放面积A按（B5）计算
A≥ mm （B5）
式中: C气体特性系数,查表B1或C=520√k（2/(k+1)(k+1)/(k-1)）
K—安全阀额定泄放系数,K=0、9倍得泄放系数(泄放系数由制造厂提供,一般为0、75);或按《容规》附件五第二节有关规定中选取、
2)容器安全泄放量得计算:
盛装压缩气体或水蒸汽得容器安全泄放量,按下列规定来确定
a、对压缩机贮罐或水蒸汽得容器,分别取压缩机与水蒸汽发生器得最大产气量;
b、气体储罐等得安全泄放量按(B1)式计算
Ws=2、83×10-3ρυd2 ㎏/h (B1)
式中 ρ为排放压力下得气体密度、
ρ=M（分子量）×Pw’(排放绝对压力)×273/(22、4×(273+t))
空气M=28、95
排放绝对压力Pw’=10、68㎏/㎝2
代入上式得 ρ=28、95×10、68×273/22、4×303=12、44㎏/m3
υ—容器在工作压力下得进口管得气体流速m/s;查表2得υ=10～15m/s
一些常用气体流速范围
　　　　 　　　　　　 表2
流体名称/输送压力MPa
流速范围m/s

流体名称/输送压力
MPa
流速范围
m/s
压缩空气 0~0、1
＞0、1~＜0、6
＞0、6~＜1、0
＞1、0~＜2、0
＞2、0~＜3、0
一般气体（常压）
氧气 ＜0、6
0、05~0、6
饱与水蒸汽（主管）
（支管）
低压蒸汽 ＜1、0
低压蒸汽 ＜1、0
低压蒸汽 ＜1、0
10~15
10~20
10~15
8~10
3、0~6、0
10~20
5、0~10、0
7、0~8、0
30~40
20~30
15~20
20~40
40~60
饱与水蒸汽（主管）
（支管）
煤气（初压）2KPa
（初压）6KPa
氨气 ≤0、6
1、0~2、0
液氨
氮气 5~10
乙炔气
氢气
自来水 （主管）
（支管）
易燃气体
40~60
35~40
0、75~3、0
3~12
10~20
3、0~8、0
0、3~1、0
2、0~5、0
2、0~8、0
≤8、0
1、5~3、5
1、0~1、5
≤1、0
取υ=10m/s、
将上述ρ、ν、d代入得
Ws=2、83×10-3×12、44×15×502 =1320、2㎏/h
则A= =205、4mm2
若采用带板手全启式安全阀
A=0、785d02=205、4mm2 d0=(205、4/0、785)1/2=16、2㎜
根据统计概算,全启式安全阀得喉径d0与公称直径DN之比约为0、625,而微启式安全阀得喉径d0与公称直径DN之比约为0、8、
∴选用公称直径DN32得全启式带板手安全阀、
安全阀公称直径与喉径关系
表3

安全阀公称压力\公称直径
DN 15、20、25、32、40、50、80、100
全
启
式
PN (MPa)1、0、2、5、4、0、6、4
do 20、25、32、50、65
PN (MPa)10、0
20、25、32、40、50
PN (MPa)16、32
12、20
微
启
式
PN (MPa)1、6、2、5、4、0、6、4
do 12、16、20、25、32、40、65、80
PN (MPa)16、32
do 8 12
PN (MPa)16、32
14/16
例2、将例题1得介质改为蒸汽。
解：在压力容器中，绝大多数安全阀得出口侧压力与它得泄放压力之比即Po/pd都小于理论值0、528。（此值由空气作试验介质求得Po/pd=0、528）属于临界状态。
Pd——安全阀得泄放压力（绝压）
Pd=1、1×P＋0、1MPa=1、1×1、1Pw＋0、1=1、21×0、8＋0、1=1、068MPa
查得ρ=5、388Kg/m3、 K=455°(t=182℃)
∴WS=2、83×10-3ρνd2=2、83×10-3×5、388×25×502=953Kg
最小排放面积A
A=
其中蒸汽在工作温度与压力下得压缩系数Z。可根据高鸿华主编《压力容器安全技术问题》第71问中得公式进行计算：（注1）
Z= = =0、93
式中：R——848Kg·m/Kmol·K
T——蒸汽绝对温度K
ν——蒸汽比容
M——分子量。 蒸汽k=1、135
∴A=
=245、7mm2
do= = =17、7㎜
取DN=32得安全阀。（do=20㎜）
注1、介质压缩系数可按GB150附录B章进行计算，一些常用介质得临界特性，由表4查得
　某些气体得主要物理特性
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表4
名称
分子量
临界温度t℃
临界压力Patm(绝压)
K=Cp/Cv
氢 H2
2、02
-239、9
12、8
1、407
氧 O2
32
-118、8
49、71
1、4
空气
29
-140、8
37、25
1、4
氧化氮NO
30
-94
67、2
1、4
二氧化碳CO2
44
31、1
72、9
1、30
水蒸汽 H2O
18、2
374、1
225、4
1、3(过热)1、135
氨NH3
17、03
132、4
111、5
1、29
硫化氢 H2S
34、09
100、4
88、9
1、3
氟-12 CF2Cl2
120、09
111、7
39、6
1、14
氯 Cl2
70、91
144、0
76、1
1、36
丙烷 C3H8
44、09
96、84
42、01
1、133
丁烷C4H10
58、12
152、01
37、47
1、094
苯 C6H6
78、11
287、6
48、7
1、18
乙炔 H2C2
26、04
36、3
61、6
1、238
异丁烷
58、12
58、12
36、00
1、079
上述得工况。同样可以用（B7）式进行计算。该式在计算时略去繁锁系数Z得计算，当Pd≤10Mpa时
A= = =242、8mm2
do= = =17、6㎜
众所周知，压缩系数Z就是反映了真实气体在压力、温度与比容之间得关系上与理想气体得差异。在常温及压力不太高得情况下，真实气体与理想气体得差异不大。即压缩系数
Z≈1，而一般常用得二原子气体，如空气、氧、氮、氢及一氧化碳等气体得绝热指数K均为1、4。因此，安全阀排量计算公式简化为下式：
W=27KPdA
用例题1得工况，代入后即得
A= =205、4mm2
Do= = =16、2㎜
与例题1得详细计算相差极小，另一方面应注意得就是，如合成氨得循环机得安全阀，由于出口侧得压力很大。因而压力比Po/Pd>(2/(k+1) )k/(k-1)属于处在亚临界状态，则应用式(B6)来计算安全阀泄放量。但锅炉系统得安全阀选型计算要以《锅规》所给出得公式及系数进行计算。
例3：液化石油气贮罐，筒体内径Di=1600㎜,长度L=6000㎜，壁厚δn=16㎜,V=13、3m3,封头形式为椭圆，介质组分为: 丙烯50%、丙烷15%、正异丁烯15%、正异丁烷15%、残液5%、液化石油气组分见表5。
液化石油气单一成分组分及汽化潜热
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表5
重量组分X1
丙 烷C3H8
丙烯C3H6
正异丁烯
正异丁烷
残液
50℃汽化潜热kJ/kg
285、5
285、96
343、7
317、8
337
液化石油气贮罐，一般不设保温且夏日均配备水喷淋予以冷却。
解：对无绝热材料保冷层得压力容器其安全泄放量按（B3）计算。
W=2、55×105FAt×0、82/q kg/h
式中：F—系数，对于地面上得容器，F=1
At—容器受热面积，椭圆封头得卧式贮罐
At=πD0(L+0、3 D0)=3、14×1、632（6、916+0、3×1、632）=37、9㎡
50℃汽化潜r=∑Xiri=285、5×0、15＋285、96×0、5＋343、7×0、15＋317、8×0、15
＋337×0、05=301、9KJ/㎏
∴安全泄放量W’=
= =16640㎏/h
安全阀得泄放能力计算
对于贮罐得筒体长度≥6m时，应设置两个安全阀。在一般情况下分半值来计算较为合理。这样才不致于使安全阀选得过于大型而造成浪费。安全阀得最小排气面积A为
A=
=
=577、3mm2
式中Pd=1、1P＋0、1=1、1×1、8＋0、1=2、08MPa
M分子量=44 (以主要成分丙烷)
∴do= = =27、12㎜
选用DN40A42H—4、0得全启式安全阀两只。（此档安全阀最小公称直径为40）
由两台或两台以上得装置集中输气到一个贮罐（集中罐）。或由一台设备分别输气到几个贮罐（分气罐）时。贮罐得安全泄放量得计算见例4。
例4、由两台空气压缩机同时向体积为V=100m3得集气罐输气。其输气压力为Pw=1、0MPa；t为常温。进气管为φ108×4。此时贮罐得安全泄放量。
∵在Pw=1、0Mpa；t=20℃时，ρ=12、87㎏/m3。取进气管得气体流速为ν=15m/s
∴贮罐得安全泄放量W为
W‘=7、55(ρo)Vd2 =7、55×1、293×15×1002× =6、55×103㎏/h
式中：ρo——气体在标准状态下得密度㎏/m3；空气在标准状态下得P=12、87㎏/m3
Pd——容器得排放压力MPa（绝对）
T——容器得排放温度（绝对）K
d——容器得总进气管内径㎜
实际上W＇=7、55ρoVd2 与W=28×10-3ρVd2就是等效得，不同处在于不用去求取气体在排放状态下得密度ρ（㎏/m3）。
除上述得一些常见得贮罐外，我们还遇到如蒸发器、反应器之类由于器内液体受热蒸发而增大压力，或由于化学反应而使介质气化。
体积增大内压升高，其安全泄放量应分别根据输入载热体得放出热量或器内化学反应可能生成得最大气量，以及反应所需得时间来决定。
另外,JB/T4750－2003《制冷装置用压力容器》B、4安全阀及爆破片口径中介绍了配备在容器上得安全阀口径计算方法，我们可以在设计中参考选用。
d=C1 （B、1）
式中C1=35 （B、2）
D0－－容器外径m
L—— 容器长度m
P—— 为设计压力MPa
两个以上容器连通时，其安全阀口径就是将各自容器得D0L值之与代入（B、1）式进行计算。
参 考 资 料
《压力容器安全技术监察规程》
《压力容器安全技术问答》劳动人事出版社
GB150—1998《钢制压力容器》学苑出版社
《锅炉压力容器安全工程学》北京经济学院出版社
《燃气压力容器》中国建筑工业出版社
《化工工艺设计手册》上海科学技术出版社
JB/T4750－2003《制冷装置用压力容器》国家经济贸易委员会