杜云濤 楊洋 黃炳光(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計研究院科技工程股份有限公司 四川 成都 610000)

前言

液氨儲罐一般設(shè)計壓力為2.16MPa,根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》,屬于第三類壓力容器，必須設(shè)計安全閥【1】。安全閥能有效防止氨罐內(nèi)部壓力超過限度而發(fā)生爆裂或泄漏，準(zhǔn)確進(jìn)行安全閥的計算和選型非常重要。本文針對液氨、氣氨的物性，將液氨儲罐安全閥計算公式進(jìn)一步簡化，以方便設(shè)計人員計算和選型。

一、氨罐安全泄放量的計算

氨罐的安全泄放量是氨罐在超壓時為保證它的壓力不再升高，在單位時間內(nèi)所必須泄放的氣量。在計算安全閥時，應(yīng)該考慮最為苛刻的狀態(tài)下產(chǎn)生的最大泄放量，才能滿足所有的情況都能使用。當(dāng)氨罐暴露在外部火災(zāi)時，液氨汽化，氨罐壓力迅速升高，安全閥的泄放量最大，一般情況，氨罐不設(shè)置保溫層，氨罐安全泄放量按照下式計算：

式中：W——液氨儲罐的安全泄放量，kg/h；

Hl——泄放條件下的汽化熱，k J/kg；

Ae——潤濕面積，m2；

F——儲罐外壁校正系數(shù)，儲罐在地面上無保溫：F＝1.0；儲罐在地面下用砂土覆蓋：F＝0.3；儲罐頂部設(shè)有大于10L/(m2·m in)水噴淋裝置：F=0.6。

不同型式設(shè)備的濕潤面積計算不同，對橢圓封頭臥式儲罐，Ae=πD(L+0.3D)；對于立式儲罐或半球形封頭臥式儲罐，Ae=πDL；對于球形儲罐，Ae=0.5πD2。上述公式中：D為設(shè)備外徑，m；L為臥罐總長(包括封頭)或立罐最高液位，m【3】。

二、最小泄放面積的計算

最小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時通過的最小截面積。根據(jù)安全閥背壓大小不同，安全閥的排氣能力應(yīng)按臨界條件和亞臨界條件進(jìn)行計算【3】。臨界條件滿足公式否則為亞臨界流動。

式中:

Pb——背壓(安全閥出口側(cè)壓力，絕壓)，MPa；

Pcf——臨界流動壓力，MPa；

Pd——泄放壓力或排放壓力，Pd=1.1 Ps+0.1，(絕壓)MPa；

k——絕熱指數(shù)，對于氨氣，k=1.31；

Ps——安全閥的開啟壓力或整定壓力，一般為最高工作壓力的1.05-1.1倍，(絕壓)MPa；

液氨儲罐安全閥放空氣一般排放至氨氣洗滌系統(tǒng)集中處理，其背壓接近當(dāng)?shù)卮髿鈮?。一般情況，液氨儲罐的工作溫度40℃，工作壓力1.9 MPa，安全閥的開啟壓力Ps=1.06×1.9=2.0 MPa，泄放壓力Pd=1.1×2.0+0.1=2.3 MPa，背壓Pb約為0.1 MPa。代入上式判斷液氨儲罐安全閥排放狀態(tài)一般為臨界條件【3】。臨界狀態(tài)下，安全閥的最小泄放面積計算公式為：

式中：

A——最小泄放面積，mm2；

W——液氨儲罐的安全泄放量，kg/h；

K——安全閥的流量系數(shù)，由制造廠提供，若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時，對于全啟式安全閥K=0.6～0.7；對于帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥:K=0.4～0.5；對于不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥：K=0.25～0.35；液氨儲罐需要較大的排氣能力，選用全啟式安全閥，K取0.6比較合適。

Pd——泄放壓力，MPa；

Z——安全閥進(jìn)口處氣體壓縮因子，查氣體壓縮因子圖即可；

T——泄放溫度，即泄放壓力下的飽和蒸汽的溫度，K；

M——分子量，氨氣取17.03kg/kmol。

公式(1)代入(2)中，簡化得到液氨儲罐安全閥的最小泄放面積。

三、氨罐安全閥的選型

由于液氨容易汽化，氨罐需要較大的排氣能力，需要選用全啟式安全閥。根據(jù)上面計算出的安全閥最小泄放面積，計算安全閥喉徑：

對于壓力容器，要求安全閥的排量必須大干等于壓力容器的安全泄放量，上式計算出的喉徑是最小理論喉徑，在實際選型時應(yīng)考慮一定富余。查詢安全閥公稱直徑與喉徑關(guān)系或喉徑代號與喉徑截面積關(guān)系即可確定安全閥尺寸型號。液氨儲罐工作壓力比較高，安全閥一般選用PN 25以上的公稱壓力。

氨罐安全閥必須是密封式，有效防止氨氣外漏，密封面采用PTFE(聚四氟乙烯)軟密封，安全閥材質(zhì)要求不能用銅材料。

四、氨罐安全閥的安裝

安全閥收貨時檢查其產(chǎn)品合格證及出廠壓力調(diào)試報告，安裝前要送到當(dāng)?shù)匦ｒ炈M(jìn)行再次復(fù)校，加以鉛封并出具安全閥校驗報告【2】。安全閥應(yīng)垂直安裝，保持良好的密封性，并裝設(shè)在容器或管道氣相界面位置上。安全閥的出口阻力盡可能小，裝設(shè)排泄總管，其內(nèi)徑應(yīng)大于安全閥的出口通徑，低溫天氣安全閥排除口應(yīng)注意防凍，防止水氣結(jié)冰堵塞。

安全閥入口處應(yīng)安裝氨用切斷閥，正常運(yùn)行時，該閥必須保持全開并加鉛封，切斷閥的直徑不應(yīng)小于安全閥的入口直徑。超過100m3的液氨儲罐應(yīng)設(shè)雙安全閥。

安全閥宜設(shè)旁通線，旁通線的管徑不宜小于安全閥的入口直徑。

結(jié)論

安全閥設(shè)置的正確與否對整個裝置系統(tǒng)的安全生產(chǎn)起著舉足輕重的作用，因此在液氨罐的設(shè)計過程中，一定要重視安全閥的計算及選型。

[1]TSGR0004-2009.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.

[2]GB/T 12241-2005.安全閥的一般要求[S].

[3]HG/T20570.2-1995安全閥的設(shè)置和選用[S].