陳中一，徐陳凱

(國(guó)核工程有限公司，上海 200233)

0 引言

安全閥釋放閥(如圖1)是一種安全保護(hù)用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過(guò)規(guī)定值時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來(lái)防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過(guò)規(guī)定數(shù)值。安全釋放閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓力設(shè)備上重要的安全附件。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)，安全閥打開(kāi)，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過(guò)允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過(guò)高而發(fā)生事故。因此，正確的排量計(jì)算是安全閥的選用及系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。

圖1 安全釋放閥

1 安全釋放閥額定排量計(jì)算

安全釋放閥額定排量計(jì)算是選用安全閥選用時(shí)一個(gè)非常重要的參數(shù)，不同的條件、不同物質(zhì)有不同計(jì)算方法，方程參數(shù)多，過(guò)于復(fù)雜，筆者對(duì)AP1000項(xiàng)目液體、蒸汽、氣體安全釋放閥額定排量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及公式進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)分析比較。

AP1000項(xiàng)目安全釋放閥設(shè)備規(guī)范書(shū)［1－4］要求廠商按照ASME標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其中核安全級(jí)安全釋放閥額定排量計(jì)算按照ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第三卷(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ASME III)計(jì)算，非核安全級(jí)額定排量計(jì)算按照ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第八卷(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ASME VIII)計(jì)算。但在實(shí)際的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)選用過(guò)程中，國(guó)內(nèi)多數(shù)廠商仍選用美國(guó)石油學(xué)會(huì)520標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)API 520)進(jìn)行額定排量的計(jì)算。以下將對(duì)這三種標(biāo)準(zhǔn)的額定排量計(jì)算進(jìn)行比較。

(1)用于飽和蒸汽介質(zhì)的排量計(jì)算公式［5－7］如表1所列。

表1 飽和蒸汽介質(zhì)排量計(jì)算公式對(duì)比表

其中:W為飽和蒸汽的額定排量，lbs/hr;K，Kd為均為排放系數(shù);A為實(shí)際排放面積，平方英寸;P為排放壓力，絕壓;該值等于整定壓力+允許超壓+14.7 psi(即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓);當(dāng)蒸汽壓力大于1 500 psi且小于3 200 psi時(shí)，W應(yīng)乘以進(jìn)行修正。Kb為背壓修正系數(shù);Kc為爆破片修正系數(shù);KN為奈培方程修正系數(shù)，當(dāng)P≤1 500 psi時(shí)，KN=1.0;當(dāng)1 500 psi＜P＜3 200 psi時(shí)，KSH為過(guò)熱修正系數(shù)。對(duì)于任何壓力下的飽和蒸汽，KSH=1.0。

通過(guò)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，ASME III與ASME VIII公式完全一致，API520公式比ASME公式多了一系列的參數(shù)，如 Kb，Kc，KN和 KSH等;其中 KN和 ASME 中定義的修正系數(shù)相同，為根據(jù)排放壓力不同而進(jìn)行的修正系數(shù);ASME公式中的蒸汽為飽和蒸汽，因此相當(dāng)于API520中KSH=1.0;ASME公式計(jì)算時(shí)未考慮背壓的影響，即只計(jì)算常規(guī)式安全閥的流量，相當(dāng)于API520中Kb=1.0(AP1000項(xiàng)目安全釋放閥經(jīng)常存在背壓工況);ASME公式計(jì)算未考慮進(jìn)口與爆破片組合的情況，即只計(jì)算了未帶爆破片時(shí)的流量，相當(dāng)于API520中Kc=1.0(AP1000項(xiàng)目安全釋放閥進(jìn)口無(wú)爆破片組合情況)。因此API520計(jì)算公式考慮更為詳盡。

(2)用于氣體介質(zhì)的排量計(jì)算公式［5－7］如表2。

表2 氣體介質(zhì)排量計(jì)算公式對(duì)比表

其中:W=額定排量，lbs/hr;C=基于絕熱比Cp/Cv的系數(shù);A=實(shí)際排放面積，平方英寸;P=排放壓力，絕壓;該值等于整定壓力+允許超壓+14.7 psi(即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓);K，Kd=均為排放系數(shù);M=分子量;T=進(jìn)口絕對(duì)溫度，°R。Kb=背壓修正系數(shù)(不考慮背壓工況，Kb=1.0);Kc=爆破片修正系數(shù)(不帶爆破片時(shí)，Kc=1.0);Z=壓縮系數(shù)。

通過(guò)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，ASME III與ASME VIII公式完全一致，API520公式中多了Kb，Kc和 Z三個(gè)參數(shù);ASME公式未考慮背壓影響、爆破片影響和氣體的壓縮性質(zhì)，即認(rèn)為 Kb=1.0，Kc=1.0 和 Z=1.0;但AP1000項(xiàng)目安全釋放閥經(jīng)常存在背壓及各類(lèi)氣體工況，其Kb、Z參數(shù)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)修正，因此API520計(jì)算公式考慮的更為詳盡。

(3)用于液體介質(zhì)的排量計(jì)算公式［5－7］如表3。

表3 液體介質(zhì)排量計(jì)算公式對(duì)比表

其中:W=額定排量，GPM;A=實(shí)際排放面積，平方英寸;P=排放壓力，絕壓;該值等于整定壓力+允許超壓+14.7 psi(即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓);Pd=排放背壓;K，Kd=均為排放系數(shù);G=在流動(dòng)溫度下液體相對(duì)于水的密度;w=液體比重。Kb=背壓修正系數(shù)(不考慮背壓工況，Kb=1.0);Kc=爆破片修正系數(shù)(不帶爆破片時(shí)，Kc=1.0);Kv=粘度修正系數(shù)。

通過(guò)對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，ASME III與ASME VIII公式完全一致，當(dāng)介質(zhì)為水、進(jìn)口不帶爆破片且無(wú)背壓時(shí)，即G=1，w=62.3058 lbs/ft3，Kb=1.0，Kc=1.0 和 Kv=1.0時(shí)，API520的公式轉(zhuǎn)換為Q=38×A×Kd×(PPd)1/2;而ASME公式則可以轉(zhuǎn)化為W=4.814×A×Kd×［62.3058×(P －Pd)］1/2=37.9988×A ×Kd×(P－Pd)1/2;可發(fā)現(xiàn)兩者完全一致。但AP1000項(xiàng)目安全釋放閥經(jīng)常存在背壓工況，因此API520計(jì)算公式考慮更詳盡。

2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)AP1000項(xiàng)目安全釋放閥額定排量標(biāo)準(zhǔn)公式、參數(shù)計(jì)算的對(duì)比，分析了ASME標(biāo)準(zhǔn)與API520標(biāo)準(zhǔn)額定排量計(jì)算的特點(diǎn)，得出API520的額定排量計(jì)算完全能夠覆蓋ASME標(biāo)準(zhǔn)，為閥門(mén)供應(yīng)商，安全閥評(píng)標(biāo)方提供了滿(mǎn)足規(guī)范書(shū)［1－4］要求的計(jì)算驗(yàn)證依據(jù)，達(dá)到了預(yù)期目的。

［1］ APP－PV16－Z0－001.核級(jí)輔助釋放閥設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)［S］.2014.

［2］ APP－PV46－Z0－001.非核級(jí)輔助釋放閥設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)［S］.2014.

［3］ APP－PV62－Z0－001.穩(wěn)壓器安全閥設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)［S］.2012.

［4］ APP－PV65－Z0－001.主蒸汽安全閥設(shè)計(jì)規(guī)范書(shū)［S］.2013.

［5］ ASME VIII.ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第八卷［S］.1998.

［6］ ASME III.ASME 鍋爐及壓力容器規(guī)范［S］.1998.

［7］ 美國(guó)石油學(xué)會(huì)煉油廠泄壓裝置的設(shè)置、選擇和安裝API 520［S］.2000.