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    火灾圈对安全阀泄放量的影响.pdf

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    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 41 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710065 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21.4m。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7.6m 。 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PSV101和PSV102,分别位于净化槽R101和粗 产品分离器DIO1上。PSVIO1是为防止R101系统压 力超压发生爆炸事故而设置;PSV102是为防止 R102、R103、El01、AE101、El02和D101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R102、反应器R103、合成回路中间换 热器El01、粗产品冷凝器AE101、粗产品调节冷凝 器El02和粗产品分离器D101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。2011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02987989345,Emailzmj2350 chinahualueng.corn。 42 CHEMICAL ENGINEERD G DESIGN 根据火灾圈的定义,在平面布置图上绘制火 灾圈,直径为21.4m。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D101位于一个火灾圈中,定义为火灾 圈2。 地面或火灾平台7.6m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。 AE101位于管廊上方,其布置高度为22.5m。 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,HG/T 20570.2标准 中所 列公式与API521标准计算公式计算结果相同,本 文采用的计算公式为 8.764. .Al 1 式中,w为泄放量;M为分子量;P为安全阀泄放 压力,MPaA;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。 i1 03 J4 凸 R1O 塑 ,, 习 图3设备布置立面图 对于安全阀PSV101,计算安全阀泄放量所需 要的相关数据见表1。 表1 安全阀PSV101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D101的受热面积,还考虑 了处于安全阀PSV101火灾圈设备布置平面图中 虚线所示内与安全阀保护设备D101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DN500也处于受 热状态,管径为DN500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PSV101的泄 放量w为4171kg/hr,考虑了火灾圈内受热管道后 计算出来的泄放量为6373kg/hr。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PSV102是为 了防止R102、R103、El01、AE101、El02和 D101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PSV102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R102、反应器R103、合成回路中 间换热器El01位于火灾圈1内;粗产品冷凝器 AE101、粗产品调节冷凝器El02和粗产品分离器 D101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PSV102,计算安全阀泄放量所需 要的相关数据见表2。 2013,234 智敏杰等 火灾圈对安全阀泄放量的影响43 其中,在计算安全阀泄放量时AE101和El02 的泄放面积均为0,这是因为AE101位于管廊上 方,其布置高度为22.5m,El02布置高度为 13.5m,二者均大于7.6m,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PSV102的泄放量为30121 kg/hr;火灾圈2内 发生火灾时,安全阀PSV102的泄放量为6201 kg,/ hr。取二者中的较大值作为安全阀的泄放量,即 30121 kg/hr。 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,201l,3919497. 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,2012,2231214. 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,2010,2012932. 4 Pressurerelieving and Depressuring Systems.ANSI/API STANDARD 521 FIFTH EDITION.JANUARY 2007. 5 HG/T20570.295,安全阀的设置和选用[s]. 收稿13期20130510 上接第50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 Suthedand,Master of StructureEngineering Todays Buildings [M].Laurence King,2002. 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,2004. 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,2004. 4 GB 500172003,钢结构设计规范[s]. 5全国民用建筑工程设计技术措施2009版结构结构 体系[M].中国建筑标准计划研究院. 6 GB 500112010,建筑抗震设计规范【s]. 收稿13期20130310

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