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火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放量的影響

文檔作者：智敏杰劉艷文檔來(lái)源：華陸工程科技有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月23日
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智敏杰等 火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放量的影響 41
火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放量的影響
智敏杰 劉 艷華陸工程科技有限責(zé)任公司西安710065
摘要 通過(guò)研究火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放量的影響，發(fā)現(xiàn)把火災(zāi)圈應(yīng)用于安全閥泄放量的計(jì)算中，不僅可以
更好的防止系統(tǒng)壓力超過(guò)容器或管道的設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生爆炸事故，而且可以合理的減小安全閥的泄放量。
關(guān)鍵詞火災(zāi)圈安全閥泄放量
在化工工藝設(shè)計(jì)中，為了防止系統(tǒng)壓力超過(guò)容
器或管道的設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生爆炸事故，廣泛采用安
全閥來(lái)保護(hù)整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)。安全閥的泄放量是影響
安全閥選型的主要因素之一，目前已經(jīng)有大量關(guān)于
安全閥泄放量的文獻(xiàn)：張璐璐等對(duì)火災(zāi)工況和換熱
管破裂兩種工況下泄放量的計(jì)算方法進(jìn)行了具體分
析和對(duì)比¨，2 ；王江峰計(jì)算了超臨界壓力下火災(zāi)工
況安全閥泄放量等 J。然而，火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放
量的影響未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本文結(jié)合某工程實(shí)例初步
研究了火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放量的影響。
火災(zāi)圈是在計(jì)算安全閥泄放量及火炬系統(tǒng)時(shí)，
為了系統(tǒng)的安全性，假設(shè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火勢(shì)由一
臺(tái)設(shè)備蔓延至一個(gè)小的范圍，而這個(gè)范圍就是安
全閥設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的火災(zāi)圈?；馂?zāi)圈的直徑一
般設(shè)定為21．4m。安全閥設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮火災(zāi)圈內(nèi)
的設(shè)備及與設(shè)備相連的管道，高度一般為地面或
火災(zāi)平臺(tái)以上7．6m 。
1 安全閥的設(shè)定
以國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目為例，帶有安全閥的工藝流程
見(jiàn)圖1。
由圖1可以看出，工藝流程中共設(shè)有2個(gè)安全
閥：PSV101和PSV102，分別位于凈化槽R101和粗
產(chǎn)品分離器DIO1上。PSVIO1是為防止R101系統(tǒng)壓
力超壓發(fā)生爆炸事故而設(shè)置；PSV102是為防止
R102、R103、El01、AE101、El02和D101系統(tǒng)壓
力超壓發(fā)生爆炸事故而設(shè)置。這里需要說(shuō)明的是，
因?yàn)轭A(yù)反應(yīng)器R102、反應(yīng)器R103、合成回路中間換
熱器El01、粗產(chǎn)品冷凝器AE101、粗產(chǎn)品調(diào)節(jié)冷凝
器El02和粗產(chǎn)品分離器D101是一個(gè)獨(dú)立的壓力系
統(tǒng)，他們之間相互連通，因此可以設(shè)置一個(gè)安全閥
來(lái)防止這幾個(gè)設(shè)備超壓。
圖1 帶有安全閥的工藝流程圖
2 設(shè)備布置
安全閥的泄放量與所處火災(zāi)圈內(nèi)的設(shè)備和管
道直接相關(guān)，所以需要結(jié)合設(shè)備布置來(lái)確定在不
同的火災(zāi)圈內(nèi)安全閥泄放量的大小。與圖1工藝流
程對(duì)應(yīng)的設(shè)備平面布置見(jiàn)圖2。
火災(zāi)圈
圖2 設(shè)備平面布置圖
÷ 智敏杰：工程師。2011年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)。從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話：(029)87989345，E—mail：zmj2350
@ chinahualueng．corn。
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42 CHEMICAL ENGINEERD G DESIGN
根據(jù)火災(zāi)圈的定義，在平面布置圖上繪制火
災(zāi)圈，直徑為21．4m。由圖2可以看出，管廊下方
的設(shè)備位于一個(gè)火災(zāi)圈中，定義為火災(zāi)圈1；管廊
上方的設(shè)備D101位于一個(gè)火災(zāi)圈中，定義為火災(zāi)
圈2。
地面或火災(zāi)平臺(tái)7．6m以下的設(shè)備和管道的外
表面積處于火焰范圍內(nèi)，因此設(shè)備的布置高度直
接影響火災(zāi)工況下安全閥的泄放量。與圖2設(shè)備平
面布置圖相對(duì)應(yīng)的設(shè)備布置立面圖見(jiàn)圖3。
AE101位于管廊上方，其布置高度為22．5m。
結(jié)合設(shè)備平面布置圖和立面布置圖，計(jì)算火災(zāi)圈
內(nèi)安全閥保護(hù)設(shè)備和管道的受熱面積，從而計(jì)算
安全閥的泄放量。
3 安全閥泄放量計(jì)算
對(duì)于儲(chǔ)存氣體容器的安全閥，在計(jì)算安全閥
火災(zāi)工況泄放量w 時(shí)，HG／T 20570．2標(biāo)準(zhǔn) 中所
列公式與API521標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果相同，本
文采用的計(jì)算公式為：
：8．764． ．Al (1)
式中，w為泄放量；M為分子量；P為安全閥泄放
壓力，MPa(A)；A 為設(shè)備暴露在火災(zāi)中的表面
積，m ；T 為設(shè)備材料所能達(dá)到的最大壁溫，K；
T為泄放溫度，K。
i1 03 J
凸 塑4 R，1 O
習(xí)
圖3 設(shè)備布置立面圖
對(duì)于安全閥PSV101，計(jì)算安全閥泄放量所需
要的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 安全閥PSV101計(jì)算所需參數(shù)及結(jié)果
從表1可以看出，在計(jì)算安全閥泄放量時(shí)不僅
考慮了安全閥保護(hù)設(shè)備D101的受熱面積，還考慮
了處于安全閥PSV101火災(zāi)圈(設(shè)備布置平面圖中
虛線所示)內(nèi)與安全閥保護(hù)設(shè)備(D101)相連的
管道的受熱面積。這是因?yàn)榘l(fā)生火災(zāi)時(shí)，與安全
閥保護(hù)設(shè)備相連的管道(管徑DN500)也處于受
熱狀態(tài)，管徑為DN500的管道內(nèi)的流體在火災(zāi)時(shí)
受熱也會(huì)膨脹，管徑越大的管道內(nèi)流體的膨脹量
越大，因此在計(jì)算火災(zāi)工況安全閥泄放量時(shí)有必
要考慮管道受熱面積的影響。
按照傳統(tǒng)方法計(jì)算出來(lái)的安全閥PSV101的泄
放量w為4171kg／hr，考慮了火災(zāi)圈內(nèi)受熱管道后
計(jì)算出來(lái)的泄放量為6373kg／hr。這就說(shuō)明按照對(duì)
于單個(gè)設(shè)備而言，考慮火災(zāi)圈對(duì)安全閥的影響計(jì)
算出來(lái)的泄放量更大。
如前安全閥的設(shè)定所述，安全閥PSV102是為
了防止R102、R103、El01、AE101、El02 和
D101系統(tǒng)壓力超壓發(fā)生爆炸事故而設(shè)置，因此計(jì)
算火災(zāi)工況安全閥PSV102的泄放量時(shí)應(yīng)考慮上述
設(shè)備的受熱面積。但是從圖2設(shè)備布置平面圖可以
看出，預(yù)反應(yīng)器R102、反應(yīng)器R103、合成回路中
間換熱器El01位于火災(zāi)圈1內(nèi)；粗產(chǎn)品冷凝器
AE101、粗產(chǎn)品調(diào)節(jié)冷凝器El02和粗產(chǎn)品分離器
D101位于火災(zāi)圈2內(nèi)。按照火災(zāi)圈不疊加原理，
因此應(yīng)該分別計(jì)算火災(zāi)圈1內(nèi)的設(shè)備和管道的受熱
面積，火災(zāi)圈2內(nèi)的設(shè)備和管道的受熱面積，并對(duì)
這兩種情況計(jì)算出來(lái)的泄放量進(jìn)行對(duì)比，取二者
較大值作為安全閥的泄放量。
對(duì)于安全閥PSV102，計(jì)算安全閥泄放量所需
要的相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
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2013，23(4) 智敏杰等 火災(zāi)圈對(duì)安全閥泄放量的影響43
其中，在計(jì)算安全閥泄放量時(shí)AE101和El02
的泄放面積均為0，這是因?yàn)锳E101位于管廊上
方，其布置高度為22．5m，El02布置高度為
13．5m，二者均大于7．6m，并且設(shè)備布置的廠房
結(jié)構(gòu)為格柵板，因此二者的火災(zāi)泄放面積均為0。
從表2可以看出，火災(zāi)圈1內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，安
全閥PSV102的泄放量為30121 kg／hr；火災(zāi)圈2內(nèi)
發(fā)生火災(zāi)時(shí)，安全閥PSV102的泄放量為6201 kg,／
hr。取二者中的較大值作為安全閥的泄放量，即
30121 kg／hr。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)安全閥泄放量的計(jì)算可知，火災(zāi)圈對(duì)安
全閥泄放量的影響比較明顯。對(duì)于單臺(tái)設(shè)備，如
果考慮了火災(zāi)圈內(nèi)與設(shè)備相連的受熱管道的影響，
那么計(jì)算出來(lái)的安全閥泄放量就大于傳統(tǒng)方法計(jì)
算結(jié)果。對(duì)于聯(lián)通的多個(gè)設(shè)備系統(tǒng)而言，如果設(shè)
備未處于同一火災(zāi)圈內(nèi)，就可以按照不同火災(zāi)圈
計(jì)算安全閥的泄放量，并取最大值作為安全閥的
泄放量。
合理的利用火災(zāi)圈來(lái)計(jì)算安全閥的泄放量可
以更好的防止系統(tǒng)壓力超過(guò)容器或管道的設(shè)計(jì)壓
力而發(fā)生爆炸事故，合理的減小安全閥的泄放量，
減少設(shè)備投資。
參考文獻(xiàn)
1 張璐璐，李漢，王波等．多晶硅精餾塔系統(tǒng)中安全閥
泄放量的計(jì)算[J]．化學(xué)工程，201l，39(1)：94—97．
2 王波，張璐璐，李漢等．塔系統(tǒng)安全閥配置與經(jīng)濟(jì)性
討論[J]．化工設(shè)計(jì)，2012，22(3)：12—14．
3 王江峰．超臨界壓力下火災(zāi)工況安全閥泄放量的計(jì)算
[J]．化工設(shè)計(jì)，2010，20(1)：29—32．
4 Pressure — relieving and Depressuring Systems． ANSI／API
STANDARD 521 FIFTH EDITION．JANUARY 2007．
5 HG／T20570．2—95，安全閥的設(shè)置和選用[s]．
(收稿13期2013—05—10)
(上接第50頁(yè))
筑形式的創(chuàng)新追求也使得鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用方式不斷
推陳出新，使鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)含有大量的技術(shù)性
內(nèi)涵。在鋼結(jié)構(gòu)連接構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和思路不斷
進(jìn)步的同時(shí)，也需要與時(shí)俱進(jìn)地掌握先進(jìn)的連接
設(shè)計(jì)方法以完成不同尋常的設(shè)計(jì)構(gòu)想。由于固定
鋼材性質(zhì)的主要連接方式，如鉚接、焊接、拴接
等需要在鋼材允許范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)并遵循一些特
定的定律，所以設(shè)計(jì)中要找到最佳的鋼結(jié)構(gòu)連接
形式。
參考文獻(xiàn)
1 Suthedand，Master of Structure：Engineering Today's Buildings
[M]．Laurence King，2002．
2 [芬蘭]伊薩·皮羅寧，鋼的建筑造型[M]． 高 輝、
陳治國(guó)、王虹譯，天津大學(xué)，2004．
3 [德國(guó)]舒立茨等，鋼及結(jié)構(gòu)手冊(cè)[M]．殷福新等譯，大
連理工大學(xué)出版社，2004．
4 GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．
5 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(2009版)結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)
體系)[M]．中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃研究院．
6 GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范【s]．
(收稿13期2013—03—10)
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