液化石油气球罐安全阀设计

2019-06-05张强

山西化工 2019年2期

张强

(山东新华医药化工设计有限公司，山东淄博 255000)

液化石油气(LPG)是指在常温常压下为气态，经过压缩或者冷却后为液态的C3、C4及其混合物。液化石油气易燃易爆，在常温下的饱和蒸汽压可以达到1.36 MPa，需要储存在压力容器中。安全阀是保证储罐稳定运行的安全措施之一，因此，在液化石油气储罐设计中，所配置的安全阀需要满足储罐事故状态下最大释放量的要求。

本文以容积为1 000 m3的高纯异丁烷球罐为例，介绍了液化石油气储罐安全阀的选型与计算。本文中球罐储存介质为异丁烷，无绝热保温层，球罐设置喷淋设施，具体参数如表1所示。

表1 球罐参数

1 安全阀型式

本文的球罐在火灾事故工况下所需安全阀的泄放量最大，且当排放介质为气体或蒸汽时，应当选用全启式安全阀。

2 安全阀的工艺计算

2.1 整定压力Ps

安全阀的整定压力不应低于储罐正常工作压力(表压)的1.1倍，且不大于容器的设计压力[1]。当球罐内压力达到定压值时，安全阀阀瓣升起，介质连续排放。结合储罐的参数，本文安全阀整定压力Ps=0.85 MPa。

2.2 积聚压力Pa

安全阀的泄放压力与其定压之间有一定差值，此压力即为积聚压力。着火有爆炸危险容器上的安全阀压力Pa=0.2Ps[1]。

2.3 泄放压力Pd

泄放压力为安全阀达到最大泄放能力时的压力，一般可按式(1)确定。

Pd=Ps+Pa

(1)

Pd=0.85×1.2=1.02 MPa

2.4 泄放压力下的温度和汽化潜热

采用软件计算，异丁烷在上述泄放压力下的饱和温度T1=340 K，汽化潜热q=273 kJ/kg。

2.5 安全阀泄放量计算[4]

火灾工况安全阀泄放量公式见式(2)。

(2)

表2 球罐受热面积

将数据带入公式，求得Ws=49 750 kg/h

2.6 安全阀泄放面积及喉径计算[1]

根据《石油化工装置工艺管道安装设计手册》，安全阀喷嘴截面积计算公式如式(3)。

(3)

式中：A0为喷嘴面积，cm2；GV为气体最大泄放量，kg/h；KF为流量系数，与安全阀结构有关，全启式KF=0.6～0.7,本文取0.65；Pm为最高泄放压力，MPa(A)；T1为进口处的介质温度，K；Z为气体在Pm时的压缩系数；C为气体特性系数，仅与气体的绝热系数有关(C值查表可得)，C=232；Kb为背压校正系数，对于普通型安全阀，随着背压的增大，安全阀的理论泄放量将随之减少。而普通结构安全阀的背压值一般要求小于0.1倍的安全阀的定压，在此条件下，Kb值可取为1。

根据资料查得，异丁烷的临界温度为Tc=407.15 K，临界压力Pc=3.749 MPa(A)

对比温度Tr=340/407.15=0.835；对比压力Pr=1.02/3.749=0.272

由对比温度、对比压力查图得，气体压缩系数Z=0.68，安全阀喉径计算公式见式(4)。

(4)

将以上数据代入公式，求得安全阀喷嘴面积见表3。