上海申弘閥門(mén)有限公司
設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)
（1）容器數(shù)據(jù)：
設(shè)計(jì)壓力：1.0 MPa G 設(shè)計(jì)溫度：80 C
外壁不保溫 安全閥定壓：1.0 MPa G
直徑：2000mm 切線長(zhǎng)度：6500mm
橢圓型封頭
（2）介質(zhì)
10％NaOH溶液（物性按照水計(jì)算）
（3）安全閥計(jì)算工況：火災(zāi)；按有合適的消防設(shè)施和良好的下水系統(tǒng)計(jì)算；設(shè)備允許超壓按10%計(jì)
計(jì)算
1 按照《石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷P421頁(yè)公式
(1) 選用計(jì)算公式
按照《石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷P421頁(yè)公式
G=155400FA^0.82/L
其中
G——火災(zāi)工況時(shí)安全閥所需的排放量，kg/h
F——容器外壁校正系數(shù)，此處取1
A——容器濕表面積，m2
L——容器在泄壓工況時(shí)的氣化前熱，kJ/kg
（2）所需泄放量的計(jì)算
A=π*2.0*6.5+2.61*2.0^2
=51.26 m2
安全閥泄放時(shí)的入口壓力1.0*1.1=1.1 MPa G；對(duì)應(yīng)水的氣化潛熱L=1987.7kj/kg
G=155400FA^0.82/L
=155400*1*51.26^0.82/1987.7
=1973.7kg/h
2 用chemCAD算
Device type = Relief valve
Valve type = Balanced valve
Vent model = HEM (Homogeneous Equilibrium Model)
Vessel model = Bubbly model
Design model = API-520/521
Design, Pressure vessels.
Short cut method used for design case.
API 520-521, Adequate firefighting and drainage facilities exist.
Horizontal vessel
Head type = Ellipsoidal
Head K factor (dpth / R)=0.5
Vapor Z factor=0.91599
Cp/Cv=1.4177
Vapor MW=18.015
Liquid heat capacity kcal/kmol-C =19.43
Latent heat kJ/kg =1966.3
Relief device analysis:
Set pressureMPa =1.2
Back pressureMPa =0.1
% Overpressure=10
TemperatureC =192.03
Discharge coefficient=0.953
C0 radial distribution parameter=1.2
Kb Backpressure correction factor =1
Exposed aream2 =49.245
Environmental factor=1
Heat ratekJ/h =3.7971e+006
Calculated nozzle aream2 =0.0038775 (For heat model 1)
The following calculation is base on vent area 0.0038775 m2.
Calculated vent ratekg/h =1.0208e+005
Calc criticalrate kg/h =1.0208e+005
Calc critical press MPa =1.1477
Nozzle inlet vapor mass fraction= 7.6261e-008
Device inlet densitykg/m3 = 873.54
（3）從上面的計(jì)算結(jié)果可以看出手算的結(jié)果是“1973.7kg/h”，而軟件計(jì)算的結(jié)果是“102080 kg/h ”。問(wèn)題出在哪里量 ，哪一個(gè)準(zhǔn)確，或者應(yīng)該怎么算。
附件是我所用的CHEMCAD計(jì)算文件和報(bào)告。
問(wèn)題可能在這里：火災(zāi)模型選用的是API520/521，API520/521認(rèn)為泄放時(shí)排出單純?yōu)闅庀啵欢胶饬髁磕Ｐ瓦x擇了HEM，HEM是用于計(jì)算兩相流的。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。因此平衡流量模型應(yīng)該選用single phase vapor。我按照樓主的條件計(jì)算了下，如果物性只按水計(jì)算，結(jié)果：
Relief Device Sizing for Stream 1
Device type = Relief valve
Valve type = Balanced valve
Vent model = All vapor
Design model = API-520/521
Design, Pressure vessels.
API 520-521, Adequate firefighting and drainage facilities exist.
Horizontal vessel
Head type = Ellipsoidal
Head K factor (dpth / R) = 0.5
Vessel dimensions:
Diameter m = 2
Length (T to T) m = 6.5
Vessel volume m3 = 22.515
Liquid level m = 2
Initial vapor volume fraction = 1e-005
Height above ground m = 0
Fluid properties:
Vapor mass kg = 0.0013803
Liquid mass kg = 19767
Vapor density kg/m3 = 6.1307
Liquid density kg/m3 = 877.97
Surface tension N/m = 0.040495
Liquid viscosity N-s/m2 = 0.00014156
Vapor Z factor = 0.92065
Cp/Cv = 1.4111
Vapor MW = 18.015
Liquid heat capacity kJ/kg-K = 4.4947
Latent heat kJ/kg = 1981.2
Relief device analysis:
Set pressure MPa-G = 1
Back pressure MPa-G = 0.1
[wiki]%[/wiki] Overpressure = 10
Temperature C = 188.08
Discharge coefficient = 0.975
Kb Backpressure corr. factor = 1
Exposed area m2 = 49.245
Environmental factor = 1
Heat rate kJ/h = 3.7971e+006
Calculated nozzle area m2 = 0.00029276 (For heat model 1)
CHEMCAD 5.6.4 Page 2
Job Name: relief valve Date: 03/21/2008 Time: 11:48:55
Selected valve type: 1.5G2.5
Actual nozzle area m2 = 0.00032452
The following calculation is base on vent area 0.00032452 m2.
Calculated vent rate kg/h = 2122.4
Calc critical rate kg/h = 2122.4
Calc critical press MPa-G = 0.53108
Nozzle inlet vap. mass fraction = 1
Device inlet density kg/m3 = 6.1307
Nozzle inlet vap. vol. fraction = 1
選用HEM模型，結(jié)果同手冊(cè)計(jì)算結(jié)果相差很大，可能是因?yàn)橛?jì)算手冊(cè)還是沿用老的API520/521規(guī)范，認(rèn)為泄放時(shí)排放的是單純的氣相，而美國(guó)AICHE研究發(fā)現(xiàn)緊急排放的時(shí)候是氣液混合相，所以推出了DIERS標(biāo)準(zhǔn)。CHMEMCAD中不僅支持DIERS標(biāo)準(zhǔn)，也支持老的API520/521規(guī)范。而HEM模型是用于計(jì)算兩相流的模型，所以結(jié)果要大很多。
我用5.2和5.5分別算了一下，結(jié)果*相同：
The following calculation is base on vent area 0.00029874 m2.
Calculated vent rate kg/h = 1907.4
Calc critical rate kg/h = 1907.4
對(duì)于這些參數(shù)的選擇，有什么可以參考的依據(jù)嗎？
容器流量模型:均相、發(fā)泡和攪動(dòng)-湍流。均相容器模型假定氣-液不分離；發(fā)泡容器模型假定氣泡從液體中均勻產(chǎn)生；攪動(dòng)-湍流模型假設(shè)較大的氣-液分離。
排放流量模型：HEM 模型用于蒸汽和液體有相同的組分和相同的速度；HNE模型是基于在滯流和節(jié)流點(diǎn)之間沒(méi)有物質(zhì)交換的均相流動(dòng)；ERM 給出比HNE 模型有點(diǎn)低的守恒蒸汽速率；非閃蒸液體模型用于不靠近組分[wiki]沸點(diǎn)[/wiki]附近的體系；單相蒸汽模型假設(shè)在各點(diǎn)的排放量均等。
看來(lái)這個(gè)問(wèn)題比較復(fù)雜，我們通常都是采用API或者HG,GB等計(jì)算方法，也就是說(shuō)按照單純的氣相排放計(jì)算。實(shí)際上也可能存在氣液兩相，而“DIERS”“CCPS”等規(guī)范在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還不是很廣泛，同時(shí)存在兩種計(jì)算的結(jié)果相差太大。
針對(duì)這個(gè)具體的例子，在chemcad中“vent flow modle”應(yīng)選擇那個(gè)更合理。如果液位確實(shí)是和容器直徑相等，也就是*充滿狀態(tài)，是不是應(yīng)該按兩相流考慮，而如果液位小于容器直徑，就按照單一氣相流計(jì)算，這同樣存在一個(gè)問(wèn)題，以什么作為判斷的依據(jù)。
大家在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中是如何考慮的。
再次對(duì)大家的積極參與表示感謝！
Nozzle inlet vapor mass fraction= 7.6261e-008
Device inlet densitykg/m3 = 873.54
從樓主的后兩行數(shù)據(jù)看，用chemcad 計(jì)算的結(jié)果，安全閥進(jìn)口含汽量極少！根據(jù)排放物中液體比例的-8次方，可以看出根本不是兩相流！程序計(jì)算總吸收熱為Heat ratekJ/h =3.7971e+006，如果按計(jì)算的瀉放量102080kg/h 計(jì)算，無(wú)相變，則液體溫度上升不到9度。而計(jì)算書(shū)中又有TemperatureC =192.03，這溫度是排放溫度嗎？如果是排放溫度的話，與設(shè)計(jì)溫度溫差在100度以上，瀉放量也不應(yīng)該是上面數(shù)據(jù)。192.03是設(shè)定壓力下的飽和溫度。從手算和程序結(jié)果看，吸收熱基本一致。問(wèn)題出在有無(wú)相變。
Valve type = Balanced valve
Vent model = HEM (Homogeneous Equilibrium Model)
Vessel model = Bubbly model
這三項(xiàng)輸入都值得商量。為什么選平衡型？HEM 應(yīng)該有問(wèn)題。bubbly model 是[wiki]泡點(diǎn)[/wiki]模式？如果真如此，那不對(duì)了。
不知道儲(chǔ)存NaOH的罐子，溫度也不高位什么設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa呢？
的參與和深入討論！
如果發(fā)生這種介質(zhì)在火災(zāi)工況下的安全泄放，應(yīng)該是氣相，或者氣液兩相。也就說(shuō)肯定存在相變，否則不會(huì)壓力上升很快。關(guān)于是否存在安全泄放過(guò)程中的“氣液兩相”，我對(duì)此的理解很模糊，據(jù)說(shuō)在英文規(guī)范DIERS和CCPS對(duì)此有較為深入的研究。我對(duì)安全閥所需泄放量計(jì)算的理解就是符合“容規(guī)”或“GB150”即可，深入地研究這個(gè)過(guò)程不屬于我的能力范圍。
我現(xiàn)在的困惑就是，在工程實(shí)踐中，我們?nèi)绾芜x擇計(jì)算方法。能不能按照API520中所提供的簡(jiǎn)單公式進(jìn)行計(jì)算所需泄放量。
另外幾個(gè)問(wèn)題，我的理解是：
1、依據(jù)軟件，計(jì)算書(shū)中的溫度192.03 C應(yīng)該就是泄放溫度；
2、是否選擇“平衡式”還是“常規(guī)型”安全閥似乎不會(huì)對(duì)所需泄放量產(chǎn)生大的影響，另外按照通用理解，平衡式安全閥應(yīng)用于“背壓波動(dòng)”的情況，應(yīng)該也沒(méi)有什么問(wèn)題。
3、“Vessel model = Bubbly model”根據(jù)chencad的解釋：“bobbly”模型假定在“Dynamic Vessel”內(nèi)，生成均勻的氣、液相混合物質(zhì)，并帶有企業(yè)分離。根據(jù)我的理解，似乎也沒(méi)有什么問(wèn)題。
4、容器的設(shè)計(jì)壓力定為1.0MPa，是由于工藝條件決定這個(gè)容器在0.7MPa左右的壓力條件下工作，并這個(gè)容器不屬于儲(chǔ)存容器，而屬于工藝過(guò)程容器。
因?yàn)榻鼘W(xué)習(xí)安全閥的知識(shí)，所以對(duì)你這問(wèn)題很感興趣。
又看了一下你附錄的計(jì)算書(shū)。在后附錄的安全閥出口狀態(tài)，溫度為99.6294度。結(jié)合前面的進(jìn)口狀態(tài)，我認(rèn)為你的計(jì)算程序模擬出來(lái)的結(jié)果是安全閥進(jìn)口狀態(tài)是液態(tài)，出口是氣態(tài)。這就說(shuō)明在排放過(guò)程中發(fā)生了汽化。根據(jù)進(jìn)出口溫度變化也說(shuō)明了這一點(diǎn)。這樣對(duì)于你的計(jì)算我想得出以下結(jié)論：
1）手算采用的公式和程序根據(jù)你的輸入采用的計(jì)算公式肯定不一樣。手算是按進(jìn)口前全部汽化了。而程序結(jié)論是在排放中汽化。
2） 兩種計(jì)算得出從外界火災(zāi)吸收的能量一致，而程序排放量大是因?yàn)橐徊糠峙欧帕扛静皇腔馂?zāi)造成的，而是由于超壓后，介質(zhì)自己閃蒸的結(jié)果。
3）那過(guò)程可能是這樣：發(fā)生火災(zāi)后，罐中液體達(dá)到1MPa飽和溫度，超壓后安全閥打開(kāi)，10kg的液體在安全閥進(jìn)出口之間閃蒸。當(dāng)然超壓還是氣體造成的。
4）所以，排放量是否按1973.7kg/h 考慮，還需謹(jǐn)慎研究。
“容規(guī)”中錄用的是第六版API520（1993年版），此版對(duì)兩相流計(jì)算分析不多。在第七版（2000年版）中有更多描述，本人也未詳看。“容規(guī)”和GB150中描述得太簡(jiǎn)單了。
我找到了,這沒(méi)問(wèn)題
Heat ratekJ/h =3.7971e+006
Latent heat kJ/kg =1966.3
計(jì)算泄放量 3.7971e+006/1966.3=1931.09 kg/h
與按照《石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算得到的1973.7kg/h很接近
Calculated vent rate kg/h =1.0208e+005
這是該安全閥在火災(zāi)工況下的泄放能力
我覺(jué)得主要還是模型問(wèn)題！*種算法只是按照氣相考慮，第二種算法按兩相考慮，用的是DIERS算法并考慮使用bubbly model。10%的NaOH溶液還是應(yīng)該按照發(fā)泡模型來(lái)算會(huì)比較合理，另外計(jì)算得到的00.003875平的泄放面積應(yīng)該還要圓整一下吧，好像沒(méi)有這個(gè)尺寸的安全閥。不過(guò)，如果介質(zhì)的Property只是簡(jiǎn)單的按照水的性質(zhì)計(jì)算的話，我嘗試按照Diers Bubbly/Foamy case計(jì)算了一下，計(jì)算面積就會(huì)與*種算法一樣，呵呵，比較奇怪的說(shuō)！至于Chemcad我沒(méi)有用過(guò)，呵呵！
以前也有用過(guò)chemcad的安全閥計(jì)算模塊，比較下來(lái)雖然chemcad計(jì)算的排放量會(huì)大很多，但是由于其中包含了很多的液相，所以終選出來(lái)的安全閥喉徑并不比根據(jù)API計(jì)算出來(lái)純氣相排放的大甚至?xí)∫恍员Ｊ匾稽c(diǎn)后來(lái)都根據(jù)API計(jì)算安全閥，只有在安全閥直接安裝在充滿液體的容器上的工況下才使用CHEMCAD計(jì)算，考慮到這種情況下安全閥入口氣液兩相共存超壓的可能性比較大，對(duì)于安裝在氣相管道上的安全閥，個(gè)人不認(rèn)為釋放壓力下在安全閥入口處會(huì)是氣液兩相狀態(tài)。
注意標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算相匹配
"（3）安全閥計(jì)算工況：火災(zāi)；按有合適的消防設(shè)施和良好的下水系統(tǒng)計(jì)算；設(shè)備允許超壓按10%計(jì)"
各位用API標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)火災(zāi)的超壓應(yīng)該是 21%
不太習(xí)慣，用外國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，套用中國(guó)的計(jì)算公式，這樣真的容易出差錯(cuò)。如果壓力容器如果不是按ASME設(shè)計(jì)，真的要考慮很多問(wèn)題。
一個(gè)好的工程師是要負(fù)責(zé)任的。各個(gè)方面都要考慮到才能保證設(shè)計(jì)的安全閥的正確使用與本文相關(guān)的論文有：安全閥定期檢驗(yàn)辦事指南
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