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安全閥出口反力的計算

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安全閥出口反力的計算
上海申弘閥門有限公司

安全閥出口反力的計算

物料泄放時，流體的流動會對排放管道產(chǎn)生一作用力，并通過排出管道傳至安全閥；進而以力矩的形式通過安全閥入口管道傳至設(shè)備接管。這個力和力矩是否對安全閥的進出口管道和設(shè)備的接管、法蘭產(chǎn)生不良影響(如容器是否要補強等)，需要進行詳細的計算后確定。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：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,氮氣減壓閥,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、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。作用力的大小與物料泄放至大氣還是泄放至密閉系統(tǒng)有很大關(guān)系。

氣相物料泄放至大氣對于可壓縮流體(氣體或蒸汽)臨界穩(wěn)態(tài)流動，且物料流經(jīng)安全閥后經(jīng)一段水平管、一個90o長半徑彎頭、一段垂直立管排入大氣，如圖4.1所示，作用力(f)按式(4.1—1)計算： (4.1—1)

式中：

f——泄放反力，N，

Ao——泄放管出口截面積，mm2，

P2——泄放管出口靜壓力，MPa(表)；

k——絕熱指數(shù)。

其余符號意義同前。

氣相物料泄放至密閉系統(tǒng)泄放至密閉系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)流動，在排出管中一般不會產(chǎn)生大的作用力和力矩，僅計算管徑突然擴大位置的作用力。如果需要計算泄放至密閉系統(tǒng)的作用力，則應(yīng)采用復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)分析方法，可從專門資料中查閱。

液相物料的泄放反力液體泄放時在安全閥出口中心線處的水平反力(f)按式(4.2—2)計算： (4.2—2)

式中:

f——泄放反力，N，

P——泄放壓力，MPa；

a2——安全閥喉徑面積，mm2。

出口管道由于泄放時的作用力、振動和自身的自重、熱脹冷縮等原因，應(yīng)設(shè)支架支撐。

附表1：氣體特性系數(shù)表

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

1.07

1.08

1.09

1.10

1.1l

1.12

1.13

1.14

1.15

1.16

1.17

1.18

1.19

1.20

1.2l

1.22

1.23

1.24

1.25

1.26

1.27

1.28

1.29

1.30

317

318

319

320

321

322

323

325

326

327

328

329

330

33l

332

333

334

335

336

337

338

339

340

341

342

343

344

345

346

347

1.31

1.32

1.33

1.34

1.35

1.36

1.37

1.38

1.39

1.40

1.41

1.42

1.43

1.44

1.45

1.46

1.47

1.48

1.49

1.50

1.51

1.52

1.53

1.54

1.55

1.56

1.57

1.58

1.59

1.60

348

349

350

351

352

353

354

355

356

357

358

359

360

361

362

363

364

365

366

367

368

369

370

371

372

373

1.61

1.62

1.63

1.64

1.65

1.66

1.67

1.68

1.69

1.70

1.71

1.72

1.73

1.74

1.75

1.76

1.77

1.78

1.79

1.80

1.8l

1.82

1.83

1.84

1.85

1.86

1.87

1.88

1.89

1.90

373

374

375

376

377

378

379

380

38l

382

383

384

385

386

387

388

389

390

39l

392

393

394

1.9l

1.92

1.93

1.94

1.95

1.96

1.97

1.98

1.99

2.00

395

396

397

398

399

400

安全閥出口反力的計算：
物料泄放時，流體的流動會對排放管道產(chǎn)生一作用力，并通過排出管道傳至安全閥；進而以力矩的形式通過安全閥入口管道傳至設(shè)備接管。這個力和力矩是否對安全閥的進出口管道和設(shè)備的接管、法蘭產(chǎn)生不良影響（如容器是否要補強等），需要進行詳細的計算后確定。
作用力的大小與物料泄放至大氣還是泄放至密閉系統(tǒng)有很大關(guān)系。

1、氣相物料泄放至大氣
對于可壓縮流體（氣體或蒸汽）臨界穩(wěn)態(tài)流動，且物料流經(jīng)安全閥后經(jīng)一段水平管、一個90。長半徑彎頭、一段垂直立管排入大氣，作用力(f)按式(14.1-1)計算：式中
f ——泄放反力，N； A0——泄放管口截面積,mm2；
P2——泄放出口管處靜壓力，MPa(表壓)；

K——絕熱指數(shù)。

2 、氣相物料泄放至密閉系統(tǒng)
泄放至密閉系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)流動，在排出管中一般不會產(chǎn)生大的作用力和力矩，僅計算管徑突然擴大位置的作用力。如果需要計算泄放至密閉系統(tǒng)的作用力，則應(yīng)采用復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)分析方法，可從專門資料中查閱。 3 、液相物料的泄放反力
液體泄放時在安全閥出口中心線處的水平反力(f)按式(14.1-2)計算：f=0.694×P×a2 (14.1-2) 式中
f——泄放反力，N；

P——泄放壓力，MPa；

a2——安全閥喉徑面積，mm2。

附表2：部分物料的物性表

物料

分子量

比重

臨界壓力

MPa

臨界溫度

絕熱指數(shù)

氣相

液相

醋酸

丙酮

乙炔

空氣

氨

氬

苯

1，3一丁二烯

丁烷

異丁烷

二氧化碳

二硫化碳

一氧化碳

氯

環(huán)己烷

癸烷

乙烷

乙醇

氯乙烷

乙烯

氟利昂11

氟利昂12

氟利昂22

氟利昂114

氦

己烷

氯化氫

氫

硫化氫

煤油

甲烷

甲醇

丁烷

氯甲烷

天然氣

硝酸

一氧化氮

氮

二氧化氮

壬烷

辛烷

氧

戊烷

丙烷

丙烯

水蒸汽

苯乙烯

二氧化硫

硫酸

甲苯

60.05

－

26.04

28.97

17.03

39，94

78.1l

54.09

58.土2

58.12

44.01

76.13

28.00

70.90

84.16

142.28

30.07

46.07

64.52

28.05

137.37

120.92

86.48

170.93

4.00

86.17

36.50

2.016

34.07

－

16.04

32.04

72.15

50.49

－

30.00

28.00

44.00

128.25

114.22

32.00

72.15

44.09

42.08

18.02

104.14

64.06

－

92.土3

2.071

－

0.898

0.587

1.381

2.89

1.922

2.007

工.53

2.628

0.967

2.45

2.905

4.91

1.05

1.59

2.22

0.997

4.742

4.174

2.985

5.90

0.138

2.97

1.27

0.070

1.19

－

0.555

1.11

2.49

1.742

0.656

－

L 036

0.967

1.519

4.43

3.94

1.10

2.49

1.55

1.476

0.622

3.60

2.26

－

3.18

1.049

0.791

－

0.817

1.65

0.879

0.621

0.579

0.557

1.101

1.263

0.814

1.56

0.779

0.734

0.546

0.789

0.903

0.566

1.494

1.486

1.419

1.538

－

0.659

－

0.0709

－

0.815

0.415

0.792

0.625

0，952

－

1.502

1.269

1.026

1.226

0.718

0.707

1.426

0.631

0.585

0.609

1.00

0.906

1.434

1.834

0.866

5.78

4.72

6.24

3.76

11.28

4.9

4，92

4.33

3.8

3.65

7.39

7.9

3.5

7.7l

4.05

－

4.88

6.38

5.27

5.07

4.37

4.115

4.94

3.26

0.229

3.03

8.26

1.29

9.0

－

4.64

7.95

3.33

6，68

－

6.48

3.4

7，26

2.49

5.08

3.37

4.25

4.61

22.13

7.88

－

4.21

594.8

508.7

309

132

405.5

151

562

425

425.2

408.1

304

546

134

417

553

619

305.5

516

460

282.4

469

385

369

419

5.3

507.9

324

33.3

273.6

－

191.1

513

461

416

－

180

125.8

309.7

595.7

569.4

154.8

469.8

370

364.6

647

430

－

594

1.15

－

1.26

1.40

1.33

1.67

1.12

1.094

1.30

1.21

1.40

1.36

1.09

1.03

1.22

1.13

1.19

1.26

1.14

1.18

1.09

1.66

1.06

1.4l

1.41

1.32

－

1.31

1.20

1.08

1，20

1.27

－

1.40

1.30

1.04

1.05

1.40

1.07

1.13

1.15

1.324

1.07

1.29

－

1.09

附表3 水蒸汽過熱系數(shù)(Ksh)

溫度

定壓

飽和

溫度

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

0.5 MPa

1.0 MPa

1.5 MPa

1.005

0.978

0.977

0，996

0.981

0.976

0.972

0.983

0，970

0.951

0.960

0.972

0，93l

0，938

0，947

0.913

0.919

0，925

0.896

0.901

0，906

0.879

0.884

0.888

0.864

0.868

0.872

0.849

0.853

0.856

0.835

0.838

0.84l

0.822

0.825

0.828

2.0 MPa

0.972

0.967

0.964

0.955

0.932

0，912

0.893

0，876

0.860

0.845

0.830

0.817

0.804

0.792

0.780

2.5 MPa

3.0 MPa

0.969

0.967

0.961

0.962

0，961

0.957

0.937

0.949

0，918

0.924

0.898

0.903

0.880

0.885

0.863

0.867

0.848

0.851

0，833

0.836

0.819

0.822

0.806

0.808

0.793

0.795

0，782

0.783

4.0 MPa

0.965

0，958

0.954

0.934

0，915

0.894

0.875

0.857

0.84l

0.826

0，813

0.799

0.787

5.0 MPa

6.0 MPa

0.966

0.968

0.955

0.962

0.953

0.927

0，941

0.904

0.911

0，884

0.89l

0.865

0，872

0.848

0.854

0.832

0.838

0.817

0.822

0.803

0.808

0.790

0.794

7.0 MPa

8.0 MPa

0.971

0.975

0，958

0.967

0.954

0.956

0.924

0.937

0.901

0.912

0.88l

0.888

0.86l

0.868

0.844

0.850

0.827

0.833

0.812

0.817

0.798

0.802

9.0 MPa

10.0 MPa

0.980

0.986

0.962

0.97l

0.957

0，96l

0.926

0.936

0.897

0.909

0.876

0.883

0.856

0.863

0.838

0.844

0.822

0.827

0.807

0.811

附表4 喉徑代號與喉徑截面積關(guān)系

喉徑代號

喉徑截面積

mm2

in2

126

198

324

506

830

1185

1840

2322

2800

4116

7192

l0322

16774

0.110

0.196

0.307

0.503

0.785

1.287

1.838

2.853

3.60

4.34

6.38

l1.05

16.0

26.0

附圖1 波紋管背壓平衡式安全閥的背壓修正系數(shù)表(用于氣體或蒸汽)

Kb=(有背壓時的泄放量)/ (無背壓時的泄放量)

注：背壓修正系數(shù)Kb應(yīng)由制造常提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時，可參考本圖。本曲線適用于設(shè)定壓力大于0.34MPa(表)的臨界流動，在適用范圍之外的，應(yīng)選用制造廠提供的Kb值。

附圖2 氣體壓縮因子(Z)圖

附圖3 亞臨界流動系數(shù)圖

注：圖中k為絕熱指數(shù)

附圖4 彈簧式安全閥背壓修正系數(shù)圖

注：背壓修正系數(shù)Kb應(yīng)由制造常提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時，可參考本圖。圖中k為絕熱指數(shù)。

例：設(shè)定壓力＝0.7MPa(表) 靜背壓＝0.49MPa(表)

彈簧設(shè)定＝0.21 MPa 超壓=0.07 MPa

背壓％＝(0.49+0.07+0.1)/(0.69+0.07+0.1)=0.76×100＝76

查圖得：Kb＝0.89

附圖5 液體超壓修正系數(shù)(Kp)圖

注：圖中所示，超壓25％(含25％)以下時，泄放量受閥瓣提升高度、流量系數(shù)和超壓的影響；超壓25％以上時，泄放量僅與超壓有關(guān)。

超壓小于10％時會引起閥瓣“抖動”，因而應(yīng)該避免。

附圖6 波紋管背壓平衡式安全閥超壓25％時的背壓修正系數(shù)(Kw)(液體用)圖

注：背壓修正系數(shù)Kw應(yīng)由制造常提供。若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時，可參考本圖。

附圖7 液體粘度修正系數(shù)(Kv)圖

注：計算過程如下：

首先按無粘性流體Kv＝1.0計算小泄放面積(a1),按附表4選大一級的實際泄放面積(a2)。按下式計算雷諾數(shù)：

式中：

V——體積泄放流量，m3/h;

μ——動力粘度，mPa·s；

Gl——液相密度，kg/m3

a1——不考慮液體粘性計算的小泄放面積，mm2；

a2——安全閥的喉徑面積(液相)，mm2。

按上式計算結(jié)果查本圖Kv值，將Kv值帶入式2.3－6，計算小泄放面積(a)。

如果a＜a2，則a2終選定的實際泄放面積；如果a＞a2，則選再大一級的實際泄放面積進行上述計算過程，直至校正的小泄放面積(a)小于選擇的實際泄放面積(a2)。與本文相關(guān)的論文有：低溫安全閥在黑龍江建龍鋼鐵應(yīng)用

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