换热器管程破裂工况下安全阀泄放量计算

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1、石油化工设计PetrochemicalDesign换热器管程破裂工况下安全阀泄放量计算曹颜玉(海洋石油工程股份有限公司特种设备公司，天津300452)摘要：管程破裂是换热器压力泄放阀设计中最常见的一种超压工况。ASME相关换热器规范中明确要求换热器需要配置足够泄放能力的泄压装置以避免超压导致的换热器内部损坏情况的发生，但并没有提供如何进行泄压装置的选型以及管程破裂工况下泄放量的计算方法。APIRP520PartI[以及APIRP521虽然提供了一些对于换热器管程破裂工况下PRV设计的指导方针，但这些方针太过于宏观而不能进行详细

2、的计算或用于换热器超压泄放分析计算中。介绍了一种换热器管程破裂工况下安全阀泄放量的计算方法，解决了换热器低压侧安全阀的设计问题。关键词：换热器管程破裂安全阀泄放量1管程破裂工况的判别标准如下假设：①管程破裂工况认为只发生在单根换APIRP521L3J中推荐当换热器低压侧设计压热管上，并且高压流体从破裂的单根换热管两个力低于2／3高压侧设计压力时，换热器管程破裂破裂界面流人低压侧；②管程破裂工况流体通过工况需要考虑。该推荐做法已广泛被石油、石化破裂口的面积等于单根换热管截面积的两倍；③行业接受，并被证明在确定换热器管程破裂时配流

3、体流过管程破裂处视为等焓(绝热)膨胀；④流置PRV则十分有效。体流过管程破裂处时不考虑增量闪蒸；⑤两相流一个需要注意的问题是避免在上述API推荐被认为是均匀混合相流体；⑥不考虑由于流体闪的判别标准中使用高压侧操作压力代替设计压力蒸导致的自冷却情况。(最高需用压力)，用以~mJS,J换热器是否需要考虑基于以上假设，英国CRANE公司编写的管程破裂情况的发生。原因是由于环境因素、人《FLOWOFFLUIDS}~【Ell4中对于流体流过孔板的为操作、系统流程等可能导致换热器高压侧操作计算公式可以用于管程破裂下流体通过破裂处流压力升高

4、；当高压侧操作压力骤升，而换热器没有量的计算。考虑管程破裂工况的保护时，换热器存在因管程破裂导致发生经济损失的可能。3管程破裂工况下流体压力泄放机理分析换热器管程破裂时，流体将从高压侧经破裂2流体通过破裂口的形式处进入到低压侧。若换热器低压侧在超出其设计对于可能的换热器管程破裂情况，一般有4压力10％的情况下仍无法容纳从高压侧进入的流种不同的状态使流体从换热器高压侧流过低压体，无法容纳的部分流体应通过换热器低压侧的侧：1)气体流过管程破裂处时无相变；2)液体流过PRV排放至下游火炬管网、容器或大气。整个管管程破裂处时无相变；3

5、)液体流过管程破裂处时程破裂的两次压力释放过程见图1和图2。有相变；4)两相流体流过管程破裂处。在管程破裂泄放计算中复杂流模型是不需要收稿日期：2014—07—15。作者简介：曹颜玉，男，2007年毕业于天津大学一般考虑的，为简化流体通过管程破裂处的计算做力学与力学基础专业，硕士，工程师，现主要从事天然气压缩机橇装工艺设计工作。联系电话：022—注：CRANE公司《FLOWOFFLUIDS)作为石油化工行业基础工25800045；E—mail：cyy@mail．cooec．com．cn具用书，其归纳推导公式广泛应用在行业相关计

6、算中2015年第2期(第32卷)曹颜王．换热器管程破裂工况下安全阀泄放量计算。11·其中：P为换热器低压侧PRV启跳压力，P=1．238MPa(A)；K由模拟计算得到，此例K=1．1；PcFo=0．724MPa(A)。由于PcF()>PBAcK，压差dp=P一P。将是流体流过PRV孔板处的驱动力。低压侧设计压力：1．033MPa高压侧设计压力：2．273MPa4管程破裂工况泄放量计算气体流过管程破裂处时无相变：基于前文假图1流程示意设，利用《FLOWOFFLUIDS>>第三章关于流体流经阀门、管件及管线公式、图表推导中提供的公

7、高压侧低压侧背压式(Eq．3—22)可得到如下压缩流体通过锐边孔板时流量计算公式：m：1．389MPa(A)m0·724MPa(A)Wv=1891YdC(d／V)(3)／／其中，——气体质量流量，kg／s；y_压缩流换热器管肇壁安_女全坌嘲喷嘴体通过孑L板的净膨胀系数；d——孔板孔径，mm；2_375MPa(A)PRt：L=1．238MPa(A)Ac。·136MPa(A)c——流体流经孔板的流通系数；d——孔板前后压差，kPa；流体比容。上述公式仅计算换热管单个破裂口气体泄放图2管程破裂压力特性量，式中Y=1—0．317d／P

8、1，由《FLOWOFFLU—1)通过管程破裂处泄压：当换热器管程破裂，IDS>附录A图表简化计算得出。C：0．6，此锐压力为2．375MPa(A)的工艺流体将通过管程破裂处泄压至换热器低压侧。低压侧配置有PRV，边孔板流量系数由《FLOWOFFLUIDS>>附录A其启跳压力为