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火災圈對安全閥泄放量的影響

文檔作者：智敏杰劉艷文檔來源：華陸工程科技有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2021年09月23日
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智敏杰等 火災圈對安全閥泄放量的影響 41
火災圈對安全閥泄放量的影響
智敏杰 劉 艷華陸工程科技有限責任公司西安710065
摘要 通過研究火災圈對安全閥泄放量的影響，發現把火災圈應用于安全閥泄放量的計算中，不僅可以
更好的防止系統壓力超過容器或管道的設計壓力而發生爆炸事故，而且可以合理的減小安全閥的泄放量。
關鍵詞火災圈安全閥泄放量
在化工工藝設計中，為了防止系統壓力超過容
器或管道的設計壓力而發生爆炸事故，廣泛采用安
全閥來保護整個設備系統。安全閥的泄放量是影響
安全閥選型的主要因素之一，目前已經有大量關于
安全閥泄放量的文獻：張璐璐等對火災工況和換熱
管破裂兩種工況下泄放量的計算方法進行了具體分
析和對比¨，2 ；王江峰計算了超臨界壓力下火災工
況安全閥泄放量等 J。然而，火災圈對安全閥泄放
量的影響未見文獻報道。本文結合某工程實例初步
研究了火災圈對安全閥泄放量的影響。
火災圈是在計算安全閥泄放量及火炬系統時，
為了系統的安全性，假設發生火災時，火勢由一
臺設備蔓延至一個小的范圍，而這個范圍就是安
全閥設計時需要考慮的火災圈。火災圈的直徑一
般設定為21．4m。安全閥設計時需要考慮火災圈內
的設備及與設備相連的管道，高度一般為地面或
火災平臺以上7．6m 。
1 安全閥的設定
以國內某項目為例，帶有安全閥的工藝流程
見圖1。
由圖1可以看出，工藝流程中共設有2個安全
閥：PSV101和PSV102，分別位于凈化槽R101和粗
產品分離器DIO1上。PSVIO1是為防止R101系統壓
力超壓發生爆炸事故而設置；PSV102是為防止
R102、R103、El01、AE101、El02和D101系統壓
力超壓發生爆炸事故而設置。這里需要說明的是，
因為預反應器R102、反應器R103、合成回路中間換
熱器El01、粗產品冷凝器AE101、粗產品調節冷凝
器El02和粗產品分離器D101是一個獨立的壓力系
統，他們之間相互連通，因此可以設置一個安全閥
來防止這幾個設備超壓。
圖1 帶有安全閥的工藝流程圖
2 設備布置
安全閥的泄放量與所處火災圈內的設備和管
道直接相關，所以需要結合設備布置來確定在不
同的火災圈內安全閥泄放量的大小。與圖1工藝流
程對應的設備平面布置見圖2。
火災圈
圖2 設備平面布置圖
÷ 智敏杰：工程師。2011年畢業于天津大學化學工程專業。從事化工工藝設計工作。聯系電話：(029)87989345，E—mail：zmj2350
@ chinahualueng．corn。
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42 CHEMICAL ENGINEERD G DESIGN
根據火災圈的定義，在平面布置圖上繪制火
災圈，直徑為21．4m。由圖2可以看出，管廊下方
的設備位于一個火災圈中，定義為火災圈1；管廊
上方的設備D101位于一個火災圈中，定義為火災
圈2。
地面或火災平臺7．6m以下的設備和管道的外
表面積處于火焰范圍內，因此設備的布置高度直
接影響火災工況下安全閥的泄放量。與圖2設備平
面布置圖相對應的設備布置立面圖見圖3。
AE101位于管廊上方，其布置高度為22．5m。
結合設備平面布置圖和立面布置圖，計算火災圈
內安全閥保護設備和管道的受熱面積，從而計算
安全閥的泄放量。
3 安全閥泄放量計算
對于儲存氣體容器的安全閥，在計算安全閥
火災工況泄放量w 時，HG／T 20570．2標準 中所
列公式與API521標準計算公式計算結果相同，本
文采用的計算公式為：
：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 為設備暴露在火災中的表面
積，m ；T 為設備材料所能達到的最大壁溫，K；
T為泄放溫度，K。
i1 03 J
凸 塑4 R，1 O
習
圖3 設備布置立面圖
對于安全閥PSV101，計算安全閥泄放量所需
要的相關數據見表1。
表1 安全閥PSV101計算所需參數及結果
從表1可以看出，在計算安全閥泄放量時不僅
考慮了安全閥保護設備D101的受熱面積，還考慮
了處于安全閥PSV101火災圈(設備布置平面圖中
虛線所示)內與安全閥保護設備(D101)相連的
管道的受熱面積。這是因為發生火災時，與安全
閥保護設備相連的管道(管徑DN500)也處于受
熱狀態，管徑為DN500的管道內的流體在火災時
受熱也會膨脹，管徑越大的管道內流體的膨脹量
越大，因此在計算火災工況安全閥泄放量時有必
要考慮管道受熱面積的影響。
按照傳統方法計算出來的安全閥PSV101的泄
放量w為4171kg／hr，考慮了火災圈內受熱管道后
計算出來的泄放量為6373kg／hr。這就說明按照對
于單個設備而言，考慮火災圈對安全閥的影響計
算出來的泄放量更大。
如前安全閥的設定所述，安全閥PSV102是為
了防止R102、R103、El01、AE101、El02 和
D101系統壓力超壓發生爆炸事故而設置，因此計
算火災工況安全閥PSV102的泄放量時應考慮上述
設備的受熱面積。但是從圖2設備布置平面圖可以
看出，預反應器R102、反應器R103、合成回路中
間換熱器El01位于火災圈1內；粗產品冷凝器
AE101、粗產品調節冷凝器El02和粗產品分離器
D101位于火災圈2內。按照火災圈不疊加原理，
因此應該分別計算火災圈1內的設備和管道的受熱
面積，火災圈2內的設備和管道的受熱面積，并對
這兩種情況計算出來的泄放量進行對比，取二者
較大值作為安全閥的泄放量。
對于安全閥PSV102，計算安全閥泄放量所需
要的相關數據見表2。
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2013，23(4) 智敏杰等 火災圈對安全閥泄放量的影響43
其中，在計算安全閥泄放量時AE101和El02
的泄放面積均為0，這是因為AE101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，并且設備布置的廠房
結構為格柵板，因此二者的火災泄放面積均為0。
從表2可以看出，火災圈1內發生火災時，安
全閥PSV102的泄放量為30121 kg／hr；火災圈2內
發生火災時，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 結語
通過安全閥泄放量的計算可知，火災圈對安
全閥泄放量的影響比較明顯。對于單臺設備，如
果考慮了火災圈內與設備相連的受熱管道的影響，
那么計算出來的安全閥泄放量就大于傳統方法計
算結果。對于聯通的多個設備系統而言，如果設
備未處于同一火災圈內，就可以按照不同火災圈
計算安全閥的泄放量，并取最大值作為安全閥的
泄放量。
合理的利用火災圈來計算安全閥的泄放量可
以更好的防止系統壓力超過容器或管道的設計壓
力而發生爆炸事故，合理的減小安全閥的泄放量，
減少設備投資。
參考文獻
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5 HG／T20570．2—95，安全閥的設置和選用[s]．
(收稿13期2013—05—10)
(上接第50頁)
筑形式的創新追求也使得鋼結構的應用方式不斷
推陳出新，使鋼結構連接設計含有大量的技術性
內涵。在鋼結構連接構件的設計方法和思路不斷
進步的同時，也需要與時俱進地掌握先進的連接
設計方法以完成不同尋常的設計構想。由于固定
鋼材性質的主要連接方式，如鉚接、焊接、拴接
等需要在鋼材允許范圍內進行設計并遵循一些特
定的定律，所以設計中要找到最佳的鋼結構連接
形式。
參考文獻
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