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安全阀排气反力计算及对管道影响

更新时间:2009-03-28

安全阀在石油化工装置中主要作用是防止压力容器、锅炉和管道等受压设备因火灾、操作故障或停水、停电造成压力设备超过其设计压力而发生爆炸事故。当安全阀开启时,超压介质释放到大气或闭排系统中,同时会对与其相连的管道和支架产生一个反力,在管道布置中应合理布置管道和支架,避免发生管道破坏,法兰泄漏等事故的发生。而准确的荷载计算是合理设置安全阀泄放管道支架的关键,本文研究了安全阀泄放排放反力的计算方法,并将排放反力作为集中荷载添加到CAESARII模型中,分析安全阀排放反力对管系的影响。

1 开式排放系统

安全阀开启时,气体直接排放到大气中或排到与安全阀不相连的放空管中,称为开式排放系统。而当安全阀开启时,气体通过直接与安全阀相连接的管道排放至放空总管的称为闭式排放系统,本文主要研究了开式排放系统排气反力对系统的影响。

研究区内断裂构造、岩浆—火山活动、地层、岩相、地球化学等成矿因素中,断裂构造很大程度上决定了成矿空间和展布形式,岩浆—火山活动、地球化学决定了矿质来源,地层、岩相决定了成矿时代和最佳成矿部位。研究区和周边的其它金属矿床均产于此环境中。经对研究区成矿条件的分析不难看出,本区成矿特征与赛什塘铜矿[12]的成矿特征有相近之处,二者矿化蚀变特征相似、成矿时代相近、矿床成因及成矿类型也相同或相似,因此,二者具有一定的可对比性。

ASME B31.1规范中给出的开式排放系统图中,安全阀排气口接管插入一放大管中,且放大管与安全阀出口管道不相连,见图1。而在我国的一般常规设计中,很少有这种管道布置方式,一般都是排气出口管道直接引至安全高度,然后斜45°放空,见图2。

甲状腺手术后患者的甲状腺出血情况比较多见,出血有皮下出血和甲状腺窝出血和颈阔肌下出血 [1,2]。手术中,诶呦对皮下出血点进行检查是导致皮下出血的重要原因,该类出血发生率低,患者不会有呼吸困难等严重症状,对该类出血的护理应该着重在护理上,观察患者的皮下出血情况,为患者进行解释。甲状腺窝出血比较多见,会引起患者的烦躁、憋气和紫绀症状,严重的还会心脏骤停[3]。对患者进行护理观察时,发现切口有血液渗出时需要警惕,严重患者会有呼吸症状。术中进行止血,术后进行引流,使用止血药物来进行改善。颈阔肌下出血是静脉和颈阔肌本身出血。术后护理干预能够有效的降低患者的出血几率。

根据API 520规定,安全阀排气口出口压力大于排出口处环境压力称为临界流动,反之为亚临界流动。在一般情况下,使用到的安全阀排放出口压力都大于出口环境压力,都属于临界流动之列。如排气管出口为临界流动,则此排气管末端参数为临界参数,临界参数中的临界压力和临界流速,其计算公式[3]

  

1 带出口放大管的开式排放系统

  

2 不带出口放大管的开式排放系统

 

(1)

 

(2)

充分发挥诉前程序作用。牢牢把握“诉讼不是目的、维护公益才是目的”的价值目标,将工作的重点放在诉前督促整改环节,督促行政机关履职。通过发出检察建议、约谈、走访、诉前圆桌会议、诉讼风险提示等方式,督促行政机关整改纠错,全面履行法定职责。三年来,全省检察机关共向行政机关发出督促履职检察建议6577件,各地政府职能部门积极整改、主动履职,诉前整改率从2016年的69%上升到目前的93.4%。

 

1 参数ab取值

  

蒸汽参数a(J/kg)b湿蒸汽(含汽率<90%)0.6574×10611饱和蒸汽(含汽率≥90%)1.910×1064.33过热蒸汽(含汽率≥90%)1.929×1064.33

水平反力:

自己拍摄是请有一定拍摄经验和技巧的同事和学生帮助拍摄,只有那种特写、大特写,可以看着手机操作的景别才是自拍。

F=WV+(P-P0)A

(3)

式中,F为排气反力,N;P0为排气出口处环境压力(绝压),MPa。

当排气管出口安装45°,弯头放空时,排气反力与垂直方向呈角度45°此时排出反力将会分解为水平和垂直两个方向的力,其45°弯头放空受力分解见图3。

式中,P为临界压力(绝压),MPa;V为临界流速,m/s;W为介质质量流量,kg/s;A 为排气管流通面积,mm2;h0为安全阀入口滞止气体焓,J/kg;参数a和b值见表1。

  

3 45°弯头放空受力分解图

水平和垂直方向的力分别为:

Fh=F·sinθ

(4)

Fv=F·cosθ

(5)

在某炼厂,某饱和蒸汽管线安全阀开式泄放系统,相关参数见表2,整个管道系统布置见图4。

当安全阀开启时,阀门从关闭到完全打开需要一定的时间t,由于泄放介质量随阀门的开度不断增大而增加,此时排放出口的排放反力也将随时间而变化,一般情况下瞬态的荷载大于静态荷载,静态荷载即泄放介质达到一个稳定的流动状态时的荷载。这种动力放大特性用动载因子DLF来表征,如果考虑瞬时冲击动力效应的排气反力则应为[1]

Fd=F·DLF

(5)

式中,F为排气反力,N;Fd为考虑动力效应的排气反力,N;DLF为动载因子,其范围在1和2之间,与安全阀开启时间及安全阀自身固有频率有关,由于安全阀从全闭到全启的时间一般较难测定,并且在实际生产运行中,安全阀每次起跳后开启的时间都不尽相同,因此在工程计算中,对DLF的取值都偏向于保守,即DLF按上限选取为2。

2 计算实例

式中,F为排气反力,N;Fh为排气反力水平分力,N;Fv 为排气反力竖直分力,N。

 

2 蒸汽系统参数

  

名称蒸汽温度(℃)压力(MPa)质量流量(kg/s)出口管径(mm)壁厚(mm)h0(kJ/kg)参数2504.091687.112799

  

4 蒸汽系统管道布置

首先计算排气弯头出口压力P, 介质为饱和蒸汽,通过表1选取a、b值, A=π×[(168-2×7.11)/2)]2=18563.9mm2,W=9kg/s,h0=2799kJ/kg。

垂直反力:

=0.179 MPa

计算排气弯头出口流速V:

选择2009—2012级全日制护理本科生,共214人。老年护理学课程学时为24学时。2009—2010级110名学生和2011—2012级104名学生之前学习成绩组间无差异(P>0.05)。

=482.7 m/s

环境大气压P0为0.101 MPa,计算排气管出口处的排气反力F:

F=WV+(P-P0)A=9×482.7+(0.179-0.101)×18563.9=5798.7 N

考虑动态放大效应后的排气反力Fd,此处动载因子DLF取2,则排放反力为11597.4N。

在安全阀开启后的稳定流动状态中,排气管出口处的排气反力计算公式[3]

Fh=Fd·sin45°=8200.6 N

代入(1)式得:

Fv=Fd·cos45°=8200.6 N

将上述放空管系在CEASARII中建模,分析应力分布及支架受力情况,在未考虑安全阀排放反力时,由于安全阀出口管道直接排空,末端没有约束,管道可以自由膨胀变形,故出口管二次应力值很低,仅为允许应力值的9.8%。

将两个方向分力加载到CEASARII模型中,由于泄放时产生的反力属于偶然荷载,其应力允许范围可为正常值的1.33倍,尽管如此,泄放反力产生偶然应力也已超出允许范围,在与主管相接处20节点和安全阀出口弯头80节点,其应力值分别到达394.0%和136.7%,偶然应力分布情况见图5。

通过结合本文的分析研究可知,在沥青混凝土路面施工当中,施工机械化的选型配套对于工程整体施工效率以及施工成效具有极为重要的影响作用。本文所选择的沥青混凝土路面施工工程,其在进行施工机械化选型配套时也是坚持以工程实际情况为主,通过充分利用现有工程施工条件,在灵活运用相关计算公式并主动遵循国家各项规定标准要求下,合理配备相应的施工机械,从而在有效控制整体施工成本的基础上,使得工程项目得以保质保量地完成建设。

如图1所示,该线路为全高架车站线路,全线利用高架桥轨道梁结构中的钢筋设置了杂散电流收集网,并在收集网测量端子1 m内设置参比电极,采用杂散电流监测装置负责实现对杂散电流的数据监测,变电所负极通过回流电缆与钢轨相连,全线未设置排流柜。

  

5 添加排放反力的管道应力分布

分析管道的变形趋势图6,可知排放水平方向分力对管道造成的水平位移较大,在竖管上应添加导向支架,保证管道水平方向稳定,并且应尽量靠近集中力作用点即弯头处。添加支架后应力分布情况见图7,最大应力位于出口弯头处,应力值77.6%,已满足规范要求。

3 结语

安全阀在起跳时会产生排放反力,若支架设置不合理会使得管道偶然应力超出标准,发生管道振动较大甚至破坏等不安全状况。应通过计算得出排放反力,在管道应力计算时予以考虑,并根据计算结果调整支架或管道,使管道布置满足规范要求。

  

6 添加排放反力的管道位移趋势

  

7 添加导向支架后的管道应力分布

 

1 ASME B31.1-2016 Power Piping[S]. USA: American Society of Mechanical Engineers,2016.

2 API RP520-2014 Sizing, Selection, and Installation of Pressure-Relieving Devices in Refineries[S]. USA: American Petroleum Institute,2016.

3 唐永进. 压力管道应力分析[M]. 北京: 中国石化出版社, 2003.

其三,完善岗位职责,实行持证上岗制度。根据新形势下油田企业合同管理的需要,进一步制定和完善合同管理人员岗位职责,明确他们的责、权、利,建立竞争机制,对有贡献的合同管理人员给予奖励。坚持持证上岗和年检考核制度,努力做到专职合同管理人员100%持证上岗,增强合同管理人员的责任感。

 
崔世华
《化工设计》 2018年第02期
《化工设计》2018年第02期文献

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