換熱管破裂工況安全閥泄放量的計算潘海敏【摘要】管殼式換熱器換熱管破裂工況下安全閥的泄放量目前并無統(tǒng)一的計算公式，不同的公式計算結(jié)果有時會相差很大，如何選用適合的公式計算換熱管破裂工況下的泄放量是工程設(shè)計的一大難點。本文以國外工藝包提供的數(shù)據(jù)作為參考，針對換熱管破裂時高壓側(cè)介質(zhì)為氣相、液相，低壓側(cè)介質(zhì)分別為氣相和液相四種工況進(jìn)行了計算，并與工藝包提供的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，總結(jié)出基本適用于各種工況下?lián)Q熱管破裂時的計算公式。％Leakagecalculationdoesnothaveofficialformulaunderheatexchangingtubebrokenforthetubeandshellheatexchanger.Sometimestheresultsarewidelydivergentwhenusedifferentformulasandhowtousesuitableformulatocalculatedthequantityofleakageisadifficultpointinengineeringdesign.Takingpracticalprojectprovidedbyabroadfamoussupplier,leakagewascalculatedindifferentconditions.Comparedwiththesedata,formulacouldbeusedinallconditionswascommanded.期刊名稱】《廣州化工》年(卷),期】2015(000)018【總頁數(shù)】3頁(P135-136,182)關(guān)鍵詞】換熱管;泄放量;安全閥作者】潘海敏作者單位】北京石油化工工程有限公司西安分公司，陜西西安710075正文語種】中文【中圖分類】TQ546.5安全閥是現(xiàn)代化工裝置中常用的防止設(shè)備及管道超壓的保護(hù)設(shè)施。原化工部標(biāo)準(zhǔn)《安全閥的設(shè)置和選用》對各種工況下安全閥的泄放量進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。但對于管殼式換熱器換熱管破裂工況下的泄放量，僅給出了高壓側(cè)為液相的泄放量計算公式［1］。王煒等撰寫的論文《管殼式換熱器換熱管破裂工況泄放量的計算》給出了高壓側(cè)是氣相、液相以及兩相三種工況下泄放量的計算公式［2］。尹俊杰等根據(jù)專利商提供的工藝包數(shù)據(jù)對三種工況下的泄放量進(jìn)行了驗證［3］。根據(jù)尹俊杰的論證，王煒等提出的公式與工藝包提供的數(shù)據(jù)有一定的偏差，有些甚至不能滿足要求。鑒于此，筆者根據(jù)國外幾家工程公司內(nèi)部的計算公式對換熱器換熱管破裂時高壓側(cè)為氣相和液相工況再做討論。推薦公式(1)［4］為：式中：W泄放量Y——膨脹系數(shù)(液相值為1,氣相推薦值為0.87)di管子的內(nèi)徑，mmC——流體系數(shù)(推薦值為0.6)△P壓差，barP密度，kg/m3此公式適用于高壓側(cè)是氣相和高壓側(cè)是液相的兩種工況。需要注意的是，如果低壓側(cè)的泄放壓力比臨界壓力小，差壓即為高壓側(cè)的操作壓力減去臨界壓力；如果低壓側(cè)的泄放壓力大于臨界壓力，差壓為高壓側(cè)壓力減去低壓側(cè)的泄放壓力。根據(jù)API-520介紹的公式，臨界壓力PCF為：式中：k—絕熱指數(shù)PH——高壓側(cè)的操作壓力，MPa(G)推薦公式(2)為：式中：a——換熱器的一根傳熱管的內(nèi)截面積的二倍，cm2PH——換熱器高壓側(cè)的操作壓力，MPa(G)T——氣體的泄放溫度，KM——氣體的份子量此公式適合高壓側(cè)是氣相的工況。推薦公式(3)為：式中：a——換熱器的一根傳熱管的內(nèi)截面積的二倍，cm2PH——換熱器高壓側(cè)的操作壓力，MPa(G)S——換熱器高壓側(cè)液體的比重PVC——換熱器破裂處的縮脈壓力，MPa(A)式中：pv——換熱器高壓側(cè)介質(zhì)在操作溫度下蒸汽壓，MPa(A)PC——換熱器高壓側(cè)介質(zhì)的臨界壓力，MPa(A)推薦公式(3)適用于高壓側(cè)是液相的工況。高壓側(cè)氣相低壓側(cè)液相的泄放量計算以尹俊杰等提供的氨合成單元的水冷器為例［3］，卡薩利公司(CASALE)為國內(nèi)某化工企業(yè)提供的2000t/d氨合成的水冷器。此換熱器高壓側(cè)為氨氣，操作壓力13.84MPa(A)，設(shè)計壓力16.2MPa(A)，操作溫度94.2°C,絕熱指數(shù)1.498，壓縮因子1.043。低壓側(cè)為循環(huán)水，操作壓力0.5MPa(A)，設(shè)計壓力0.75MPa(A),換熱管規(guī)格為16mmx2.0mm。按照推薦公式一計算，氣相泄放量為14485kg/h。換熱管破裂后，高壓側(cè)氣體把相應(yīng)低壓側(cè)介質(zhì)排出去，然后再泄放出氣體介質(zhì)。此泄放量下折算為循環(huán)水的泄放量為3799588kg/h。按照推薦公式(2)計算結(jié)果為氣相泄放量15770kg/h，折算為循環(huán)水的泄放量為4136659kg/h?？ㄋ_利提供的數(shù)據(jù)表中泄放量為3799500kg/h。經(jīng)對比，推薦公式⑴與工藝包提供數(shù)據(jù)幾乎一致，推薦公式(2)比工藝包結(jié)果偏大約9%。兩個公式的結(jié)果與工藝包偏差都很小，基本都適用。高壓側(cè)氣相低壓側(cè)氣相的泄放量計算氨合成單元中的氨冷器是典型的高壓側(cè)氣相低壓側(cè)氣相的設(shè)備，管側(cè)是高壓工藝氣，殼側(cè)是低壓的氨氣。根據(jù)尹俊杰等［3］提供的卡薩拉氨合成的案例，討論此工況下?lián)Q熱管破裂時的泄放量。氨合成一級氨冷器管側(cè)操作壓力14.0MPa(A)，設(shè)計壓力16.2MPa(A)，絕熱指數(shù)1.518，壓縮因子1.062，操作溫度29°C。殼側(cè)操作壓力0.42MPa(A)，設(shè)計壓力2.0MPa(A)，操作溫度-0.2°C。換熱管規(guī)格為申25mmx2.5mm換熱管破裂后，高壓氣體進(jìn)入低壓側(cè)，把相應(yīng)體積的低壓氣體排出后，再泄放出高壓氣體。根據(jù)推薦公式(1)的計算結(jié)果，氣相泄放量為44337kg/h，根據(jù)推薦公式(2)的計算結(jié)果，氣相泄放量為48835kg/h?？ㄋ_拉工藝包提供的泄放量為33370kg/h。經(jīng)對比，推薦公式(1)比工藝包結(jié)果大了約30%，推薦公式(3)比工藝包結(jié)果大了約45%。2.1高壓側(cè)液相低壓側(cè)液相的泄放量計算低溫甲醇洗工藝包中貧富甲醇換熱器是典型的高壓側(cè)液相低壓側(cè)也是液相的換熱器，高壓側(cè)介質(zhì)為貧甲醇走管程，殼側(cè)為富甲醇。以林德(linde)為國內(nèi)某企業(yè)提供的工藝包為例，探討該工況下的泄放量。貧富甲醇換熱器管側(cè)操作壓力6.0MPaG,設(shè)計壓力為7.5MPaG,操作溫度為40°C,設(shè)計溫度為-25/100C,液體密度為805kg/m3，分子量為32.19;殼側(cè)操作壓力為1.18MPaG,設(shè)計壓力為4.0MPaG,設(shè)計溫度為-35/50°C,換熱管規(guī)格為甲25mmx2.5mm。換熱管破裂后,高壓側(cè)的液體進(jìn)入低壓側(cè),首先把相應(yīng)體積的低壓介質(zhì)排出去,然后再泄放出液體介質(zhì)。根據(jù)推薦公式(1)，計算結(jié)果為71032kg/h。推薦公式(3)的計算結(jié)果為127437kg/h。林德公司提供的工藝中安全閥的泄放量為63023kg/h。公式(1)比工藝包大了約13%，此公式基本適用。公式(3)比工藝包的結(jié)果大了將近100%，此結(jié)果偏大較多。高壓側(cè)液相低壓側(cè)氣相的泄放量計算以Davy公司為國內(nèi)某企業(yè)提供的丁辛醇工藝包為例，異辛醇加熱器換熱管破裂時高壓側(cè)為液相，低壓側(cè)為氣相。高壓側(cè)走管程，介質(zhì)為異辛醇，操作壓力2.65MPaG,設(shè)計壓力2.8MPaG,泄放溫度42°C;低壓側(cè)的蒸汽操作壓力為1.1MPaG,設(shè)計壓力1.5MPaG。換熱管規(guī)格為甲25mmx2.5mm。換熱管破裂后，高壓氣體進(jìn)入低壓側(cè)，把相應(yīng)體積的低壓氣體排出后，再泄放出高壓液體。根據(jù)推薦公式(1)計算，泄放量為30834kg/h，推薦公式(3)的計算結(jié)果為41545kg/h。對比Dady公司工藝包中安全閥的泄放量29954kg/h，公式(1)大了約3%，公式(3)大了約40%。本文以實際工程為例，參考國外知名專利商提供的工藝包數(shù)據(jù)，計算了換熱管破裂的4種工況。工況1為高壓側(cè)氣相低壓側(cè)液相，工況2為高壓側(cè)氣相低壓側(cè)氣相，工況3為高壓側(cè)液相低壓側(cè)液相以及工況4高壓側(cè)液相低壓側(cè)氣相。對比結(jié)果見表1。通過表1的比較可以看出，推薦公式(1)在4種工況下基本都能能適用，但有些工況會比工藝包提出的數(shù)據(jù)偏大一些。推薦公式(2)適用于高壓側(cè)是氣相的工況，計算結(jié)果比推薦公式(1)還略微偏大。推薦公式(3)適合于高壓側(cè)是液相的場合，但是由于推薦公式(3)需要的數(shù)據(jù)較多，計算起來有一定難度，而且計算結(jié)果比工藝包偏大較多，可以作為公式(1)的參考結(jié)果。如果兩者計算結(jié)果相差不大，都建議采用，如果相差較大，還是推薦使用公式(1)。本文僅對換熱管破裂時高壓側(cè)是氣相與液相幾種工況進(jìn)行了討論。推薦公式(1)在幾種工況下基本都適用，但對于其準(zhǔn)確性，還需要大量驗證才能肯定。對于高壓側(cè)的流體在泄放時是閃蒸的情況，由于工藝包無合適的例子本文沒有進(jìn)行討論。以后的工程設(shè)計中如碰到合適的例子可以進(jìn)行驗證。【相關(guān)文獻(xiàn)】HG/T2057