1緒論

1.1目的

ASME,API以及NFPA提供有大量有關(guān)壓力泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)的資料。然而近

年來，由于許多政府法規(guī)和業(yè)內(nèi)促進(jìn)安全及環(huán)保的努力，導(dǎo)致對壓力泄放系統(tǒng)排

放物的減少和控制越來越重視。此外DIERS的研究，在壓力泄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、

兩相流的影響、泄放閥在該條件下的性能等方面，形成了一個(gè)新的體系?；谏?/p>

述發(fā)展，此時(shí)更需要一個(gè)從化工的角度出發(fā)，對泄放物的處理、和一個(gè)更加容易

的兩相流計(jì)算方法。本書中由CCPS準(zhǔn)備的內(nèi)容能滿足該需求。

木書直接針對有流體力學(xué)和過程管理基礎(chǔ)的過程工程師和專家；目標(biāo)是在選

擇、設(shè)計(jì)可靠的壓力泄放及收集處理系統(tǒng)時(shí)提供指導(dǎo)。該系統(tǒng)能夠防止超壓、收

集或安全地控制排除的有害物質(zhì)。

本書提供了幾個(gè)廣泛應(yīng)用的國家標(biāo)準(zhǔn)的信息。該信息應(yīng)當(dāng)被視為當(dāng)前工業(yè)上

最好的設(shè)計(jì)實(shí)施方案，而非必須遵守的法規(guī)。

1.2范圍

提供了當(dāng)前壓力泄放技術(shù)的背景信息，以及泄放設(shè)備的選擇指南和泄放設(shè)計(jì)

的計(jì)算步驟及相應(yīng)算例。還有用于可壓縮氣體、兩相流和收集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)

算機(jī)程序，包括：

?國家標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)對當(dāng)前壓力泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作的影響

?超壓事故的原因、最危險(xiǎn)場景的選擇和泄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，包括有化

學(xué)反應(yīng)的和高粘度物料的系統(tǒng)

?各種泄放裝置和操作性能特性，包括裝置及相關(guān)管路設(shè)計(jì)的流動(dòng)計(jì)算方

法

?流體特性，包括數(shù)據(jù)來源和混合物的處理方法

?泄放作用力的計(jì)算

?收集處理系統(tǒng)的選擇指南，包括常用設(shè)備，如旋風(fēng)分離器、洗滌塔、淬

熄池、火炬和大氣彌散裝置

?最常見收集處理裝置設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟，包括重力分離器、旋風(fēng)器和噴淋

器

本書并未詳述維護(hù)、操作和測試程序和技術(shù)，但在某些案例中有簡單介紹。

防止或消除超壓，以及優(yōu)良過程安全管理系統(tǒng)的主要組成超出了本書的范圍，包

括緊急控制或緊急停車系統(tǒng)、固有安全設(shè)計(jì)、安全保護(hù)層、燃爆和爆轟的控制以

及其他用于降低緊急超壓事故頻率和危害程度的相關(guān)舉措。

若有潛在危害的物質(zhì)排放到大氣中，則需咨詢相關(guān)環(huán)境衛(wèi)生專家來確定其安

全等級。

1.3設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、法規(guī)及資料來源

聯(lián)邦及地方政府通過EPA（美國環(huán)保署）和OSHA（職業(yè)安全和衛(wèi)生條例）

規(guī)定過程安全和環(huán)境保護(hù)的要求。

ASME通過《鍋爐與壓力容器準(zhǔn)則》

API低壓容器

NFPA可燃液體的NFPA3（）；液化石油氣的NFPA58；燃爆泄放的NFPA68

DIERS用戶群

CEC的JRC

CGA

NB

其他資料見各章后的參考文獻(xiàn)

1.4本書的結(jié)構(gòu)

第一章緒論

第二章泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法概述了壓力泄放技術(shù)（包括術(shù)語和定義）

及設(shè)計(jì)方法，ASME準(zhǔn)則要求及泄放系統(tǒng)的布局。還有超壓原因、最危險(xiǎn)場景的

回顧，容器中汽液相特性分析、泄放量的確定。流體特性和系統(tǒng)特性，流體通過

泄放系統(tǒng)時(shí)的流動(dòng)、泄放系統(tǒng)可靠性。

第三章泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評估計(jì)算包括泄放裝置及相關(guān)管路設(shè)計(jì)評估以及

是否發(fā)生兩相流的計(jì)算方法。提供了流體力學(xué)基木方程，包括兩相流、泄放裝置

管路的計(jì)算。不包括泄放反推力。

第四章收集處理過程和設(shè)備的選擇提供了相關(guān)指南，主要為常見的設(shè)備方

法。將各種設(shè)備列表，指出其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。

第五章泄放物收集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法包括常見類型的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算

過程，重點(diǎn)為重力分離器、旋風(fēng)分離器、淬熄池（包括噴淋器）并提供了算例。

對于洗滌塔、火炬和大氣彌散裝置只提供背景信息。

計(jì)算機(jī)程序CD-ROM上運(yùn)行的程序。CCflow程序族包括：

?TPHEM,計(jì)算管路和噴嘴中兩相流的DOS程序

?COMFLOW,計(jì)算氣體/蒸汽流的DOS程序

?Windows程序，計(jì)算管路和噴嘴中兩相流和氣體/蒸汽流，設(shè)計(jì)評價(jià)泄放

閥，及重力分離器、旋風(fēng)分離器、噴淋器

?Utilities程序，計(jì)算Antoine系數(shù)，壓縮率因子，等端膨脹系數(shù)。后兩可

處理多組分系統(tǒng)

使用說明見CCflow提供的幫助文檔。TPHEM和COMFLOW的使用見第三

章。但以上程序無法確定出泄放量和泄放物的組成。

1.5壓力泄放系統(tǒng)一般性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)熟知：OSHA、EPA等相關(guān)規(guī)定。在遵守的同時(shí),

應(yīng)當(dāng)牢記基本目標(biāo)：保證人身安全并防止設(shè)備及環(huán)境的破壞。企業(yè)內(nèi)部也應(yīng)當(dāng)有

多年自身總結(jié)并結(jié)合他人長處積累起來的過程安全管理原則。

本書中并未詳述的許多重要的過程安全管理技術(shù)可參考《高?；瘜W(xué)品過程安

全管理》等。

1.5.1過程危險(xiǎn)性分析

對于一個(gè)化工過程及相關(guān)設(shè)備，需對其所有引起超壓的可能性進(jìn)行分析，以

確定出最危險(xiǎn)場景，從而建立起泄放及收集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。具體方法已由

CCPS提出。其目的為：找出防止超壓發(fā)生或降低其危害的方法。降低超壓危害

可減小泄放系統(tǒng)的尺寸并簡化設(shè)計(jì)過程。用下列方法可避免或消除超壓事故：

?應(yīng)用固有的安全設(shè)計(jì)如改用危險(xiǎn)性較小的物料，避免極限溫度壓力，

提高設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。

?操作維護(hù)人員培訓(xùn)需有成文的開車、停車、異常及正常狀態(tài)下的操作

維護(hù)程序，并且經(jīng)常更新、定期檢查，恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)督管理及培訓(xùn)課程。

?過程安全審查獨(dú)立于設(shè)計(jì)的審核能夠提供額外的安全保障。對于初始

設(shè)計(jì)的審核應(yīng)包括設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的選擇及最終機(jī)械設(shè)計(jì)。對于現(xiàn)存過程單

元，應(yīng)當(dāng)定期地審核當(dāng)前狀況，可能的機(jī)械變化，可能引起事故的操作

記錄，然后審核該系統(tǒng)是否仍然有效。

?強(qiáng)力有效的過程控制和緊急停車系統(tǒng)近些年來，用來降低超壓事故發(fā)

生頻率和危害程度的儀器的應(yīng)用呈增加趨勢，尤其在歐洲。通常，高完

整度的儀器系統(tǒng)配合機(jī)械泄放裝置能夠從總體上提高系統(tǒng)的可靠性，也

可直接用作容器的排空或泄壓。該儀器系統(tǒng)通常獨(dú)立于一般過程控制設(shè)

備，具有高可靠性，需要詳細(xì)的危險(xiǎn)性分析來確認(rèn)起因，后果，超壓事

故頻度，也需要定期的操作測試程序和嚴(yán)密的監(jiān)管。

若某事故的可能性可降低至一定程度，便可認(rèn)為其不合理，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的選

擇過程中不予以考慮。

1.5.2過程安全信息

必須留有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和泄放系統(tǒng)的所有資料以備檢查，并定期更新，包括：超

壓事故及被保護(hù)容器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)確定及說明，最小流量；泄放裝置的規(guī)格說明；

重要操作參數(shù)如流量，設(shè)定壓力，泄放物；檢查，測試，維護(hù)機(jī)理。見CCPS(1995)O

1.5.3設(shè)計(jì)過程中存在的問題

盡管設(shè)計(jì)過程中存在許多不確定因素，但可根據(jù)現(xiàn)有資料和技術(shù)設(shè)計(jì)出有效

的泄放及收集處理系統(tǒng)。設(shè)計(jì)人員需清楚這些不確定因素，并在處理高危物料時(shí)

有備用方案，必要時(shí)咨詢專家。關(guān)鍵應(yīng)用需有實(shí)驗(yàn)確認(rèn)或大規(guī)模測試。

各物性及操作參數(shù)在泄放過程中的變化使設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，故傾向于用計(jì)算機(jī)

模擬，如DIERS用戶群提供的SAFIRE,SuperChemso

緊急泄放條件下泄放設(shè)計(jì)及性能預(yù)測的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是很有限的。如旋風(fēng)

分離器中，揮發(fā)性汽液兩相混合物高速進(jìn)料。

處理含有大量不凝氣的淬熄池設(shè)計(jì)也有不確定因素，需有二次處理裝置。還

有處理蒸汽、液相混合物的噴淋器。

2泄放設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法

本章包含了泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)和操作的綜合背景信息，可作為第三章定量設(shè)計(jì)的

導(dǎo)言。

遵守適用的章程，規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)和慣例是本書的重點(diǎn)。目標(biāo)不僅是遵守而是人

員保護(hù)和損失預(yù)防。

壓力池放設(shè)計(jì)技術(shù)僅為有效過程安全管理的一部分，適當(dāng)?shù)臏y試，維護(hù)及有

效的變更管理也同樣重要。同樣對現(xiàn)存設(shè)備的審核也可解釋出設(shè)計(jì)的漏洞。

2.1技術(shù)的局限

必須清楚緊急泄放技術(shù)適用于壓升均一且速率可測的情況，而對于壓力生成

過程從一點(diǎn)開始傳播的情況（如可燃蒸汽的點(diǎn)燃或沿著液相傳播的失控反應(yīng)），

卻不適用。此外，即使對于非傳播的情況，計(jì)算泄放面積往往也會(huì)大到不切實(shí)際。

在最低泄放壓力下壓升速率過大時(shí)（如高沸點(diǎn)物質(zhì)的失控反應(yīng)），也會(huì)出現(xiàn)司樣

的問題。

燃爆和其他傳播的情況見NFPA68等版物。

2.2壓力泄放的一般方法

泄放的目標(biāo)是提供一個(gè)通道，使壓力積累不致超過最大許用壓力。通常為最

后一道防線，與其他裝置操作的正確與否無關(guān)，故應(yīng)為自我驅(qū)動(dòng)裝置。

2.2.1壓力泄放機(jī)理

容器內(nèi)物質(zhì)的體積增大導(dǎo)致壓力增大，通常由進(jìn)料量過大、熱膨脹、熱輸入

（外部熱源或自熱）導(dǎo)致的汽化、反應(yīng)生成的氣體。若沒有安全限制，壓力升高

可最終導(dǎo)致容器破裂；反之，物料或熱量的移除會(huì)產(chǎn)生真空，使容器塌陷。

緊急泄壓系統(tǒng)在特定壓力下泄放。泄放速率需大于壓升速率。還需考慮真空

的情況。

緊急泄壓一般為非穩(wěn)態(tài)過程，用最危險(xiǎn)瞬間來進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法得到最危險(xiǎn)瞬

間的情況下，用隨時(shí)間的變化圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于穩(wěn)態(tài)過程，該圖同樣有用。

2.2.2設(shè)計(jì)方法

以下步驟均假設(shè)：在泄放及收集處理裝置設(shè)計(jì)項(xiàng)目啟動(dòng)之前，固有安全設(shè)計(jì)

已得到了足夠的重視，包括反應(yīng)、流程及條件的選擇。

1.找出可能的超壓緊急事故，確定出合理的最危險(xiǎn)場景及相應(yīng)的工況條

件。同樣，確定出收集處理系統(tǒng)的最危險(xiǎn)狀況，考慮所有泄放場景的收

集處理需求以保證能夠應(yīng)對所有狀況。

2.獲取泄放條件下物料的物性、熱及反應(yīng)參數(shù)。

3.記錄并分析泄放條件下物料的表現(xiàn)，得出每個(gè)場景的泄放需求，必須包

括：液相發(fā)泡、兩相或單相流、蒸汽和不凝氣冷凝效果的差異、化學(xué)反

應(yīng)、泄放位置（高于、低于液面或介于兩相之間）。

4.選擇恰當(dāng)?shù)男狗叛b置類型，尺寸及相關(guān)管路。

5.確定出各部件的反作用力載荷，保證設(shè)各的機(jī)械完整性。

6.選擇恰當(dāng)?shù)氖占幚矸椒ǎ_定出設(shè)備中流動(dòng)設(shè)計(jì)值。然后根據(jù)第四、

五章的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7.此時(shí)最好進(jìn)行審核。

8.備案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，參見2.3.1

9.保證正確安裝。

10.確保在線、離線測試及維護(hù)程序的執(zhí)行。

設(shè)計(jì)計(jì)算有簡單的公式也有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序，過程可能為重復(fù)性的。

2.2.3壓力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的局限

本書所涉及到的泄放系統(tǒng)都為均勻由壓升驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，不適用于以下類型：

?最低泄放壓力下反應(yīng)速率極高（所需泄放面積過大）?？蓱?yīng)用有效且可靠

度高的儀器設(shè)備來降低溫度失控的可能性、減少儲(chǔ)熱或引導(dǎo)爆炸力的釋

放。

?從熱源傳播的反應(yīng)。因?yàn)槠鋫鞑ニ俣忍煲灾劣谛狗挪患皶r(shí)。若傳播速度

超過音速（爆轟），壓力波會(huì)早于壓力信號到達(dá)泄放裝置。遇到這種情況

可參考上一條。

在壓力升高之前反應(yīng)速率加速到不可控。如高沸點(diǎn)反應(yīng)混合物，或在沸點(diǎn)

之下分解的物質(zhì)，同樣參考第一條。

?低沸點(diǎn)液相與高沸點(diǎn)流體的混合。缺少沸騰核的情況下容易導(dǎo)致過熱，然

后迅速減熱。唯一的手段就是防止其發(fā)生。

?產(chǎn)生過高壁溫，即使泄放系統(tǒng)將壓力保持在設(shè)定水平。典型的預(yù)防手段為

通過高級火災(zāi)控制系統(tǒng)減少爆炸時(shí)間，通過保溫層降低加熱速率，噴水冷

卻。

以上多數(shù)傳播速度都非?？?，屬于泄爆而非泄壓。

2.2.4泄放結(jié)果

泄放事件并不常見，引發(fā)的事故卻是毀滅性的，因此在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)當(dāng)仔

細(xì)謹(jǐn)慎，除非泄放結(jié)果不會(huì)引發(fā)額外的災(zāi)害。

2.3規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和指南

2.3.1USA主要文件

?OSHA中的危險(xiǎn)品部分

?ASME《鍋爐和壓力容器規(guī)范》中個(gè)相關(guān)部分

?API中的RP52O、521、526、527及Std.2000

?ISO中的ISO-4126、ISO-6718

?NB中的NB-18

?NFPA中的NFPA30和NFPA58

2.3.2一般性條款

最大許用累積壓力表2.3-1

設(shè)定壓力圖2.3-1,2.3-2,表2.3-2；影響因素：溫度、背壓、靜壓等，見

表2.3-3o

2.3.3系統(tǒng)自身保護(hù)設(shè)計(jì)

ASMECodeCase2211規(guī)定，若可確信容器的最大許用工作壓力大于最高壓

力，可不用泄放裝置，但需有負(fù)責(zé)人的簽名備案。

系統(tǒng)自身保護(hù)設(shè)計(jì)比泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)有更好的技術(shù)基礎(chǔ)，前者屬正常工況條件

而后者的條件幾乎未知。

2.4泄放裝置類型及其操作

可通過國家標(biāo)準(zhǔn)和制造商提供的資料來了解泄放裝置的設(shè)計(jì)、安裝、操作等

信息，單獨(dú)或組合使用的優(yōu)劣勢。

2.4.1術(shù)語見Glossary

2.4.2泄壓閥

常見的類型有：彈簧式壓力驅(qū)動(dòng)型（泄氣閥和泄液閥），液控壓力驅(qū)動(dòng)型，

溫度驅(qū)動(dòng)型和功率驅(qū)動(dòng)型。

溫度驅(qū)動(dòng)型有明顯區(qū)別于壓力驅(qū)動(dòng)型的優(yōu)勢，一般用于控制。

2.4.2.1安全閥類型

有傳統(tǒng)型和底部平衡型見圖2.4-1和2.4-2

2A.2.2安全閥穩(wěn)定性

入口損失、尾管壓力降、流動(dòng)限制、裕度

P34~P40

2A.2.3安全閥規(guī)格

2A.2.4安全閥特性

2.4.3爆破片裝置

石墨型爆破片：防腐，不需卡持器，不同廠家、不同模型的操作余度不同，

產(chǎn)生碎片，可設(shè)置不同的雙向爆破壓力。

常規(guī)張力負(fù)荷型：金屬薄片制成，需專門卡持器，操作余度要求高，產(chǎn)生碎

片，不適用于小型低壓的情況，不能承受真空。

復(fù)合型：在劃痕和打孔的金屬層之間有氟燒密封層，適于低壓，專門卡持器,

對真空敏感。

反向作用型：由相對較厚的金屬層制成，特殊劃痕防止碎片產(chǎn)生，操作余度

要求最低，專門卡持器，不需真空支持，常用于可壓縮流體和液體。

帶刀片的反向作用型：更厚的金屬制成，在制造商的推薦下使用，不適用于

液體或低壓縮性的情況，其他同上。

具體參數(shù)見表243

2.4.4組合裝置

典型的組合見圖2.5-la,適用于腐蝕性液體。流量需乘以系數(shù)。對于串聯(lián)中

間管路的處理，見263：并聯(lián)的單獨(dú)處理，壓力降見2.5.5。

2.4.5混合型一次性開口裝置

Buckling-pindevices

Breakingpin/sbearpindevices

Fusible-linkdevices

2.4.6混合型低壓裝置

見圖2.4-7

2.4.7混合型泄放系統(tǒng)部件

用于監(jiān)控和維護(hù)的目的

切斷閥：鎖定或密封的開通狀態(tài)，專人閉合，用專門的三通閥代替時(shí)可不受限。

放壓系統(tǒng)：防止串聯(lián)裝置間的壓力積累。

非放壓裝置

通風(fēng)豎管

擋板

消音裝置

2.4.8泄壓裝置的選擇

見圖2.4-8

2.4.8.1各裝置的優(yōu)缺點(diǎn)：

?彈簧型：可重新閉合，但不適于外部火源的情形；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采購和維護(hù)

成本高，尤其防腐型的；低可靠性，用于可壓縮流體時(shí)需要尺寸較

大的管路；有背壓的情況下，需加強(qiáng)對平衡部分的維護(hù)。

?引導(dǎo)閥：可用來克服彈簧型泄放閥對管路設(shè)計(jì)的限制，一般不需背壓補(bǔ)償;

可用pressure-sensingline來減小入口摩擦；其主要特性可根據(jù)需要

進(jìn)行調(diào)整；但其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，溫度極限低，尺寸越小成本越高；

對pressuesensingline的要求高，需要過濾裝置，不得用于有污垢

的流體，如可聚合液體。

?爆破片：最常見的一次性開口裝置；其優(yōu)點(diǎn)為：持續(xù)開口，壓力降到最低

（連續(xù)爆炸、高溫的情況尤其重要）；結(jié)構(gòu)簡單，低維護(hù)、更換費(fèi)

用；Bubble-tight密封；低防腐成本；高泄放能力，對于管路沒有

限制；其缺點(diǎn)為：泄放過多；易疲勞；安裝過程需小心謹(jǐn)慎以防止

機(jī)械損傷；大多需要專門的卡持器；方向易裝反；爆破壓力對溫度

敏感；低操作余度時(shí)需特殊類型。

?彎桿型：一般優(yōu)缺點(diǎn)與爆破片一樣，但跟爆破片相比其優(yōu)點(diǎn)為壓力傳感裝

置在外部，遠(yuǎn)離溫度和腐蝕環(huán)境，更換不需要打開管路，但增加了

復(fù)雜性。

?組合型：在結(jié)合各裝置優(yōu)點(diǎn)、提高可靠性的同時(shí)，增加了復(fù)雜性。

2.4.8.2用于兩相流的閥

ASME說明了泄氣閥和泄液閥，但沒有說明兩相流的情況。見表2.4-5。

一般情況下，易發(fā)生氣阻時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)的，否則用液相的。

2.5泄放系統(tǒng)的布局

2.5.1總體要求

2.5.2泄壓閥

2.5.3爆破片

以上3部分均為ASMEBPVC相關(guān)章節(jié)截取

2.5.4低壓裝置

低于15psig,便超出了ASME的范圍。需考慮管路阻力和超壓對泄放表面

系數(shù)的影響。一般低壓裝置不用于液相，故缺少液相流量數(shù)據(jù)。沒有溢流裝置的

情況下，需注意靜壓的積累；有溢流裝置的話，則需防止虹吸或真空產(chǎn)生的裝置。

超過15psig的儲(chǔ)罐需設(shè)有泄液閥，該閥同時(shí)也保護(hù)其他容器時(shí)應(yīng)設(shè)置為1.1

倍的MAWPo

2.5.5串/并聯(lián)裝置

2.5.5.1準(zhǔn)貝IJ

ASMEBPVC相關(guān)章節(jié)截取

2.5.5.2安裝

爆破片■安全閥組合裝置：緊耦合，爆破片需為無碎片型，安全閥的設(shè)定壓

力需小等于爆破片的爆破壓力。

爆破片和安全閥管路中串聯(lián)：推薦使用無碎片型爆破片，否則需安裝碎片收

集器，但不是百分百有效。因裝置間有相當(dāng)空間，故設(shè)定壓力間的關(guān)系沒有前者

重要。

爆破片串聯(lián)：用于較激烈的條件，緊急情況下提供更大的泄放量，中間需設(shè)

有放空裝置，設(shè)定壓力差需考慮沖擊載荷及接管的特性，直管時(shí)出別設(shè)為2倍，

隨著彎頭的增加，可降低差別，但小于1.4倍時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致失效。若兩個(gè)爆破片

需同時(shí)爆破，下游爆破片的爆破壓力不得高于上游的，以保證完全開口。

并聯(lián)裝置：一般地，爆破片裝置是并聯(lián)的，分別安裝到獨(dú)立的容器開口，避

免相互干擾。

2.553放空系統(tǒng)

防止串聯(lián)裝置間的壓力積累，通?？蓹z測泄漏。如圖2.5-1三種典型系統(tǒng)：

第一種簡單，最常見；第二種可檢測到泄漏，但經(jīng)常處于空閑狀態(tài)，需經(jīng)常

測試；第三種不需測試，能否檢測到泄漏取決于設(shè)計(jì)。

2.5.6總管系統(tǒng)

用來收集與壓力泄放水平和流體特性一致的泄放系統(tǒng)所泄放出的物質(zhì)。為防

止過高背壓作用于低壓裝置，可使用較大尺寸，但若尺寸過大，則容易導(dǎo)致失效

甚至是回流，為與壓力水平不一致；物料的混合會(huì)導(dǎo)致超壓事故，為與流體特性

不一致。見5.3。

2.5.7機(jī)械完整性

管路需有靜壓和動(dòng)態(tài)載荷支撐，且在受熱情況下能夠自由膨脹。泄放裝置不

得承擔(dān)管路的載荷。需考慮靜載荷、反作用力、溫度的變化。管路通常通過一個(gè)

可彎曲的杠桿來消除反作用力，其設(shè)計(jì)需要相關(guān)專家，見3.7。

2.5.8物料選擇

具體參見5.3.4。特別注意泄放低沸點(diǎn)物質(zhì)時(shí)，溫度可降至低于周圍溫度。

再三檢查所用結(jié)構(gòu)材料與焊接材料/方式，以及樹脂粘合劑與石墨部件的合適程

度。

2.5.9排液、防凍措施

泄放裝置和排放管的低點(diǎn)需要設(shè)置有排液口以防止因泄漏、回流或冷凝等原

因?qū)е碌奈锪戏e累，見2.5.2準(zhǔn)則部分。排液管內(nèi)的應(yīng)當(dāng)流動(dòng)自由，無凹槽等。

其最小斜度取決于管徑、管長、材料等，見5.3.5。此外，應(yīng)排放至安全地帶。

若流體在常溫下固化，則需對其間管路進(jìn)行加熱，且最好以緊耦合的方式盡

量使溫度與過程溫度保持一致，否則需高可靠度的伴熱管或夾套，同時(shí)對其進(jìn)行

監(jiān)測，熱損失應(yīng)當(dāng)及時(shí)處理（沒有泄露時(shí)除外）。通常泄放過程的高流速不會(huì)產(chǎn)

生固化，緩慢的泄放見不然。加熱裝置在泄放后需清洗和維護(hù)。最后，需要有效

的檢查和維護(hù)程序來保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.5.10噪音

泄放動(dòng)作不頻繁且遠(yuǎn)離人員，故一般不考慮其噪聲問題；如若需要，可用消

聲器，具體參數(shù)咨詢制造商。

2.6設(shè)計(jì)流程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

一般來說，設(shè)計(jì)過程中需要確定出幾個(gè)不同的泄放流速：

?最小泄放量：最大設(shè)計(jì)超壓下，防止壓力再升高的泄放量。通過緊急泄

放場景下的泄放行為分析得到。

?實(shí)際泄放量：指定泄放條件下，通過裝置合格測試或其他準(zhǔn)則提供的流

動(dòng)參數(shù)計(jì)算得到。沒有相關(guān)準(zhǔn)則時(shí)，參考制造商提供的校

準(zhǔn)數(shù)據(jù)或等價(jià)數(shù)據(jù)。

?最大估算流速：指定泄放條件下，通過裝置合格測試或其他準(zhǔn)則提供的

流動(dòng)參數(shù)計(jì)算得到，但小包括準(zhǔn)則強(qiáng)制的安全系數(shù)。若相

關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所得流速太低，可制造商提供的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)

黨。沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)同上。該數(shù)據(jù)用作收集處理系統(tǒng)的流

速。

后兩者取決于泄放裝置的類型和相關(guān)管路。以下為各種裝置應(yīng)用的一般框

架，具體計(jì)算過程見第三章。

安全閥：實(shí)際泄放量用流動(dòng)面積和按照標(biāo)準(zhǔn)測試所得到的排放系數(shù)來計(jì)算，

要大于最小泄放量。超壓10%下的流速用作閥入口（及常規(guī)閥的出口）管路的設(shè)

計(jì)。流動(dòng)阻力需小到可被系統(tǒng)流動(dòng)計(jì)算忽略。最大估算流速的計(jì)算可通過忽略相

關(guān)管路的流動(dòng)阻力來簡化，得到保守的值。最大設(shè)計(jì)壓力下的流速可用作收集處

理系統(tǒng)的最大流速。超壓10%下的流速代替實(shí)際泄放量來獲取管路設(shè)計(jì)的一個(gè)更

力口保守的基礎(chǔ)。

爆破片：用管路流動(dòng)模型及測試所得KR值，并乘以0.9,來計(jì)算實(shí)際泄放量,

見365.2。最大估算流速的計(jì)算中若沒有KR值，咨詢制造商，省略安全系數(shù)0.9。

混合裝置：用標(biāo)準(zhǔn)中的噴嘴流動(dòng)方程和默認(rèn)的（或測試所得）系數(shù)來計(jì)算泄

放量的最大值，忽略的實(shí)際管路的阻力。最大估算流速通常由制造商的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

（或等價(jià)數(shù)據(jù)）來計(jì)算，而非測試結(jié)果。需考慮管路的阻力，故其低于實(shí)際泄放

量，但不小于最小泄放量。沒有標(biāo)準(zhǔn)涉及的裝置使用制造商的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

兩相流計(jì)算：用均相平衡模型（HEM）,適用于流程大于100至I]130mm的

噴嘴和管路。流程越短流速越高。DIERS驗(yàn)證了滑流模型，在少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)范

圍內(nèi)較HEM好，還需更大范圍的驗(yàn)證。

2.6.1泄氣閥

流動(dòng)面積和排放系數(shù)、兩相流、入口壓力、10%超壓時(shí)的泄放量、最大估算

流速的確定方法或參數(shù)來源。

亞音速流動(dòng)：沒有發(fā)生氣阻的情況下，問題會(huì)變得復(fù)雜。首先，安全閥變得

不可靠；其次，測定的系數(shù)會(huì)變得不準(zhǔn)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)有估算系數(shù)的方法，沒有的

情況下用液體排放系數(shù)代替。

2.6.2泄液閥

應(yīng)為檢測的液體閥芯或引導(dǎo)閥。

263-2.6.6分別為低壓裝置、爆破片、組合裝置及混合型裝置個(gè)參數(shù)的確定，

2.7場景的選擇

見4.1,泄放系統(tǒng)只做前兩步：DHAZOPS,確定超壓事故，排除不合理的;

2）找出泄放系統(tǒng)及收集處理系統(tǒng)的最危險(xiǎn)場景。然后盡量降低事故的頻率和嚴(yán)

重程度。

列出可能造成超壓的事故：

?起因（水、電、蒸氣、制冷等無法啟動(dòng)，過熱，堵塞，控制元件失效，閥

失效或誤操作，泵誤操作，攪拌器失效，操作偏差，結(jié)構(gòu)失效，換熱器管

路失效，操作錯(cuò)誤，測量或加載錯(cuò)誤，火源，周圍溫度變化，可燃液體溢

濺等）

?后果（反應(yīng)失控，高壓流體流入低壓艙室，過高體積流量或膨脹，蒸汽壓

升高，過高靜壓頭，易揮發(fā)液體溶如高溫物料，可燃物質(zhì)引燃，冷凝能力

降低）

但泄放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)場景與收集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)場景不同。如蒸氣泄放所需的

泄放面積要大于純液相或兩相流的泄放面積，然而后者需要相應(yīng)的處理系統(tǒng)，此

時(shí)的場景便可能小同。收集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)場景需要隨時(shí)間的變化圖，而泄放系

統(tǒng)不需要。該圖可由SAFIRE或SuperChems軟件提供。

2.8流體性質(zhì)和系統(tǒng)特性

設(shè)計(jì)過程中需要流體在不同條件下的各種物性數(shù)據(jù)，通過混合定律估算出的

混合物的物性數(shù)據(jù)是可行的。某些模擬軟件所用的是更高級的估算方法。

若超壓發(fā)展時(shí)間大于15s,可近似看做容器內(nèi)達(dá)到相平衡。某些過熱現(xiàn)象是

極具破壞性的：如揮發(fā)性液態(tài)加入到與其不互溶的高溫流體中時(shí)\或揮發(fā)性液體

被加熱到其臨界溫度的89%o

涉及化學(xué)反應(yīng)的場景最復(fù)雜，不論是在數(shù)據(jù)的獲取還是設(shè)計(jì)方面。一般有兩

種方式：數(shù)值模擬或通過小試觀察反應(yīng)的失控特性。然而在失控條件范圍內(nèi)的物

性及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)很難獲得，故后者成為首次設(shè)計(jì)常用的方法。每個(gè)場景都需要測

試，各種假設(shè)會(huì)使結(jié)果偏大。該技術(shù)發(fā)展飛速，一旦數(shù)據(jù)庫建立，計(jì)算機(jī)模擬會(huì)

變得相當(dāng)方便。

2.8.5.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模理的建立

2.853失控反應(yīng)測試系統(tǒng)

有兩種方式：1）通過計(jì)算機(jī)模擬選擇場景進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)（需要測定所有的

物性、動(dòng)力學(xué)及熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)）；2）通過失控測試直接設(shè)計(jì)（專用小試設(shè)備）。

前者非木書范圍。ARC,VSP2,RSST,APTAC,PHI-TEC,DEWAR

CALORIMETRY,DSC&DTA,RC,Cariustube等簡介。

2.8.6混合流體特性

泄放物流體聚集狀態(tài)，腐蝕性，污垢，聚合性，固體懸浮物，冷凍/固化，

發(fā)泡性，毒害性。

2.9容器內(nèi)流體特性

必須有容器內(nèi)流體的動(dòng)力學(xué)特性才能確定最小泄放速率或某速率下系統(tǒng)的

狀態(tài)。

2.9.1化學(xué)反應(yīng)

組分的改變引起物性的變化，揮發(fā)性的改變引起壓力的變化，放/吸熱引起

溫度的變化，反應(yīng)速率對溫度的指數(shù)性影響導(dǎo)致反應(yīng)的加劇。以上四點(diǎn)使設(shè)計(jì)復(fù)

雜化。

2.9.2兩相流

底部泄放有排空速度快、計(jì)算簡單的優(yōu)點(diǎn)，但一般均假設(shè)為頂部泄放，且在

沸騰或氣相擴(kuò)散至液相時(shí)，會(huì)發(fā)生兩相流，其后果取決于發(fā)生的時(shí)刻：1）若在

壓升之前，則必須考慮：2）若在壓升之后，只在收集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮。

產(chǎn)生兩相流只有兩種機(jī)理：氣體掃帶出液滴或液和內(nèi)部有相當(dāng)?shù)臍馀莘e累。

前者影響不大（除了外部火源引起的大氣泄放），后者會(huì)直接影響到最小泄放量

和某泄放系統(tǒng)的流量。DIERS提供了檢查瞬間沸騰狀態(tài)的方法。一般來說，產(chǎn)

生后者的情況有：氣泡均勻生成（相對于沿壁面生成，細(xì)長管中除外）的情形；

有發(fā)泡性的液體；高粘度液體。對于不發(fā)泡或低粘度液態(tài)（如水），考慮一下兩

種情況：1）劇烈沸騰，氣泡快速生成，結(jié)合，破裂（似水液體），低于33%時(shí)視

為全部氣相泄放；2）氣泡穩(wěn)定，上升速度較慢（中等粘度液體），在低于17%

時(shí)為全氣相泄放。沿壁面產(chǎn)生氣泡的技術(shù)不健全。

2.10泄放系統(tǒng)內(nèi)流體流動(dòng)

流動(dòng)計(jì)算方法可用于設(shè)計(jì)泄放系統(tǒng)（設(shè)計(jì)模式）或用于確定某泄放系統(tǒng)的流

速（評估模式），后者用于確定收集處理系統(tǒng)的載荷。流體可能為單相或多相，

蒸氣或不凝氣或都有。

2.10.1兩相流發(fā)生的情形

原本就有兩相或液相中產(chǎn)生氣體或全氣相中產(chǎn)生液體。

2.10.2可壓縮流動(dòng)

因壓力降低導(dǎo)致流體膨脹，動(dòng)量增大，流速達(dá)到最大，發(fā)生氣阻現(xiàn)象。不可

壓縮流體是因流動(dòng)面積的變化導(dǎo)致動(dòng)量變化。

氣相絕熱流動(dòng)氣阻現(xiàn)象見圖2.10-1,兩相流見圖2.10-2。蒸氣比不凝氣更易

氣阻；單氣相比氣相部分全為不凝氣的兩相流更易氣阻；相同壓力下，蒸氣的氣

阻流速低于不凝氣的。各種液體的兩相流圖見3B.4.2.3

若臨界壓力大于出口壓力，則流速會(huì)達(dá)到最大，即發(fā)生氣阻；反之，出口壓

力為背壓。

2.10.3停滯壓力與臨界壓力比

傳統(tǒng)的公式從零入口速度開始，用等端過程進(jìn)行推導(dǎo)；本公式不考慮非零的

入口速度，雖然簡化了，但是需確定相應(yīng)的入口玉力。有兩種方法：1）用容器

壓力，假設(shè)速度趨于零，廣泛應(yīng)用于確定安放泄放能力的工程計(jì)算中；2）用理

論計(jì)算值，用零入口速度的等燧過程得出。兩者的區(qū)別在于摩擦損失，一般應(yīng)小

于表壓的3%。另一個(gè)方法用臨界壓力比。

2.10.4收集處理系統(tǒng)的流速

由工況條件和泄放系統(tǒng)確定，其最危險(xiǎn)場景不一定與泄放系統(tǒng)的一致，見

2.6的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)部分。用第三章方法得到的最大估算流速可用于收集處理系統(tǒng)的

設(shè)計(jì)。見3.6

2.11泄放系統(tǒng)的可靠性

2.11.1泄放裝置可靠性

可靠性數(shù)據(jù)有兩種：壓力設(shè)定值與實(shí)際值間的差異，操作失靈。

2.11.2系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)整體的可靠性取決于泄放裝置及其附件的數(shù)量、類型，以及安裝維護(hù)的

完整，性。

兩個(gè)安全閥并聯(lián)使用能使危害率降低兩個(gè)數(shù)量級以上，而爆破片（定期更換）

能至少降低三個(gè)數(shù)量級。

附錄2B物性混合規(guī)則

涉及等壓熱容，比容，分子量，粘度，表面張力，等端膨脹系數(shù)。

3泄放系統(tǒng)設(shè)計(jì)及評估計(jì)算

3.1導(dǎo)言

本章的計(jì)算用于：確定最小泄放速率和泄放面積（設(shè)計(jì)）和確定泄放及收集

處理系統(tǒng)在泄放條件下的流動(dòng)狀況（評估）。泄放能力的計(jì)算易低估泄放物速率,

故使用2.6中所提到的方法。各種系統(tǒng)的泄放要求計(jì)算見圖3.1-1；泄放系統(tǒng)的設(shè)

計(jì)和評估見圖3.1-2。所需背景信息資料見P⑵所列。

3.2容器泄放背景

假設(shè)溫度、壓力、相組成分布均勻。

4收集處理裝置的選擇

本章目標(biāo)為：1）確定是否可以直接泄放到大氣，通常需要安全、衛(wèi)生、環(huán)

境等方面的專家；2）選擇適當(dāng)?shù)氖占幚砑夹g(shù)，設(shè)計(jì)方法見第五章；3）各種收

集處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)；4）確定是否需要實(shí)驗(yàn)支持。

氣相通常直接通過煙道或火炬排放到大氣；液相通常是回收后再利用，但有

時(shí)候也焚燒或排放。各種收集處理方法還可參見API521,但其重點(diǎn)是過程裝置

如緩沖罐、密封罐、火炬或煙道等。本章的重點(diǎn)為裝置的類型：

?氣液分離器：重力分離器（水平或垂直的），葉片沖擊式分離器（作為次

級分離器或其他類型分離器的一部分），旋風(fēng)分離器；

?洗滌塔，通過吸收或逆向流動(dòng)的中和試劑選擇性取出有害組分；

?淬熄池，用于冷卻，冷凝，中和或收集與液混合物或難處理的物質(zhì)如仍

在反應(yīng)的泄放物；

?煙道，排放氣相物質(zhì)到大氣；

?火炬，處理有害氣體或蒸汽。

以下各裝置的應(yīng)用因過高的泄放瞬時(shí)速率而受到限制，但會(huì)非常適合某些特

殊情況，本書中沒有詳細(xì)介紹。

?洗滌塔或填料塔，用于移除夾帶的水滴，除非結(jié)合有吸收或冷凝的功能;

?表面冷凝器，用于冷卻、冷凝；

?噴淋塔，用于蒸汽冷凝，洗滌塔的預(yù)處理；

?吸收塔，選擇性移除有害物質(zhì)；

?焚燒爐或水泥窯，有效處理氣相或液相泄放廢棄物，但需控制泄放速率,

且泄放物可能需要后處理。

4.1一般方法

確定是否需要回收系統(tǒng)以及選擇適合的收集處理系統(tǒng)包括以下基本步驟：

1.回顧，定義，備份所有的壓力泄放系統(tǒng)及泄放場景；

2.估算泄放出的有害物質(zhì)的流率和流量；

3.評仙有害物質(zhì)的特性，確定排入人氣中的最人量或可接受的地表濃發(fā)，

考慮引起火災(zāi)或爆炸的可能性或?qū)θ松?、環(huán)境的影響；

4.選擇處理手段或裝置以限制排放量、地表濃度滿足步驟3中的要求；

5.設(shè)計(jì)裝置及相關(guān)儀器以滿足步驟3中的要求。

前.3步見第一、二、三章，第4步為本章內(nèi)容，第5步見第五章。

一般性設(shè)計(jì)流程，圖4-1,為總體評估過程，有助于方法和裝置的選擇。表

4.2到4.16列出了各裝置類型的優(yōu)缺點(diǎn)。選擇過程需考慮：

?基于毒性、引起火災(zāi)或爆炸的可能性、氣味或腐蝕等對公眾的影響及對

環(huán)境的危害性，確定可安全排放至大氣的最大量或地表安全濃度的最大

值；

?泄放物的狀態(tài)，是否為高粘度或高發(fā)泡性；

?氣候，包括風(fēng)向、頻度、風(fēng)速以及冬夏的極端溫度；

?車間的布局，包括人員聚集區(qū)如辦公室、實(shí)驗(yàn)室、總控室等，以及排水

系統(tǒng)的流動(dòng)方向；

?整體地理及地形條件，包括山脈、建筑物、高速公路、居民社區(qū)、學(xué)校、

機(jī)場、鐵路及各種潛在點(diǎn)火源；

?物料的化學(xué)及物理性質(zhì)，特別是易結(jié)冰、結(jié)污、堵塞的性質(zhì)；

?資金及運(yùn)作成本；

?設(shè)備的尺寸及各種預(yù)留空間的要求。

4.2裝置的選擇

最終選定的裝置及技術(shù)需滿足所有的泄放場景。設(shè)計(jì)信息清單見表4.1。

4.3確定可安全排入大氣的物質(zhì)

首先確定出可接受的地表濃度或可排入大氣的最大量，通常作為泄放的結(jié)果

分析。可燃液體，即使通過火炬，也不得排入大氣。大量揮發(fā)性液體排放的的危

害性很高。該過程是重復(fù)性的，見CCPS,同時(shí)需咨詢相關(guān)專家。通過擴(kuò)散模型

來確定地形對其的影響。最后的結(jié)論需要共同確定，并有當(dāng)?shù)卣呐鷾?zhǔn)。具體

見EPCRA,SARA,CERCLA,OSHA,EPA等

4.4影響泄放處理系統(tǒng)選擇的因素

4.4.1物理及化學(xué)性質(zhì)

凝點(diǎn)和傾點(diǎn)、高粘度、發(fā)泡性、惰性、不凝性、反應(yīng)性、腐蝕性、結(jié)污性、

聚合性、低沸點(diǎn)、包含有固體等

4.4.2兩相流和泡沫

DIERS提供了小試測定儀（VSP）和氣液分離動(dòng)力學(xué)，包括發(fā)泡。泡沫分為

穩(wěn)定（機(jī)械）泡沫和不穩(wěn)定泡沫兩種，其形成跟攪拌、剪力、內(nèi)表面張力、粘度、

揮發(fā)性、濃度、內(nèi)部固體有關(guān)。相關(guān)處理裝置見表4.7。

4.4.3被動(dòng)型和主動(dòng)型系統(tǒng)

被動(dòng)型系統(tǒng)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可用主動(dòng)型系統(tǒng)代替，但需保證系統(tǒng)的可

靠性。兩種類型都需要維護(hù)。

4.4.4技術(shù)現(xiàn)狀及可靠性

所有的安全系統(tǒng)部件應(yīng)當(dāng)能保證高的可靠性。新型部件應(yīng)當(dāng)有大規(guī)模測試的

驗(yàn)證，放大過程需要有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)豐富的專家及制造商；沒有驗(yàn)證的情況下需要有

預(yù)測試來模擬工況，尤其是對人身安全或環(huán)境影響的關(guān)鍵性能、淬熄池中兩相流

及質(zhì)量傳遞的過程、包含有難處理流體的系統(tǒng)、新設(shè)計(jì)的洗滌塔或離心分離器等。

有些設(shè)備如洗滌塔、儲(chǔ)罐、淬熄池等，需小試或中試來確定設(shè)計(jì)信息。

4.4.5普通收集系統(tǒng)

各種排放物不應(yīng)當(dāng)：強(qiáng)烈放熱或產(chǎn)生氣體；發(fā)生堵塞或結(jié)冰；強(qiáng)腐蝕性等。

腐蝕性液體可用獨(dú)立的、小型的耐腐蝕系統(tǒng)來處理，詳見5.3.4。同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮

其他設(shè)備對背壓的影響。

4.4.6車間地形

4.4.7預(yù)留空間便于操作、維護(hù)、救火、撤離、清理或維修等。

4.4.8最小流率

在選擇收集處理系統(tǒng)時(shí)，最大流率與最小流率的比是一個(gè)很重要的參數(shù)。系

統(tǒng)需能夠處理各種速率及組成。

4.4.9氣液分離的必要性

大多數(shù)泄放物為氣液兩相，有的甚至包含些固體。兩相中氣相占主要或液相

占主要。常見的是收集系統(tǒng)中蒸氣的冷凝。為了不造成火雨或毒霧，通常在排放

前需要進(jìn)行氣液分離。

4.4.10冷凝和水錘

惰性氣體的吹掃或覆蓋可起到緩沖的作用，伴熱裝置可放置冷凝，管路應(yīng)當(dāng)

有排水口。

4.4.11預(yù)留時(shí)間

總的項(xiàng)目計(jì)劃應(yīng)當(dāng)包括實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間或新技術(shù)相關(guān)所需的時(shí)間。

4.4.12資金及成本

基于安全性、可操作性、易維護(hù)性、商業(yè)經(jīng)驗(yàn)、物料清洗處理等方面考慮。

4.5收集處理方法

4.5.1儲(chǔ)罐收集

有足夠的容積和MAWP來承受泄放物，有內(nèi)部收集（原容器）和外部儲(chǔ)罐

收集兩種。

內(nèi)部收集的優(yōu)缺點(diǎn)（表4.2）：

優(yōu)點(diǎn)：

?被動(dòng)型，不需要其他裝置或操作；

?可靠；

?不需外部管路、設(shè)備或火炬；

?低成本；

?沒有大氣排放；

?不受粘度和發(fā)泡性的限制；

?避免了設(shè)計(jì)過程中的不確定性。

缺點(diǎn)：

■需要試驗(yàn)確定最高溫度和壓力；

■需要事故后的清空裝置；

■仍需要壓力泄放裝置以防止其他類型事故；

■需要高壓容器；

■不適用于由外部火源引起的超壓事故。

外部儲(chǔ)罐收集（表4.3）：

優(yōu)點(diǎn)：

?反應(yīng)物的清空速度快，反應(yīng)器可馬上重新開始反應(yīng)；

?對于收集物可回收處理的系統(tǒng)，沒有大氣排放；

?底部流體流動(dòng)條件的估算更加準(zhǔn)確；

?收集罐中反應(yīng)可完全停止；

?可在收集罐入口處安裝爆破片，使系統(tǒng)變?yōu)楸粍?dòng)型；

?可降低反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壓力。

缺點(diǎn)：

■若靠儀表或人工操作時(shí)，不可變?yōu)楸粍?dòng)型；

■需要高的機(jī)械有效性和高可靠性的閥及光關(guān)儀表；

■除非反應(yīng)可被暫停，否則會(huì)持續(xù)放熱或娶合；

■收集管路及罐在事故后需清洗；

■高粘度流體需要粗管或氮?dú)饩彌_才能夠流出；

■使用爆破片時(shí)，若沒有定期更換，則會(huì)提前失效；

■外部收集罐直接帶來成本的增加。

4.5.2大氣排放

用于有選擇、受控、監(jiān)測的情況下。一般無毒、無腐蝕性、不燃、不會(huì)造成

公眾影響或危害的物質(zhì)可直接排放至大氣中。

有時(shí)在緊急情況下，有毒氣體或蒸汽會(huì)直接排放至大氣中，但前提是不得包

含過多的液相，以致產(chǎn)生火雨或腐蝕、毒害、窒息等。但事先需有備案的工程分

析，保證高空平臺(tái)或車間外不會(huì)對人體或環(huán)境產(chǎn)生危害，可能會(huì)需要擴(kuò)散模擬及

后果分析。

無毒但是產(chǎn)生噪音、臭味的排放應(yīng)限制其頻度及持續(xù)時(shí)間。

大氣排放（表4.4）：

優(yōu)點(diǎn)：

?成本最低；

?被動(dòng)型，可靠性最高；

?對生產(chǎn)的干擾最小。

缺點(diǎn)：

■可能需要火炬來保證有毒物質(zhì)的擴(kuò)散；

■允許排入大氣的有毒物質(zhì)的量非常小；

■需限制液滴的進(jìn)入以防止沉降；

■排放速率過低會(huì)影響擴(kuò)散效率；

■需排放至遠(yuǎn)處；

■排放可能影響到周邊，如噪音、氣味、液體或固體散落物等。

4.5.3氣液分離器

泄放物通常包含氣液兩相，分離后液相被收集處理，氣相則進(jìn)行下一步處理

（火炬、淬熄池、吸收塔或大氣排放）。

氣液分離裝置的選擇取決于混合物的物理化學(xué)性質(zhì)、比例、擴(kuò)散度、液滴尺

寸、尺寸分布等。但多數(shù)情況下缺少以上信息，可通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行判斷。附錄5A

提供了常見算例。需考慮壓力降、最小流率、結(jié)污能力、腐蝕性等因素對計(jì)算的

影響。

目前沒rr很好的方法來估算液滴的尺寸。高速流動(dòng)的兩相混合物傾向于產(chǎn)生

很小的液滴，在氣相有后處理（淬熄池、洗滌塔等）的情況下，基本不會(huì)產(chǎn)生影

響。液滴尺寸的未知會(huì)影響分離器效率的估算，見Perry（1997）或表4.5及相

關(guān)文獻(xiàn)資料。

表4.5液滴尺、J特性

工業(yè)條件液滴尺寸，Um

霧化冷凝0.1~30

氣體霧化噴嘴1-100

沸騰液中產(chǎn)生氣泡20~1000

管中環(huán)形兩相流10-2000

液體噴嘴1000~5000

多數(shù)分離裝置都基于以下一種或幾種機(jī)理：

?靠重力沉降；

?靠離心力使液滴相互結(jié)合，促進(jìn)分離；

?撞擊后結(jié)合。

對于前兩種，可通過加入洗滌液來提高小液滴間的結(jié)合。具體選擇見表4.6。

表4.6氣液分離器的選擇

裝置適用于不適于

重力分離器無泡沫；高或低粘度;有泡沫；可能適于不穩(wěn)

高或低液相載；定泡沫荷；

葉片沖擊低液相載荷其他分離器的穩(wěn)定泡沫；粘度大于

二級分離裝置；不穩(wěn)定泡50cp的液體；包含有固

沫，無泡沫，不結(jié)污，粘度體；結(jié)污物料；

大于？50cp；

旋風(fēng)分離器無泡沫；中到高液相載荷；泡沫，可能適用于不穩(wěn)

重量百分比超過90%的定泡沫

分離裝置的選擇取決于幾個(gè)關(guān)鍵的性質(zhì)和條件,如液相載荷，發(fā)泡性，要移

除液滴的尺寸，移除的程度等。見表4.7到4.9,并包括一些通常不認(rèn)為是分離

器的裝置，如洗滌塔，淬熄池，火炬等。

表4.7分離器篩選一一泡沫處理能力

裝置無泡沫不穩(wěn)定泡沫溫

否

垂直重力分離器是可能

否

水平重力分離器是可能

否

葉片沖擊是否

否

旋風(fēng)分離器可能

是可

自

匕

洗滌塔是是匕

淬熄池是是（完全冷凝）可能（抑泡劑）

表4.8分離器篩選一一液滴尺寸移除能力

液滴尺寸口m1

15是0

1否0

50否

否

重力（垂直）否

否

是

否

否

重力（水平）否

是

是

是

否

葉片沖擊否

砒

是

是

否

匕

旋風(fēng)分離器否匕

是

是

是

昭

能

火炬是

叫

叫

叫

是

匕

能

能

匕

嗚

血

確

淬熄池否是

匕

修

能

洗滌塔可能匕

表4.9分離器篩選一一移除效率（200

重力（垂直）>90%

重力（水平）>90%

葉片沖擊>99%

旋

風(fēng)

>98%

洗

滌

熄

淬>99%

>98%

4.5.3.1重力分離器

又叫緩沖罐或緩沖器，水平或垂直放置，氣和有足夠長的停留時(shí)間和足哆低

的流速，以保證液滴的沉降。通常用于分離較大的液滴（直徑大于100um）,作

為其他裝置的預(yù)處理，如火炬等。分離效率主要取決于氣液兩相的密度，密度不

同，可分離的直徑也不同，密度越大的液滴越易沉降。

入口處通常有擋板或其他裝置來使液滴聚合，減小湍流以及入口速度。水平

放置的更適用于高速流動(dòng)的泄放物。水平還是垂直取決于成本和氣相空間的要

求，詳見API521。其優(yōu)缺點(diǎn)見下表：

（表4.10）：

優(yōu)點(diǎn)：

?性能優(yōu)良；

?被動(dòng)型；

?對最大設(shè)計(jì)流速的處理能力強(qiáng)，低流速有利于提高分離效率；

?對液相處理能力強(qiáng)；

?可與其他分離沒備聯(lián)合使用，如葉片沖擊分離器；

?可處理高粘度液體；

?成本適中。

缺點(diǎn)：

■體積可能較大；

■不能有效分離小于150um的液滴；

■不能處理穩(wěn)定泡沫；

■反應(yīng)可能繼續(xù)進(jìn)行。

4.5.3.2葉片沖擊分離器

緊急泄放裝置中，該裝置一般裝于重力分離器的頂部，促進(jìn)小液滴的移除。

需考慮其壓力降及泄放物的沖擊。

（表4.11）：

優(yōu)點(diǎn)：

?良好的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)（文獻(xiàn)或供應(yīng)商提供）；

?最佳設(shè)計(jì)條件下，10um以上液滴移除效率高于99%；

?供應(yīng)商安裝標(biāo)準(zhǔn)模塊；

?對5?25ft/s的流速處理能力強(qiáng)；

?壓力損失少，小于2in水柱；

?被動(dòng)型；

?堅(jiān)固耐用；

?特殊設(shè)計(jì)可處理高達(dá)50cp的液體；

?對于無泡沫，低粘度的液體不需中試；

?成本較低。

缺點(diǎn)：

■液相載荷約為氣相質(zhì)量流速的5~20wt%（取決于設(shè)計(jì)），流速低于重新

夾帶點(diǎn)時(shí)器載荷可更高；

■不能處理穩(wěn)定泡沫；

■不能處理粘度大于50cp的液體；

■葉片或排水口易結(jié)污或被固體物質(zhì)堵塞。

4.533旋風(fēng)分離器

高速流體切向進(jìn)入垂直放置的柱狀容器，離心力使液滴接觸壁面，結(jié)合后流

到分離器底部。液體收集器可為另一容器或旋風(fēng)分離器本身，泄放系統(tǒng)中一般用

后者，但其空間有限且收集的液相體積較小。入口速度越高越有利于分離，同時(shí)

也會(huì)造成重新夾帶，故限制了分離效率的提高，泄放系統(tǒng)中一般為90%,有液體

噴淋器或高液相載荷時(shí)期分離效率會(huì)更高。適用于高液相載荷及粘度高達(dá)1500cp

的液體，但高粘度液體的排出則需謹(jǐn)慎處理。

旋風(fēng)分離器（表4.12）：

優(yōu)點(diǎn)：

?在高液相載荷的情況下，對于大于20um液滴的分離效率高達(dá)99%；

?特殊設(shè)計(jì)可處理發(fā)泡性液體；

?被動(dòng)型；

?可處理含有固體或結(jié)污性物質(zhì)；

?成木較低.

缺點(diǎn)：

■泄放系統(tǒng)中，其性能定義模糊；

■缺少處理發(fā)泡性或高粘度混合物的數(shù)據(jù)；

■壓力損失較大。

4.5.4淬熄池

高溫的泄放物需要先降溫才能進(jìn)行后處理，冷凝可通過宜接接觸淬熄液或換

熱器實(shí)現(xiàn)，前者高效，屬于本書的涉及范圍。直接接觸冷凝器有：噴淋塔、噴射

器、擋板、大氣冷凝；氣泡或氣升塔；管線接觸；淬熄池；填料洗滌塔等。淬熄

池在化學(xué)工業(yè)中緊急泄放物處理的應(yīng)用并不多，而帶有獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)的淬熄罐

在石油工業(yè)中的應(yīng)用卻相當(dāng)廣泛，一般作為廢氣進(jìn)入火炬前的預(yù)處理。淬熄池主

要用于核工業(yè)中處理安全閥排出的蒸汽。淬熄池可通過冷卻、稀釋或添加反應(yīng)抑

制劑來處理失控反應(yīng)。

淬熄池（表4.13）：

優(yōu)點(diǎn)：

?被動(dòng)型，但需確定液位及組成（若反應(yīng)物作為淬熄液）；

?可處理兩相、發(fā)泡性和高粘度流體；

?可處理?高液相載荷，有專門的噴嘴設(shè)計(jì)；

?可處理高流率；

?可包含反應(yīng)抑制劑或抑泡劑等；

?低程度不凝氣存在的條件下可全部收集容納（不需泄放）；

?可使用各種淬熄液。

缺點(diǎn)：

■可能需要中試或放大實(shí)驗(yàn)；

■需要有足夠的泄放壓力來克服噴嘴的阻刀或淬熄液的靜壓；

■噴嘴的管路需要有支撐以控制震動(dòng)或突然施加的泄放力；

■某些噴嘴設(shè)計(jì)為私有技術(shù)；

■作為洗滌塔不適用于慢速或中等速率的反應(yīng)；

■若需泄放時(shí)，夾帶現(xiàn)象比較嚴(yán)重；

■不凝氣會(huì)降低回收效率，且需泄放；

■處理低沸點(diǎn)物料時(shí)需要的體積較大。

淬熄液的選擇需考慮熱參數(shù)、物性、成本、安全性、回收利用等方面，詳見

563。一般情況下，水為首選；對于反應(yīng)體系，則考慮其他，必要時(shí)添加反應(yīng)抑

制劑、抑泡劑、防凍液等。需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

表4.14淬熄液的應(yīng)用

價(jià)

泄放物淬熄液評

應(yīng)

反

容

互

氨水水、

溶

互

煌鋁化合物煤油

溶

互

水蒸氣水

應(yīng)

反

氯氣氫氧化鈉水溶液

應(yīng)

反

氯化氫氫氧化鈣糊互

不

溶

二/三氧化硫混合物水

淬熄池的技術(shù)方面：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的系統(tǒng)少，蒸氣和不凝氣混合物的相關(guān)數(shù)據(jù)和

經(jīng)驗(yàn)少，多數(shù)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)限于水溶液系統(tǒng)，反應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)少，缺少公開的全規(guī)

模設(shè)計(jì)，冷凝效率低于設(shè)計(jì)值，需考慮真空破壞器的使用（無泄放），機(jī)械設(shè)計(jì)

復(fù)雜，噴嘴及其支撐部件的設(shè)計(jì)需保守，不凝氣方面，蒸氣泡破裂可產(chǎn)生震動(dòng),

噴嘴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，非瞬時(shí)反應(yīng)帶來的問題。

4.5.5洗滌塔

有冷凝，反應(yīng)，溶解等作用，在高濃度不凝氣、多級接觸或低壓的時(shí)候，可

用洗滌塔代替淬熄池?；A(chǔ)技術(shù)健全，見相關(guān)文獻(xiàn)。

洗滌塔（表4.5）：

優(yōu)點(diǎn)：

?技術(shù)健全；

?恒定洗滌液流速下的操作彈性高；

?逆流操作，高收集效率和低出口溶質(zhì)濃度；

?可處理兩相流；

?可處理不穩(wěn)定泡沫，但需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；

?某些類型可處理結(jié)污性物料，折流板式可處理結(jié)污性及包含固體的物料;

?可用來中和反應(yīng)物質(zhì)；

?一般用作氣液分離，也可用作液液分離，但需在底部額外增加專門裝置;

缺點(diǎn)：

■使用過的溶劑在泄放后需處理或排放；

■主動(dòng)型，需要額外的過程控制儀表和足夠的溶劑；

■需要大直徑容器以防止溢流；

■塔板式只能用于無結(jié)垢性且無固體夾帶物的流體