吳全龍，胡熙玉

(1.上海華理安全裝備有限公司，上海 201108；2.沈陽特種設(shè)備檢測研究院，沈陽 110079)

符號說明：

Qm——介質(zhì)質(zhì)量流量，kg/h；

pf——最大排放壓力，MPa；

Z——排放壓力下介質(zhì)壓縮系數(shù),無量綱;

T——排放壓力下介質(zhì)溫度，K；

M——摩爾質(zhì)量，kg/kmol；

Qa——在0.1 MPa，15 ℃時(shí)空氣當(dāng)量體積流量，m3/h；

L——排放壓力下介質(zhì)汽化潛熱，kJ/kg；

U——充滿介質(zhì)或空氣時(shí)，在T與熱端之間的平均總傳熱系數(shù)(取較大值),kJ/(h·m2·℃)

A——容器外表面積(受熱面積)，m2；

U1——充滿介質(zhì)或空氣時(shí)，在T與熱端之間的平均總傳熱系數(shù)(取較大值),W/(m2·K);

K——安全泄放裝置額定排放系數(shù)，無量綱；

Ar——安全泄放裝置排放面積，m2；

k——絕熱指數(shù);

W1——絕熱系統(tǒng)吸熱量，W；

W2——汽化器吸熱量，W；

W3——真空喪失時(shí)絕熱系統(tǒng)吸熱量，W；

W4——支撐件和管道吸熱量，W；

W5——火災(zāi)下容器吸熱量，W。

0 引言

對于臨界溫度較低的氣體，通常將其冷卻至臨界溫度以下進(jìn)行運(yùn)輸和貯存，既可以降低設(shè)備壓力，又有利于提高運(yùn)輸和貯存效率。運(yùn)輸和貯存這些冷凍液化氣體的設(shè)備稱之為低溫容器(深冷壓力容器)，一般由內(nèi)容器和外殼組成，中間抽成真空并安裝絕熱系統(tǒng)(真空絕熱低溫容器)或設(shè)置固體絕熱材料進(jìn)行隔熱(堆積絕熱低溫容器)。真空絕熱低溫容器絕熱方式為真空粉末絕熱、真空復(fù)合絕熱或高真空多層絕熱，設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵在于絕熱性能是否符合要求，絕熱性能如果達(dá)不到要求，在環(huán)境溫度的作用下，容器內(nèi)的液體會大量氣化導(dǎo)致壓力升高，危及使用安全。低溫絕熱性能即使符合要求，內(nèi)容器的液體也會緩慢氣化，如果長期不使用并排出容器內(nèi)氣體，容器的壓力依然會升高而產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，真空絕熱低溫容器由于設(shè)備本身的特點(diǎn)，容器壓力升高不可避免，倘若再出現(xiàn)真空喪失或絕熱材料損壞甚至陷入火災(zāi)工況，則有可能造成冷凍液化氣體進(jìn)一步大量氣化從而導(dǎo)致內(nèi)容器壓力急劇增加，帶來安全隱患，因此需要設(shè)置安全泄放裝置以保證設(shè)備在超壓時(shí)的安全。

移動式容器標(biāo)準(zhǔn)CGA S-1.2：2005，ASME Ⅻ—2012，IMDG—2002，ADR—2015，ISO 24021-1：2006，NB/T 47058—2017，NB/T 47059—2017及固定式容器標(biāo)準(zhǔn)CGA S-1.3：2008，ISO 21009-1：2008，GB/T 18442.6—2019對真空絕熱低溫容器如何設(shè)置安全泄放裝置的要求有諸多類似之處，但也存在相當(dāng)大的不同。為了方便工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)時(shí)科學(xué)準(zhǔn)確地選用安全泄放裝置，本文將以上述標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，從真空絕熱低溫容器失效模式及安全泄放裝置類型選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)置、設(shè)定壓力、排放壓力、排放面積的確定等方面進(jìn)行全面詳細(xì)地分析比較。

1 冷凍液化氣體定義與舉例

大部分標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定，冷凍液化氣體是指在運(yùn)輸或儲存過程中由于溫度低而部分呈液態(tài)的氣體，但也有所區(qū)別。CGA S-1.2及CGA S-1.3要求冷凍液化氣體(Refrigerated (cryogenic) liquid)沸點(diǎn)低于或者等于183.15 K(-90 ℃)，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)(比如NB/T 47058—2017，NB/T 47059—2017及GB/T 18442—2019)則參照ADR，IMDG等國際規(guī)范規(guī)定冷凍液化氣體沸點(diǎn)不低于77.15 K(-196 ℃)且臨界溫度低于或者等于223.15 K(-50 ℃)。在涉及安全泄放裝置的設(shè)置時(shí)，還應(yīng)考慮介質(zhì)是否易燃的特性。

表1參照ASME Ⅻ 模式附錄3列出了幾種常見冷凍液化氣體及其典型物理特性[1]。

表1 常見冷凍液化氣體

表1中，二氧化碳、笑氣、乙烯、乙烷、氙氣、三氟甲烷的臨界溫度均高于223.15 K，氖氣、氦氣、氫氣的沸點(diǎn)均低于77.15 K，不屬于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47058—2017,NB/T 47059—2017及GB/T 18442.6—2019管轄范圍。二氧化碳、笑氣、乙烷、三氟甲烷的沸點(diǎn)均高于183.15 K，不符合CGA S-1.2及CGA S-1.3標(biāo)準(zhǔn)定義的冷凍液化氣體。

2 安全泄放裝置的設(shè)置

安全泄放裝置選用是一個(gè)綜合考慮的結(jié)果，與介質(zhì)的種類、容器失效模式、安全泄放裝置結(jié)構(gòu)及特性(設(shè)定壓力、排放壓力)等因素密切相關(guān)。

2.1 真空絕熱低溫容器失效模式

真空絕熱低溫容器要考慮所有可能促使內(nèi)部超壓的條件，從而確定保護(hù)系統(tǒng)的能力，例如[2]：

a)額定的容器漏熱量(例如限位構(gòu)件、夾層管道漏熱量)；

b)備用壓力控制閥無法正常開啟；

c)連接高壓源與內(nèi)容器的線路中的其他閥；

d)泵的可能組合的重復(fù)利用；

e)以最大設(shè)備能力對工作溫度下的儲罐加注帶液閃蒸氣體；

f)真空喪失時(shí)的漏熱量；

g)容器的絕熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完好或部分完好，但夾層真空已喪失，且外部遭遇火災(zāi)或遭遇922 K高溫。

h)容器的絕熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全損壞，且夾套外部遭遇火災(zāi)或遭遇922 K高溫。

真空絕熱低溫容器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)將條件a)～f)任意可能產(chǎn)生的超壓組合作為必須考慮的失效工況。

條件g)和h)為火災(zāi)失效工況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)容器具體運(yùn)行情況決定是否考慮及考慮何種工況(g)或h))。對于充裝易燃?xì)怏w的真空絕熱低溫容器應(yīng)考慮火災(zāi)失效工況；對于充裝非易燃?xì)怏w的移動式真空絕熱低溫容器由于運(yùn)輸過程中的場合不確定性，一般要把火災(zāi)失效作為必須考慮的工況，對于埋在地面以下充裝非易燃?xì)怏w的固定式真空絕熱低溫容器，則可以不考慮火災(zāi)工況。

為了敘述方便，本文定義a)～e)可能存在的組合為失效模式Ⅰ，f)為失效模式Ⅱ，g)和h)為失效模式Ⅲ，失效模式Ⅰ和失效模式Ⅱ即通常所說的非火災(zāi)工況。真空絕熱低溫容器因到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)維持時(shí)間(從滿足充裝條件開始到由于熱量匯集導(dǎo)致容器壓力上升到安全泄放裝置動作壓力時(shí)所用的時(shí)間)出現(xiàn)超壓泄放屬于失效模式Ⅰ。

2.2 不同失效模式的安全泄放量計(jì)算

安全泄放量指容器超壓時(shí)單位時(shí)間內(nèi)必須排放出去的介質(zhì)，通常以質(zhì)量流量或體積流量來表示，是確定安全泄放裝置排放面積的一個(gè)重要性能參數(shù)，相應(yīng)排放壓力下的安全泄放裝置排放能力應(yīng)大于安全泄放量。由于歐美國家安全閥排放能力標(biāo)定的是試驗(yàn)介質(zhì)(比如標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣)的當(dāng)量體積流量，為了選型方便，有些標(biāo)準(zhǔn)也會直接計(jì)算出當(dāng)量空氣體積流量。

不同失效模式下安全泄放量的計(jì)算公式不同，大部分真空絕熱低溫容器標(biāo)準(zhǔn)都是按CGA S-1.2或ISO 21013-3進(jìn)行計(jì)算，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法歸納如表2所示。CGA S-1.2給出標(biāo)準(zhǔn)空氣(15 ℃，0.1 MPa)體積排量，ISO 21013-3給出的是介質(zhì)質(zhì)量流量，下面將ISO 21013-3中的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換成當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)空氣體積流量[3-4]。

表2 CGA S-1.2與ISO 21013-3安全泄放量計(jì)算比較

2.2.1 質(zhì)量流量與當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)空氣體積流量之間的關(guān)系[5-6]

相同的安全泄放裝置以不同介質(zhì)來衡量排放能力時(shí)，排放面積和排放系數(shù)K相同，由GB/T 150.1附錄B可建立如下關(guān)系式(下標(biāo)帶a的為標(biāo)準(zhǔn)空氣性能參數(shù))：

(1)

將15 ℃，0.1 MPa時(shí)空氣諸參數(shù)Ca=356，Za=1.0，Ta=288.15 K，Ma=29，代入上式可得：

(2)

15 ℃，0.1 MPa時(shí)空氣密度ρ=1.223 kg/m3，換算成體積流量表達(dá)式：

(3)

公式(3)即為介質(zhì)質(zhì)量流量與當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)空氣體積流量之間的換算關(guān)系。

2.2.2 失效模式Ⅱ工況下，CGA S-1.2與ISO 21013-3計(jì)算公式比較

根據(jù)表2可以得出，失效模式Ⅱ工況下CGA S-1.2的安全泄放量計(jì)算公式為：

(4)

將表2中此工況下ISO 21013-3安全泄放量計(jì)算公式代入式(3)可得：

(5)

在非火災(zāi)時(shí)適用的環(huán)境溫度最高為55 ℃，即Ta=328.15 K，U和U1單位不同，相差系數(shù)3.6，即U=3.6U1，因此兩者完全一致。

2.2.3 失效模式Ⅲ工況下，CGA S-1.2與ISO 21013-3計(jì)算公式比較

(1)失效模式Ⅲ工況下，絕熱層損壞時(shí)。

此工況下CGA S-1.2安全泄放量計(jì)算公式為：

(6)

將表2中此工況下ISO 21013-3安全泄放量計(jì)算公式代入式(3)可得：

(7)

兩者一致。

(2)失效模式Ⅲ工況下，絕熱層完好時(shí)。

此工況下CGA S-1.2安全泄放量計(jì)算公式為：

(8)

將表2中此工況下ISO 21013-3安全泄放量計(jì)算公式代入式(3)可得：

(9)

綜合以上推導(dǎo)分析可知，CGA S-1.2和ISO 21013-3關(guān)于不同工況下真空絕熱低溫容器安全泄放量的計(jì)算結(jié)果完全一致。

國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47058—2017,NB/T 47059—2017及GB/T 18442.6—2019采用ISO 21013-3計(jì)算方法。CGA S-1.2對失效模式Ⅰ工況下的安全泄放量未給出計(jì)算公式。

大多數(shù)情況下，對于確定的真空絕熱低溫容器，失效模式Ⅰ工況下的安全泄放量最小，失效模式Ⅱ其次，失效模式Ⅲ最大；如果真空絕熱低溫容器配氣化增壓器，失效模式Ⅰ工況下的安全泄放量也可能超過失效模式Ⅱ和失效模式Ⅲ。

2.3 真空絕熱低溫容器安全泄放裝置結(jié)構(gòu)

對于承壓設(shè)備，通常只考慮根據(jù)最大事故狀態(tài)下的安全泄放量選擇泄放裝置，當(dāng)出現(xiàn)僅部分流量必須通過泄放裝置排放的輕微故障狀態(tài)時(shí)，一旦介質(zhì)流量不足于維持流體的流動將引起安全閥頻跳(Chatter，安全閥閥瓣快速異常地來回運(yùn)動，運(yùn)動中閥瓣接觸閥座)，從而降低其操作性能，閥的復(fù)位能力也可能受到影響。如果正常操作中上述工況反復(fù)出現(xiàn)，則應(yīng)采用多個(gè)具有分級設(shè)定壓力的尺寸較小的泄放裝置，讓具有最低設(shè)定壓力的泄放裝置就足以處理最小的事故狀態(tài)，其他泄放裝置在需要泄放的量增大時(shí)才動作，從而避免安全閥頻跳。

如第2.1節(jié)和第2.2節(jié)所述，真空絕熱低溫容器引起安全泄放裝置動作的失效模式較多，每一種失效模式需要的安全泄放量大小不一樣，有的甚至?xí)嗖顜资?，這些失效工況可能單獨(dú)發(fā)生，也可能組合出現(xiàn)。如果用根據(jù)失效模式Ⅲ確定的大口徑安全閥來排放失效模式Ⅰ的小泄放量，安全閥在排放時(shí)有可能出現(xiàn)頻跳。

基于以上原因，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)通常都規(guī)定，只要存在真空喪失或火災(zāi)工況，則必須設(shè)置一個(gè)或多個(gè)主泄放裝置并附加一個(gè)或多個(gè)輔助泄放裝置。

安全閥和爆破片裝置是真空絕熱低溫容器中主要的兩種安全泄放裝置，常見安全泄放裝置結(jié)構(gòu)有3種，如圖1～3所示。

圖1所示結(jié)構(gòu)為2個(gè)主安全閥中間帶1個(gè)三通閥(任何時(shí)候3個(gè)方向都連通)，僅適用于非火災(zāi)工況，該結(jié)構(gòu)僅在標(biāo)準(zhǔn)ISO 21009-1中允許使用。

圖1 不帶輔助泄放裝置結(jié)構(gòu)示意

圖2 輔助泄放裝置為安全閥結(jié)構(gòu)示意

圖3 輔助泄放裝置為爆破片結(jié)構(gòu)示意

圖2所示結(jié)構(gòu)為兩組安全泄放裝置，每組包含1個(gè)主安全閥和1個(gè)輔助安全閥，中間帶1個(gè)切換閥(可3個(gè)方向連通，也可兩個(gè)方向連通)，常用于易燃介質(zhì)的超壓泄放。

圖3所示結(jié)構(gòu)為兩組安全泄放裝置，每組包含1個(gè)主安全閥和1個(gè)輔助爆破片裝置，中間帶1個(gè)切換閥(可3個(gè)方向連通，也可兩個(gè)方向連通)，常用于火災(zāi)工況時(shí)的非易燃介質(zhì)的超壓泄放。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)要求所有組合裝置共同滿足排放能力時(shí)，中間的切換閥和三通閥必須時(shí)刻連通所有安全泄放裝置，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)(比如國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47058—2017,NB/T 47059—2017,GB/T 18442.6—2019)要求每組安全泄放裝置均能單獨(dú)滿足排放能力要求時(shí)，必要時(shí)(在線檢驗(yàn)或更換)可以通過切換閥僅使一組安全泄放裝置連通受壓介質(zhì)。

主泄放裝置用于滿足非火災(zāi)工況下的超壓泄放。由于失效發(fā)生頻率相對較高，且超壓時(shí)只需泄放少量介質(zhì)就可使容器壓力降至正常工作壓力，所以主泄放裝置只能采用安全閥，不能采用非重新閉合泄放裝置。

輔助泄放裝置主要用于補(bǔ)充滿足真空喪失或火災(zāi)工況下的超壓泄放。在火災(zāi)工況下，泄壓系統(tǒng)只要求將介質(zhì)排放至能使壓力降低到一個(gè)預(yù)先確定的安全水平所必須的量，而不要排放過多數(shù)量以免造成二次事故或更嚴(yán)重的危害。安全閥開啟后可以回座，從而避免過多介質(zhì)排放，因此可優(yōu)先選擇安全閥。

當(dāng)然，火災(zāi)時(shí)也必須考慮由于容器材料受熱導(dǎo)致相應(yīng)的強(qiáng)度削弱，引起容器安全水平降低的可能性。爆破片裝置能一次性排放全部介質(zhì)，在較短時(shí)間內(nèi)使容器壓力降至零，所以對于火災(zāi)工況經(jīng)常選擇爆破片作為輔助泄放裝置，并讓爆破片盡可能延后動作(比如設(shè)定較高的爆破壓力)。

火災(zāi)工況下選擇安全閥還是爆破片裝置作為輔助泄放裝置，應(yīng)權(quán)衡考慮介質(zhì)泄放后的危害性、火災(zāi)規(guī)模大小及持續(xù)時(shí)間長短、設(shè)備的安全、泄放裝置自身特性等因素。

2.4 真空絕熱低溫容器安全泄放裝置設(shè)定壓力和排放壓力

設(shè)定壓力指安全閥整定壓力(開啟壓力)或爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力，是一個(gè)理論值，實(shí)際動作壓力應(yīng)在設(shè)定壓力的某一范圍之內(nèi)。

排放壓力(泄放壓力)指泄放裝置動作并達(dá)到最大開啟程度后被保護(hù)設(shè)備內(nèi)的壓力，即超過壓力與動作壓力之和。同一批次的產(chǎn)品，每個(gè)泄放裝置實(shí)際排放壓力可能不同，但最大值不能超過被保護(hù)設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這個(gè)最大值稱之為安全泄放裝置最大排放壓力，即容器允許的最大積聚壓力[7]。

設(shè)定壓力和排放壓力通常以容器的設(shè)計(jì)壓力P或最大允許工作壓力MAWP(有時(shí)也涉及到容器耐壓試驗(yàn)壓力PT)為基準(zhǔn)進(jìn)行確定。不同的容器制造標(biāo)準(zhǔn)對P，MAWP，PT的定義可能不同，比如很多國外標(biāo)準(zhǔn)對于真空容器的MAWP是指容器內(nèi)壓與真空夾套的壓差，而安全泄放裝置設(shè)定壓力和最大排放壓力是指與大氣壓的壓差，因此兩者存在0.1 MPa的差值(可參考CGA S-1.2中5.1.13和5.1.14)。

安全泄放裝置設(shè)定壓力和最大排放壓力的確定應(yīng)考慮以下幾個(gè)原則。

(1)當(dāng)出現(xiàn)失效模式Ⅰ時(shí)，僅主泄放裝置動作，為了避免此工況下輔助泄放裝置動作，輔助泄放裝置設(shè)定壓力應(yīng)不小于主泄放裝置的最大排放壓力。

(2)當(dāng)出現(xiàn)失效模式Ⅱ，Ⅲ時(shí)，要求所有泄放裝置動作，并能保證容器內(nèi)壓力不超過最大排放壓力。

(3)當(dāng)各失效模式下的安全泄放量相差較大時(shí)，不能用較大安全泄放量確定的安全閥來排放其他失效模式的小泄放量，以避免安全閥發(fā)生頻跳。

為了便于比較，將國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于真空絕熱低溫容器安全泄放裝置的設(shè)置及性能參數(shù)要求匯總，如表3所示。

從表3可看出，除了CGA S-1.2，CGA S-1.3，ISO 21009-1,其他標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定：充裝易燃冷凍液化氣體(包括氧氣)真空絕熱低溫容器的輔助泄放裝置無論火災(zāi)與否均只能采用安全閥；非易燃冷凍液化氣體(氧除外)以及氫氣，輔助泄放裝置可采用安全閥或爆破片裝置，當(dāng)需要考慮火災(zāi)工況時(shí)，采用爆破片裝置作為輔助泄放裝置。

從表3還可以看出，CGA S-1.2規(guī)定主安全閥設(shè)定壓力不超過1.1P，且開啟后應(yīng)能將容器壓力控制在1.2P之內(nèi)。安全閥輔助泄放裝置設(shè)定壓力為P～0.91PT(若PT=1.3P，則相當(dāng)于P～1.18P)，實(shí)際選用時(shí)輔助安全閥的設(shè)定壓力應(yīng)大于主安全閥設(shè)定壓力，并盡量靠上限。輔助泄放裝置選擇爆破片時(shí)設(shè)定壓力為0.87PT～PT(相當(dāng)于1.13P～1.3P)，爆破片最大爆破壓力可達(dá)到1.3P，但考慮到爆破壓力允差，其設(shè)定壓力(設(shè)計(jì)爆破壓力)需相應(yīng)適當(dāng)降低。

泄放裝置在保證設(shè)備安全的前提下盡可能在更高壓力時(shí)動作，CGA S-1.2這一思路值得所有標(biāo)準(zhǔn)借鑒。以目前安全閥的技術(shù)性能水平，設(shè)定壓力只要小于1.1P則基本能保證全開啟時(shí)容器壓力不超過1.2P，適當(dāng)偏高的設(shè)定壓力有利于避免安全閥過早動作或不動作(比如容器壓力到達(dá)1.05P以后不再增加，則安全閥就沒有必要動作了)，既可以保證設(shè)備安全，又能避免介質(zhì)過多外泄。

表3 不同標(biāo)準(zhǔn)安全泄放裝置結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)

ASME Ⅻ，IMDG,ADR，ISO 24021-1及CGA S-1.2選擇安全閥作為輔助泄放裝置時(shí)，在失效模式Ⅲ下允許容器最大積聚壓力到達(dá)耐壓試驗(yàn)壓力，存在安全隱患。這主要是由于安全閥的重新閉合特性可能會出現(xiàn)在耐壓試驗(yàn)壓力下反復(fù)動作，從而使容器反復(fù)到達(dá)耐壓試驗(yàn)壓力。爆破片屬于不可重新閉合泄放裝置，開啟后介質(zhì)全部泄放，只要口徑選擇合適，爆破后容器壓力不再升高，容器最多一次達(dá)到極限壓力。另外，當(dāng)爆破片最大爆破壓力高達(dá)容器耐壓試驗(yàn)壓力時(shí)，在一些較小規(guī)模的火災(zāi)工況下，主泄放裝置的動作已足以使容器積聚壓力不超過爆破片的設(shè)定壓力，爆破片此時(shí)不動作，從而避免過多數(shù)量介質(zhì)泄放，所以爆破片比較合適作為火災(zāi)工況時(shí)的輔助泄放裝置[8-11]。

CGA S-1.3，ISO 21009，NB/T 47058—2017，NB/T 47059—2017，GB/T 18442.6—2019規(guī)定主安全閥應(yīng)能同時(shí)滿足非火災(zāi)工況(失效模式Ⅰ和失效模式Ⅱ)下的排放要求，CGA S-1.2則規(guī)定主安全閥應(yīng)能同時(shí)滿足火災(zāi)工況(失效模式Ⅲ)和非火災(zāi)工況(失效模式Ⅰ和失效模式Ⅱ)下的排放要求，當(dāng)這些失效模式下的安全泄放量相差較大時(shí)，設(shè)計(jì)人員要考慮如何避免安全閥產(chǎn)生頻跳。

考慮到安全閥因冰凍等原因的失效以及泄放裝置的在線檢驗(yàn)和更換，NB/T 47058—2017，NB/T 47059—2017及GB/T 18442.6—2019要求每一個(gè)安全泄放裝置能單獨(dú)滿足非火災(zāi)工況排放且每一組安全泄放裝置能單獨(dú)滿足火災(zāi)工況排放。當(dāng)然，由于安全閥尺寸是根據(jù)單組滿足排放要求進(jìn)行計(jì)算，如果泄放時(shí)兩組安全泄放裝置都連通且動作，則可能出現(xiàn)安全閥在設(shè)定壓力下介質(zhì)流量不足于維持流體流動的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致安全閥頻跳[12-16]。

2.5 安全泄放裝置排放面積計(jì)算

安全泄放裝置的設(shè)置最終要?dú)w結(jié)到尺寸(排放面積)的確定，很多標(biāo)準(zhǔn)對此有專門介紹。公式(10)為臨界狀態(tài)下氣體排放面積計(jì)算公式，可以看出，排放面積的計(jì)算與容器要求的最大排放壓力及安全泄放量密切相關(guān)，不同失效模式下，容器要求的最大排放壓力和安全泄放量的計(jì)算方法不同，具體見表2，3[5]。

(10)

當(dāng)安全泄放量采用當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)空氣體積流量表示時(shí)，由式(3)可得：

(11)

將式(11)代入式(10)，可得：

(12)

式(12)即為用當(dāng)量空氣體積排量計(jì)算排放面積的公式。

從內(nèi)容器到安全泄放裝置入口的排放管長度超過600 mm時(shí)，必須考慮壓力降和熱量損失，對泄放裝置入口的排放壓力和對應(yīng)溫度進(jìn)行修正，相關(guān)修正方法可參照CGA S-1.2或CGA S-1.3。

安全閥或爆破片裝置排放面積計(jì)算更加詳細(xì)的內(nèi)容可參考GB/T 150.1—2011附錄B。

3 結(jié)語

本文參考的九大標(biāo)準(zhǔn)在安全泄放裝置設(shè)置原則上基本一致，但技術(shù)要求和性能指標(biāo)有所不同，這種區(qū)別主要緣于容器設(shè)計(jì)理念、容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差異。

國際標(biāo)準(zhǔn)中，移動式真空絕熱低溫容器按介質(zhì)的易燃(包括氧氣)或非易燃(或氫氣)來區(qū)分設(shè)置安全泄放裝置，固定式容器不需要根據(jù)介質(zhì)這一特性進(jìn)行區(qū)分。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中，無論移動式或固定式，均按介質(zhì)是否易燃來區(qū)分安全泄放裝置的設(shè)置。

除了CGAS-1.2,CGAS-1.3，ISO 21009-1，其他標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定:對于易燃介質(zhì)不能選擇爆破片作為輔助泄放裝置。需要強(qiáng)調(diào)的是，火災(zāi)工況下輔助泄放裝置為安全閥時(shí)，容器最大積聚壓力應(yīng)控制在不超過1.2P，不建議其達(dá)到耐壓試驗(yàn)壓力，CGA S-1.2,ASME Ⅻ,IMDG,ADR,ISO 24021-1均存在這一安全隱患。

標(biāo)準(zhǔn)編制人員應(yīng)博采眾標(biāo)準(zhǔn)之長，為工程設(shè)計(jì)制定科學(xué)、安全、經(jīng)濟(jì)的泄放裝置選用依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。容器設(shè)計(jì)人員選用安全泄放裝置時(shí)，在不違反標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的前提下，可權(quán)衡考慮，綜合分析，力求可靠且經(jīng)濟(jì)。