安全阀排放管道支架设计

维普资讯http://www.cqvip.comCHEMICALENGINEERINGDF_SIGN化工 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 2005，15(4)安全阀排放管道支架设计陈红中国石化洛阳石化工程公司洛阳471003摘要分析和研究安全阀排放管支架的设计。通过分析和计算所受的力和力矩，介绍安全阀排放管道支架的设计方法。关键词安全阀排放管支架在安全阀配管设计中，排放管支架设计是一1．2开式排放系统项重要的工作，它关系到安全阀能否正常工作，开式排放系统的出口管道没有程序化的计也关系到装置的安全。算，其计算结果对排放管的支架设计很重要，因1力和力矩此我们将该部分作为重点进行分析和研究。目前计算安全阀排放管所受力和力矩常用的安全阀的排放系统分闭式和开式两种，计算方法是荷载分析法。荷载分析及计算方法考虑安其反作用力和力矩采用不同的方法。全阀的排放管除承受内压、自重等静荷载以外，闭式排放系统排放至储罐或者火炬系统，排还要承受排气的反作用力等动力荷载。下面将给放终点通常连接设备，其出口管道产生的热位移出排放管动力荷载的计算公式。较大。除要考虑排放介质反作用力和自重的影响安全阀排放管出口的流动状态可能是临界流外，还需计算二次应力。动(临界压力大于或等于大气压力)，也可能是开式排放系统排放至大气，其特点是瞬时亚临界流动(临界压力小于大气压力)，两者计性，排放管受热介质影响较小，不计算热位移对算方法是不同的。出口管的影响，即不需计算二次应力。首先，根据安全阀排放介质的参数计算排放1．1闭式排放系统管出口的临界压力、临界流速和临界比容：通常，安全阀闭式排放系统的排放管相对较Pc√‘TGe~PoVo‘10。(1)长，我们称之为“管系”。在稳态流动条件下，管系各部位所受的力和力矩具有自平衡性。wc=√‘PoVo。103(2)在连续排放高温介质的情况下，会使管道产生变形。管道与设备(或火炬)相连接的地方，Vc=Wc·吉(3)由于设备温度的变化而出现端点位移，端点位移式中，Pc为临界压力，SPa；Wc为临界流速，也使管系变形。这些变形使管系承受弯曲、扭m／s；Vc为临界比容，m3／kg；K为介质的比热转、拉伸和剪切等应力。目前，计算各点所受力比(绝热指数)，对于空气、o2、N2、CO等，K和力矩通常用应力分析程序CAESARⅡ进行计=1．4；对H2，K=1．41；对于过热蒸汽、Co2、算。我们可以将安全阀出口管道的操作条件和管H2S等，K=1．3；对饱和蒸汽，K=1．13；G为系的走向等数据输入计算机，应用程序进行计介质流量，kg／s；f为排放管出口流通截面，算。由于闭式排放系统出口管道力和力矩的计算m2；Po为安全阀人口滞止压力，MPa；Vo为安有完善的计算程序，同时该程序应用也较为广全阀人口滞止比容，m3／kg。泛，故本篇对该部分不作介绍。其次，根据上述公式计算结果，可以判断排陈红：工程师。1994年毕业于抚顺石油学院化工设备与机械专业。一直从事管道设计工作。联系电话：(0379)63851302，13783174880。维普资讯http://www.cqvip.com陈红安全阀排放管道支架设计31放管的流动状态。1．2。3加放空管时所受力和力矩如果为临界流动，则排放管道的末段参数为在进行安全阀出口排放管设计时，如果在出临界参数，始端参数与管道的总阻力系数1：有口管道外加设放空管，如图1所示，且安全阀放关。空管和放空管支架生根点与安全阀出口管和出口始端参数可按下式计算：管支架生根点隔开，则将大大降低安全阀放空管PS=Pc丁K+Ip一)(4)对安全阀的影响。故安全阀出口管道支架设计还包括安全阀放空管支架设计，因此，需计算放空Ws=、Ⅳc(5)管所受力和力矩。Vs=vc／13(6)放空管在安全阀开启时，受到FA和FB两个=而2K1：+1+2·lnp(7)力的作用，它们可按上述公式计算。设置支架式中，Ps为排放管始端介质压力，MPa；Ws为时，支架应能承受垂直方向和水平方向的不平衡排放管始端介质流速，m／s；Vs为排放管始端介力和力矩。质比容，m3／kg；口为介质的比容比；为等截面管道的总阻力系数：1：=吉L+∑∈(8)式中，为管道的摩擦系数；D为管道的内径，囊冬m；L为管道的长度，m；∑为管道局部阻力系数的总和。如果为亚临界流动状态，则虚段比容比：：!!±!!!!±二K+1虚段阻力系数：∈1=(一21p一1)1．2．1排放管受力图1安全阀出口放空管在稳态流动的条件下，安全阀开启时的反作放空管所受力：用力F包括动量效应和应力效应两部分，即：F=FB—FA—WF=G·W+(P—Pa)f·10(9)式中，FB、FA根据式(9)计算iW为放空管自式中，F为排放管出口的反作用力，N；G为质身的重量(如果放空管很短，可忽略)。量流率，kg／s，按安全阀开启时最大流率的1．1放空管所受力矩同样可以按式(10)计算。倍；W为排放管的出口流速，m／s；P为排放管为了便于分析安全阀排放管所受的力和力出口的静压，MPa；f为排放管出口的通流面积，矩，我们将把安全阀排放管分成两部分：安全阀m2iPa为大气压力，MPa。出口管和安全阀放空管(对闭式排放系统安全阀为了考虑瞬态流动的影响，还应计人动载因出口排放管同样适用)。子DLF(及动力放大特性)，常取DLF=2。1．2．4示例1．2．2排放管受力矩通过以上对开式排放系统排放管道所受力和由排放管所受力引起的弯矩可按以下公式计力矩的分析，我们可以用来解决实际问题。下面算：以某炼油厂的安全阀开式排放条件为例，计算排Ml⋯FdDLF(10)放管道所受力和力矩。式中，Ml为弯矩，N·miF为反力，N；d为分某炼油厂一安全阀的排放介质为过热蒸汽，析点到反力作用线的距离，miDLF为动载因排放量为62t／h。安全阀开启压力为Po：11．2子。维普资讯http://www.cqvip.com32CHEⅧcALENGERINGDEsIGN化工设计2005，15(4)xMPa，过热温度为520"C，比容为v0=0．03245l．3=．，f21×11．2×0．03245×10、，1．3+m3／kg，垂直放空管道长度为L：10m。=640．9m／s由于安全阀出口管通常做法是加放空管，所临界比容：以下面将同时计算安全阀出口管出口和放空管固定点所受的力和力矩。根据工艺参数和出口介质Vc=Wc·丢=640．9／511．8压力，可计算出安全阀出口管为1591TI／TI×4．5=1．252m3／kgmm．，放空管为219nqlTl×6m(可参考表1放由于Pc大于大气压力，所以为临界流动，空管尺寸选择表)，安全阀排放管如图2所示。管段I—II按临界流动状态计算。按式(7)经试算求得管段I—II段的比容比：=2．027截面II的参数为：PII=Pc(J9一)_0．252×(×2．027一)=0．569MW11=c／8=640．9／2．027=316．18m／sV11=Vc，B=1．252／2．027图2安全阀排放管=0．618m3／kg然后计算II—III段：计算放空管重量：临界压力：W=LXTt[()z一(萼)z=315NPc-√·导通过计算，II—III段的流通截面为0．017672×974=6×~／11．2x0．03245×103．m2；质量流率为974．6kg／m2·S。I—II段的流通、=0．480截面为0．03365m2；质量流率为511．8kg／m2·S。}缶界流速：由等截面管道的总阻力系数得II—III段总阻力系数为0．4677；I—II段的总阻力系数为wc=√而2K．P0、，0·101．5。=~，、／，21．~31+．31×11．2×0．03245×10首先计算I—II段：=640．9m／s过热蒸汽的比热容比：临界比容：K=1．3临界压力：=毗·吉=640．9／974．6／2GPc=vt‘T、，／P0v0’．10-。、，。．了：0．658m3／kg：由于Pc小于P【I’所以为亚临界流动。则虚段比容比：10。=0．252～a。一旦!!±!!!21±：二临界流速：：Q!鱼!墨Q±(Q：鱼：墨Q)!±!=．10，1．3+1=1．145维普资讯http://www.cqvip.com陈红安全阀排放管道支架设计33虚段阻力系数：10b=16216N-：(p2_2l邴一1)I点处垂直分力：=(1．1452—21n1．145_1)Fry=FI×cos30。=0．0363=14043N全段阻力系数：水平分力：∑=0．4677+0．0363FⅡ{=FI×sin30。=8108N=0．5039动力系数取2，求固定点受力：按公式(7)经试算求得管段C—B段的比容比：垂直分力：8=1．574Fv=2×(Fn—Fry—W)截面III的参数为：=2×(21291—14043—315)Pill-"Pc(p一)=13866N(方向向上)水平分力：=0．480×(×1．574一)FH=2×FⅡ{：0．823MPa=2×8108WIll=WcO=16216N(方向向右)：640．9／1．574由垂直分力Fv对固定点产生的力矩为：=407．18m／sMv=Fv×Lo=13886×0．5VIII：Vc／B=6943N·m=0．658／1．574根据判断力和力矩方向，用右手原则，力矩：0．418m。／kg方向朝里。故可以算出III点所受的力：又由于水平分力对固定点也产生了力矩FIlI=G·W+(PIlI—Pa)f×106MH=FH×0．5=×407．18+(o7823—0．0981)×0．01767=16216×0．5=8108N·m×106用右手原则，力矩方向朝里，故固定点所受=19821N(方向向右)弯矩：截面II受力：M=Mv+MHFu=G·W+(PIl—Pa)f×10=15051N·m62×316=．18+(0．569—0．0981)×0．03365通过计算固定点所受的力和力矩，为设计放×106空管支架提供依据。=21291N方向向下，相反，截面II放空管受力向上。2支架设计安全阀入口接管根部的弯矩：动力系数安全阀排放管道支架设计包括：开式排放管DLF取2，则道支架和闭式排放系统管道支架的设计。所谓支M=FII‘d·DLF架设计，实际上是根据各种已有的支架型式(已=21291×0．5×2通过计算程序校核，并现场实际应用可行)，依=21291N·m据计算的各点所受的力和力矩(闭式排放系统管为了克服安全阀入口接管根部处的弯矩，故道还包括位移)，正确选取合适的支架。要求在安全阀出口管弯头处设一支架。选取支架的原则：所选取的支架允许的荷载截面I受力：和许用弯矩，必须大于实际所受的力和弯矩。FI=G·W+(Pc—Pa)f×102．1开式排放系统=×640_9+(0．252_0．0981)×0．03365×由前面分析，安全阀开式排放系统管道包括维普资讯http://www.cqvip.com化工设计2005，15(4)出口管和放空管。其支架设计包括这两部分管道可选用生根在柱子上的三角支架刁一2—8的支架设计。型。2．1．1出口管道支架的悬臂梁型钢规格为：[12．6，斜撑为通过前面分析，安全阀出口管II点受力和100×8。力矩为：支架允许的垂直荷载：Fn：21291NF，v=113050N>FvM=21291N·rn其允许的水平推力：根据FII受力方向向下，故在弯头处应设置F，H=0．3F，v支撑支架。根据张德姜等编著的《石油化工装置=33915N>FH工艺管道安装设计手册》第十五章“管道支吊架也许有人会说所选取的允许垂直荷载F，V和系列”里“碳钢管道弯头支托系列”，选取WT水平推力F，H比实际大很多，但如果选用[10，一1—150一H型号的支架。通常，支撑管管径比其允许的垂直荷载F，v=19650N>Fv满足条安全阀出口管小一级，如图3所示。件，但由F，H=0．3F，V=5895N