李岳; 温殿江; 姜一昌; 喻友良; 朱永江
【期刊名称】《《压力容器》》
【年(卷),期】2019(036)008
【总页数】6页(P33-37,49)
【关键词】无隔热气瓶; 压缩气体; 液化气体; 火灾工况; 安全泄放量 【作 者】aoi测试李岳; 温殿江; 姜一昌; 喻友良; 朱永江
【作者单位】大连理工大学化工机械与安全学院 辽宁大连116011; 大连理工安全装备有限公司 辽宁大连116620; 大连理工安全技术与控制工程研究中心有限公司 辽宁大连116620
【正文语种】中 文
【中图分类】TH137.52; TQ050.2
漏缝板生产线0 引言
气瓶是一种定容设备，在按一定压力充装后，内部压力变化只受环境温度影响，所以外部环境温度升高或发生火灾，使内部压缩气体膨胀或液化气体汽化，引起设备超压[1-6]。
根据TSG R0006—2014《气瓶安全技术监察规程》[7]要求，对盛装非剧毒介质气瓶均应设置安全泄压装置。气瓶专用安全泄压装置有：易熔合金塞装置、爆破片装置、安全阀、爆破片与易熔合金塞组合装置及爆破片与安全阀组合装置。安装安全泄压装置，最重要是确定泄压面积及安全泄放量。目前，对无隔热压缩气体气瓶及液化气体气瓶的安全泄放量及泄放面积计算，不同的标准给出了不同的计算方法[8-10]。
本文主要讨论美国CGA S-1.1—2005《Pressure Relief Device Standard—Part 1:Cylinders for Compressed Gases》和中国GB/T 33215—2016《气瓶安全泄压装置》两个标准中安全泄放量及泄放面积计算方法异同点，以及采用GB/T 33215—2016计算无隔热压缩气体及液化气体气瓶泄放面积时，应注意的问题。
1 CGA S1.1—2005对火灾工况下压缩气体和液化气体气瓶安全泄放量计算公式讨论
CGA(Compressed gas association)为美国压缩气体学会简称，CGA S-1.1标准英文名称为《Pressure Relief Device Standard—Part 1:Cylinders for Compressed Gases》，中文翻译为《压力泄压装置 第1部分：压缩气体用气瓶》。该标准中分别给出了气瓶安装不同泄压装置时，在火灾工况下，盛装压缩气体(非液化气体)和液化气体的无隔热气瓶的安全泄放量计算公式，下面分别进行讨论。
1.1 无隔热气瓶安装爆破片、易熔塞及其组合泄压装置时的泄放量计算
(1)CAG S-1.1中盛装压缩气体时的安全泄放量计算公式。
Q=9.6×10-3Wc
(1)
式中 Q——在690 kPa试验压力下无隔热气瓶排出的自由空气量，m3/min； 金属卤化物灯接线图Wc——气瓶水容积，kg，Wc≥11.3 kg。
该式隐含表明：任何气体、任意泄放压力及泄放温度的安全泄放量均可用式(1)中自由空气
量表示(自由空气定义为15 ℃,0.1 MPa下空气)。
(2)CGA S-1.1中盛装液化气体时的安全泄放量计算公式。
盛装液化气体气瓶所需最小泄放量应是盛装压缩气体气瓶的2倍泄放量，所以盛装液化气体气瓶的最小泄放量Q=19.2×10-3Wc。
1.2 无隔热气瓶安装压力泄放阀的泄放量计算
无压锅炉(1)CGA S-1.1中盛装压缩气体时的安全泄放量计算公式。
Qa=1.395×10-5PfWc
(2)
式中 Qa——自由空气的排量，m3/min；
Pf——排放压力(绝压)，kPa；
Wc——气瓶水容积，kg，Wc≥5.7 kg。
Wc在数值上与气瓶容积V相同，以下用气瓶容积V(单位为L)表示。
(2)CGA S-1.1中盛装液化气体时的安全泄放量计算公式。
盛装液化气体气瓶所需最小泄放量应是盛装压缩气体气瓶的2倍泄放量，所以盛装液化气体气瓶的最小泄放量Q=2.79×10-5PfV。
1.3 盛装压缩气体气瓶安装爆破片和安全阀两个不同泄放装置的泄放量计算公式比较
从式(1)，(2)的设计参数上看，两个公式内容完全不相同，从形式看安全阀的安全泄放量计算公式含有气瓶泄放压力和气瓶容积，可能来源于理论计算；而爆破片的安全泄放量计算公式可能来自于试验得到的试验结果，笔者未见国外文献的推导方法，以上说法仅是推测。
(1)将安装爆破片的压缩气体气瓶空气体积泄放量转化为任意气体的质量流量。
从式(1)看出，无隔热压缩气体气瓶爆破片安全泄放量只与气瓶容积有关，与气瓶内部压力无关。从式(1)形式和参数隐含得出：从泄放压力为690 kPa(绝压)、在设定泄放温度T下流
出的自由空气体积流量(将流出的空气转化为自由状态下的空气流量)所需要泄放面积等于相同容积的无隔热气瓶在相同泄放温度下、任意泄放压力和任意介质在火灾工况下所需要的泄放面积。
笔者推测这一结论可能是试验所得。由此可得到一定容积气瓶、盛装任意压缩气体介质、在任意泄放压力下的安全泄放质量流量Ws，推导如下。
空气泄放体积流量为:
Q=9.6×10-3Wc m3/min
=0.576 V m3/h
式中 V——气瓶容积，L。
在15 ℃,0.1 MPa下的空气泄放体积流量与泄放质量流量存在如下关系式[11](假设空气为理想气体)：
(3)
式中 P——自由压力,MPa,P=0.1 MPa(100 kPa)；
Q——自由空气体积流量，m3/h；
Ws空气——空气质量流量，kg/h；
热熔标线涂料M空气——空气分子量，kg/kmol，M空气=29 kg/kmol;
R——气体普适常数，kJ/(kmol·K),R=8.314 kJ/(kmol·K)；
T自由——自由空气温度，K,T自由=288 K。
由式(3)计算得到空气泄放质量流量Ws空气=0.698V，该空气质量流量在泄放压力为690 kPa(绝压)、泄放温度为T的泄放面积与相同容积气瓶的任意气体、在任意泄放压力、相同泄放温度T下具有相同泄放面积，由此获得任意气体的安全泄放质量流量。
档案管理方法上述空气流量在690 kPa(绝压)、泄放温度T下的泄放面积计算公式为[12]：
(4)
式中 A——泄放面积，mm2；
C空气——气体常数，C空气=356；
K——气体泄放系数；
Z空气——空气压缩因子，Z空气≈1.0；
T——泄放温度，K。
在690 kPa、泄放温度T、泄放质量流量Ws空气下所需泄放面积等于任意气体在任意泄放压力、相同泄放温度T的泄放面积，由此可得任意气体泄放量Ws如下式表示：
A
(5)
则得:
(6)
式中 Ws——任意气体安全泄放量，kg/h；
C——气体常数；
Pf——气体泄放压力，MPa；
M——气体分子量，kg/kmol；
Z——任意气体压缩因子。
当任意气体常数C取335，气体压缩因子Z取1.0，则得：
(7)
(2)将安装安全阀的压缩气体气瓶的空气泄放量转化为任意气体的质量流量。
