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安全閥吹洩量計算

PSV calculation

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Chemical Engineering

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National Cheng Kung University

Academic year: 2023/2024

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安全閥資料及噴出量計算 1.彈簧式安全閥型式如表 4-1。表 4-1 彈簧式安全閥之型式型式限制流量之機構低升程式安全閥升程為閥座口徑之 1/40 以上至未滿 1/15 者高升程式安全閥升程為閥座口徑之 1/15 以上至未滿 1/7 者

全升程式

安全閥升程為閥座口徑之 1/7 以上者。但升程升至閥座口徑之 1/7 時，其他部位之氣體最小通道面積應較氣體出口通道面積大 10%以上。

全量式

閥座口徑為喉部直徑之 1 倍以上者。且當閥體啟開時其氣體出口通道面積須為喉部面積之 1 倍以上，其安全閥進口及管座之氣體通道面積須為喉部面積之 1 倍以上。

2.安全閥噴出量之計算依 CNS9788.12.1 之規定：防止過壓安全裝置之噴出量之計算，應依下列之規定，且防止過壓安全裝置噴出量必須大於設備必要吹出量。 (1)對彈簧式安全閥之蒸汽及氣體之標稱噴出量之計算，應符合 CNS 9969(蒸汽及壓力氣體用彈簧式安全閥)之附錄（安全閥之標稱噴出量之計算方法）之計算量。對安全閥出口處裝設有排放管者，計算安全閥噴出量時須考量安全閥之背壓。 (2)對破裂板之蒸汽、氣體及液體之額定吹出量之計算，應符合破裂板式安全裝置額定吹出量之計算量。有關蒸汽用安全閥噴出量之計算式依 CNS9969 附錄規定為

W＝ 5. 145 A（P＋0. 1 ） ×K×C×0.

{ W＝ 0. 5145 A（ P＋ 1 ） ×K×C×0}

式中 W：標稱噴出量(kg/h) A：安全閥之吹洩面積(mm 2 )，揚程式 A＝πDL 如閥座為圓錐座

時應乘 0 倍，全量式 A＝ dt 2 。 D：閥座口徑(mm)。 dt：喉部直徑(mm) L：升程(mm)。 P：安全閥吹洩壓力 MPa{kgf/cm 2 }。如未特別規定時，最高使用壓力大於 0{1kgf/cm 2 }時取噴出壓力之 1 倍；如最高使用壓力在 0{1kgf/cm 2 }以下時取噴出壓力加上 0{0 kgf/cm 2 }。 K：不實測標稱噴出係數時由圖 4-1 求之。全量式安全閥 K 值為 0。 C：按蒸汽性質而定之係數（參照表 4-2）。 (3)水蒸汽以外之蒸汽或氣體時：

W＝C×K×A×P 1 × × 0. 9

4



{W＝ 10 ×C×K×A×P 1 × × 0. 9 } 式中 W：吹洩量(kg/h)。 M：吹洩氣體之分子量。 T：吹洩氣體之絕對溫度(K)。 C：壓力氣體之斷熱指數而定之係數(如表 4-3) K：吹洩係數同上式 K。 A：同上式 A。 P 1 ：安全閥吹洩壓力 MPa{kgf/cm 2 }。以絕對壓力計算，如未特別規定時以設定壓力之 1 倍計算。 Z：壓縮係數(如圖 4-2)

圖 4-1 噴出係數

噴出係數 ( Ｋ )

L：升程(mm) D：閥座口徑(mm)

表 4-3 壓力氣體之斷熱指數而定之係數

####### 2.

1. κ C’ κ C’ κ C’ κ C’ κ C’ κ C’ κ C’

3.壓力容器必要吹出量：為防止過壓，自壓力容器之必要吹出量應在下列之值以上。 (1)壓力源為壓縮機或液泵時，為該壓縮機或液泵 1 小時之吐出量（kg/h）。 (2)自(1)以外之壓力源導入氣體之壓力容器，為 1 小時最大導入量（kg/h）。但最大導入量之測定為困難時，得依下列之規定。 W＝ 0. 28 vrd 2 式中 W：必要噴出量（kg/h) v：導入管內之氣體之流速（m/s)，為下列之值以上之值。過熱蒸汽 30 飽和蒸汽 20 一般氣體 10 r：氣體密度（kg/m 3 ) d：管之內徑（cm) (3)如熱交換器等之壓力容器發生蒸氣（不限於水蒸氣）時，應依下列之規定。 W＝Ｈ／Ｌ式中 W：必要噴出量（kg/h) H：入熱量（kJ/h) L：在安全裝置之吹洩量決定壓力時之該液體之蒸發潛熱（kJ/kg)｛kcal/kg} 備註：雖為不發生蒸汽之熱交換器等設備，對充滿液體狀態下密閉之壓力容器，應考慮熱源之漏洩引起之熱膨脹，並以此設置適當之安全裝置。 (4)保有液體之第一種壓力容器或實施絕熱施工之第一種壓力容器之必要吹洩量，應考慮此等之環境條件決定。 ○ 1 無隔熱材時：無隔熱的措施而曝露時之入熱量，為每小時 34500A0. 8 2 Btu/h。此處之 A 係 ft 2 。把此值換算為原來單位，把 A 改為 m 2 時，因 1m 2 =10 2 Btu=0，故把入熱量以 H 表示時， H= 34500 A 0. 8 =34500×( 10. 7639 A) 0. 8 2 × 0. 252042 = 61025 A 0. 8 ≒ 61000 A 0. 8 2 (kcal/h)，若換算為 SI 單位時，因 1kcal/h=1， 61025A0. 8 2 (kcal/h)=70959 A0. 8 2 (W)≒ 71000 A0. 8 2 (W) ，把此熱量除以噴出溫度時之蒸發潛熱時，即可求算必要噴出量。至於 A 者，不論圓筒型或球型，均取壓力容器的濕表面積。若能符合下列條件時，得取上述計算值之之值作為必要噴出量。 3

1.

｛ L W t A   2. 61 ( 650  ) 0. 82 ｝ (kg/h)原來單位 ○ 3 冷卻水量：要使隔熱裝置長時間耐用於 650°C 確有困難，且鋼材在此溫度時其強度將降至 1/4 程度，於設計壓力時就有發生破裂之虞。因此，無論有無隔熱材，確有以具有防熱效果之水噴霧來保護壓力容器之必要。雖然效率再好的水噴霧，但經實驗結果知其效果僅有 1/3，故酌取入熱量相當水量的三倍量之冷卻水量即可。設若水溫 30°C 時，因其蒸發潛熱約為 580kcal/kg，必要之水量假設為 Q  /min 時，

60 580

61000 0. 823  Q  A  ≒ 5 A0. 8 2 (  /min) 此水量，對於實施隔熱被覆者也有必要，至於火災保險對象之所需水量 (  /m 2 〃 min)，如表 4-4 所示 : 表 4- 對象水量 (  /m 2 〃 min) 滅火 30 火勢抑制 20 防止延燒 10 因 Q 為總水量，向高處噴霧或撒水過的水會流經表面落下，對於熱之吸收頗有效果，因此，必須考量這種情形妥予設計噴霧噴嘴的配置位置。有關球型儲槽的必要冷卻水量之例，如表 4-5 所示 : 表 4- 容積 (m 3 )

表面積 (m 2 )

總水量 (  /min)

平均水量 (  /m 2 〃 min) 0 1 5 5. 500 609 1010 1. 1000 967 1476 1. 3000 2012 2690 1. ○ 4 太陽熱：受直射日光之面積較大者及低溫儲槽者，不能忽略太陽熱。夏天全天直射的時間別平均值，可取 2MJ/m 2 （約 500kcal/m 2 ）。 (四)破裂板規格及吹洩量計算書： 1.破裂板應依下列規定 (1)破裂板應依破裂板之規定或具有此同等以上性能與構造者。 (2)破裂板應能在其對應溫度之刻度表示破裂壓力之±5%範圍破裂者。

(3)破裂板得單燅或與安全閥或釋放閥適當組合使用於壓力容器。 2.破裂板額定吹出量計算依破裂板製造廠商提供之吹出量計算書審查。 (參考 JIS B8266 2000 年版破裂板式安全裝置摘要)。 (1)蒸汽 Qm= 5. 246 KCA(p+ 0. 1 )x 0. 9 式中： Qm：噴出量(kg/h)。 K：噴出係數(如表 4-6)。 C：蒸汽性質之係數(如表 4-2)。 A：破裂板之最小開口面積(mm 2 )，或入口管之最小面積。 p：設計要求破裂壓力(kgf/cm 2 )。 (2)氣體 Qm＝KC’ A P 1 × 0. 9 式中： C'：依 k 與 p 2 /p 1 之相關係數，若 p 2 及 p 1 為 MPa 之值時，依表 4-7 之規定。 k：斷熱指數(Cp/Cv)，不明時 k 取 1。 p 1 ：設計要求破裂壓力(絕對壓力)(MPa) p 2 ：背壓( 1 )(絕對壓力)(MPa) M：分子量(kg/kmol) Z：壓縮係數(如圖 4-2)。 T：設計要求溫度(K) Qm、K 及 A 與(1)同。備註( 1 )背壓依訂貨者之指定。若無指定時取大氣壓力。表 4-6 噴出係數 K No. 噴出口形狀噴出係數 K 1 D 0.

2 0.

R>0

0 MAX

表 3-6 k 與 p 2 /p 1 之相關係

數

表 4-7 k 與 p 2 /p 1 之相關係

二、安全裝置

檢查項目檢查內容判定基準(法規條款)

安全裝置

(一)安全閥型式、閥徑、噴出量及數量

依安全閥型錄核對其銘牌所標示為全量型或其他型式、閥徑、噴出量及數量等。

安全閥應為 CNS9969 規定之彈簧式安全閥 (如圖 3-2 所示)或具有與此同等以上之性能及構造者。(CNS9788 12﹒2(1)(b))

(二)作動壓力之設定

依安全閥檢驗證明或測試試驗報告核對其銘牌所標示之設定壓力。

壓力容器承受不同壓力之每一部份，均應裝設於最高容許壓力以下即發生動作之安全閥或替代之安全裝置。(CNS9788 12. 及鍋壓則第 30 條) (三)性能測試測試作動安全閥之初噴壓力、噴出壓力、停噴壓力及氣密壓力應符合規定值。

1.安全閥初噴、噴出、停噴壓力依 CNS 9969 之壓力值。(CNS9969 4) 2.氣密性：加以噴出壓力 90%壓力或停噴壓力二者中較小之壓力時，不得有洩漏現象。(CNS9788 12.1 及 CNS9969 4) (四)破裂板檢查

檢查破裂板規格應符合規定。

破裂板應依破裂板之規定或具有此同等以上性能與構造者。(CNS9788 12.1(2))

表 3-7表 4-8動黏性修正係數動黏性修正係數

(二)安全閥作動壓力，其規定如下： 1.僅以 1 個單燅使用之安全閥，應設定在不超過運轉溫度時壓力容器之最高使用壓力之壓力。(鍋壓則第 30 條及 CNS9788.12.1) 2.必要吹出量如由 2 個以上安全閥所得者，其中 1 個安全閥得設定在不超過壓力容器之最高使用壓力之壓力下能吹洩，其他安全閥可設定在壓力容器最高使用壓力之 1 倍以下吹洩。(鍋壓則第 30 條及 CNS9788.12.1) 3.對為防止火燄或其他不可預測之外部熱源產生超壓而設輔助性過壓防止安全閥時，此等安全閥應設定於不超過壓力容器之最高使用壓力之 110 ％之壓力吹洩。(CNS9788.12.1) (三)彈簧式安全閥其性能測試應依 CNS9969 第 4 節規定 1.蒸汽用彈簧式安全閥噴出壓力之許可差依表 4-9 規定。但有不許超過設定壓力之情形者，應將〝十〞側加入於〝一〞側。

表 4-9 噴出壓力之許可差單位：MPa{kgf／cm 2 } 噴出壓力許可差 0 {7}以下 ±0 {± 0} 超過 0～2 {7～23}以下 ± 3% × 噴出壓力 ±(設定壓力之 3%) 超過 2～ 7 ｛ 23 ～ 70 ｝以下 ±0 {± 0} 超過 7 {70}者 ± 1% × 噴出壓力 ±(設定壓力之 1%)

2.蒸汽用彈簧式安全閥之噴降壓力(初噴壓力或噴出壓力與停噴壓力之差)應依表 4-10、4-11 規定。

表 4-10 噴降壓力單位：MPa{kgf／cm 2 } 蒸汽用彈簧式安全閥(除設於貫流鍋爐、再熱器配管者外)之噴降壓力噴出壓力低升程式高升程式全升程式、全量式 0{1}以下 0 {0}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0~~0 {1~~2}以下 0 {0}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0~~0 {2~~4}以下 0 {0}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0~~0 {4~~7}以下 0 {0}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0~~1 {7~~11}以下 0 {0}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 1 {11}者噴出壓力之 4 %以下原則上為噴出壓力之 4 %以下

表 4-11 噴降壓力單位：MPa{kgf／cm 2 } 壓力氣體用彈簧式安全閥及設於貫流鍋爐、再熱器配管上之蒸汽用彈簧式安全閥之噴降壓力噴出壓力或設定壓力

噴降壓力蒸汽用彈簧式安全閥壓力氣體用彈簧式安全閥 0{1}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0~~0{1~~2}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0~~0{2~~3}以下 0 {0}以下 0 {0}以下超過 0{3}者噴出壓力或設定壓力之 10%以下設定壓力之 15%以下

3.蒸汽用彈簧式安全閥應具備有良好密閉性，依 CNS9969.4 節規定，以噴出壓力之 90%或停噴壓力二者中較小之壓力加壓時能密閉且無漏氣現象為原則。 (四)破裂板檢查 1.破裂板型式分預(a)截痕式、(b)傳統張力負載式等二種(如圖 4-5)。 2.破裂板安裝分單燅安裝(如圖 4-6)和與安全閥組合(如圖 4-7)兩種。 3.破裂板，應依下列之規定： (1)破裂板應依破裂板之規定或具有此同等以上性能與構造者。 (2)破裂板應能在其對應溫度之刻度表示破裂壓力之±5%範圍破裂者。 (3)破裂板得單燅或與安全閥或釋放閥(僅適用於液體)適當組合使用於壓力容器。

圖 4-6 破裂板之安裝

破壞板標準螺栓及螺帽

預組合側夾或預組合螺絲

插入式破壞板夾持具 (進口及出口顯示圖)

出口

進口

標準凸緣

(a)預截痕式

截痕式

(b)傳統張力負載式破裂前

破裂後

破裂前

破裂後

圖 4-5 破裂板型式

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4-2

安全閥資料及噴出量計算

1.彈簧式安全閥型式如表 4-1。

表4-1 彈簧式安全閥之型式

型式

限制流量之機構

低升程式

安全閥升程為閥座口徑之 1/40 以上至未滿 1/15 者

高升程式

安全閥升程為閥座口徑之 1/15 以上至未滿 1/7 者

全升程式

安全閥升程為閥座口徑之 1/7 以上者。但升程升至閥座口徑之 1/7 時，其

他部位之氣體最小通道面積應較氣體出口通道面積大 10%以上。

全量式

閥座口徑為喉部直徑之 1.15 倍以上者。且當閥體啟開時其氣體出口通道面

積須為喉部面積之 1.05 倍以上，其安全閥進口及管座之氣體通道面積須為

喉部面積之 1.7 倍以上。

2.安全閥噴出量之計算依 CNS9788.12.1.4 之規定：防止過壓安全裝置

之噴出量之計算，應依下列之規定，且防止過壓安全裝置噴出量必須

大於設備必要吹出量。

(1)對彈簧式安全閥之蒸汽及氣體之標稱噴出量之計算，應符合 CNS

9969(蒸汽及壓力氣體用彈簧式安全閥)之附錄（安全閥之標稱噴

出量之計算方法）之計算量。對安全閥出口處裝設有排放管者，

計算安全閥噴出量時須考量安全閥之背壓。

(2)對破裂板之蒸汽、氣體及液體之額定吹出量之計算，應符合破裂

板式安全裝置額定吹出量之計算量。

有關蒸汽用安全閥噴出量之計算式依 CNS9969 附錄規定為

＝5.145

（

＋0.1）

×K×C×

0.9

{

＝0.5145

（

＋1）

×K×C×

0.9}

式中 W：標稱噴出量(kg/h)

A：安全閥之吹洩面積(mm2)，揚程式 A＝πDL 如閥座為圓錐座

時應乘 0.707 倍，全量式 A＝ dt2。

D：閥座口徑(mm)。

dt：喉部直徑(mm)

L：升程(mm)。

P：安全閥吹洩壓力 MPa{kgf/cm2}。如未特別規定時，最高使

用壓力大於 0.1MPa{1kgf/cm2}時取噴出壓力之 1.03 倍；

如最高使用壓力在0.1MPa{1kgf/cm2}以下時取噴出壓力加

上0.02MPa{0.2 kgf/cm2}。

K：不實測標稱噴出係數時由圖 4-1 求之。全量式安全閥 K值

為0.864。

C：按蒸汽性質而定之係數（參照表 4-2）。

(3)水蒸汽以外之蒸汽或氣體時：

W＝C×K×A×P1× ×0.9

