不銹鋼換熱管破裂是一種極端工況,是可能發生的意外事故。計算換熱器不銹鋼換熱管破裂工況的安全泄放量,尤其是有閃蒸的氣液兩相安全泄放流量的計算,是工程設計的一個難點。通過對己發表的公式進行分析對比,在查找資料和工程設計實踐經驗的基礎上,提出不銹鋼換熱管破裂工況安全泄放量的計算方法。

石油化工裝置的原料和產品絕大多數是易燃、易爆或有毒的介質,危害性極大,設計中采用的安全措施很多,通常應用安全閥來保護設備,以防止因設備超壓而導致設備爆炸或破裂,造成介質泄漏、火災、污染環境及人身傷害等危害。換熱設備整個管程完全破裂,管程內大量高壓流體流入換熱器的低壓側,是一種極端工況。對此工況的泄放量,AMEAI521均提出了指導性的意見,但未提供具體的計算方法。國內的資料和文獻中提供了一些計算方法,但計算結果相差較大。對高壓介質通過破裂處發生閃蒸的工況,也沒有明確的計算方法。

文中所指的高壓側,均指換熱器的管程;所指的低壓側,均指換熱器的殼程。

不銹鋼換熱管破裂的工況分析

決定換熱器在不銹鋼換熱管破裂時是否需要超壓保護(設置安全閥或爆破片),應與整個低壓系統的超壓情況一起考慮,可按以下原則進行:

1)換熱器運行中,當內部氣體所占的容積大于或等于換熱器體積的50%,且高壓側設計壓力超過低壓側設計壓力的1.25倍時,低壓側應設安全閥。

2)換熱器運行中,當液體容積大于或等于換熱器體積的50%,高壓側設計壓力低于7Ma(表壓),且不銹鋼換熱管損壞會造成低壓側壓力超過其設計壓力的1.5倍時,低壓側應設安全閥。

3)換熱器運行中,當液體容積大于或等于換熱器體積的50%,不銹鋼換熱管破裂造成低壓側壓力超過其設計壓力,高壓側設計壓力大于7Ma(表壓),且高低壓側比值大于1.5或高低壓側的壓差大于或等于7Ma時,則低壓側需設置爆破片。

結語

1)對已發表的不銹鋼換熱管破裂工況泄放量的計算公式進行分析比較,并找到了這些公式的初始來源,發現這些公式都是對初始公式的簡化,與實際流動有一定的偏差。

2)計算時應考慮是否達到臨界流動。應計算出臨界流動壓力,比較低壓側壓力和臨界流動壓力的大小,取兩者中的較大值來計算壓差。

3)本文提出了不銹鋼換熱管破裂泄放量的計算步驟,特別提出了經過不銹鋼換熱管破裂處有相變的泄放量計算方法,對工程設計有一定的指導意義。