LNG气化站安全阀的设置及选型分析
LNG气化站安全阀的设置及选型分析
涉及到公式，在txt中打不出来，故此文章用word格式。
在TXT文本如下，仅供参考，公式显示残缺。
概述
安全阀用于受压设备、容器和管路，当压力超过规定数值时，促使设备自动排放介质的过剩压力，保证安全生产。因生产需求、设备性质和工艺要求等不同，安全阀在设置及选型方面的技术标准也不一样。常用的国内标准有国家标准（GB）和机械行业标准（JB）等，主要是参照国外标准修订（如美国石油协会标准API及美国机械工程师协会标准ASME等，），但国内外各个标准体系之间差异较大，本文参照国家标准（GB）。
LNG气化站设计中，在LNG储罐及空温式气化器前后管道应设置安全阀，以防止储罐及管道压力超过设计压力而发生事故。安全阀的合理设置是保证LNG气化站正常运行的必要措施。
安全阀的种类
1.按平衡内压的方式不同，安全阀的结构形式主要分为：
①静重式。静重式安全阀分为重锤式安全阀及杠杆重锤式安全阀两种，目前工业上主要采用杠杆重锤式安全阀，它曾广泛应用于发电厂和石油化学工业中。其特点是载荷不随阀瓣升高而变化，并可以十分精确地加载。但加载方式决定了载荷不可能很大，而且不适合于移动和振动的场合。随着弹簧式安全阀的发展和日益完善，杠杆重锤式安全阀有被完全取代之势。
②弹簧式。利用压缩弹簧力来平衡阀瓣压力，优点是体积小、轻便、灵敏度高、安装位置不受严格限制。同一型号规格的安全阀可通过更换弹簧来改变其工作压力级，而在某一压力范围内，可通过调节阀杆开启压力。弹簧式安全阀结构见图1。
2.按结构不同，安全阀分为:
①封闭式。用于易燃、易爆或有毒介质的生产装置上。
②不封闭式。用于蒸汽或惰性气体的生产装置中。
3.按其阀瓣升启高度不同，安全阀分为：
①全启式。h= ~ ，安全阀泄放量大，回座性能好，气体和液体都能适用。
②微启式。h= ~ ，安全阀泄放量小，效率低，一般只用于液体介质。
综上所述，LNG气化站内的低温液化天然气管道（以下简称LNG管道）应采用弹簧封闭全启式或微启式安全阀；常温天然气管道应采用弹簧封闭全启式安全阀。
LNG气化站安全阀的设置
1.根据GB50028-2006《城镇燃气设计规范》(以下简称GB50028―2006)第9.4.7条，液态天然气管道上的两个切断阀之间必须设置安全阀，放散气体宜集中放散。
2.根据GB50028―2006第9.4.10条，液化天然气储罐必须设置安全阀，安全阀的开启压力及阀口总通过面积应符合国家现行《压力容器安全技术监察规程》的规定。
3.根据GB50028―2006第9.4.11条，液化天然气储罐安全阀的设置应符合下列要求：
①必须选用奥氏体不锈钢弹簧封闭全启式；
②单罐容积为100m3或100m3以上的储罐应设置2个或2个以上安全阀。
4.根据GB50028―2006第9.4.16条，液化天然气气化器或其出口管道上必须设置安全阀，环境气化器的安全阀泄放能力必须满足在1.1倍的设计压力下，泄放量不小于气化器设计额定流量的1.5倍。
5.目前LNG气化站内的低温液化天然气管道（以下简称LNG管道）采用弹簧封闭全启式或微启式安全阀；常温天然气管道采用弹簧封闭全启式安全阀。
LNG气化站安全阀选型分析
1.安全阀压力参数
①整定压力
整定压力也称开启压力，是安全阀阀瓣开始动作，离开所接触的密封面，并有一定的位移时的压力。
储罐安全阀的整定压力：根据GB50316-2000《工业金属管道设计规范》（2008年版）(以下简称GB50316-2000)第14.2.4条规定，安全阀的开启压力（整定压力）除工艺有特殊要求外，为正常最大工作压力的1.1倍，最低为1.05倍。储罐安全阀的整定压力P0应根据LNG储罐的最大允许工作压力P确定，一般取P0=(1.05～1.1)P。
空温式气化器前LNG管道安全阀的整定压力：根据GB/T20801.6-2006《压力管道规范工业管道》第4.1.6.2条规定，对于防止液体管道热膨胀的安全泄放装置，安全阀设定压力应不大于管道设计压力的120%和系统试验压力中的较小值，且最大泄放压力应不超过相应温度下管道压力额定值的20%或由压力产生的管道名义应力不超过材料许用应力值的20%。另根据GB50316-2000第14.2.4条规定，安全阀的开启压力（整定压力）除工艺有特殊要求外，为正常最大工作压力的1.1倍，最低为1.05倍。本文综合考虑，取满足GB/T20801.6-2006和GB50316-2000两者之中的较小值，且考虑到LNG管道系统和LNG储罐连通，应与LNG储罐工作压力保持一致。空温式气化器前LNG管道安全阀的整定压力P0'可根据LNG储罐的最大允许工作压力P确定，一般取P0'=(1.05～1.1)P。
②泄放压力
根据安全阀相关规范条文，安全阀的泄放压力等于设定压力加超过压力，而排放压力等于整定压力加超过压力。因此，泄放压力等同于排放压力。泄放压力是阀瓣达到规定开启高度时的进口压力。
本文设置的安全阀为弹簧直接载荷式安全阀，泄放压力可取1.1倍整定压力，则：
储罐安全阀绝对泄放压力Pd=（1.155～1.21）P+0.1；
空温式气化器前LNG管道安全阀绝对泄放压力Pd'=（1.155～1.21）P+0.1。
另根据GB50028―2006第9.4.16条，空温式气化器出口管道上安全阀绝对泄放压力取Pd"=1.21P+0.1。
2.安全阀泄放量计算
①LNG储罐及空温式气化器前LNG管道的安全泄放量的计算
本文以苏州燃气集团王家庄LNG储配站为例，LNG储罐最大允许工作压力P=0.6MPa，因此：
储罐安全阀和空温式气化器前LNG管道安全阀的整定压力P0=0.63～0.66MPa。综合考虑，储罐安全阀的整定压力定为0.63MPa，此时安全阀绝对泄放压力Pd=Pd'=1.10.63+0.1=0.793MPa。
空温式气化器出口管道上安全阀绝对泄放压力取Pd"=1.21P+0.1=0.826MPa。
根据TSGD0001-2009《压力管道安全技术监察规程工业管道》中E1.3.1第2条，液化气体容器和管道系统有完善的绝热层时，安全泄放量按照式(1)进行计算:
储罐受热面积近似按储罐内罐的全部外表面积估算，立式储罐受热面积按照式(2)进行计算。
管道受热面积按照式(3)进行计算。
LNG主要成分为甲烷，其体积分数可达99%以上。因此LNG物性参数近似按甲烷考虑。根据GB150.1-20l1《压力容器第1部分：通用要求》(以下简称GB150.1-20l1)附录B表B.6，甲烷的摩尔质量M=16.04kg/kmol，在0.013MPa、15℃时的等熵指数K=1.31，临界压力(绝压)Pc=4.64MPa，临界温度=190.65K。
以1台公称容积100m3的立式LNG储罐为例，设备参数可为：D1=3m，L=18m，λ=0.565kj/（m・h・℃）（由设备厂家提供），δ=0.25m。泄放绝对压力为0.793MPa，查得T=147K，q=427.1kJ/kg。将相关参数代入式（2），得储罐受热面积A1=169.56m2。
将A1代入式（1），得储罐的安全泄放量为：W=467.55kg/h。
以LNG储罐出液口至空温式气化器的LNG管道为例，管道参数可为：D2=0.05m，L=100m，保冷层材料建议采用ArmaflexLT材料，λ=0.028W/(m・k)=0.1kj/（m・h・℃），保冷层厚度δ=0.10m。泄放绝对压力为0.793MPa，查得T=147K，q=427.1kJ/kg。将相关参数代入式（3），得LNG管道受热面积A2=7.85O。
将A2=7.85O代入式（1），得LNG储罐出液口至空温式气化器的LNG管道的安全泄放量为：W'=29.4kg/h。
②空温式气化器出口管道的安全泄放量的计算
根据GB50028―2006第9.4.16条，在1.1倍的设计压力下，空温式气化器出口管道上安全泄放量不小于气化器设计额定流量的1.5倍。
以额定流量2000Nm3/h空温式气化器出口天然气管道为例，空温式气化器出口管道的安全泄放量为：W"=3000Nm3/h。
3.安全阀公称直径计算
①流通直径
安全阀喉部横截面为圆形，则对应流通面积的直径称为流通直径（亦称喉径）。
②公称直径
公称直径是经过圆整后的标准化名义直径。全启式安全阀的出口公称直径一般比进口公称直径大一档，而微启式安全阀的进、出口公称直径则一般相同。安全阀的公称直径通常指进口公称直径，常见安全阀公称直径与流通直径的关系见表1。
③LNG储罐及空温式气化器前LNG管道上的安全阀公称直径的计算
根据GB/T18442.6-20l1《固定式真空绝热深冷压力容器第6部分：安全防护》（以下简称GB/T18442.6）附录A.5“安全阀排放能力计算”。
而A= ;
则公称容积100的立式LNG储罐安全阀喉部直径dt>10mm；
LNG储罐出液口至空温式气化器的LNG管道安全阀喉部直径dt>2.7mm。
根据GB50028―2006第9.4.11条，液化天然气储罐安全阀必须选用奥氏体不锈钢弹簧封闭全启式，且根据本文表1，从安全角度出发及参照已运行LNG气化站的经验，储罐上安全阀建议选择DN40，由于100方LNG储罐罐体一个连接口设置2个安全阀，该连接口的截面积至少等于2个安全阀的进口截面积；LNG管道安全阀一般选用微启式，根据本文表1及经验选取DN10或DN15的安全阀。
④空温式气化器后管道上的安全阀直径的计算
根据GB/T12241-2005《安全阀一般要求》（以下简称GB/T12241-2005）第6.3条“用空气或其他气体作为试验介质时的理论排量”。
由以上数据可得属于临界流动状态，则dt>2.7mm，且根据本文表1至少选取DN50的安全阀；另根据排放介质为气体，应选取全启式安全阀。
4.安全阀阀体材料
安全阀阀体材料根据安全阀的使用温度、工作压力及管道介质的腐蚀情况等选择。一般用于气体、水，且工作温度低于450摄氏度，阀体选用WCB等碳钢材料，而-100摄氏度以下的超低温场合，则选用奥氏体不锈钢。本文空温式气化器前LNG管道应上的安全阀阀体材料应选用奥氏体不锈钢，空温式气化器后管道上的安全阀阀体材料应选用WCB。
结论
安全阀用在LNG储罐及工艺管道上，以防止其压力超过允许的极限值，确保LNG气化站的安全运行。掌握安全阀的设置选型方法对LNG气化站的安全设计至关重要，是LNG气化站安全运行的重要保障。
在TXT文本如下，仅供参考，公式显示残缺。
概述
安全阀用于受压设备、容器和管路，当压力超过规定数值时，促使设备自动排放介质的过剩压力，保证安全生产。因生产需求、设备性质和工艺要求等不同，安全阀在设置及选型方面的技术标准也不一样。常用的国内标准有国家标准（GB）和机械行业标准（JB）等，主要是参照国外标准修订（如美国石油协会标准API及美国机械工程师协会标准ASME等，），但国内外各个标准体系之间差异较大，本文参照国家标准（GB）。
LNG气化站设计中，在LNG储罐及空温式气化器前后管道应设置安全阀，以防止储罐及管道压力超过设计压力而发生事故。安全阀的合理设置是保证LNG气化站正常运行的必要措施。
安全阀的种类
1.按平衡内压的方式不同，安全阀的结构形式主要分为：
①静重式。静重式安全阀分为重锤式安全阀及杠杆重锤式安全阀两种，目前工业上主要采用杠杆重锤式安全阀，它曾广泛应用于发电厂和石油化学工业中。其特点是载荷不随阀瓣升高而变化，并可以十分精确地加载。但加载方式决定了载荷不可能很大，而且不适合于移动和振动的场合。随着弹簧式安全阀的发展和日益完善，杠杆重锤式安全阀有被完全取代之势。
②弹簧式。利用压缩弹簧力来平衡阀瓣压力，优点是体积小、轻便、灵敏度高、安装位置不受严格限制。同一型号规格的安全阀可通过更换弹簧来改变其工作压力级，而在某一压力范围内，可通过调节阀杆开启压力。弹簧式安全阀结构见图1。
2.按结构不同，安全阀分为:
①封闭式。用于易燃、易爆或有毒介质的生产装置上。
②不封闭式。用于蒸汽或惰性气体的生产装置中。
3.按其阀瓣升启高度不同，安全阀分为：
①全启式。h= ~ ，安全阀泄放量大，回座性能好，气体和液体都能适用。
②微启式。h= ~ ，安全阀泄放量小，效率低，一般只用于液体介质。
综上所述，LNG气化站内的低温液化天然气管道（以下简称LNG管道）应采用弹簧封闭全启式或微启式安全阀；常温天然气管道应采用弹簧封闭全启式安全阀。
LNG气化站安全阀的设置
1.根据GB50028-2006《城镇燃气设计规范》(以下简称GB50028―2006)第9.4.7条，液态天然气管道上的两个切断阀之间必须设置安全阀，放散气体宜集中放散。
2.根据GB50028―2006第9.4.10条，液化天然气储罐必须设置安全阀，安全阀的开启压力及阀口总通过面积应符合国家现行《压力容器安全技术监察规程》的规定。
3.根据GB50028―2006第9.4.11条，液化天然气储罐安全阀的设置应符合下列要求：
①必须选用奥氏体不锈钢弹簧封闭全启式；
②单罐容积为100m3或100m3以上的储罐应设置2个或2个以上安全阀。
4.根据GB50028―2006第9.4.16条，液化天然气气化器或其出口管道上必须设置安全阀，环境气化器的安全阀泄放能力必须满足在1.1倍的设计压力下，泄放量不小于气化器设计额定流量的1.5倍。
5.目前LNG气化站内的低温液化天然气管道（以下简称LNG管道）采用弹簧封闭全启式或微启式安全阀；常温天然气管道采用弹簧封闭全启式安全阀。
LNG气化站安全阀选型分析
1.安全阀压力参数
①整定压力
整定压力也称开启压力，是安全阀阀瓣开始动作，离开所接触的密封面，并有一定的位移时的压力。
储罐安全阀的整定压力：根据GB50316-2000《工业金属管道设计规范》（2008年版）(以下简称GB50316-2000)第14.2.4条规定，安全阀的开启压力（整定压力）除工艺有特殊要求外，为正常最大工作压力的1.1倍，最低为1.05倍。储罐安全阀的整定压力P0应根据LNG储罐的最大允许工作压力P确定，一般取P0=(1.05～1.1)P。
空温式气化器前LNG管道安全阀的整定压力：根据GB/T20801.6-2006《压力管道规范工业管道》第4.1.6.2条规定，对于防止液体管道热膨胀的安全泄放装置，安全阀设定压力应不大于管道设计压力的120%和系统试验压力中的较小值，且最大泄放压力应不超过相应温度下管道压力额定值的20%或由压力产生的管道名义应力不超过材料许用应力值的20%。另根据GB50316-2000第14.2.4条规定，安全阀的开启压力（整定压力）除工艺有特殊要求外，为正常最大工作压力的1.1倍，最低为1.05倍。本文综合考虑，取满足GB/T20801.6-2006和GB50316-2000两者之中的较小值，且考虑到LNG管道系统和LNG储罐连通，应与LNG储罐工作压力保持一致。空温式气化器前LNG管道安全阀的整定压力P0'可根据LNG储罐的最大允许工作压力P确定，一般取P0'=(1.05～1.1)P。
②泄放压力
根据安全阀相关规范条文，安全阀的泄放压力等于设定压力加超过压力，而排放压力等于整定压力加超过压力。因此，泄放压力等同于排放压力。泄放压力是阀瓣达到规定开启高度时的进口压力。
本文设置的安全阀为弹簧直接载荷式安全阀，泄放压力可取1.1倍整定压力，则：
储罐安全阀绝对泄放压力Pd=（1.155～1.21）P+0.1；
空温式气化器前LNG管道安全阀绝对泄放压力Pd'=（1.155～1.21）P+0.1。
另根据GB50028―2006第9.4.16条，空温式气化器出口管道上安全阀绝对泄放压力取Pd"=1.21P+0.1。
2.安全阀泄放量计算
①LNG储罐及空温式气化器前LNG管道的安全泄放量的计算
本文以苏州燃气集团王家庄LNG储配站为例，LNG储罐最大允许工作压力P=0.6MPa，因此：
储罐安全阀和空温式气化器前LNG管道安全阀的整定压力P0=0.63～0.66MPa。综合考虑，储罐安全阀的整定压力定为0.63MPa，此时安全阀绝对泄放压力Pd=Pd'=1.10.63+0.1=0.793MPa。
空温式气化器出口管道上安全阀绝对泄放压力取Pd"=1.21P+0.1=0.826MPa。
根据TSGD0001-2009《压力管道安全技术监察规程工业管道》中E1.3.1第2条，液化气体容器和管道系统有完善的绝热层时，安全泄放量按照式(1)进行计算:
储罐受热面积近似按储罐内罐的全部外表面积估算，立式储罐受热面积按照式(2)进行计算。
管道受热面积按照式(3)进行计算。
LNG主要成分为甲烷，其体积分数可达99%以上。因此LNG物性参数近似按甲烷考虑。根据GB150.1-20l1《压力容器第1部分：通用要求》(以下简称GB150.1-20l1)附录B表B.6，甲烷的摩尔质量M=16.04kg/kmol，在0.013MPa、15℃时的等熵指数K=1.31，临界压力(绝压)Pc=4.64MPa，临界温度=190.65K。
以1台公称容积100m3的立式LNG储罐为例，设备参数可为：D1=3m，L=18m，λ=0.565kj/（m・h・℃）（由设备厂家提供），δ=0.25m。泄放绝对压力为0.793MPa，查得T=147K，q=427.1kJ/kg。将相关参数代入式（2），得储罐受热面积A1=169.56m2。
将A1代入式（1），得储罐的安全泄放量为：W=467.55kg/h。
以LNG储罐出液口至空温式气化器的LNG管道为例，管道参数可为：D2=0.05m，L=100m，保冷层材料建议采用ArmaflexLT材料，λ=0.028W/(m・k)=0.1kj/（m・h・℃），保冷层厚度δ=0.10m。泄放绝对压力为0.793MPa，查得T=147K，q=427.1kJ/kg。将相关参数代入式（3），得LNG管道受热面积A2=7.85O。
将A2=7.85O代入式（1），得LNG储罐出液口至空温式气化器的LNG管道的安全泄放量为：W'=29.4kg/h。
②空温式气化器出口管道的安全泄放量的计算
根据GB50028―2006第9.4.16条，在1.1倍的设计压力下，空温式气化器出口管道上安全泄放量不小于气化器设计额定流量的1.5倍。
以额定流量2000Nm3/h空温式气化器出口天然气管道为例，空温式气化器出口管道的安全泄放量为：W"=3000Nm3/h。
3.安全阀公称直径计算
①流通直径
安全阀喉部横截面为圆形，则对应流通面积的直径称为流通直径（亦称喉径）。
②公称直径
公称直径是经过圆整后的标准化名义直径。全启式安全阀的出口公称直径一般比进口公称直径大一档，而微启式安全阀的进、出口公称直径则一般相同。安全阀的公称直径通常指进口公称直径，常见安全阀公称直径与流通直径的关系见表1。
③LNG储罐及空温式气化器前LNG管道上的安全阀公称直径的计算
根据GB/T18442.6-20l1《固定式真空绝热深冷压力容器第6部分：安全防护》（以下简称GB/T18442.6）附录A.5“安全阀排放能力计算”。
而A= ;
则公称容积100的立式LNG储罐安全阀喉部直径dt>10mm；
LNG储罐出液口至空温式气化器的LNG管道安全阀喉部直径dt>2.7mm。
根据GB50028―2006第9.4.11条，液化天然气储罐安全阀必须选用奥氏体不锈钢弹簧封闭全启式，且根据本文表1，从安全角度出发及参照已运行LNG气化站的经验，储罐上安全阀建议选择DN40，由于100方LNG储罐罐体一个连接口设置2个安全阀，该连接口的截面积至少等于2个安全阀的进口截面积；LNG管道安全阀一般选用微启式，根据本文表1及经验选取DN10或DN15的安全阀。
④空温式气化器后管道上的安全阀直径的计算
根据GB/T12241-2005《安全阀一般要求》（以下简称GB/T12241-2005）第6.3条“用空气或其他气体作为试验介质时的理论排量”。
由以上数据可得属于临界流动状态，则dt>2.7mm，且根据本文表1至少选取DN50的安全阀；另根据排放介质为气体，应选取全启式安全阀。
4.安全阀阀体材料
安全阀阀体材料根据安全阀的使用温度、工作压力及管道介质的腐蚀情况等选择。一般用于气体、水，且工作温度低于450摄氏度，阀体选用WCB等碳钢材料，而-100摄氏度以下的超低温场合，则选用奥氏体不锈钢。本文空温式气化器前LNG管道应上的安全阀阀体材料应选用奥氏体不锈钢，空温式气化器后管道上的安全阀阀体材料应选用WCB。
结论
安全阀用在LNG储罐及工艺管道上，以防止其压力超过允许的极限值，确保LNG气化站的安全运行。掌握安全阀的设置选型方法对LNG气化站的安全设计至关重要，是LNG气化站安全运行的重要保障。