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液化气体汽车罐车罐体安全泄放量计算探讨

来源:计算机光盘软件与应用 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-01-18

Wsg(Ws1g)——罐体的安全泄放量,kg/h

Wg——安全阀的排放能力(额定泄放量),kg/h

Was——安全阀的空气排放能力,kg/h

Wa1s(Qa,Qg)——安全阀的空气排放能力,m3/s

qg(qs,La)——泄放压力下液化气体的汽化潜热,kJ/kg

λg——常温下绝热材料的导热系数,kJ/(m·h·℃)

δg——绝热层厚度,m

tg——泄放压力下介质的饱和温度,℃

t1g(t1a)——液化气体在充装过程中的实际温度,该温度未知时取15℃

Arg(Ars,Ara)——罐体外表面积,m2

Ag(As)——安全阀流道面积,mm2

Kg(Ks)——安全阀的额定泄放系数

Cg——气体特性系数。当k1g>1时,Cg=520C1g;当k1g=1或未知时,Cg=315

Cs——空气特性系数

k1g——气体绝热指数

Fa(Fg,F1g)——与绝热层有关的系数

cpg——标准状态下气体的比定压热容,kJ/(kg·K)

cVg——标准状态下气体的比定容热容,kJ/(kg·K)

Mg(Ma)——气体的摩尔质量,kg/kmol

Ms——空气的摩尔质量,kg/kmol

Tg——额定排放压力下饱和气体绝对温度,K

Ts(Ta)——额定排放压力下空气绝对温度,K

Zg(Za)——额定排放压力下饱和气体的压缩系数

pdg(ps)——安全阀的排放压力(绝压),MPa

psg——罐体设计压力,MPa

pog——安全阀出口侧压力(绝压),MPa

U1g(Ua,Ug)——绝热层材料在38℃时的导热率,kW/(m2·K)

GB/T —2017《液化气体汽车罐车》[1]已经于2017-10-14由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合发布,该标准代替了 GB/T —2005《液化气体运输车》[2],内容有以下变化:①将GB/T —2005中安全泄放装置的设计计算改为GB/T —2017中的罐体安全泄放量及安全泄放装置排放能力的计算。②增加了根据安全阀铭牌上的标示值,罐体安全泄放量及安全阀排放能力可以按GB/T —2017中B.2条或B.3条的规定计算。其中B.2条为“按介质质量法计算罐体安全泄放量及安全阀排放能力”,B.3条为参照ADR—2015《国际危险货物公路运输的欧洲协议》[3](以下简称ADR)增加的“按空气体积法计算罐体安全泄放量及安全阀排放能力”。

文中拟对上述变化内容进行探讨说明,以增加对GB/T —2017的理解和掌握,正确熟练地进行罐体安全泄放量及安全泄放装置排放能力的计算。

为便于区分,将GB/T —2017中各量符号添加下标g,将ADR中各量符号添加下标a,将ASME BPVC.Ⅷ.1—2017《Rules for Construction of Pressure Vessels》[4]强制性附录11中各量符号添加下标s。

1 GB/T —2017中公式(B.1)与 ADR相应公式一致性

1.1 GB/T —2017公式

根据 GB/T —2017中的公式 (B.1),无绝热层罐体的安全泄放量为:

根据 GB/T —2017公式 (B.3)(无绝热结构液化气体汽车罐车罐体的安全阀排放能力均采用临界条件进行计算),单个安全阀的排放能力(额定泄放量)为:

为了保证罐体的安全泄放,安全阀的排放能力应不小于罐体的安全泄放量。安全阀的数量对之后的分析不会产生影响,为便于分析,取安全阀数量为1,安全阀的排放能力等于罐体的安全泄放量,即 Wsg=Wg。

根据式(1)、式(2)得:

提取出KgAgpdg后有:

根据ASME BPVC.Ⅷ.1—2017,安全阀的空气排放能力计算公式为:

当1个安全阀选定后,其KAp为常数[4-5],故KgAgpdg=KsAsps, 将 Cs=27.03、Ms=28.97 kg/kmol、Ts=293 K 代入式(3)、式(4)得:

按式(5)可以计算出安全阀进口空气在0.1 MPa和20℃时,安全阀的空气排放能力 Was,其单位为kg/h。为了方便后续进行比较,需要将安全阀的排放能力转换成在0.1 MPa和0℃时的排放量,同时将单位转换成m3/s。在0.1 MPa和0℃下,安全阀进口空气质量流量为1.293 kg/m3[6],根据质量不变原理,需将安全阀的空气排放能力Was除以 (1.293×3 600)。 将 Cg=520C1g代入式(5),得到在0.1 MPa和0℃下安全阀的空气排放能力Wa1s为:

由式(6)推导出:

1.2 ADR公式

根据ADR公式,进口空气在0.1 MPa和0℃时安全阀的空气排放能力Qa为:

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