封闭空间内液体压力计算

假设有一两端切断的封闭管道，管道内充满液体，介质为R32，常温，3.2MPaG，管道直径DN100，管道长度200m。
请问：如果由于外界的因素，管道内温度上升到50℃，由于温度的升高使液体膨胀，导致管道内压力升高，此时管道内压力应该怎么样计算？


附：有人提出此时压力为对应温度下介质的饱和蒸汽压，我认为是不正确的，因为在本题中无气相空间存在，流体处于非气液平衡状态

应该和体积膨胀系数有关吧，等高手解答，学习学习

R32，30℃时的密度是939.6 kg/m3，50℃时的密度是839.3 kg/m3，自30℃加热到50℃，体积膨胀了12%，你这根管子要被撑爆的，因为液体的可压缩性很小，这多出的12%的体积必然要占据空间，如果管道容积不能满足，那就只能把管子憋爆咯~~~~至于气相空间，由于在50℃时的饱和蒸汽压是3.04MPaG，比加热前的压力还低，所以你这管子里的R32是过冷液体，从介质的PVT相图上就知道，此时管道内不会有气相。。

3楼的说法没有错，所以我需要知道到50℃时压力上升到什么程度，是否在管道的可承受范围之内，以此来确定管道安全阀的起跳压力。

推窗望月 发表于 2012-5-2 14:05

                               
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3楼的说法没有错，所以我需要知道到50℃时压力上升到什么程度，是否在管道的可承受范围之内，以此来确定管道 ...

安全阀起跳压力？？天老爷，没搞错吧？充满液体的封闭管道升温时能达到的最高压力是个很kong bu的压力，足以将钢管撑破。待会的计算就可以看到。

安全阀的起跳压力不是根据管道内能达到的最高压力来的，无论是我国还是ASME的规定，管道内安全阀的起跳压力最高也就是操作压力的1.25倍，所以安全阀的起跳压力和上面那个很high的压力是俩码子事。。

以下图片取自《化工安全技术手册》，图片很清晰，可下载后仔细查看。

大概算一下就知道20C的温升有多么的high：

R32平均膨胀系数β=5.337E-3，钢材β0=12E-6，R32压缩系数α=1.09E-5，钢管Ω=12.3E-6(按Φ159x6钢管，外径/内径=1.08选取)，Δt=20℃，P1=19atm

根据上述数据，P2=4589 atm=463 MPa，这个压力，已经超过了20号钢390 MPa的屈服极限，所以你的这根钢管因高压而导致屈服变形而爆炸！因此液化石油气严禁过量充装，就是为了以策安全！

别说20℃了，就是温升仅1℃，这段管子的压力就会高达25MPa，您说说这压力和安全阀有关系么？要是配安全阀，最高起跳压力取4MPa就已经很胆大了。。

5楼的回答很正确，终于又解开了一个疑惑，谢谢！

arpcd 发表于 2012-5-3 00:37

                               
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安全阀起跳压力？？天老爷，没搞错吧？充满液体的封闭管道升温时能达到的最高压力是个很kong bu的压力， ...

对于LNG接收站的TSV(热力安全阀)，一般设定压力要高于操作压力很多，比如：设定压力1.86MPaG，而实际操作压力为0.70MPaG -155oC
如果液体阻塞不断吸热，到1.86MPaG压力时温度可能升高较多了，大约为-105oC左右
但是管道还是完好的啊！

我理解是不是TSV的入口有一段管道不保温，里面全是气相空间，当膨胀时首先压缩气相，随后到设定压力就起跳了。
这根都是液体的膨胀不太一样吧。

jinjinaaaaaaaa 发表于 2012-6-16 14:36

                               
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对于LNG接收站的TSV(热力安全阀)，一般设定压力要高于操作压力很多，比如：设定压力1.86MPaG，而实际操作 ...

你看清楚，温升的高低取决于介质的膨胀系数，LNG和LPG虽只一个字母之差，其液体膨胀系数不同，自然温升带来的破坏也不同，你用LNG的膨胀系数套用图中的公式算算就知道了。。

温升一度对于LNG而言造成的压力升高值，肯定低于LPG温升一度的压力升高值，到底需要多少温升度才能达到钢管的屈服极限，这取决于你的计算结果，但很显然这个压力升高值不是为PSV设置的，道理很简单，钢管到了屈服极限才会破裂，而你的PSV才设置到1.86MPaG，离着屈服极限差了十万八千里嘛。。。

你用液化石油气LPG钢瓶的经验数据去套LNG的，不出错才怪呢。不光介质不同，连温度范围也想去甚远嘛。搞工艺得动脑子，不然一事无成，小兄弟。

zpg 发表于 2012-6-17 20:53

                               
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你看清楚，温升的高低取决于介质的膨胀系数，LNG和LPG虽只一个字母之差，其液体膨胀系数不同，自然温升带 ...

不知道楼上您算过吗，我刚才算了下，数据如下：
LNG温度升高为-155至-105度，平均线性膨胀系数为5.76e-3 (数据来自本论坛)
钢材线性膨胀系数取12e-6，管道容积增大系数为16.3e-6，液体平均压缩系数取1e-5

根据以上计算所得，P2-P1=10883 atm


所以说膨胀系数等不是最关键的吧，主要是操作压力0.7 MPaG的LNG，当压力升至1.86 MPaG时
已经气化并产生了气相空间。

还有几个问题：
1. 怎么在相图上表示出这个过程呢，因为此过程中温度、压力、焓值都变化，怎么把线画在相图上呢？？
2. 就LNG来说，TSV入口有段管道不保温，去过现场，此段管道常温。因此内部肯定是气体，那么此部分气体
    应该从大气中不断的吸收热量进而传入下部的LNG。这么理解对吗？？

jinjinaaaaaaaa 发表于 2012-6-17 23:15

                               
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不知道楼上您算过吗，我刚才算了下，数据如下：
LNG温度升高为-155至-105度，平均线性膨胀系数为5.76e ...

即便你的计算是正确的，但你的基本概念错得一塌糊涂，你那根LNG的接收站的管道不是完全充满液体LNG的封闭空间，完全充满液体和封闭这两条很重要，按你的计算数据，自-155C上升3C至-152C，你这根管子已经爆炸了，哪里还能上升到-105C呢？再者你的安全阀1.86MPaG就起跳，一旦起跳，就不封闭了，压根和楼主的这个全封闭的管道完全不是一个概念了。

你仔细查查现场操作数据（如果有），或者查查你的PID，再仔细询问操作工，你那根管子是全封闭的吗？

全封闭的液体管道，温升一点点都是极其kong bu的事情，你的基本概念的错误在于————全封闭的液相管道，无论你怎么加热，都不会产生气相，你查相图去确定相态的做法是错误的，因为相图是两相达平衡时的状态，而这个相平衡需要空间，即气相有气相的空间，液相有液相的空间，这个空间要能容得下气相与液相，处于稳定流动过程的管道，因其流动，所以可以为气相和液相提供这个空间，而封闭的管道不可能提供气相空间，因此是不可能达到平衡态的。

因为空间全部被液体挤占了，你稍微动动脑筋就该知道，一个1m3封闭的管道里全部是LNG，如果汽化后产生0.1m3的气相空间，剩余0.9m3是液体，总体积还是1m3，体积倒是平衡了，你的物料却不平衡了啊，0.1m3的气体NG，加上0.9m3的LNG，其质量等于1m3的LNG吗？LNG汽化，体积膨胀几百倍以上，液体是不可压缩的，在全封闭的管道里，全部都是LNG，汽化后的NG到哪里去挤占空间呢？要想有汽化空间也容易，管子爆掉，就有空间了，PSV开启，有空间了。。

达到相平衡是需要时间和空间的，需要一定的条件，生活中就有这样的常识，你烧开水的锅要是装得太满，水烧开时会把你的锅盖搞得砰砰作响，水会流得到处都是，这就是气体在寻找空间的典型例证，要是你把水装在封闭的容器内去烧，不用烧开，温升几度你这容器就得报废，炸得满地都是。。

arpcd 发表于 2012-6-18 00:05

                               
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即便你的计算是正确的，但你的基本概念错得一塌糊涂，你那根LNG的接收站的管道不是完全充满液体LNG的封 ...

明白了，这才是关键啊！
大哥终于回来了，呵呵

arpcd 发表于 2012-6-18 00:05

                               
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即便你的计算是正确的，但你的基本概念错得一塌糊涂，你那根LNG的接收站的管道不是完全充满液体LNG的封 ...

TSV入口管线不做保温的原因，是不是主要怕如果入口
一直有LNG充满，那么可能会在安全阀外部有结冰，会导致安全阀
无法跳吧。

arpcd 发表于 2012-5-3 00:37
安全阀起跳压力？？天老爷，没搞错吧？充满液体的封闭管道升温时能达到的最高压力是个很kong bu的压力 ...

厉害

arpcd 发表于 2012-6-18 00:05
即便你的计算是正确的，但你的基本概念错得一塌糊涂，你那根LNG的接收站的管道不是完全充满液体LNG的封 ...

我只能说您的回答真的精彩

凑个热闹。

升高到50℃，压力大约为16.2MPa（g）.





相关的具体分析可以看看这篇文章。
https://mp.weixin.qq.com/s/lZekLWfv2deA7pFNT7emrw

arpcd 发表于 2012-6-18 00:05
即便你的计算是正确的，但你的基本概念错得一塌糊涂，你那根LNG的接收站的管道不是完全充满液体LNG的封 ...

兄弟，水平不错，但是不是还少考虑了一个因素？管道在受压情况下还有自身的拉伸，这个是可以增加一部分容积的，当然管道受力超过了极限就破掉了。在实际中密闭管道中介质受温度影响体积膨胀不是很厉害的那种，不太会发生破裂现象。当然这个范围没计算过。

这个帖子需要好好消化。好贴。