aspen安全阀火灾工况计算

工况：

200m3卧式戊烷（异戊烷）储罐，全压力储存，核算火灾工况安全泄放；

戊烷操作条件：30℃/对应饱和压力；

储罐设计条件：50℃/0.4MpaG

首先启动aspenplus

在物性模块中添加查找异戊烷并添加

                              

定义物性方法

完成后进入模拟模块

新建物流及闪蒸模块

进料F，气相V，液相L

定义进料物流，进料2000kg/h，30℃，8bar进料（这里不会影响安全阀的设计）

定义闪蒸罐参数，压降0，绝热闪蒸

运行计算模拟，完成后进入安全分析模块，两种方式，一种是从菜单栏选择增加泄放装置，或者从左侧模块选择安全分析。

这里在左侧选择进入安全分析模块

进入后会显示模拟的情况和安全泄放相关选项

右键点击模块“B”，会出现创建安全泄放装置及相应的物流；这里选择L。

这一步主要是为了引入戊烷的相关物性，安全泄放具体参数在稍后可以进行设置，点击添加后，会出现一个PSV-1

这里的参考是引用模拟模块中的数据，也可以自定义，软件会根据手动设置参数进行计算。

在这里进一步完善设备设信息

本次设计采用手动输入，对于复杂系统和多工况而言需要综合分析后确定。

下一步创建泄放工况。

点击工况标签，进入，创建工况

Aspen提供了完善的工况分析，如果设备处于工艺装置中，则需要结合上下游的工艺过程，不同工况风险进行多工况比较及分析。

这里允许用户创建多个工况进行分析。

对于工况分析是一个非常复杂的过程，需要针对不同的超压风险分析可以参见相关标准规范

GB150附录B

HG-T 20570.2-95《安全阀的设置和选用》

API520 partI（2020）

API521（2020）

SY/T10043-2002（基本对标API521）

SY/T10044-2002（基本对标API520）

建议大家还是看API标准，aspen安全分析模块完全依照API标准

尤其火灾工况，多相流泄放计算国内标准与API参数选取上还是有差别的。

今后有时间和大家展开讨论。

本次设计选择火灾工况。

这里可以针对安全阀尺寸及管道系统尺寸进行水力学核算。

这里选中，然后点击打开工况。

这里主要分为4个部分（屏幕小，无法全部显示）

第一部分泄放工况定义

在这里选择参考物流，软件会根据设定的泄放条件进行物性计算。

由于是火灾工况，这里默认泄放压力是21%（参见API520或HG20570）

上表引自HG20570

累积背压为设定压力的10%，这个参数和阀门形式有关（参见API520或HG20570）；

计算方法的选择，软件通常会根据引用的物流及泄放条件自动匹配。

但是对于复杂物系仍然需要人为判断

默认的方法是HEM（中文翻译有点问题，实际是按照混合均相进行平均计算，这里可以上网找一下关于HEM计算方法的文章，或者稍后跟大家一起讨论）。

在这个工况下，泄放状态可能是夹带液体的。

泄放温度是根据泄放压力软件进行计算的（饱和相态）。

第二部分是关于火灾工况下，表面参数及环境因子参数进行设定

这些设定会影响外部火灾对系统的热量数据，从而影响泄放量。

泄放量选择计算值；

计算方法选择润湿面积计算（这个翻译真是让人头疼）

润湿区域指数是系统默认值.

参考API521，这个数据我找到的原始出处是NPFA30（美国消防协会）中关于地上储罐部分的介绍，这里跟大家一起讨论下。

国内标准的计算方法隐含了这部分的公式。

下面是计算潜热值，默认“是”；

潜热值默认116.3kj/kg，这个就是系统的默认值，这个没有找到出处头疼了好几天，这里有明白的请高手指点一下。

最终汽化率默认10%，这个与火灾持续时间有关系，需要具体问题具体分析对于润湿面积一定的情况下，汽化速率一定，针对安全阀口径不会有影响。

其它选项主要是内部水力学状态的设定，这里默认值。

第三部分是关于设备参数及安装相关信息

这里可以添加多个设备

根据设备实际信息填写就可以，我们是卧式200m3储罐

满液位是3.8m，基础标高0.8m

环境因子，我们这里没有保温层，也没有喷淋所以是1，详见API521

其余信息默认即可。全部填写完成后软件自动进行计算。

第四部分主要显示的是计算的泄放口径。

点击选择，软件会自动匹配。

排放系数如果有阀门厂商数据，可以根据供应商数据填写。

至此，火灾工况安全泄放量及喉径尺寸计算完成。

可以在流体物性进行查询，这里看到泄放温度为89.87℃，适当调整设备设计温度

在管道核算标签中进行管道核算

根据管道安装情况进行设计

这里的临界流速和背压需要进行校验。

避免超过声速和背压（动背压）过大，引起震动及降低泄放能力。

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安全阀销售 发表于 2021-2-16 14:47
谢谢分享

利用aspen basic engineering出的数据表

气化潜热应该是默认物流10%气化时的潜热。  压缩系数很低的物流，推荐使用HEM方法。

潜热会随气化率变化吗？

TVB 发表于 2021-2-17 20:11
气化潜热应该是默认物流10%气化时的潜热。  压缩系数很低的物流，推荐使用HEM方法。

潜热会随气化率变化吗？

简之_myP89 发表于 2021-2-18 15:12

要说明什么，通过这张图，没太明白。

这个图可以查纯物质的潜热值，且潜热值是温度的函数。
这个可能就是系统的默认值116.3kj/kg=50btu/lb 软件计算结果还是比较准确的
在某些计算过程作为初值。
但是在计算呼吸阀的时候这个值不会变，没整明白，帮助文件也没找到相关的说明
大家一起谈论下。
混合计算更复杂，找时间做一个不同工况的比较。

xyq1983 发表于 2021-2-18 16:03
要说明什么，通过这张图，没太明白。这个图可以查纯物质的潜热值，且潜热值是温度的函数。
这个可能就 ...

Specifying a Fire Relief Load Calculation: Wetted (API)

In wetted cases, boiling liquid is entering the vessel subject to an external pool fire.

You can calculate the relief load for a vessel that contains some liquid at relieving conditions by:

Estimating the latent heat of the multicomponent liquid based on the duty required to vaporize a certain mol fraction.

-or-

Manually specifying the latent heat.

Aspen Plus uses the methodology for one of the four viable options listed in the "Guidelines for Pressure Relief and Effluent Handling Systems," by the Center for Chemical Process Safety (CCPS). The Wetted calculation method estimates the latent heat of vaporization based on the duty required to vaporize a specified portion of the holdup liquid in the vessel on a molar basis. The required relief load is calculated per API 521 6th Edition, Section 4.4.13.2.4.2.

Optionally, you can enable prediction of two-phase relief flow using the Calculate Vapor/Liquid Disengagement drop-down list.

To view the relevant equations, refer to Wetted Fire Calculations.

Specifying Calculation Parameters for Wetted Fire Cases

To specify calculation parameters for Wetted Fire cases:

On the Scenario Setup tab, in the Relief Load section, from the Calculation Method drop-down list, select Wetted (API).

In the Wetted Area Exponent field, you can edit the wetted area exponent for fire calculations involving partial confinement. The default value is 0.82. This default value is suitable for open fires, where the fire and the vessel subjected to fire are not located within a confined space. Under certain circumstances of partial confinement (for example, embankments or walls up to vessel height), a value of 1 is recommended, as per API 521, 6th edition (2014), section 4.4.13.3.



From the Drainage and Firefighting drop-down list, select whether drainage and firefighting are Absent or Present. The default value is Absent. Your selection affects the constant in the fire heat flux equation in API 521 Section 4.4.13.2.4.2.

From the Calculate Latent Heat? drop-down list, select whether to specify the latent heat or to calculate the latent heat based on the energy required to vaporize a specified portion of the Selected Stream. Estimating the latent heat is recommended for wide-boiling point mixtures. The default value is Yes.

In the Latent Heat field, edit the value as desired. The default value is 116.3 kJ/kg (Btu/lb). The latent heat must be a value greater than 0.

In the Initial % Vaporized field, specify the initial mol percent to which the Selected Stream will be flashed in the latent heat calculation. The default value is 0 mol %.

In the Final % Vaporized field, specify the final mol percent to which the Selected Stream will be flashed in the latent heat calculation. The default value is 10 mol %. This value must be greater than the value specified in the Initial % Vaporized field.

From the Sensible Heat drop-down list, select whether or not the sensible heat will be included in the latent heat estimation. The default selection is Exclude.

From the Calculate Vapor/Liquid Disengagement drop-down list, select one of the following options:

No: This is the default selection.

Yes: When you select this option, vapor/liquid disengagement is calculated using DIERS methods to predict whether a period of two-phase relief will occur. See Specifying Vapor/Liquid Disengagement Calculation Parameters below.

The total exposed area and total required relief load appear in the Fire Load Calculation Results table.

xyq1983 发表于 2021-2-17 22:16
潜热会随气化率变化吗？

如果是混合物，随着蒸发量的增加，液相组分越重，泄放温度变高。

xyq1983 发表于 2021-2-18 16:03
要说明什么，通过这张图，没太明白。这个图可以查纯物质的潜热值，且潜热值是温度的函数。
这个可能就 ...

我用水测试了下，这个汽化潜热的值是不同的，说明软件是用不同组分计算出来的。

TVB 发表于 2021-2-18 18:59
我用水测试了下，这个汽化潜热的值是不同的，说明软件是用不同组分计算出来的。

当然是计算的，116.3只是默认值（或储值）
只是没找到116.3的储值基于什么，不可能平白无故的设置一个数
根据泄放量计算，潜热值在分母上，热量输入与润湿面积有关

xyq1983 发表于 2021-2-18 19:04
当然是计算的，116.3只是默认值（或储值）
只是没找到116.3的储值基于什么，不可能平白无故的设置一个数 ...

我有用C10算了一下，结果是132.1，那说明软件是依据组分算出来的，你给出一个体系，软件就算出一个值，不存在什么默认值

TVB 发表于 2021-2-18 19:18
我有用C10算了一下，结果是132.1，那说明软件是依据组分算出来的，你给出一个体系，软件就算出一个值，不 ...

In the Latent Heat field, edit the value as desired. The default value is 116.3 kJ/kg (Btu/lb). The latent heat must be a value greater than 0.
帮助文件原文

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