AP1000核电项目安全释放阀额定排量计算的分析与比较*

陈中一，徐陈凯

(国核工程有限公司，上海 200233)

0 引言

安全阀释放阀(如图1)是一种安全保护用阀，它的启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全释放阀是锅炉、压力容器和其他受压力设备上重要的安全附件。当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体/流体排入大气/管道外，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。因此，正确的排量计算是安全阀的选用及系统保护设计的关键步骤。

图1 安全释放阀

1 安全释放阀额定排量计算

安全释放阀额定排量计算是选用安全阀选用时一个非常重要的参数，不同的条件、不同物质有不同计算方法，方程参数多，过于复杂，笔者对AP1000项目液体、蒸汽、气体安全释放阀额定排量计算标准及公式进行了经验分析比较。

AP1000项目安全释放阀设备规范书［1－4］要求厂商按照ASME标准设计，其中核安全级安全释放阀额定排量计算按照ASME锅炉及压力容器规范第三卷(以下简称ASME III)计算，非核安全级额定排量计算按照ASME锅炉及压力容器规范第八卷(以下简称ASME VIII)计算。但在实际的计算标准选用过程中，国内多数厂商仍选用美国石油学会520标准(以下简称API 520)进行额定排量的计算。以下将对这三种标准的额定排量计算进行比较。

(1)用于饱和蒸汽介质的排量计算公式［5－7］如表1所列。

表1 饱和蒸汽介质排量计算公式对比表

其中:W为饱和蒸汽的额定排量，lbs/hr;K，Kd为均为排放系数;A为实际排放面积，平方英寸;P为排放压力，绝压;该值等于整定压力+允许超压+14.7 psi(即一个标准大气压);当蒸汽压力大于1 500 psi且小于3 200 psi时，W应乘以进行修正。Kb为背压修正系数;Kc为爆破片修正系数;KN为奈培方程修正系数，当P≤1 500 psi时，KN=1.0;当1 500 psi＜P＜3 200 psi时，KSH为过热修正系数。对于任何压力下的饱和蒸汽，KSH=1.0。

通过对比可发现，ASME III与ASME VIII公式完全一致，API520公式比ASME公式多了一系列的参数，如 Kb，Kc，KN和 KSH等;其中 KN和 ASME 中定义的修正系数相同，为根据排放压力不同而进行的修正系数;ASME公式中的蒸汽为饱和蒸汽，因此相当于API520中KSH=1.0;ASME公式计算时未考虑背压的影响，即只计算常规式安全阀的流量，相当于API520中Kb=1.0(AP1000项目安全释放阀经常存在背压工况);ASME公式计算未考虑进口与爆破片组合的情况，即只计算了未带爆破片时的流量，相当于API520中Kc=1.0(AP1000项目安全释放阀进口无爆破片组合情况)。因此API520计算公式考虑更为详尽。

(2)用于气体介质的排量计算公式［5－7］如表2。

表2 气体介质排量计算公式对比表

其中:W=额定排量，lbs/hr;C=基于绝热比Cp/Cv的系数;A=实际排放面积，平方英寸;P=排放压力，绝压;该值等于整定压力+允许超压+14.7 psi(即一个标准大气压);K，Kd=均为排放系数;M=分子量;T=进口绝对温度，°R。Kb=背压修正系数(不考虑背压工况，Kb=1.0);Kc=爆破片修正系数(不带爆破片时，Kc=1.0);Z=压缩系数。

通过对比可发现，ASME III与ASME VIII公式完全一致，API520公式中多了Kb，Kc和 Z三个参数;ASME公式未考虑背压影响、爆破片影响和气体的压缩性质，即认为 Kb=1.0，Kc=1.0 和 Z=1.0;但AP1000项目安全释放阀经常存在背压及各类气体工况，其Kb、Z参数应进行相应修正，因此API520计算公式考虑的更为详尽。

(3)用于液体介质的排量计算公式［5－7］如表3。

表3 液体介质排量计算公式对比表

其中:W=额定排量，GPM;A=实际排放面积，平方英寸;P=排放压力，绝压;该值等于整定压力+允许超压+14.7 psi(即一个标准大气压);Pd=排放背压;K，Kd=均为排放系数;G=在流动温度下液体相对于水的密度;w=液体比重。Kb=背压修正系数(不考虑背压工况，Kb=1.0);Kc=爆破片修正系数(不带爆破片时，Kc=1.0);Kv=粘度修正系数。

通过对比可发现，ASME III与ASME VIII公式完全一致，当介质为水、进口不带爆破片且无背压时，即G=1，w=62.3058 lbs/ft3，Kb=1.0，Kc=1.0 和 Kv=1.0时，API520的公式转换为Q=38×A×Kd×(PPd)1/2;而ASME公式则可以转化为W=4.814×A×Kd×［62.3058×(P －Pd)］1/2=37.9988×A ×Kd×(P－Pd)1/2;可发现两者完全一致。但AP1000项目安全释放阀经常存在背压工况，因此API520计算公式考虑更详尽。

2 结论

通过对AP1000项目安全释放阀额定排量标准公式、参数计算的对比，分析了ASME标准与API520标准额定排量计算的特点，得出API520的额定排量计算完全能够覆盖ASME标准，为阀门供应商，安全阀评标方提供了满足规范书［1－4］要求的计算验证依据，达到了预期目的。

［1］ APP－PV16－Z0－001.核级辅助释放阀设计规范书［S］.2014.

［2］ APP－PV46－Z0－001.非核级辅助释放阀设计规范书［S］.2014.

［3］ APP－PV62－Z0－001.稳压器安全阀设计规范书［S］.2012.

［4］ APP－PV65－Z0－001.主蒸汽安全阀设计规范书［S］.2013.

［5］ ASME VIII.ASME锅炉及压力容器规范第八卷［S］.1998.

［6］ ASME III.ASME 锅炉及压力容器规范［S］.1998.

［7］ 美国石油学会炼油厂泄压装置的设置、选择和安装API 520［S］.2000.