一种用于评价安全泄放系统的设备及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于评价安全泄放系统的设备，包括：容器，其用于为用来模拟引发待评价工业装置超压工况的反应事件提供反应空间；收集罐，其用于容纳反应事件发生时所泄放的流体；泄放管线，其将容器与收集罐连通，泄放管线的入口端依次设置有可调喷嘴和泄放启动器；控制模块，其与泄放启动器连接，用于在发生反应事件时监测容器内部的动态压力并确定泄放时机，以启动泄放启动器，以及根据泄放后容器内部的压力变化来调节喷嘴的孔径，确定使容器内压力下降的最小泄放孔径，从而结合预先设计的泄放面积，计算泄放面积设计误差。本发明专利技术能对工业装置泄放系统的有效性进行评价，还保证流体形态的充分发展，使安全泄放模拟结果更为准确。确。确。

【技术实现步骤摘要】
一种用于评价安全泄放系统的设备及方法


[0001]本专利技术涉及化工设备安全泄放
，尤其是涉及一种用于评价安全泄放系统的设备及方法。

技术介绍

[0002]安全泄放是指密闭容器内一旦发生超压，承压设备的特定部位就会自动敞开，将引起设备超压的“多余的”物料或能量(或两者)排放到指定的安全位置，使设备内的压力始终保持在规定的范围之内，从而避免设备因超压造成过度的塑性变形甚至破裂。泄放是以容器的一定抗压强度为前提，通过合理设计泄放压力和泄压面积，及配备合适的泄放处理系统，便可达到安全泄放目的。安全泄放可分为物理泄放与化学反应失控泄放。物理泄放目前已经较为成熟，诸多标准如美国API 520及国家GB 150等均提供了物理泄放的计算公式，较为准确。相比较而言，化学反应失控泄放发展较慢，自20世纪70年代以来，美国紧急泄放系统设计协会(DIERS)一直致力于失控反应安全泄放技术及设计方法的研究，提供了用于化学反应失控泄放面积计算的DIERS方法。
[0003]安全泄放面积的计算方法之一是采用公式法，需要针对泄放流体状态、性质等进行诸多假设，导致计算结果存在误差，如果设计过小，则安全泄放系统无法起到保护作用，如果设计过大，则增加投资与工程问题。
[0004]因此，现有技术需要提供一种评价安全泄放系统所使用的泄放面积设计参数的方案，以解决上述一个或多个技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种用于评价安全泄放系统的设备，包括：容器，其用于为用来模拟引发待评价工业装置超压工况的反应事件提供反应空间；收集罐，其用于容纳反应事件发生时所泄放的流体；泄放管线，其将所述容器与所述收集罐连通，所述泄放管线的入口端依次设置有可调喷嘴和泄放启动器；控制模块，其与所述泄放启动器连接，用于在发生反应事件时监测容器内部的动态压力并确定泄放时机，以利用所述泄放时机启动所述泄放启动器，以及根据泄放后容器内部的压力变化来调节喷嘴孔径，确定使容器内压力下降的最小泄放孔径，基于此，结合预先设计的泄放面积，计算泄放面积设计误差。
[0006]优选地，所述泄放启动器包括：爆破片，其设置于所述孔径可调喷嘴的后端，用于在达到所述泄放时机时爆破，使得泄放启动；所述切断阀，其设置于所述爆破片的后端并保持全开状态。
[0007]优选地，所述泄放启动器包括：所述切断阀，其设置于所述孔径可调喷嘴的后端，用于在达到所述泄放时机时打开，使得泄放启动；或者爆破片，其设置于所述孔径可调喷嘴的后端，用于在达到所述泄放时机时爆破，使得泄放启动。
[0008]优选地，所述控制模块，其还用于在所述动态压力达到预先设计的泄放压力或爆
破压力时将当前时刻确定为所述泄放时机。
[0009]优选地，所述控制模块，其还用于在检查到泄放后容器内部的压力持续升高时，将喷嘴孔径进行增大调节，或者在检查到泄放后容器内部的压力下降时，将喷嘴孔径进行减小调节，从而不断通过监测容器内部压力和调节喷嘴孔径，确定所述最小泄放孔径。
[0010]优选地，所述控制模块，其还用于将所述最小泄放孔径转换为最小泄放面积，基于此，计算所述待评价工业装置在安全运行下的最小泄放面积，并利用工业装置最小泄放面积和所述预先设计的泄放面积，计算所述泄放面积设计误差，其中，利用如下表达式计算工业装置最小泄放面积和所述泄放面积设计误差：
[0011]A
测
＝V
×
(A0/V0)
[0012]ε＝100％
×
(A
‑
A
测
)/A
测
[0013]其中，A
测
表示工业装置最小泄放面积，V表示工业装置设备体积，V0表示所述容器的体积，ε表示泄放面积设计误差，A表示所述预先设计的泄放面积，A0表示使容器内压力下降的最小面积。
[0014]优选地，在所述反应事件为反应失控工况时，所述容器包括：设置于所述容器的外壁上的夹套，所述夹套用于在泄放后，当容器内压力和温度不断上升时通入冷却水，以保障设备安全；设置于所述容器的内部的盘管，所述盘管用于在泄放后，当容器内压力和温度不断上升时通入冷却水，以保障设备安全；设置于所述容器内部的搅拌器，所述搅拌器用于在容器内部加入反应物料和加热介质后，促使所述反应事件的发生，以辅助模拟反应失控工况。
[0015]优选地，在所述反应事件为火灾工况时，所述容器的内部设置有：设置于所述容器的内部的盘管，所述盘管用于利用所通入的导热油使得容器内部的温度和压力上升，以模拟火灾工况。
[0016]优选地，所述设备还包括：安全保障器，所述安全保障器通过被动泄放管线与所述容器的出口连通。
[0017]优选地，所述设备还包括：设置于所述容器内部的液相温度采集件、气相温度采集件、气相压力采集件和液位采集件；设置于所述泄放启动器的后端的泄放管线温度采集件和泄放管线压力采集件；设置于所述收集罐内部的罐体温度采集件、罐体压力采集件和罐体液位采集件。
[0018]另一方面，提供了一种用于评价安全泄放系统的方法，所述方法利用如上述所述的设备来实现，其中，所述方法包括：配置容器、收集罐和用来将所述容器和所述收集罐连通的泄放管线，并在所述泄放管线的入口端依次设置可调喷嘴和泄放启动器；在容器内发生用来模拟引发待评价工业装置超压工况的反应事件时，监测容器内部的动态压力并确定泄放时机，以利用所述泄放时机启动所述泄放启动器；根据泄放后容器内部的压力变化来调节喷嘴孔径，确定使容器内压力下降的最小泄放孔径，基于此，结合预先设计的泄放面积，计算泄放面积设计误差。
[0019]优选地，在所述反应事件为反应失控工况时，所述方法包括：布置所述容器、所述收集罐、所述泄放管线、所述可调喷嘴和所述泄放启动器，其中，在所述容器的外壁上设置夹套并在所述容器的内部设置盘管和搅拌器；将所述泄放启动器构造为包括设置于所述可调喷嘴的后端的爆破片和设置于所述爆破片的后端的切断阀在内的器件；将所述切断阀保
持全开状态；在容器内部加入反应物料和加热介质后，利用所述搅拌器促使所述反应事件的发生，以辅助模拟反应失控工况；监测容器内部的动态压力并确定泄放时机；所述爆破片在达到所述泄放时机时爆破，使得泄放启动；根据泄放后容器内部的压力变化来调节喷嘴孔径，确定使容器内压力下降的最小泄放孔径，从而计算泄放面积设计误差，其中，在泄放后，当容器内压力和温度不断上升时分别向所述盘管和夹套中通入冷却水，以保障设备安全。
[0020]优选地，在所述反应事件为火灾工况时，所述方法包括：在所述容器的内部设置盘管；将所述泄放启动器构造为具备设置于所述可调喷嘴的后端的切断阀的器件；向所述盘管通入导热油使得容器内部的温度和压力上升，以模拟火灾工况；监测容器内部的动态压力并确定泄放时机；所述切断阀在达到所述泄放时机时打开，使得泄放启动；根据泄放后容器内部的压力变化来调节喷嘴孔径，确定使容器内压力下降的最小泄放孔径，从而计算泄放面积设计误差。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于评价安全泄放系统的设备，其特征在于，包括：容器，其用于为用来模拟引发待评价工业装置超压工况的反应事件提供反应空间；收集罐，其用于容纳反应事件发生时所泄放的流体；泄放管线，其将所述容器与所述收集罐连通，所述泄放管线的入口端依次设置有可调喷嘴和泄放启动器；控制模块，其与所述泄放启动器连接，用于在发生反应事件时监测容器内部的动态压力并确定泄放时机，以利用所述泄放时机启动所述泄放启动器，以及根据泄放后容器内部的压力变化来调节喷嘴孔径，确定使容器内压力下降的最小泄放孔径，基于此，结合预先设计的泄放面积，计算泄放面积设计误差。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述泄放启动器包括：爆破片，其设置于所述孔径可调喷嘴的后端，用于在达到所述泄放时机时爆破，使得泄放启动；所述切断阀，其设置于所述爆破片的后端并保持全开状态。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述泄放启动器包括：所述切断阀，其设置于所述孔径可调喷嘴的后端，用于在达到所述泄放时机时打开，使得泄放启动；或者爆破片，其设置于所述孔径可调喷嘴的后端，用于在达到所述泄放时机时爆破，使得泄放启动。4.根据权利要求1～3中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制模块，其还用于在所述动态压力达到预先设计的泄放压力或爆破压力时将当前时刻确定为所述泄放时机。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制模块，其还用于在检查到泄放后容器内部的压力持续升高时，将喷嘴孔径进行增大调节，或者在检查到泄放后容器内部的压力下降时，将喷嘴孔径进行减小调节，从而不断通过监测容器内部压力和调节喷嘴孔径，确定所述最小泄放孔径。6.根据权利要求1～5中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制模块，其还用于将所述最小泄放孔径转换为最小泄放面积，基于此，计算所述待评价工业装置在安全运行下的最小泄放面积，并利用工业装置最小泄放面积和所述预先设计的泄放面积，计算所述泄放面积设计误差，其中，利用如下表达式计算工业装置最小泄放面积和所述泄放面积设计误差：A
测
＝V
×
(A0/V0)ε＝100％
×
(A
‑
A
测
)/A
测
其中，A
测
表示工业装置最小泄放面积，V表示工业装置设备体积，V0表示所述容器的体积，ε表示泄放面积设计误差，A表示所述预先设计的泄放面积，A0表示使容器内压力下降的最小面积。7.根据权利要求1～6中任一项所述的设备，其特征在于，在所述反应事件为反应失控工况时，所述容器包括：设置于所述容器的外壁上的夹套，所述夹套用于在泄放后，当容器内压力和温度不断上升时通入冷却水，以保障设备安全；
设置于所述容器的内部的盘管，所述盘管用于在泄放后，当容器内压力和温度不断上升时通入冷却水，以保障设备安全；设置于所述容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，孙峰，马守涛，赵健，张长胜，任君朋，盛楠，
申请(专利权)人：中石化安全工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：