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化工设计常用计算公式速查手册 · 05 安全阀与泄放计算

HG/T 20570.2-95 ｜ GB/T 150.1 附录 B ｜ API 520 Part I ｜ API 521

5.1 气体泄放临界流判别
Pcf=P⋅(2k+1)k/(k−1)P_{\mathrm{cf}} = P \cdot \left(\dfrac{2}{k + 1}\right)^{k/(k-1)}
Pb≤Pcf为临界流动P_{b} \le P_{\mathrm{cf}} \text{为临界流动}
P
泄放压力（绝压），MPa
Pcf
临界流动压力（绝压），MPa
Pb
安全阀出口背压（绝压），MPa
k
气体绝热指数（比热比）
适用范围与用法：背压不高于临界压力时，喷嘴喉部达到声速，泄放量与背压无关，可用临界流公式（5.2）；否则为亚临界流，需用亚临界公式或背压修正。
依据：HG/T 20570.2-95 式（8.0.3-1）；与 API 520 Part I 临界流判据一致（理想气体等熵流动关系，无经验系数）。
5.2 气体临界流最小泄放面积
a=13.16⋅WC0⋅X⋅P⋅Z⋅TMa = \dfrac{13.16 \cdot W}{C_{0} \cdot X \cdot P} \cdot \sqrt{\dfrac{Z \cdot T}{M}}
d1=4aπd_{1} = \sqrt{\dfrac{4a}{\pi }}
a
最小泄放面积，mm²
W
质量泄放量，kg/h
C₀
流量系数：全启式 0.6 ~ 0.7；带调节圈微启式 0.4 ~ 0.5；不带调节圈微启式 0.25 ~ 0.35（有制造商数据时用制造商值）
X
气体特性系数，由 k 计算或查表；缺 k 数据时取 315
P
泄放压力（绝压），MPa
Z
压缩因子
T
泄放温度，K
M
摩尔质量，kg/kmol
d1
全启式安全阀喉径，mm
适用范围与用法：仅用于临界流（先用 5.1 判别）。13.16 已包含单位换算，各量必须按上列单位代入。按 API 520 法计算时，无制造商数据 C₀ 取 0.975 并计背压修正系数 Kb；两种体系的泄放量与面积不可混用。
依据：HG/T 20570.2-95 式（8.0.2-1）（13.16、C₀ 取值区间、X = 315 均见该标准第 8 章）。GB/T 150.1-2024 附录 B 采用含 K、Kb、Kc、Cg 的另一表达，按该版设计时用其原式。
5.3 外部火灾工况泄放量（容规法）
W=2.55×105⋅F⋅A0.82HlW = \dfrac{2.55 \times 10^{5} \cdot F \cdot A^{0.82}}{H_{l}}
W
安全泄放量，kg/h
A
受火湿润面积，m²（液面以下且距地面一定高度以内的容器外表面）
F
环境/保护条件系数：裸露容器取 1.0，地面以下或有覆盖、水喷淋、保温等取较小值
Hl
泄放压力下液体汽化潜热，kJ/kg
适用范围与用法：用于盛装液化气体或液体的容器在外部火灾下的泄放量估算。湿润面积的高度限值、F 的分档取值均需查标准原文。
注意：常数 2.55 × 10⁵、指数 0.82 与 F 分档为本手册保留的常用值，系数待与标准正式文本核对（HG/T 20570.2-95 火灾工况条款、GB/T 150.1 附录 B）。本条为叙述性条目，未配在线计算。
5.4 液体受热膨胀泄放量
V=B⋅HG⋅CpV = \dfrac{B \cdot H}{G \cdot C_{p}}
V
体积泄放量，m³/h
B
液体体积膨胀系数，1/℃
H
被封闭液体可能获得的最大传热速率，kJ/h
G
液体密度，kg/m³
Cp
液体定压比热容，kJ/(kg·℃)
适用范围与用法：两端切断阀关闭的满液管段或设备受热（伴热、日晒、换热器侧未隔离）时，液体膨胀体积速率等于吸热速率换算的温升速率乘以体积膨胀系数。结果通常很小，一般选用小口径热膨胀阀即可。
依据：物理关系式（热量衡算 × 体积膨胀），无经验系数；工况识别参见 HG/T 20570.2-95 泄放工况条款与 API 521。
5.5 整定压力、超压与试验压力的关系
压力关系与要点
整定压力不高于被保护系统中最低的设计压力（或最高允许工作压力）
泄放压力= 整定压力 + 允许超压；非火灾工况单阀常用 10%，火灾工况常用 21%
背压常规弹簧阀附加背压一般限制在整定压力的较小比例内，超过时选背压平衡式或先导式
耐压试验压力按 2.4 条计算，与泄放压力分别校核
注意：10%、21% 等超压百分比为常用值，系数待与标准正式文本核对（API 520 Part I / API 521、TSG 21-2016、GB/T 150.1）。本条为叙述性条目，未配在线计算。