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第!0卷第6期中国锅炉压力容器安全·6$·

安全泄压装置设计中泄放系数的确定

王东宇王淑兰丁信伟

（大连理工大学化工学院辽宁!!"#!$）

摘要通过对安全泄压装置简化模型进行流体力学分析，研究了泄放系数的物理意义，推导出了泄放
系数的计算公式，为泄放系数的通用值提供了理论依据。
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关键词物理超压泄放泄放系数

〔〕
!引言性!。
泄放面积的计算是安全泄压装置设计中的重要实际的质量排量与理想喷嘴的排量之所以有差
组成部分，泄放系数是泄放面积计算过程中不可缺别，主要有两方面的原因。第一方面，是因为泄放管
少的重要参数。它的取值将关系到泄放计算的准确的直径小于容器的直径，泄放管与容器直接相连，管
性和可靠性。因此，正确地选取泄放系数是关系到道突然收缩，流体的流道缩小，造成了流体质点的流

安全生产的重要环节。动轨迹朝管道内收缩。如图!所示。
目前，各国都制定了与安全装置相关的设计标

准和规范，比如，美国机械工程师协会制定的’()*
标准，美国石油学会制定的’+,-$#标准，,(.组织
制定的,(."/!0以及我国制定的12-"/344等标
准。在各标准中的泄放面积设计公式里，都引入了
泄放系数（各标准中的符号有所不同）这一参数，
!"
但都很少谈到它的取值依据。本文就此参数进行推
导，以便为工程设计提供基础数据。

"泄放系数的推导
泄放系数是考虑安全装置阻力时，介质在图流道突然收缩造成的流动截面的收缩现象
!"!
单位时间内的实际质量排量与同一介质在同一参数
和同一压差下通过理想喷嘴时的理论排量之比，即由图可见，由于管道突然收缩造成了流体与管
。泄放系数取决于安全装置的结构、壁分离，导致流动的旋涡形成。流体与管壁的分离
#$实%!"#$理
流道部分的形状和尺寸比例以及内壁的粗糙程度。必然导致流动横截面积收缩。图中，535截面是截
这里，安全装置的形状和尺寸比例具有决定意义。面发生收缩后的最小流动面积，称为“收缩断面”。
可以认为，安全装置的泄放系数与雷诺数无关，因而从此截面之后，流动面积逐渐扩大直到下游管的整
也就与介质的性质和参数无关。这是因为经过安全个截面积为止。

装置的流动通常是在大大高于临界雷诺数的情况下下面对泄放管!3!截面到$3$截面之间进行
发生的，所以流道的几何相似足可保证流动的相似能量分析。试验证明〔$〕，大多数压强损失（即能量
·!(·中国锅炉压力容器安全第$/卷第’期

损失）的发生是由于流动面积从收缩断面开始扩大由式（）（／）
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直到下游管的整个横断面所形成旋涡的结果，因此，
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"（"）"（）!（）
可用截面突然扩大的研究方法来研究这种能量损’%$"%$"""+
!(!!!(
式中为收缩系数，取决于不同的泄放管入口形
失。分别在泄放管内选取截面!"!和收缩断面#""
式，可由试验确定。实际的泄放最小面积
"#为研究对象。由上面的论述可知，断面$"$与!"%
。对于任意给定的容器和泄放管的面积比
断面!"!之间的压强损失可用收缩断面#"#与!!""
断面之间的损失代替。／，都有不同的值相对应，表列出了几个
!"!!!!$""$
设收缩断面的面积为，截面的的试验值。
#"#!"$"$""
面积为，截面的面积为。用连续方程来表突然收缩的收缩系数〔"〕
!$!"!!!!
表示截面和两截面处的流量
#"#!"!!
!,-$,-’,-),-+$-,
（）!$
!"!#"%!!!#!$
式中，，分别代表泄放管两个截面处的平均速
!#"!#!"",-*$,-*’!,-*+’,-+’$-,
度。
表中，是截面的面积，即垂直于泄放管
在收缩断面和截面之间应用动量!$$"$
#"#!"!的容器截面积，是截面的面积，即泄放管的
方程即沿流动方向的合力沿流动方向动量的变化!!!"!
%横截面积。由表可见，不同的面积比，收缩系数相差
率，可导出下列关系式：
（）（很大。在实际应用的泄放装置中，面积比!!一般都
$"!"&$%!!"!""$!!!%!!!!#!!#!!
）（）$
"!#&!不会达到$-,，常用的都小于,-)。
式中，和分别为收缩断面和断面
$"$!#"#!"!第二方面原因，是因为在实际的流动中，必有能
处的压强，$%是作用在断面面积为（!"!）的环量损失，所以流动速度要小于理论计算值：
!"!#"
域上的压强，它是由于流体从小流通截面向大流通收缩断面的实际速度（）
%"#.!#"/
截面流动所产生的加速度而造成的，可假定$%%式中为流速系数，必须由试验确定，其值约为
"#
〔〕
，这一结论已经得到了实验的验证!。因此，式〔〕
$",-0+!。
（!）可简化为：现在我们来计算实际的流量：
$"$%!#（!#"!#）（’）实际流量收缩断面的实际面积收缩