EN 13136：制冷系统安全阀和排放管的计算

标准的适用范围

EN 13136《制冷系统和热泵 – 泄压装置及其相关管道 – 计算方法》涵盖三方面内容：安全阀或爆破片必须排放的质量流量、装置向大气或向系统低压部分排放时的排放能力，以及装置前后管道中的压力损失 ^[1]。最新版本为 EN 13136:2013 及 2018 年的修正案 A1 ^[1][2]。

与 EN 378-2、PED 和 ISO 4126 的关系

• EN 378-2 涵盖整个系统：设计、PS、泄压和试验。EN 13136（现为 EN ISO 24664）用于计算安全阀及其管道 ^[1][4]。
• PED 2014/68/EU：安全阀属于安全附件，原则上划为 IV 类 ^[3][5]。协调标准可推定符合指令的基本要求 ^[2]。
• ISO 4126：第 1 部分涉及安全阀，第 2 部分涉及爆破片。排放能力公式和经认证的排放系数遵循 ISO 4126-1 ^[1][5]。

何时需要泄压？

该标准涉及四种超压原因：外部受热（火灾）、内部热源、压缩机以及封闭液体的热膨胀 ^[1]。凡是可以与现有安全装置隔断的部分（例如通过截止阀），都应设置自己的安全阀或爆破片 ^[7]。典型的安全阀在整定压力下开始开启，并在压力超过整定压力 10% 之前完全开启 ^[5]。

所需排放量 Qmd

阀门流通面积和排放能力

对于气体和蒸气，公式给出阀门排放能力 Qm（kg/h）：Qm = 0.2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0)。A 为流通面积（mm²），p0 为泄放压力（bar 绝压，即整定压力加 10% 超压），v0 为 p0 下的比容（m³/kg）^[5]。令 Qm = Qmd 并求解 A，即得所需的最小流通面积。

• C 取决于制冷剂的等熵指数 κ，适用于临界（阻塞）流 ^[5]。
• Kdr 为经认证并折减的排放系数：Kdr = Kd · 0.9。数值见阀门制造商的数据表 ^[5]。
• Kb 考虑亚临界流。只要背压低于泄放压力的大约一半，Kb = 1；背压更高时排放能力下降 ^[5]。
• 排放管应按阀门实际能排放的量来选型，而不仅是按 Qmd。

进口管和排放管的限值

• 进口：在全流量下，从容器到阀门的压降最多为整定压力的 3% ^[4][6]。
• 背压：对于常规安全阀，最多为整定压力的 10% ^[4]。背压还会提高常规阀门的开启压力 ^[5]。平衡式阀门可承受更高背压，以制造商说明为准。
• 排放管：按可压缩流计算。检查气体流速是否低于音速，或计算中是否已考虑出口处的阻塞流 ^[1][4]。管道绝不能小于阀门出口。
• 共用管：有多个阀门时，每个阀门的背压应按所有可能同时泄放的阀门计算，例如火灾时 ^[1]。

CO2（R744）的特殊情况

• 高压：临界点为 31.0 °C 和 73.8 bar。在跨临界系统中，高压侧压力通常为 80 至 120 bar，低压侧的停机压力可能远高于运行压力 ^[7]。安全阀、切换阀和管道必须按该压力选型。
• 三相点：低于 −56.6 °C 和 5.2 bar 时，CO2 不能以液态存在 ^[7]。排放中压力降至大气压时会形成干冰，可能短时堵塞狭窄部位并升高背压。
• 闪蒸和两相流：如果液体或高密度超临界气体到达阀门，会在阀内闪蒸，此时气体公式不适用。EN ISO 24664 对闪蒸液体有专门的附录 ^[1]；请采用阀门制造商的两相流计算方法。
• 高于临界压力时不存在汽化潜热，因此火灾和热源工况不能按常规方法计算。应改为按一定温度下的气体计算，并给出质量流量。

用于两个安全阀的切换阀

切换阀（三通阀）每次只将容器连接到两个安全阀中的一个，因此在容器仍受保护的情况下，可以检查或更换另一个安全阀 ^[6]。因此，每个安全阀都必须能够单独处理全部 Qmd。切换阀的压降计入 3% 进口限值；制造商会说明哪些组合满足该限值 ^[6]。请检查切换阀的最高压力：一种常用于工业制冷的型号额定压力为 65 bar，这对于 CO2 系统的高压侧是不够的 ^[6]。

实用检查清单

1. 列出可被隔断的部分及其超压原因。
2. 针对每种原因计算 Qmd，并按最大值选型。
3. 根据数据表（Kdr、面积）选择 Qm ≥ Qmd 的阀门。
4. 检查进口压降（最多 3%），包括经过切换阀的压降。
5. 按所有可能同时泄放的阀门检查背压。
6. CO2：检查压力、干冰、两相流和材料温度。
7. 将计算形成文件，用于 PED 评估。