ISO 4126-10:2024
(Main)Safety devices for protection against excessive pressure — Part 10: Sizing of safety valves and bursting discs for gas/liquid two-phase flow
Safety devices for protection against excessive pressure — Part 10: Sizing of safety valves and bursting discs for gas/liquid two-phase flow
This document specifies the sizing of safety valves and bursting discs for gas/liquid two-phase flow in pressurized systems such as reactors, storage tanks, columns, heat exchangers, piping systems or transportation tanks/containers, see Figure 2. The possible fluid states at the safety device inlet that can result in two-phase flow are given in Table 1. NOTE The pressures used in this document are absolute pressures, not gauge pressures.
Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions excessives — Partie 10: Dimensionnement des soupapes de sûreté et des disques de rupture pour les débits diphasiques gaz/liquide
Le présent document spécifie le dimensionnement des soupapes de sûreté et des disques de rupture pour l'écoulement diphasique gaz/liquide dans les systèmes sous pression tels que les réacteurs, les réservoirs de stockage, les colonnes, les échangeurs thermiques, les systèmes de tuyauterie ou les réservoirs/conteneurs de transport, voir Figure 2. Les états possibles du fluide à l'entrée du dispositif de sécurité qui peuvent entraîner un écoulement diphasique sont donnés dans le Tableau 1. NOTE Dans le présent document, les pressions sont exprimées en pression absolue, et non pas en pression manométrique.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 4126-10
Second edition
Safety devices for protection against
2024-02
excessive pressure —
Part 10:
Sizing of safety valves and bursting
discs for gas/liquid two-phase flow
Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions
excessives —
Partie 10: Dimensionnement des soupapes de sûreté et des
disques de rupture pour les débits diphasiques gaz/liquide
Reference number
© ISO 2024
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 S c op e . 1
2 Nor m at i ve r ef er enc e s . 1
3 T erms and definitions . 1
3.1 G eneral .1
3.2 Pressure .2
3 . 3 F low r at e .4
3 .4 F low a r e a .5
3.5 F luid state .5
3.6 T emperature .5
4 S ymbols and abbreviated terms and figures . 6
4.1 Symbols .6
4.2 A bbreviated terms .8
4.3 Figures .9
5 Application range of the method .11
5.1 G eneral .11
5.2 L imitations of the method for calculating the two-phase mass flux in safety devices .11
5.2.1 Flashing flow.11
5.2.2 Condensing flow. 12
5.2.3 Flashing flow for multi-component liquids . 12
5 . 2.4 D i s s ol ve d gas e s . 12
5.2.5 Compressibility coefficient ω . 13
5.3 L imitations of the method for calculating the mass flow rate required to be discharged . 13
5.3.1 Rate of temperature and pressure increase . 13
5.3.2 Immiscible liquids . 13
6 S i z i n g s t ep s . .13
6.1 G eneral outline of sizing steps . . 13
6.2 S tep 1 — Identification of the sizing case .14
6.3 S tep 2 — Flow regime at the inlet of the vent line system . 15
6.3.1 G eneral . 15
6.3.2 Phenomenon of level swell . 15
6.3.3 Influence of liquid viscosity and foaming behaviour on the flow regime . 15
6.3.4 Prediction of the flow regime (gas/vapour or two-phase flow) .17
6.4 S tep 3 — Calculation of the mass flow rate required to be discharged . 20
6.4.1 G eneral . 20
6.4.2 Pressure increase caused by an excess in-flow . 20
6.4.3 Pressure increase due to external heating . 22
6.4.4 Pressure increase due to thermal runaway reactions . 25
6.5 S tep 4 — Calculation of the dischargeable mass flux through and pressure change in
the vent line system . 29
6.5.1 General . 29
6.5.2 Two-phase flow discharge coefficient, K .32
dr,2ph
6.5.3 Dimensionless mass flow rate, C . 33
6.5.4 Compressibility coefficient, ω (numerical method) . 34
6.5.5 Calculation of the downstream stagnation condition. 35
6.5.6 Slip correction for non-flashing two-phase flow . 35
6.5.7 Slip correction for two-phase flow in straight pipes . 36
6.6 S tep 5 — Ensure proper operation of safety valve vent line systems under plant
conditions . 36
6.7 S imultaneous calculation of the dischargeable mass flux and pressure change in the
vent line system . 36
6.8 Summary of calculation procedure .37
iii
Annex A (informative) Identification of sizing scenarios .44
Annex B (informative) Example calculation of the mass flow rate to be discharged .46
Annex C (informative) Example of calculation of the dischargeable mass flux and pressure
change through connected vent line systems .50
Annex D (informative) Environmental factor. 67
Bibliography .68
iv
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 185, Safety devices for protection against
excessive pressure, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical
Committee CEN/TC 69, Industrial valves, in accordance with the Agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 4126-10:2010), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— opening of the method for sizing of bursting discs;
— more thorough iteration for the calculation of the flow rate;
— allowing for slip;
— allowing for velocity in the outlet line and pressure losses in front and after the safety device;
— added an example for flow rate to be discharged (Annex B);
— added an example for dischargeable mass flow rate added and method to estimate pressure drop in pipe
flow (Annex C);
— various correction.
A list of all parts in the ISO 4126 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
Introduction
Well-established recommendations exist for the sizing of safety valves and bursting discs and the connected
inlet and outlet lines for steady-state, single-phase gas/vapour or liquid flow. However, in the case of a two-
phase vapour/liquid flow, the required relieving area to protect a system from overpressure is larger than
that required for single-phase flow when the same vessel condition and heat release are considered. The
requirement for a larger relief area results from the fact that, in two-phase flow, the liquid partially blocks
the relieving area for the vapour flow, by which most of the energy is removed by evaporation from the
vessel.
This document includes a widely applicable method for the sizing of the most typical safety valves and
bursting discs in fluid services encountered in various industrial fields (see Table 1). It is based on the
omega parameter method, which is extended by a thermodynamic non-equilibrium parameter. A balance is
attempted between the accuracy of the method and the unavoidable uncertainties in the input and property
data under the actual sizing conditions.
In case of two-phase flow, the safety device size can influence the fluid state and, hence, the mass flow
rate to be discharged. Furthermore, the two-phase mass flow rate through a safety device essentially
depends on the mass flow quality (mass fraction of vapour) of the fluid at the inlet of the device. Because
these parameters are, in most cases, not readily at hand during the design procedure of a relief device,
this document also includes a comprehensive procedure that covers the determination of the fluid-phase
composition at the safety device inlet. This fluid-phase composition depends on a scenario that leads to the
pressure increase. Therefore, the recommended sizing procedure starts with the definition of the sizing case
and includes a method for the prediction of the mass flow rate required to be discharged and the resulting
mass flow quality at the inlet of the safety device.
The formulae of ISO 4126-7:2013/Amd 1:2016 for single-phase flow up to the narrowest flow cross-section
are included in this document, modified to SI units, to calculate the flow rates at the limiting conditions of
single-phase gas and liquid flow.
In this document, the unit bar for pressures is being used 100 000 Pa = 1 bar.
Table 1 — Possible fluid state at the inlet of the safety valve or bursting disc that can result in two-
phase flow
Fluid state at
Cases Examples
device inlet
liquid subcooled (possibly flashing in the safety device) cold water
saturated boiling water
with dissolved gas CO /water
gas/vapour near saturated vapour (possibly condensing in the safety device) steam
gas/liquid vapour/liquid steam/water
non-evaporating liquid and non-condensable gas (constant quality) air/water
gas/liquid mixture, when gas is desorbed or produced
vi
International Standard ISO 4126-10:2024(en)
Safety devices for protection against excessive pressure —
Part 10:
Sizing of safety valves and bursting discs for gas/liquid two-
phase flow
1 S cope
This document specifies the sizing of safety valves and bursting discs for gas/liquid two-phase flow
in pressurized systems such as reactors, storage tanks, columns, heat exchangers, piping systems or
transportation tanks/containers, see Figure 2. The possible fluid states at the safety device inlet that can
result in two-phase flow are given in Table 1.
NOTE The pressures used in this document are absolute pressures, not gauge pressures.
2 Normat ive references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 4126-7:2013/Amd 1:2016, Safety devices for protection against excessive pressure — Part 7: Common data
3 T erms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 4126-7:2013/Amd 1:2016 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1 General
3.1.1
pressurized system
equipment being protected against excessive pressure accumulation by a safety device
EXAMPLE Equipment can be reactors, storage tanks, columns, heat exchangers, piping systems and transport
tanks/containers, etc.
3.1.2
critical filling threshold
ϕ
limit
maximum initial liquid filling threshold (liquid hold-up) in the pressurized system (3.1.1) at sizing conditions,
up to where vapour disengagement occurs and single-phase gas or vapour flow can be expected
Note 1 to entry: The critical filling threshold is expressed as a ratio of the total volume of the system.
Note 2 to entry: For filling levels above the critical filling threshold, two-phase flow is assumed to occur.
3.1.3
initial liquid filling level
ϕ
liquid hold-up in the pressurized system (3.1.1) at the sizing conditions
Note 1 to entry: The initial liquid filling level is expressed as a ratio of the total volume of the system.
3.1.4
inlet line
piping and associated fittings connecting the pressurized system (3.1.1) to the safety device inlet
3.1.5
outlet line
piping and associated fittings connecting the safety device outlet to a containment system or the atmosphere
3.1.6
vent line system
combination of safety device, inlet line (3.1.4) and outlet line (3.1.5)
3.1.7
cryogenic vessel
vacuum jacketed vessel intended for application at low temperature involving liquefied gases
3.2 Pressure
3.2.1
maximum allowable working pressure
p
MAW
maximum pressure permissible at the top of a pressurized system (3.1.1) in its operating position for
designated temperature
3.2.2
maximum allowable accumulated pressure
p
MAA
sum of the maximum allowable working pressure (3.2.1) and the maximum allowable accumulation (3.2.3)
Note 1 to entry: The maximum allowable accumulation is established by applicable code for operating and fire
contingencies.
3.2.3
maximum allowable accumulation
Δp
MAA
pressure increase over the maximum allowable working pressure (3.2.1) of a pressurized system (3.1.1) during
discharge through the safety device
Note 1 to entry: The maximum allowable accumulation is expressed in pressure units or as a percentage of the
maximum allowable working pressure.
3.2.4
opening pressure
p
open
predetermined absolute pressure at which a safety valve under operating conditions at the latest commences
to open
3.2.5
absolute overpressure
Δp
over
pressure increase over the opening pressure (3.2.4), p , of the safety device
open
Note 1 to entry: The maximum absolute overpressure is the same as the maximum accumulation, Δp , when the
MAA
opening pressure of the safety valve is set at the maximum allowable working pressure (3.2.1) of the pressurized system
(3.1.1).
Note 2 to entry: The absolute overpressure is expressed in pressure units or as a percentage of the opening pressure.
3.2.6
overpressure
p
over
maximum pressure in the pressurized system (3.1.1) during relief, i.e. pressure less or equal to the maximum
accumulated pressure
3.2.7
sizing pressure
p
pressure at which all property data, especially the compressibility coefficient, ω, are calculated for sizing
the safety device
Note 1 to entry: In the case of tempered and hybrid reactive systems, the sizing pressure shall be as low as reasonable
possible, but should not affect the normal operation. In the case of non-reactive and gassy systems (3.5.3), the designer
may choose a higher value for the sizing pressure, but it shall not exceed the maximum allowable accumulated pressure
(3.2.2).
3.2.8
critical pressure
p
crit
fluid-dynamic critical pressure occurring in the narrowest flow cross-section of the safety valve and/or at
an area enlargement in the outlet line (3.1.5)
Note 1 to entry: At this pressure, the mass flow rate approaches a maximum at a given sizing condition in the
pressurized system (3.1.1). Any further decrease of the downstream pressure does not increase the flow rate further.
Usually, the critical pressure occurs in the safety valve, either in the valve seat, inlet nozzle and/or valve body. In the
bursting disc, critical pressure can occur downstream of the device at a minimum flow area, at the exit of the vessel or
a change in pipe diameter. In long safety device outlet lines, multiple critical pressures can also occur.
3.2.9
stagnation condition
condition when fluid is at rest
EXAMPLE Fluid in large vessels, where the flow velocity is almost zero, even in case of a discharge of mass.
3.2.10
critical pressure ratio
η
crit
ratio of critical pressure (3.2.8) to the sizing pressure (3.2.7)
3.2.11
thermodynamic critical pressure
p
c
state property, together with thermodynamic critical temperature (3.6.1), at the thermodynamic critical
point
3.2.12
back pressure
p
b
pressure that exists at the outlet of a safety device as a result of pressure in the discharge system
Note 1 to entry: Back pressure can be either constant or variable; it is the sum of superimposed and built-up back
pressure (3.2.13).
3.2.13
built-up back pressure
pressure existing at the outlet of the safety device caused by flow through the valve or bursting disc and
discharge system
3.2.14
inlet pressure loss
Δp
loss
irrecoverable pressure decrease due to flow in the piping from the equipment that is protected to the inlet
of the safety device
3.2.15
blowdown
Δp
BD
difference between opening pressure (3.2.4) and reseating pressure of a safety valve
Note 1 to entry: Blowdown is normally stated as a percentage of the opening pressure.
3.2.16
dimensionless reduced pressure
p
red
local pressure divided by the thermodynamic critical pressure (3.2.11) of the substance
3.3 Flow rate
3.3.1
mass flow rate required to be discharged from a pressurized system
Q
m,out
mass flow rate required to avoid that the pressure exceeds the maximum allowable accumulated pressure
(3.2.2) in the pressurized system (3.1.1) during relief
3.3.2
feed mass flow rate into the pressurized system
Q
m,feed
maximum mass flow rate through a feed line or control valve fed into the pressurized system (3.1.1) being
protected
3.3.3
dischargeable mass flux through the safety device
m
SD
mass flow rate per area through a safety device at the sizing conditions calculated by means of the certified
discharge coefficients for gas and liquid flow
Note 1 to entry: See Formula (48).
3.3.4
certified valve discharge coefficient for single-phase gas/vapour respectively liquid flow
K 〈gas〉
dr,g
K 〈liquid〉
dr,l
correction factor defined by the ratio of the theoretically dischargeable mass flux through the safety device
(3.3.3) to an experimentally determined mass flux through a device of the same manufacturer's type
Note 1 to entry: The discharge coefficient of a safety valve is related to the valve seat cross-section and accounts
for the imperfection of flow through the device compared to that through a reference model (ideal nozzle). Certified
values for gas and liquid flow, K , are usually supplied by valve manufacturers or determined by experiment. Rated
d
discharge coefficients K , equal to 0,9 K , are used to calculate the safety valve sizing area.
dr d
Note 2 to entry: The discharge coefficient of a bursting disc is related to the disc cross-section and accounts for the
imperfection of flow through the device compared to that through a reference model.
3.4 Flow area
3.4.1
safety device sizing area
A
most essential result of the sizing procedure in accordance with this document required to select an
adequately sized safety device and defined as the minimum cross-section of flow area
Note 1 to entry: It is important that the dischargeable mass flux through the safety device (3.3.3) be related to this
specific area.
3.4.2
effective flow area of the feed line or the control valve
A
feed
discharge flow area of a feed line or control valve in the line to the pressurized system (3.1.1)
3.5 Fluid state
3.5.1
gas/liquid mixture
fluid mixture composed of both a liquid part and a gas part, in which the gas is not necessarily of the same
chemical composition as the liquid
3.5.2
tempered system
fluid system in which some energy is removed from the liquid phase by evaporation or flashing
3.5.3
gassy system
fluid system in which permanent gas is generated (e.g. by chemical reaction or by evolution from solution)
and in which no significant amount of energy is removed from the liquid by evaporation at the sizing
conditions
3.5.4
hybrid system
fluid system that exhibits characteristics of both tempered and gassy systems (3.5.3) to a significant extent
at the sizing conditions
3.5.5
thermal runaway reaction
uncontrolled or undesired exothermic chemical reaction
3.6 Temperature
3.6.1
thermodynamic critical temperature
T
c
state property, together with thermodynamic critical pressure (3.2.11), at the thermodynamic critical point
3.6.2
sizing temperature
T
temperature of the pressurized system (3.1.1) at the sizing conditions
3.6.3
overtemperature
T
over
maximum temperature in the pressurized system (3.1.1) during relief
3.6.4
saturation temperature difference
ΔT
over
difference between the saturation temperature at the maximum pressure during relief, p , and the
over
saturation temperature at the sizing pressure (3.2.7), p
3.6.5
dimensionless reduced temperature
T
red
local temperature divided by the thermodynamic critical temperature (3.6.1) of the substance
4 S ymbols and abbreviated terms and figures
4.1 Symbols
Variable Definition Unit
A effective flow area of the feed line or the control valve m
feed
The wetted surface area to be considered for the heat transfer due to fire. In de-
tail, it is the partial surface area of a vertical cylindrical vessel wetted by internal
A liquid and located within 7,5 m vertically from ground or from any surface capa- m
fire
ble of sustaining a pool fire. Depending on the fire case considered it may either
include the wall of the bottom or the bottom wall of the vessel is not included.
A area of heat exchange in the pressurized system in case of external heat input m
heat
minimum required safety device area (safety device sizing area). In general, for
A safety valves it is the safety valve seat area and for bursting discs the minimum m
net flow area.
A cross-sectional area in a vertical cylindrical vessel m
R
B (maximum) overall heat transfer coefficient, see Formula (24) W/(m ·K)
heat
C dimensionless mass flow rate —
C flow conversion factor 1
C flow conversion factor 2
c specific heat capacity at constant pressure J/(kg·K)
p
D inner vessel diameter of a vertical cylindrical vessel m
d diameter m
dp
rate of pressure increase in the pressurized system Pa/s
dt
dT
reaction self-heat rate inside the pressurized system K/s
dt
F environmental factor for heat input from fire (see 6.4.3.2) —
g acceleration due to gravity m/s
height of liquid level in a vertical cylindrical vessel (bottom of vessel to liquid
H m
l
level)
H maximum height of flames above ground m
fire
H height of the bottom of the vessel flames above ground m
vessel
k correlating parameter to calculate the characteristic bubble-rise velocity —
∞
K two-phase flow valve discharge coefficient —
dr,2ph
K certified valve discharge coefficient for single-phase gas/vapour flow —
dr,g
K certified valve discharge coefficient for single-phase liquid flow —
dr,l
K velocity head loss for bursting disc —
R
Variable Definition Unit
Liquid discharge factor for fully opened control valve in the feed line, which char-
K acterizes A of the feed line or control valve of a frictionless valve with the same m /h
vs feed
pressure difference for the same flow rate.
Vertical length of a flow restriction to account for potential energy change. For
safety valves and bursting discs L may be set to 0. For inlet and outlet lines the m
L
heights of the system shall be considered.
mass flux kg/(m ·s)
m
m dischargeable mass flux through the safety device kg/(m ·s)
SD
M total liquid mass in the pressurized system at the sizing conditions kg
M molecular mass kg/kmol
N boiling delay factor accounting for thermodynamic non-equilibrium —
p pressure in the pressurized system Pa
p back pressure Pa
b
p thermodynamic critical pressure Pa
c
p fluid-dynamic critical pressure Pa
crit
p maximum allowable working pressure Pa
MAW
p maximum allowable accumulated pressure Pa
MAA
p sizing pressure Pa
p maximum pressure in a pressurized system during relief, see Figure 1 Pa
over
p opening pressure Pa
open
q dimensionless fire exposure flux —
fire
Q mass flow rate required to be discharged from a pressurized system kg/s
m,out
Q feed mass flow rate into the pressurized system kg/s
m,feed
Q dischargeable mass flow rate through the safety device kg/s
m,SD
heat input into the pressurized system, either by runaway reaction or by external
W
Q
heating
*
ratio of the sensible heat to the latent heat —
Q
acc
*
ratio of total heat input to energy flow removed by evaporation —
Q
in
R universal gas constant (8 314,2 J/(kmol·K)) J/(kmol·K)
R
two-phase multiplier —
2ph
T temperature in the pressurized system K
T thermodynamic critical temperature K
c
T maximum possible temperature of the external heat source K
heat
T temperature of the pressurized system at the sizing conditions K
T maximum temperature in the pressurized system during relief K
over
superficial gas velocity in the free-board gas volume of a vertical cylindrical ves-
u m/s
g,0
sel at the sizing conditions
u characteristic bubble-rise velocity of the gas/vapour in the liquid m/s
∞
u* dimensionless bubble-rise velocity —
v specific volume in the pressurized system m /kg
V volume of the pressurized system m
mass flow quality, i.e. the ratio of the gas mass flow rate to the total mass flow
x —
rate of a two-phase mixture
Z real gas factor —
β ratio of the vent inlet diameter to the throat diameter —
Variable Definition Unit
void fraction in the pressurized system at the sizing conditions for a homogeneous
ε —
two-phase mixture
ε void fraction in the narrowest cross-section, see Formula (50) —
seat
ζ Resistance coefficient of reference, either inlet or outlet —
v,ref
η pressure ratio, either η or η —
crit b
η ratio of the safety valve back pressure to the sizing pressure —
b
η critical pressure ratio —
crit
ratio of the saturation pressure corresponding to the sizing temperature and the
η —
S
sizing pressure (measure of liquid subcooling), see Formula (64)
ϴ Angle of a vent line to the horizontal °
κ isentropic coefficient —
ρ fluid density kg/m
density of water during experiments to measure the K value at a temperature of
vs 3
ρ kg/m
H2O
5 °C
σ surface tension N/m
ϕ critical filling threshold —
limit
initial liquid filling level at the sizing conditions, i.e. the liquid volume divided by
ϕ —
the total volume of the pressurized system considered
ω compressibility coefficient —
ω compressibility coefficient at equilibrium condition (N = 1) —
eq
gas production rate per liquid mass, i.e. the gas mass flow rate per liquid mass
Γ kg/(s⋅kg)
g
inventory in the pressurized system
Γ
dimensionless velocity ratio —
Δh latent heat of vaporization J/kg
v
Δp pressure drop in the inlet or outlet line Pa
Δp maximum allowable accumulation Pa
MAA
pressure loss between the outlet of the control valve in the feed line and the pres-
Δp Pa
feed
surized system
pressure drop across a control valve during experiments to measure the K value
vs
Δp Pa
H2O 5
defined at a pressure difference of 10 Pa
Δp inlet line pressure loss Pa
loss
Δp absolute overpressure Pa
over
ΔT saturation temperature difference K
over
ψ
Boiling area ratio —
Ω dynamic viscosity Pa·s
4.2 Abbreviated terms
Index Meaning
0 sizing condition
2ph two-phase flow
b back
CV upstream of the control valve
c thermodynamic critical property
crit critical condition with respect to flow
ct churn turbulent
feed into the pressurized system
fire heat externally by fire
Index Meaning
g gas phase
HNE Homogenous Non Equilibrium
H O water
heat external heat input (source)
i liquid mixture component
ideal theoretically perfect (adiabatic, frictionless)
in inlet
is isentropic
j identification of a particular liquid mixture component
l liquid phase
limit limiting value (threshold)
loss usually pressure loss
MAA maximum allowable accumulated condition
MAW maximum allowable working condition
max maximal value
mean average between set condition and condition at maximum allowable accumulated pressure
operating operating condition
out dischargeable from the pressurized system
over overpressure or overtemperature
r derated value (see 3.3.4)
red reduced condition, i.e. condition related to the thermodynamic critical property
ref reference cross-section, either inlet or outlet
reseat reseating condition
SD through the safety device
sat saturation condition of the liquid phase
condition in the narrowest flow cross-section of the device, e.g. the valve seat or minimum flow area
seat
of a bursting disc
open condition, at which a safety valve under operating conditions at the latest commences to open
s subcooling
th throat
vessel bottom of the vessel
∞ characteristic bubble-rise property in the liquid phase
Exponent Meaning
a exponent in the formula for the boiling delay coefficient, N, see Formula (62)
* dimensionless
4.3 Figures
See Figures 1 a) and 1 b) for an illustration of the relationship of the pressures defined in 3.2.
In contrast to the definition used in other parts of the ISO 4126 series (e.g. ISO 4126-7) all pressures are
absolute pressures and not gauge pressures.
a) Pressure history of a typical tempered reaction system that is adequately sized
b) Typical pressure history for an externally heated gas vented system
Key
p maximum allowable accumulated pressure p sizing pressure equal to p as shown in
MAA 0 open
Figure 1 a) and equal to p as shown in
over
Figure 1 b)
p maximum allowable working pressure p overpressure
MAW over
p opening pressure Δp maximum allowable accumulation
open MAA
p reseating pressure Δp change in overpressure
reseat over
p operating pressure
operating
1 Δp blowdown
BD
Figure 1 — Relationship of the defined pressures
Key
1 safety device 4 feed line
2 outlet line 5 control valve
3 inlet line 6 pressurized system
Figure 2 — Safety device in a pressurized system
5 A pplication range of the method
5.1 General
A homogeneous, non-equilibrium flow model for a single-component gas/liquid mixture is used for the
safety device sizing. The flow is assumed to be in a quasi-steady-state. It is recommended to remain within
the application range of the method, as given in 5.2 and 5.3.
5.2 Limitations of the method for calculating the two-phase mass flux in safety devices
5.2.1 Flashing flow
The method is accurate for vapour/liquid flashing systems in which either one or both of the following
conditions is/are true.
a) The overtemperature is less than 90 % of the fluid's thermodynamic critical temperature as given in
Formula (1):
T
over
T =< 09, (1)
red
T
c
b) The overpressure is less than 50 % of the fluid's thermodynamic critical pressure as given in Formula (2):
p
over
p =< 05, (2)
red
p
c
where
T is the dimensionless reduced temperature;
red
p is the dimensionless reduced pressure;
red
T is the maximum temperature during relief, in K;
over
p is the maximum pressure during relief (maximum accumulated pressure or less), in Pa;
over
T is the thermodynamic critical temperature of the fluid, in K;
c
p is the thermodynamic critical pressure of the fluid, in Pa.
c
If both the reduced pressure and temperature of a vapour/liquid flashing system are above the specified
limits, the property data usually change too rapidly, which can lead to unacceptable errors.
The formulae used in the sizing method to predict the properties of the gas/liquid flow lead, in general, to an
overestimation of the required flow area, when conditions above the limits in Formulae (1) and (2) up to the
[2]
thermodynamic critical point are considered . Additional comments relative to the range of applicability of
[36]
the method are given in 6.5.1 .
The limitations on the model due to the linear approximation of the pressure density relation are discussed
in Reference [26].
5.2.2 Condensing flow
Due to pressure drop in the safety device, even if there is single-phase gas flow at the inlet, condensation
may occur resulting in two-phase flow. A formula of state for real gases should be used and the evaporation
enthalpy should be considered. Further information is given in Reference [36].
5.2.3 Flashing flow for multi-component liquids
This method may be applied to multi-component flashing systems whose saturation temperature range
does not exceed 100 K, as given in Formula (3) for mixtures of chemically similar liquids:
TT−< 100 K (3)
sats,,ijat
where T and T are the saturation temperatures at the sizing pressure for components i and j, in K.
sat,i sat,j
Component i exhibits the highest saturation temperature, and component j the lowest saturation temperature
of the mixture.
5.2.4 Dissolved gases
The method proposed shall not be applied directly to cases where significant quantities of gases are
dissolved in the fluid being discharged, which is typical in cases of high pressure with gases such as nitrogen
or hydrogen dissolved in a liquid.
The presence of dissolved gases can profoundly affect the mixture properties and the mass flow rate through
the safety device and shall be taken into account. For example, the thermodynamic critical conditions of
the mixture can be very different from the thermodynamic critical conditions of the pure components in a
mixture. This leads to a change of the saturation line. Also, other properties, such as the heat of vaporization,
the liquid mixture density (e.g. of polymers), or the liquid mixture viscosity, can be affected. Even small
amounts of dissolved gases, which desorb due to the pressure decrease in a non-evaporating liquid flow
through a safety device, can markedly reduce the mass flow rate compared to that in liquid flow only.
If it is required to consider the desorption of gases, because they affect the thermodynamic critical
properties or the saturation line, it is possible to use the design equations for gassy systems if no other
reliable information is available. The time delay (in reaching equilibrium) during the desorption of gases
should be neglected. For a conservative calculation, the required safety device area should be estimated
with a mass flow quality that would belong to the two-phase gas/liquid mixture in equilibrium at the lowest
pressure in the narrowest flow cross-section (homogeneous equilibrium flow between device inlet and
narrowest device area). This can be, for example, the critical pressure in the safety device area. Because
the desorption time delay has been neglected, mass flow quality is overestimated and, hence, the required
device area is oversized.
5.2.5 Compressibility coefficient ω
The method is accurate if the compressibility coefficient ω satisfies the relation: 0 ≤ ω ≤ 100.
5.3 Limitations of the method for calculating the mass flow rate required to be discharged
5.3.1 Rate of temperature and pressure increase
In case of a runaway reaction, the reaction self-heat rate at the maximum pressure, p , during relief should
over
be limited to 2 K/s, as given in Formula (4):
dT
< 2/Ks (4)
dt
over
This is limited b
...
Norme
internationale
ISO 4126-10
Deuxième édition
Dispositifs de sécurité pour
2024-02
protection contre les pressions
excessives —
Partie 10:
Dimensionnement des soupapes
de sûreté et des disques de rupture
pour les débits diphasiques gaz/
liquide
Safety devices for protection against excessive pressure —
Part 10: Sizing of safety valves and bursting discs for gas/liquid
two-phase flow
Numéro de référence
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Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vii
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Généralités .1
3.2 Pression .2
3.3 Débit .4
3.4 Section d'écoulement .5
3.5 État du fluide .5
3.6 Température .6
4 Symboles, termes abrégés et figures . 6
4.1 Symboles .6
4.2 Termes abrégés .9
4.3 Figures .10
5 Champ d'application de la méthode .12
5.1 Généralités . 12
5.2 Limites de la méthode de calcul du flux massique diphasique dans les dispositifs de
sécurité . 12
5.2.1 Écoulement autovaporisant . 12
5.2.2 Condensation de l'écoulement . 13
5.2.3 Écoulement autovaporisant pour liquides à plusieurs composants . 13
5.2.4 Gaz dissous . 13
5.2.5 Coefficient de compressibilité ω.14
5.3 Limites de la méthode de calcul du débit massique à décharger .14
5.3.1 Taux d'augmentation de température et de pression .14
5.3.2 Liquides non miscibles .14
6 Étapes du dimensionnement .15
6.1 Lignes principales des étapes du dimensionnement . 15
6.2 Étape 1 — Identification des contraintes de dimensionnement .16
6.3 Étape 2 — Régime d'écoulement à l'entrée du système de lignes d'évent .17
6.3.1 Généralités .17
6.3.2 Phénomène d'expansion du niveau .17
6.3.3 Influence de la viscosité du liquide et du comportement moussant sur le régime
d'écoulement .18
6.3.4 Prévision du régime d'écoulement (gaz/vapeur ou écoulement diphasique) .19
6.4 Étape 3 — Calcul du débit massique à décharger. 22
6.4.1 Généralités . 22
6.4.2 Augmentation de pression provoquée par un écoulement excessif . 23
6.4.3 Augmentation de pression provoquée par un échauffement externe .24
6.4.4 Augmentation de pression due aux réactions d'emballement thermique . 28
6.5 Étape 4 — Calcul du flux massique déchargeable et de la variation de pression dans
le système de ligne d'évent . . .32
6.5.1 Généralités .32
6.5.2 Coefficient de décharge de l'écoulement diphasique, K . 35
dr,2ph
6.5.3 Débit massique sans dimension, C . 36
6.5.4 Coefficient de compressibilité, ω (méthode numérique) .37
6.5.5 Calcul des conditions de stagnation en aval . 39
6.5.6 Correction de glissement pour un écoulement diphasique non autovaporisant. 39
6.5.7 Correction de glissement pour un écoulement diphasique dans les tuyaux droits . 39
6.6 Étape 5 — Assurer le fonctionnement correct des systèmes de ligne d'évent de soupape
de sûreté dans les conditions d'installation . 39
iii
6.7 Calcul simultané du débit massique déchargeable et de la variation de pression dans le
système de ligne d'évent . 40
6.8 Résumé de la procédure de calcul . 40
Annexe A (informative) Identification des scénarios de dimensionnement .48
Annexe B (informative) Exemple de calcul du débit massique à décharger .50
Annexe C (informative) Exemple de calcul du flux massique déchargeable et de la variation de
pression à travers les systèmes de ligne d'évents raccordés .54
Annexe D (informative) Facteur environnemental.72
Bibliographie .73
iv
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de brevet revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n'avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de propriété.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 185, Dispositifs de sûreté pour la protection
contre les excès de pression, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 69, Robinetterie industrielle, du
Comité européen de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le
CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 4126-10:2010), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— élargissement de la méthode de dimensionnement des disques de rupture;
— itération plus rigoureuse pour le calcul du débit;
— permission de glissement;
— permission de vitesse dans la ligne de sortie et de pertes de pression en amont et en aval du dispositif de
sécurité;
— ajout d’un exemple de débit à décharger (Annexe B);
— ajout d’un exemple de débit massique à décharger et d'une méthode d’estimation de la chute de pression
dans la tuyauterie (Annexe C);
— corrections diverses.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 4126 se trouve sur le site web de l’ISO.
v
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
vi
Introduction
Il existe des recommandations bien établies pour le dimensionnement des soupapes de sûreté et des disques
de rupture et des lignes d’entrée et de sortie pour un écoulement monophasique gaz/vapeur ou liquide, en
régime constant. Cependant, dans le cas d'un écoulement diphasique vapeur/liquide, la section de décharge
pour protéger un système contre la surpression est supérieure à celle exigée dans le cas d'un écoulement
monophasique, en considérant un récipient dans les mêmes conditions et avec le même dégagement
de chaleur. L'exigence d'avoir une plus grande section de décharge vient du fait que, dans l'écoulement
diphasique, le liquide bloque partiellement la vapeur s'écoulant par cette dernière, alors que c'est par cet
écoulement de vapeur que la majeure partie de l'énergie est éliminée du récipient par évaporation.
Le présent document comprend une méthode largement applicable, destinée au dimensionnement des
soupapes de sûreté et des disques de rupture les plus courants dans les services fluidiques, dans divers
domaines industriels (voir Tableau 1). Il est basé sur la méthode «omega parameter» étendue par un
paramètre de non-équilibre thermodynamique. On tente d'établir un moyen terme entre la précision de la
méthode et les incertitudes inévitables des données d'entrée et de caractéristiques dans les conditions de
dimensionnement réelles.
Dans le cas d'un débit diphasique, la taille du dispositif de sécurité peut avoir une influence sur l'état
du fluide, et donc sur le débit massique à décharger. En outre, le débit massique diphasique à travers un
dispositif de sécurité dépend essentiellement de la qualité de l'écoulement massique (fraction de la masse
de vapeur) du fluide à l'entrée du dispositif. Puisque, dans la plupart des cas, ces paramètres ne sont pas
facilement accessibles pendant le mode opératoire de conception d'un dispositif de décharge, le présent
document inclut également un mode opératoire complet, qui couvre la détermination de la composition de
la phase du fluide à l'entrée du dispositif de sécurité. Cette composition de phase du fluide dépend d'un
scénario qui conduit à l'augmentation de pression. Par conséquent, le mode opératoire de dimensionnement
recommandé commence par la définition des contraintes de dimensionnement et inclut une méthode
destinée à la prévision du débit massique à décharger et de la qualité résultant de l'écoulement massique à
l'entrée du dispositif de sécurité.
Les formules de l'ISO 4126-7:2013/Amd 1:2016 pour l'écoulement monophasique jusqu'à la section droite
d'écoulement la plus étroite sont incluses dans le présent document, modifiées en fonction des unités SI
utilisées, afin de calculer les débits aux conditions limites de l'écoulement gazeux et liquide monophasique.
Dans le présent document, le bar est utilisé comme unité pour les pressions, 100 000 Pa = 1 bar.
Tableau 1 — États possibles du fluide à l'entrée de la soupape de sûreté ou du disque de rupture
pouvant entraîner un écoulement diphasique
État du fluide
à l'entrée Cas Exemples
du dispositif
liquide sous-refroidi (éventuellement autovaporisation dans le dispositif eau froide
de sécurité)
eau bouillante
saturé
CO /eau
avec gaz dissous
gaz/vapeur vapeur presque saturée (éventuellement condensation dans le vapeur d'eau
dispositif de sécurité)
gaz/liquide vapeur/liquide vapeur d'eau/eau
liquide non volatil et gaz non condensable (qualité constante) air/eau
mélange gaz/liquide, lorsque le gaz est désorbé ou produit
vii
Norme internationale ISO 4126-10:2024(fr)
Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions
excessives —
Partie 10:
Dimensionnement des soupapes de sûreté et des disques de
rupture pour les débits diphasiques gaz/liquide
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie le dimensionnement des soupapes de sûreté et des disques de rupture pour
l'écoulement diphasique gaz/liquide dans les systèmes sous pression tels que les réacteurs, les réservoirs de
stockage, les colonnes, les échangeurs thermiques, les systèmes de tuyauterie ou les réservoirs/conteneurs
de transport, voir Figure 2. Les états possibles du fluide à l'entrée du dispositif de sécurité qui peuvent
entraîner un écoulement diphasique sont donnés dans le Tableau 1.
NOTE Dans le présent document, les pressions sont exprimées en pression absolue, et non pas en pression
manométrique.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 4126-7:2013/Amd 1:2016, Dispositifs de sécurité pour protection contre les pressions excessives — Partie 7:
Données communes
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 4126-7:2013/Amd 1:2016 ainsi
que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1 Généralités
3.1.1
système sous pression
équipement protégé contre l’accumulation excessive de pression par un dispositif de sécurité
EXEMPLE Il peut s’agir de réacteurs, de réservoirs de stockage, d’échangeurs thermiques, de systèmes de
tuyauterie et de réservoirs/conteneurs de transport, etc.
3.1.2
seuil de remplissage critique
ϕ
limit
seuil initial maximal de remplissage de liquide (retenue de liquide) dans le système sous pression (3.1.1) aux
conditions de dimensionnement, jusqu'auquel l'échappement de vapeur se produit et l'écoulement de gaz ou
de vapeur monophasique peut être attendu
Note 1 à l'article: Le seuil de remplissage critique est exprimé sous forme de rapport du volume total du système.
Note 2 à l'article: Pour des niveaux de remplissage supérieurs au seuil de remplissage critique, il est supposé qu'un
écoulement diphasique a lieu.
3.1.3
niveau initial de remplissage de liquide
ϕ
retenue de liquide dans le système sous pression (3.1.1) aux conditions de dimensionnement
Note 1 à l'article: Le niveau initial de remplissage de liquide est exprimé sous forme de rapport du volume total du
système.
3.1.4
ligne d'entrée
tuyauterie et raccords associés reliant le système sous pression (3.1.1) à l'entrée du dispositif de sécurité
3.1.5
ligne de sortie
tuyauterie et raccords associés reliant la sortie du dispositif de sécurité à un système de confinement ou à
l'atmosphère
3.1.6
système de ligne d'évent
combinaison du dispositif de sécurité, de la ligne d'entrée (3.1.4) et de la ligne de sortie (3.1.5)
3.1.7
récipient cryogénique
récipient à double enveloppe soumis au vide destiné à être utilisé à basse température impliquant des gaz
liquéfiés
3.2 Pression
3.2.1
pression de service maximale admissible
p
MAW
pression maximale acceptable en partie supérieure d'un système sous pression (3.1.1), dans sa position de
service, à une température déterminée
3.2.2
pression accumulée maximale admissible
p
MAA
somme de la pression de service maximale admissible (3.2.1) et de l'accumulation maximale admissible (3.2.3)
Note 1 à l'article: L'accumulation maximale admissible est établie par les règles applicables d'exploitation et de
contingences d'incendie.
3.2.3
accumulation maximale admissible
Δp
MAA
augmentation de pression au-delà de la pression de service maximale admissible (3.2.1) d'un système sous
pression (3.1.1), pendant la décharge à travers le dispositif de sécurité
Note 1 à l'article: L'accumulation maximale admissible est exprimée en unités de pression ou en pourcentage de la
pression de service maximale admissible.
3.2.4
pression de début d'ouverture
p
open
pression absolue prédéterminée à laquelle une soupape de sûreté commence à s'ouvrir au plus tard dans les
conditions de service
3.2.5
surpression absolue
Δp
over
augmentation de pression au-delà de la pression de début d'ouverture, p (3.2.4) du dispositif de sécurité,
open
Note 1 à l'article: La surpression absolue maximale est identique à l'accumulation maximale, Δp , lorsque la pression
MAA
de début d'ouverture de la soupape de sûreté est établie à la pression de service maximale admissible (3.2.1) du système
sous pression (3.1.1).
Note 2 à l'article: La surpression absolue est exprimée en unités de pression ou en pourcentage de la pression de début
d'ouverture.
3.2.6
surpression
p
over
pression maximale dans le système sous pression (3.1.1) en décharge, c'est-à-dire pression inférieure ou égale
à la pression maximale accumulée
3.2.7
pression de dimensionnement
p
pression à laquelle toutes les données des caractéristiques, en particulier le coefficient de compressibilité, ω,
sont calculées pour dimensionner le dispositif de sécurité
Note 1 à l'article: Dans le cas des systèmes réactifs tempérés et hybrides, la pression de dimensionnement doit être
aussi basse que possible, mais il convient que cela n'affecte pas le fonctionnement normal. Dans le cas des systèmes
gazeux (3.5.3) et non réactifs, le concepteur peut choisir une valeur de pression de dimensionnement plus élevée, mais
elle ne doit pas dépasser la pression accumulée maximale admissible (3.2.2).
3.2.8
pression critique
p
crit
pression critique dynamique du fluide dans la section droite d'écoulement la plus étroite de la soupape de
sûreté et/ou dans un élargissement de la section de la ligne de sortie (3.1.5)
Note 1 à l'article: À cette pression, le débit massique approche un maximum pour une condition de dimensionnement
donnée dans le système sous pression (3.1.1). Toute diminution supplémentaire de la pression aval n'augmente pas
davantage le débit. Habituellement, la pression critique se produit dans la soupape de sûreté, soit dans le siège de
soupape, dans la buse d'entrée et/ou dans le corps de la soupape. Dans le disque de rupture, la pression critique
peut se produire en aval du dispositif au niveau d'une section d'écoulement minimale, à la sortie du récipient ou à un
changement de diamètre de la tuyauterie. Dans les longues lignes de sortie des dispositifs de sécurité, de multiples
pressions critiques peuvent également apparaître.
3.2.9
condition de stagnation
condition dans laquelle un fluide est au repos
EXEMPLE Fluides dans de grands réservoirs, où la vitesse d'écoulement est proche de zéro, même dans le cas d’un
déchargement de masse.
3.2.10
rapport de pression critique
η
crit
rapport de la pression critique (3.2.8) et de la pression de dimensionnement (3.2.7)
3.2.11
pression thermodynamique critique
p
c
propriété d'état, conjointement avec la température thermodynamique critique (3.6.1), au point critique
thermodynamique
3.2.12
contre-pression
p
b
pression qui existe à la sortie d'un dispositif de sécurité, en raison de la pression dans le système de décharge
Note 1 à l'article: La contre-pression peut être constante ou variable; c'est la somme de la contre-pression initiale
statique et de la contre-pression engendrée (3.2.13).
3.2.13
contre-pression engendrée
pression existant à la sortie du dispositif de sécurité provoquée par l'écoulement à travers la soupape ou du
disque de rupture et du système de décharge
3.2.14
perte de pression à l'entrée
Δp
loss
diminution irrémédiable de pression due à l'écoulement dans la tuyauterie, depuis l'équipement à protéger
jusqu'à l'entrée du dispositif de sécurité
3.2.15
chute de pression
Δp
BD
différence entre la pression de début d'ouverture (3.2.4) et la pression de refermeture d'une soupape de sûreté
Note 1 à l'article: La chute de pression est normalement exprimée comme un pourcentage de la pression de début
d'ouverture.
3.2.16
pression réduite sans dimension
p
red
pression locale divisée par la pression thermodynamique critique (3.2.11) de la substance
3.3 Débit
3.3.1
débit massique requis pour être déchargé d'un système sous pression
Q
m,out
débit massique requis pour éviter que la pression n’excède la pression accumulée maximale admissible (3.2.2)
dans le système sous pression (3.1.1) pendant la décharge
3.3.2
débit massique d'alimentation entrant dans le système sous pression
Q
m,feed
débit massique maximal introduit dans le système sous pression (3.1.1) à protéger par une ligne d'alimentation
ou par une vanne de régulation
3.3.3
flux massique déchargeable à travers le dispositif de sécurité
m
SD
débit massique réel par section, à travers un dispositif de sécurité aux conditions de dimensionnement,
calculé au moyen des coefficients certifiés de décharge relatifs aux écoulements gazeux et liquides
Note 1 à l'article: Voir Formule (48).
3.3.4
coefficient de décharge certifié de la soupape pour un écoulement monophasique gaz/vapeur ou de
liquide
K 〈gaz〉
dr,g
K 〈liquide〉
dr,l
facteur de correction défini par le rapport entre le flux de massique théoriquement déchargeable à travers le
dispositif de sécurité (3.3.3) et un flux de massique déterminé expérimentalement à travers un dispositif du
même type du fabricant
Note 1 à l'article: Le coefficient de décharge d'une soupape de sûreté est lié à la section droite du siège de la soupape
et représente les imperfections de l'écoulement à travers le dispositif, comparé à celui obtenu à travers un modèle
de référence (buse idéale). Les valeurs certifiées pour les écoulements de gaz et de liquide, K , sont habituellement
d
fournies par les fabricants de soupapes ou déterminés expérimentalement. Les coefficients de débit nominal K , égaux
dr
à 0,9 K sont employés pour déterminer la section de dimensionnement de la soupape de sûreté.
d
Note 2 à l'article: Le coefficient de décharge d'un disque de rupture est lié à la section droite du disque et représente
les imperfections de l'écoulement à travers le dispositif, comparé à celui obtenu à travers un modèle de référence.
3.4 Section d'écoulement
3.4.1
section de dimensionnement du dispositif de sécurité
A
résultat le plus important du mode opératoire de dimensionnement, conforme au présent document, requis
pour sélectionner un dispositif de sécurité convenablement dimensionné et défini comme la section droite
minimale de la section d'écoulement
Note 1 à l'article: Il est important que le flux massique déchargeable à travers le dispositif de sécurité (3.3.3) soit lié à
cette section spécifique.
3.4.2
section d'écoulement effective de la ligne d'alimentation ou de la soupape de régulation
A
feed
section d'écoulement de décharge d'une ligne d'alimentation ou d'une soupape de régulation dans la ligne
allant au système sous pression (3.1.1)
3.5 État du fluide
3.5.1
mélange gaz/liquide
mélange de fluides composé d'une partie liquide et d'une partie gazeuse, dans lequel le gaz n'est pas
nécessairement de la même composition chimique que le liquide
3.5.2
système tempéré
système fluidique dans lequel de l'énergie est éliminée de la phase liquide par évaporation ou par
autovaporisation
3.5.3
système gazeux
système fluidique dans lequel un gaz permanent est généré (par exemple par réaction chimique ou par
désorption d'une solution) et où aucune quantité significative d'énergie n'est éliminée du liquide par
évaporation, aux conditions du dimensionnement
3.5.4
système hybride
système fluidique qui présente, de façon significative, des caractéristiques à la fois d'un système tempéré et
d'un système gazeux (3.5.3), aux conditions de dimensionnement
3.5.5
réaction d'emballement thermique
réaction chimique exothermique non contrôlée ou non désirée
3.6 Température
3.6.1
température thermodynamique critique
T
c
propriété d'état, conjointement avec la pression thermodynamique critique (3.2.11), au point critique
thermodynamique
3.6.2
température de dimensionnement
T
température du système sous pression (3.1.1), aux conditions de dimensionnement
3.6.3
excès de température
T
over
température maximale dans le système sous pression (3.1.1) en décharge
3.6.4
différence de température de saturation
ΔT
over
différence entre la température de saturation à la pression maximale en décharge, p , et la température de
over
saturation à la pression de dimensionnement (3.2.7), p
3.6.5
température réduite sans dimension
T
red
température locale divisée par la température thermodynamique critique (3.6.1) de la substance
4 Symboles, termes abrégés et figures
4.1 Symboles
Variable Définition Unité
section d'écoulement effective de la ligne d'alimentation ou de la soupape de
A m
feed
régulation
La surface humide à prendre en considération pour le transfert thermique dû
à un incendie. En détail, il s'agit de l'aire partielle de la surface d'un récipient
cylindrique vertical mouillée par le liquide interne et située à moins de 7,5 m,
A m
fire
verticalement, du niveau du sol ou de toute surface pouvant subir un feu de nappe.
Selon le cas d'incendie considéré, il peut soit inclure la paroi du fond, soit ne pas
inclure la paroi du fond du récipient.
aire de la surface d'échange thermique, dans le système sous pression, en cas
A m
heat
d'apport externe de chaleur
section minimale requise pour le dispositif de sécurité (section de
dimensionnement du dispositif de sécurité). En général, pour les soupapes de
A m
sûreté, il s'agit de la section du siège de la soupape de sûreté et pour les disques de
rupture, il s'agit de la section d'écoulement nette minimale.
A section droite dans un récipient cylindrique vertical m
R
B coefficient global (maximal) de transmission thermique, voir Formule (24) W/(m ·K)
heat
C débit massique sans dimension —
C facteur de conversion de débit 1
Variable Définition Unité
C facteur de conversion de débit 2
c capacité thermique spécifique à pression constante J/(kg·K)
p
D diamètre intérieur d'un récipient cylindrique vertical m
d diamètre m
dp
vitesse d'augmentation de pression dans le système sous pression Pa/s
dt
dT
vitesse d'autoéchauffement due à la réaction dans le système sous pression K/s
dt
F facteur environnemental relatif à l'apport de chaleur d'un incendie (voir 6.4.3.2) —
g accélération due à la pesanteur m/s
hauteur du niveau de liquide dans un récipient cylindrique vertical (du fond du
H m
l
récipient jusqu'au niveau de liquide)
H hauteur maximale des flammes au-dessus du niveau du sol m
fire
H hauteur du fond des flammes du récipient au-dessus du niveau du sol m
vessel
paramètre de corrélation destiné à calculer la vitesse caractéristique de montée
k —
∞
des bulles
K coefficient de décharge de l'écoulement diphasique; —
dr,2ph
coefficient de décharge certifié d'une soupape pour un écoulement monophasique
K —
dr,g
gaz/vapeur;
coefficient de décharge certifié d'une soupape pour un écoulement monophasique
K —
dr,l
liquide
K perte de charge dynamique du disque de rupture —
R
facteur de décharge du liquide, pour une soupape de régulation entièrement
ouverte, dans la ligne d'alimentation, qui caractérise A de la ligne
feed 3
K m /h
vs
d'alimentation ou de la soupape de régulation d'une soupape sans friction avec la
même différence de pression, pour le même débit.
longueur verticale d'une restriction d'écoulement pour tenir compte du
changement d'énergie potentiel. Pour les soupapes de sûreté et les disques de
L m
rupture, L peut être fixé à 0. Pour les lignes d'entrée et de sortie, les hauteurs du
système doivent être prises en considération
m flux massique kg/(m ·s)
m flux massique déchargeable à travers le dispositif de sécurité kg/(m ·s)
SD
masse totale de liquide dans le système sous pression aux conditions de
M kg
dimensionnement
M masse moléculaire kg/kmol
N facteur de retard à l'ébullition, représentant le non-équilibre thermodynamique —
p pression dans le système sous pression Pa
p contre-pression Pa
b
p pression thermodynamique critique Pa
c
p pression hydrodynamique critique Pa
crit
p pression de service maximale admissible Pa
MAW
p pression accumulée maximale admissible Pa
MAA
p pression de dimensionnement Pa
p pression maximale dans un système sous pression en décharge, voir Figure 1 Pa
over
p pression de début d'ouverture Pa
open
q flux thermique dû à une exposition à un incendie, sans dimension —
fire
Q débit massique à décharger d'un système sous pression kg/s
m,out
Q débit massique d'alimentation entrant dans le système sous pression kg/s
m,feed
Variable Définition Unité
Q débit massique déchargeable à travers le dispositif de sécurité kg/s
m,SD
apport de chaleur dans le système sous pression, soit par réaction d'emballement,
W
Q
soit par chauffage externe
*
rapport de la chaleur sensible à la chaleur latente —
Q
acc
*
rapport de l'apport total de chaleur au flux d'énergie éliminé par évaporation —
Q
in
R constante universelle des gaz [8 314,2 J/(kmol·K)] J/(kmol·K)
R multiplicateur diphasique —
2ph
T température dans le système sous pression K
T température thermodynamique critique K
c
T température maximale possible de la source extérieure de chaleur K
heat
T température du système sous pression, aux conditions de dimensionnement K
T température maximale dans le système sous pression en décharge K
over
vitesse superficielle du gaz dans le ciel d'un récipient cylindrique vertical aux
u m/s
g,0
conditions de dimensionnement
u vitesse caractéristique de montée de bulles de gaz/vapeur dans le liquide m/s
∞
u* valeur sans dimension de la vitesse de montée des bulles —
v volume spécifique dans le système sous pression m /kg
V volume du système sous pression m
qualité de l'écoulement massique, c'est-à-dire rapport du débit massique du gaz au
x —
débit massique total du mélange diphasique
Z facteur de gaz réel —
β rapport du diamètre d'entrée de l'évent par rapport au diamètre du col —
fraction de vide dans le système sous pression, aux conditions de
ε —
dimensionnement, pour un mélange diphasique homogène
ε fraction de vide dans la section droite la plus étroite, voir Formule (50) —
seat
ζ coefficient de résistance de référence, d'entrée ou de sortie —
v,ref
η rapport de pression, η ou η —
crit b
rapport de la contre-pression de la soupape de sûreté à la pression de
η —
b
dimensionnement
η rapport de pression critique —
crit
rapport de la pression de saturation correspondant à la température de
η dimensionnement et à la pression de dimensionnement (mesure de sous- —
S
refroidissement du liquide); voir Formule (64)
ϴ angle d'une ligne d'évent par rapport à l'horizontale °
κ coefficient isentropique —
ρ densité du fluide kg/m
densité de l'eau pendant les expériences de mesurage de K à une température de
vs 3
ρ kg/m
H2O
5 °C
σ tension superficielle N/m
ϕ seuil de remplissage critique —
limit
niveau initial de remplissage de liquide aux conditions de dimensionnement, c'est-
ϕ à-dire le volume de liquide divisé par le volume total du système sous pression —
considéré
ω coefficient de compressibilité —
ω coefficient de compressibilité à l'équilibre (N = 1) —
eq
taux de production de gaz par masse de liquide, c'est-à-dire débit massique de gaz
Γ kg/(s⋅kg)
g
par masse de liquide inventorié dans le système sous pression
Variable Définition Unité
Γ
rapport de vitesse sans dimension —
Δh chaleur latente de vaporisation J/kg
v
Δp chute de pression dans la ligne d'entrée ou dans la ligne de sortie Pa
Δp accumulation maximale admissible Pa
MAA
perte de pression entre la sortie de la soupape de régulation, dans la ligne
Δp Pa
feed
d'alimentation, et le système sous pression
chute de pression à travers une soupape de régulation pendant les expériences de
Δp Pa
H2O 5
mesurage de la valeur K , définie à une différence de pression de 10 Pa
vs
Δp perte de pression de la ligne d'entrée Pa
loss
Δp surpression absolue Pa
over
ΔT différence de température de saturation K
over
ψ
rapport de la surface d'ébullition —
Ω viscosité dynamique Pa·s
4.2 Termes abrégés
Indice Signification
0 condition de dimensionnement
2ph écoulement diphasique
b aval
CV amont de la soupape de régulation
c propriété critique thermodynamique
crit condition critique hydrodynamique
ct écoulement turbulent
feed alimentation entrante dans le système sous pression
fire chaleur externe due à un incendie
g phase gazeuse
HNE Homogène non équilibré
H O eau
heat apport de chaleur externe (source)
i composant du mélange liquide
ideal théoriquement parfait (adiabatique, sans friction)
in entrée
is isentropique
j identification d'un composant du mélange liquide particulier
l phase liquide
limit valeur limite (seuil)
loss usuellement perte de pression
MAA condition accumulée maximale admissible
MAW condition de service maximale admissible
max valeur maximale
moyenne entre les conditions définies et les conditions à la pression accumulée maximale
mean
admissible
operating condition opératoire
out déchargeable du système sous pression
over surpression ou excès de température
r valeur après abattement (voir 3.3.4)
Indice Signification
condition réduite, c'est-à-dire condition exprimée par rapport à la propriété critique
red
thermodynamique
ref section droite de référence, d'entrée ou de sortie
reseat conditions de refermeture
SD à travers le dispositif de sécurité
sat condition de saturation de la phase liquide
condition dans la section droite d'écoulement la plus étroite du dispositif, par exemple le siège de la
seat
soupape ou la section d'écoulement minimale d'un disque de rupture
état, dans lequel une soupape de sûreté commence à s'ouvrir au plus tard dans les conditions
open
de service
s sous-refroidissement
th col
vessel fond du récipient
∞ caractéristique de montée des bulles en phase liquide
Exposant Signification
a exposant dans la formule de calcul du facteur de retard à l'ébullition, N, voir Formule (62)
* sans dimension
4.3 Figures
Voir Figures 1 a) et 1 b) pour une illustration de la relation entre les pressions définies en 3.2.
Contrairement à la définition utilisée dans les autres parties de la série ISO 4126 (par exemple, l'ISO 4126-7)
toutes les pressions sont exprimées en pression absolue et non pas en pression manométrique.
a) Historique de pression d'un système de réaction tempéré typique,
correctement dimensionné
b) Historique de pression typique d'un système gazeux chauffé extérieurement
avec un évent
Légende
p pression accumulée maximale admissible p pression de dimensionnement égale à p
MAA 0 open
comme montré à la Figure 1 a) et égale à p
over
comme montré à la Figure 1 b)
p pression de service maximale admissible p surpression
MAW over
p pression de début d'ouverture Δp accumulation maximale admissible
open MAA
p pression de refermeture Δp changement en surpression
reseat over
p pression de service
operating
1 Δp chute de pression à la refermeture
BD
Figure 1 — Relation entre les pressions définies
Légende
1 dispositif de sécurité 4 ligne d'alimentation
2 ligne de sortie 5 soupape de régulation
3 ligne d'entrée 6 système sous pression
Figure 2 — Dispositif de sécurité dans un système sous pression
5 Champ d'application de la méthode
5.1 Généralités
Un modèle d'écoulement homogène de non-équilibre, relatif à un mélange gaz/liquide monocomposant, est
considéré pour le dimensionnement du dispositif de sécurité. L'écoulement est supposé être dans un état
quasi stationnaire. Il est recommandé de rester dans le champ d'application de la méthode, tel que don
...
Questions, Comments and Discussion
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