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安全阀选型问题

2024-09-19来自:本站整理
安全阀选型

安全阀是一种安全保护用阀,它的启闭件受外力作用下处于常闭状态,当设备或管道内的介质压力升高,超过规定值时自动开启,通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀属于自动阀类,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,对人身安全和设备运行起重要保护作用。


1、蒸汽锅炉安全阀,一般选用敞开全启式弹簧安全阀0490系列;
2、液体介质用安全阀,一般选用微启式弹簧安全阀0485系列;
3、空气或其他气体介质用安全阀,一般选用封闭全启式弹簧安全阀;
4、液化石油气汽车槽车或液化石油气铁路罐车用安全阀,一般选用全启式内装安全阀;
5、采油井出口用安全阀,一般选用先导式安全阀;
6、蒸汽发电设备的高压旁路安全阀,一般选用具有安全和控制双重功能的先导式安全阀
7、若要求对安全阀做定期开启试验时,应选用带提升扳手的安全阀。当介质压力达到开启压力的75%以上时,可利用提升扳手将阀瓣从阀座上略为提起,以检查安全阀开启的灵活性;
8、若介质温度较高时,为了降低弹簧腔室的温度,一般当封闭式安全阀使用温度超过300℃及敞开式安全阀使用温度超过350℃时,应选用带散热器的安全阀;
9、若安全阀出口背压是变动的,其变化量超过开启压力的10%时,应选用波纹管安全阀;
10、若介质具有腐蚀性时,应选用波纹管安全阀,防止重要零件因受介质腐蚀而失效。
11、安全阀的安装和维护应注意以下事项施工、安装要点 1)、安装位置、高度、进出口方向必须符合设计要求,注意介质流动的方向应与阀体所标箭头方向一致,连接应牢固紧密。 2)、阀门安装前必须进行外观检查,阀门的铭牌应符合现行国家标准《通用阀门标志》GB 12220的规定。对于工作压力大于1.0 MPa 及在主干管上起到切断作用的阀门,安装前应进行强度和严密性能试验,合格后方准使用。强度试验时,试验压力为公称压力的1.5倍,持续时间不少于5min,阀门壳体、填料应无渗漏为合格。严密性试验时,试验压力为公称压力的1.1倍;试验持续的时间符合GB 50243的要求. 1.各种安全阀都应垂直安装。
12、安全阀出口处应无阻力,避免产生受压现象。
13、安全阀在安装前应专门测试,并检查其官密封性。
14、对使用中的安全阀应作定期检查。
以意大利OR安全阀为例
  安全阀的口径=√V/5单位是毫米(mm)
  其中V=被加热水的容积,单位为L
  例如:锅炉容积为1000L,则对应的安全阀的口径=√1000/5=14mm,取最接近的就是DN15的安全阀。


开启压力的调整
  ①安全阀出厂前,应逐台调整其开启压力到用户要求的整定值。若用户提出弹簧工作压力级,则按一般应按压力级的下限值调整出厂。
  ②使用者在将安全阀安装到被保护设备上之前或者在安装之前,必须在安装现场重新进行调整,以确保安全阀的整定压力值符合要求。
  ③在铭牌注明的弹簧工作压力级范围内,通过旋转调整螺杆改变弹簧压缩量,即可对开启压力进行调节。
  ④在旋转调整螺杆之前,应使阀进口压力降低到开启压力的 90%以下,以防止旋转调整螺杆时阀瓣被带动旋转,以致损伤密封面。
  ⑤为保证开启压力值准确,应使调整时的介质条件,如介质种类、温度等尽可能接近实际运行条件。介质种类改变,特别是当介质聚积态不同时(例如从液相变为气相),开启压力常有所变化。工作温度升高时,开启压力一般有所降低。故在常温下调整而用于高温时,常温下的整定压力值应略高于要求的开启压力值。高到什么程度与阀门结构和材质选用都有关系,应以制造厂的说明为根据。
  ⑥常规安全阀用于固定附加背压的场合,当在检验后调整开启压力时(此时背压为大气压),其整定值应为要求的开启压力值减去附加背压值。
排放和回座压力的调整
  ①调整阀门排放压力和回座压力,必须进行阀门达到全开启高度的动作试验,因此,只有在大容量的试验装置上或者在安全阀安装到被保护设备上之后才可能进行。其调整方法依阀门结构不同而不同。
  ②对于带反冲盘和阀座调节圈的结构,是利用阀座调节圈来进行调节。拧下调节圈固定螺钉,从露出的螺孔伸人一根细铁棍之类的工具,即可拨动调节圈上的轮齿,使调节圈左右转动。当使调节圈向左作逆时针方向旋转时,其位置升高,排放压力和回座压力都将有所降低。反之,当使调节圈向右作顺时针方向旋转时,其位置降低,排放压力和回座压力都将有所升高。每一次调整时,调节:圈转动的幅度不宜过大(一般转动数齿即可)。每次调整后都应将固定螺钉拧上,使其端部位于调节圈两齿之间的凹槽内,既能防止调节圈转动,又不对调节圈产生径向压力。为了安全起见,在拨动调节圈之前,应使安全阀进口压力适当降低(一般应低于开启压力的90%),以防止在调整时阀门突然开启,造成事故。
  ③对于具有上、下调节圈(导向套和阀座上各有一个调节圈)的结构,其调整要复杂一些。阀座调节圈用来改变阀瓣与调节圈之间通道的大小,从而改变阀门初始开启时压力在阀瓣与调节圈之间腔室内积聚程度的大小。当升高阀座调节圈时,压力积聚的程度增大,从而使阀门比例开启的阶段减小而较快地达到突然的急速开启。因此,升高阀座调节圈能使排放压力有所降低。应当注意的是,阀座调节圈亦不可升高到过分接近阀瓣。那样,密封面处的泄漏就可能导致阀门过早地突然开启,但由于此时介质压力还不足以将阀瓣保持在开启位置,阀瓣随即又关闭,于是阀门发生频跳。阀座调:《圈主要用来缩小阀门比例,开启的阶段和调节排放压力,同时也对回座压力有所影响。
  上调节圈用来改变流动介质在阀瓣下侧反射后折转的角度,从而改变流体作用力的大小,以此来调节回座压力。升高上调节圈时,折转角减小,流体作用力随之减小,从而使回座压力增高。反之,当降低上调节圈时,回座压力降低。当然,上调节圈在改变回座压力的同时,也影响到排放压力,即升高上调节圈使排放压力有所升高,降低上调节圈使排放压力有所降低,但其影响程度不如回座压力那样明显。
安全阀铅封
  安全阀调整完毕,应加以铅封,以防止随便改变已调整好的状况。当对安全阀进行整修时,在拆卸阀门之前应记下调整螺杆和调节圈的位置,以便于修整后的调整工作。重新调整后应再次加以铅封。

如何正确的选用安全阀直接关系到使用单位的经济效益和操作人员及设备的安全,主要注意几点:1、确定使用条件下的压力等级。2、根据使用环境、物料情况,选择合理的安全阀结构形式。3、选择合适的公称通径。4、确定安全阀的材质。
1、启式安全阀和微启式安全阀的的主要区别在于其开启高度的不同,一般微启式安全阀的开启高度为其阀座喉径的1/20~1/40,而全启式安全阀的开启高度则为其阀座喉径的1/4以上。
2、选型注意事项:①安全阀的排放量必须大于容器的安全泄放量;②操作压力要求绝对平稳的容器,应考虑选用微启式安全阀(如压缩机汽缸);③高压容器、大型容器以及安全泄放量大的中、低压容器最好选用全启式安全阀(如反应釜类设备)。
3、安全阀的开启高度是指:阀瓣离开关闭位置的实际升程(摘自:TSG ZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》A18),也就是阀芯离开阀座的最大高度
1.一般气体管路上用全启式,液体管路上用微启式
2.工作温度低于标准沸点的介质用全启式
3.氧介质最好用微启式

HG/T20570中讲到:
全启式安全阀:当安全阀入口处的静压达到设定压力时,阀瓣迅速上升至最大高度,最大限度的排出超压的物料。一般用于可压缩流体。阀瓣上升高度不小于喉颈的1/4.
微启式安全阀:当安全阀入口处的静压达到设定压力时,阀瓣位置随着入口压力的升高而成比例的升高,最大限度的减少应排除物料。一般用于不可压缩流体。阀瓣的最大上升高度不小于喉颈的1/20~1/40.

又:按照介质排放方式的不同,安全阀又可以分为全封闭式、半封闭式和开放式等三种。
  1.全封闭安全阀
  全封闭式安全阀排气时,气体全部通过排气管排放,介质不能间外泄漏,主要用于介质为有毒。易燃气体的容器。
  2.半封闭式安全阀
  半封闭式安全阀所排出的气体一部分通过排气管,也有一部分从阀盖与阀杆间的间隙中漏出,多用于介质为不会污染环境的气体的容器。
  3.开放式安全阀
  开放式安全阀的阀盖是敞开的,使弹簧腔室与大气相通,这样有利于降低弹簧的温度,主要适用于介质为蒸汽,以及对大气不产生污染的高温气体的容器。
安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体。凡必须安装安全泄放装置而又不适合安装安全阀的场所,应安装爆破片或安全阀与爆破片串联适用。
排放气体或蒸汽时,选用全启式安全阀。
排放液体时,选用全启式或微启式安全阀。
排放水蒸汽或空气时,可选用带扳手的安全阀。
排放介质允许泄露到大气的,选用开式阀帽安全阀,不允许允许泄露到大气的,选用闭式阀帽安全阀
首先说一下安全阀计算的步骤,希望可以提纲携领,这样大家就知道后面讲的时候在做什么,为什么要做这一步。当然,这些步骤只是根据本人的经验,大体上也是这边的通用做法,跟国内的做法显然不同。
1.Locate PSV: 安全阀的设置。在计算安全阀之前首先要知道在什么位置要求设置安全阀,以及安全阀的安装位置要求,包括进出口管线和阀门的设计要求。这些是安全阀计算选型的前提。而与其相关的依据和基础就是后面将要提到的常用标准规范,及地方和行业的特殊要求。所以设计者除了要了解一些通用的标准外,还要对所在地和行业的规范有所了解。当然,对工艺的了解是必须的,而且需要一定的工程经验积累。
2.Set pressure, 确定安全阀定压。确定了安全阀的位置,就可以根据所要保护的压力容器和系统的设计压力来确定安全阀的定压,就是起跳压力。
3.Case study (sizing scenario analysis), 超压工况分析,确定最大工况 (governing case),计算泻放量 (required relief load)。这是安全阀计算的难点和关键。一般的做法是列出所有可能的超压工况,分析最大可能泻放的工况,有时需要计算所有工况的泻放量,最终确定最大工况和最大泻放量。这需要对工艺过程有充分的了解,以及一定的工程经验。经常出现的错误包括遗漏超压工况,或者泻放量计算错误。有时由于不同的超压工况的泻放量相差很大,设置一个安全阀可能会造成安全阀尺寸对于较小泻放量的工况过大,而导致安全阀频繁开关,无法达到最大开度,损坏安全阀。这种情况下需要选择两个以上的安全阀,以handle不同的case. 进行超压工况分析最有效的工具是API 521, 它提供了常见的超压工况以及泻放量计算方法,最新的第五版已经是一个standard(标准)了。很多大型的石油公司及工程公司也有自己的guideline用于指导安全阀泻放量的计算。
4.PSV SIZING,安全阀尺寸计算及选型。确定了governing case和最大泻放量(max. relief load or capacity)就可以计算安全阀的orifice大小。也有的做法是计算所有可能工况的安全阀尺寸,选择最大的orifice size作为安全阀的最终尺寸。理论上说第二种做法更准确,一般来讲,最大泻放量对应最大的尺寸。但有的工况可能不是最大的泻放量,但是要求最大的尺寸。确定了安全阀的orifice size,就可以确定安全阀的大小了。API安全阀的尺寸包括三部分: inlet size (英寸), orifice size(字母), outlet size(英寸). 通常的表示方法为:1D2 (example). 标准的API 安全阀尺寸见API526。 有些安全阀制造商会有自己特殊的型号以满足不同的法兰大小。比如热膨胀(thermal expansion) case 最常用的安全阀尺寸3/4D1 就不是标准的API安全阀尺寸。这部分的计算就相当简单些,只要按照相关标准的公式或者使用制造商提供的软件,输入泻放条件,就可以得到要求的泻放面积,然后根据要求的泻放面积选择安全阀的阀芯大小。虽然计算简单,但是在选型时也有些注意事项,我以后会提到。最关键的是阀芯不要选得太大,有的人想当然的认为安全阀越大越好,其实是不恰当的。这里还要注意的是,安全阀计算软件在告诉你需要的阀芯面积和尺寸的同时,还会告诉你额定的泻放量(rated relief capacity)和实际的泻放量(actual relief capacity)。Rated capacity是所选的安全阀阀芯的额定泻放量,比required capacity要大。 Actual relief capacity是安全阀实际阀芯尺寸的泻放量。细心的人会发现actual capacity大约比rated capacity多10%。其中的原因我会在后面讲ASME安全阀和API安全阀的区别时告诉大家。在这里一定要记住,这两个泻放量在后面的计算中很重要。
5.PSV suction/discharge lines hydraulic calculation, 安全阀进出口管线压降计算,以确定进出口管线的大小。以前在国内计算安全阀时这一步被忽略了,只是加大一级管径,以至于很多人在面试时被问到安全阀进出口管线压降有什么要求时都不知所云。安全阀进出口管线的设计是有要求的,管线应该尽量短,压降要小,具体的要求和原因我会在后面介绍,现在只需要记住,安全阀入口管线压力损失要小于定压的3%;出口管线的build-up backpressure(??背压)一般地要小于定压的10% (对于常规弹簧式安全阀)。而且要记住,这里计算压降所用的流量是安全阀的额定泻放量(rated relief load), 常犯的错误是使用要求的泻放量进行计算,造成计算压降小于实际压降。道理很简单,要求的泻放量只是工艺泻放量,不是安全阀完全开启时的泻放量。
6.Prepare data sheet, Obtain vendor data, check backpressure & inlet pressure loss. 安全阀计算完成后,要准备给供应商的委托资料。然后供应商会根据他们的安全阀特性和尺寸进行计算选型,并提供相关信息,包含以上提到的泻放量。拿到供应商的计算结果后,还需要根据实际的管道布置核算进出口压降。如果压降不能满足上述要求,需要修改相关设计。这一步看似简单,但是很多人在prepare data sheet时犯了不少常识性的错误。我会在后面讲一下如何准备data sheet及注意事项。(看来这个讲座要持续一段时间了)
7.Prepare Relief Load Summary. 准备安全阀汇总表。这一步其实是跟安全阀计算同步的,不是最后一步,甚至不是安全阀计算的一个步骤。当然在得到vendor的资料后需要最后更新。之所以在这里提到它,是因为这个表对于flare system火炬系统的设计至关重要!它有助于确定火炬系统的设计负荷。关于火炬系统的设计,还可以讲上很多,这里不多啰嗦。

安全阀选型后一般要标在P&ID图上,我已经忘了国内是怎么标注的。这里比较典型的标注要求是case, size, set pressure.
这是我在网上找的,讲的非常详细

安全阀的选用原则:

1.蒸汽锅炉安全阀,一般选用敞开全启式弹簧安全阀;

2.液体介质用安全阀,一般选用微启式弹簧安全阀;

3.空气或其他气体介质用安全阀,一般选用封闭全启式弹簧安全阀;

4.液化石油气汽车槽车或液化石油气铁路罐车用安全阀,一般选用全启式内装安全阀;

5.采油井出口用安全阀,一般选用先导式安全阀;

6.蒸汽发电设备的高压旁路安全阀,一般选用具有安全和控制双重功能的先导式安全阀

7.若要求对安全阀做定期开启试验时,应选用带提升扳手的安全阀。当介质压力达到开启压力的75%以上时,可利用提升扳手将阀瓣从阀座上略为提起,以检查安全阀开启的灵活性;

8.若介质温度较高时,为了降低弹簧腔室的温度,一般当封闭式安全阀使用温度超过300℃及敞开式安全阀使用温度超过350℃时,应选用带散热器的安全阀;

9.若安全阀出口背压是变动的,其变化量超过开启压力的10%时,应选用波纹管安全阀;

10.若介质具有腐蚀性时,应选用波纹管安全阀,防止重要零件因受介质腐蚀而失效。

安全阀的安装和维护应注意以下事项:

1、各种安全阀都应垂直安装。

2、安全阀出口处应无阻力,避免产生受压现象。

3、安全阀在安装前应专门测试,并检查其官密封性。

4、对使用中的安全阀应作定期检查。

安全阀的分类
安全阀因其用途的不同,结构种类也较多,但大致按一下方法进行分类
(1) 按使用介质分:
蒸汽用安全阀(通常以A48Y型为代表)
空气及其他气体用安全阀(通常以A42Y型为代表)
液体用安全阀(通常以A41H型为代表)
(2) 按公称压力分:
低压安全阀:公称压力PN≤1.6Mpa的安全阀
中压安全阀:公称压力PN2.5-6.4Mpa的安全阀
高压安全阀:公称压力PN10.0-80.0Mpa的安全阀
超高压安全阀:公称压力PN〉100Mpa的安全阀
(3) 按适用温度分:
超低温安全阀:t≤-100℃的安全阀
低温安全阀:-100℃<-40℃的安全阀。
常温安全阀:-40℃<t≤120℃的安全阀
中温安全阀:120℃<t≤450℃的安全阀
高温安全阀:t>450℃的安全阀
特别要指出的是,鉴于国内弹簧制造的实际情况,当安全阀用于350℃以上工况条件时,大都采用加散热器或将阀盖做成花篮式,以便弹簧能更好的散热,使弹簧始终保持能在350℃以下工作,确保其刚度不变,从而保证安全阀的正确开启和回座及其他性能要求。
(4) 按连接方式分:
法兰接连安全阀。安全阀进口和管道连接法兰形式,出口形式灵活。
螺纹接连安全阀。安全阀进口和管道连接螺纹,出口形式灵活。
焊接接连安全阀。安全阀进口和管道连接螺纹,出口形式灵活。
(5) 按结构形式分
根据结构特点或阀瓣最大开启高度与阀座直径之比(h/d),安全一般可以划分为以下几种:
杠杆重锤式安全阀。
弹簧式安全阀。利用压缩弹簧的力来平衡阀瓣的压力,并使其密封的安全阀。参见如A42Y16C型安全阀。
脉冲式安全阀。脉冲式安全阀又称为先导式安全阀。它把主阀和辅阀设计在一起,通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作。这种结构通常用于大口径、大排量及高压系统。脉冲式安全阀如WFXD型。
微启式安全阀。阀瓣的开启高度为阀座通径的1/40∽1/20,如A27W-10T、A47H-16C安全阀。
全启式安全阀。如A47H-16C型安全阀。阀瓣的开启高度为阀座通径的1/4。
全封闭安全阀。如A47H-16C型安全阀。
半闭式安全阀。如A48Y-16C安全阀。
敞开式安全阀。(A48Y-16C安全阀亦为敞开式)
先导式安全阀。如WFXD型安全阀。
(6) 按密封副的分类
硬质合金对硬质合金密封副。适用于高温高压的场合,尤其是高温高压的过热蒸汽。
2Cr13对2Cr13r密封副。使用于一般场合下的饱和蒸汽和过热蒸汽,或温度低于450℃其他介质的容器或管道上。
阀座密封面为2Cr13,阀瓣密封面为硬质合金。使用于高压蒸汽及流速比较大、易对密封面造成冲刷的其它介质。
阀座密封面为合金钢,阀瓣密封面为聚四氟乙烯。适用于石油或天然气介质,密封要求严格,但工作温度低于150℃的场合。
密封副为奥氏体不锈钢。这种安全阀的阀体,阀盖多为奥氏体不锈钢,应用于介质中含有酸、碱等腐蚀性成分的场合。
(7) 按作用原理分类
直接作用式安全阀。直接依靠介质压力产生的作用力来克服作用在阀瓣上的机械载荷使阀门开启的安全阀。
先导式安全阀。由主阀和导阀组成,主要依靠从导阀排出的介质来驱动或控制的安全阀。
带补充载荷式安全法。在进口压力达到开启压力前始终保持有一增强密封的附加力,该附加力在达到阀门开启压力时可靠释放的安全阀。
(8) 按动作特性分类
比例作用式安全阀。开启压力随压力升高而逐渐变化的安全阀。
两段式安全阀。(突跳动作式安全阀)。开启过程分为两个阶段,起初阀瓣随压力升高而比例开启,在压力升高一个不大的数值后,阀瓣在压力几乎不再升高的情况下急速开启到规定的高度的安全阀。
(9) 安开启高度分类
微启式安全法。开启高度在1/40-1/20流到直径范围内的安全阀。
全启式安全阀。开启高度不小于1/4流到直径的安全阀。
中启式安全阀。开启高度介于微启式和全启式之间的安全阀。
(10) 有无背压平衡机构分类
背压平衡式安全阀。利用波纹管、活塞或膜片等平衡背压作用的原件,使阀门开高前背压对阀瓣上下两侧的作用相互平衡的安全阀。
常规式安全法。不带背压平衡原件的安全阀。
(11) 按阀瓣加载方式分类
重锤式或杠杆重锤式安全阀。利用重锤直接加载或利用重锤通过杠杆加载的安全阀。
弹簧式安全阀。利用压缩弹簧加载的安全阀。
气室式安全阀。利用压缩空气加载的安全阀。

以下是阀门行业中公认的一些知名品牌,它们被广泛认可并享有很高的声誉。虽然排名可能因时间和市场情况而有所变化,但以下品牌通常被认为是阀门行业的顶级品牌之一:
水系统阀门和工业阀门以下比较有影响力的一线品牌可以作为参考,以下是2022-2023年国内一线十大阀门品牌企业厂家,但是仅供参考:苏州纽威阀门股份有限公司、上海冠龙阀门机械有限公司、上海奇众阀门制造有限公司、三花、苏盐、神通、苏阀、南方、江一、尧字。

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有了喷嘴面积及有了喷嘴直径即喉径,一般国标常规安全阀的口径根据其形式:全启式一般为喉径的放大2档(高压3档):微启式一般为喉径放大1档。口径的分10,15,20,25,32,40,50,65,80,100,125,150,200,250等档;例如喉径为32的全启式安全阀口径放大2档位50,即DN50。

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