安全閥基本知識講義

1、安全閥培訓講義之一安全閥基本知識黃光禹 編上海安德森·格林伍德·克羅斯比閥門有限公司2007年11月目錄1 安全閥的用途和作用原理2 對安全閥的要求2.1 對安全閥的基本要求2.2 有關(guān)安全閥性能的術(shù)語2.3 安全閥的主要性能指標2.4 對核電站安全閥的特殊要求3 安全閥的種類及其特點3.1 按作用原理分類3.2 按動作特性分類3.3 按開啟高度分類3.4 按有無背壓平衡機構(gòu)分類3.5 按出口側(cè)是否密封分類4 安全閥的主要結(jié)構(gòu)型式5 安全閥的選用5.1 安全閥型號編制方法5.2 如何選擇安全閥類型5.3 如何確定安全閥的流道直徑和公稱通徑5.4 選用安全閥所需的數(shù)據(jù)6 安全

2、閥的安裝和試驗要求6.1 安全閥的安裝要求6.2 安全閥的試驗要求1 安全閥的用途和作用原理安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓設備的保護裝置，用來防止受壓設備中的壓力超過設計允許值，從而保護設備及其運行人員的安全。由于安全閥可以不依賴任何外部能源而動作，所以常常作為受壓設備的最后一道保護裝置。從這個意義上說，它的作用是不能用其他保護裝置來代替的。當受壓設備中介質(zhì)的壓力由于某種原因而異常升高，達到預先的設定值時，安全閥自動開啟，繼而全量排放，以防止壓力繼續(xù)升高；當介質(zhì)壓力由于安全閥的排放而降低，達到另一預定值時，閥門又自動關(guān)閉，阻止介質(zhì)繼續(xù)排出。當介質(zhì)壓力處于正常工作壓力時，閥門保持關(guān)閉和密封狀態(tài)

3、。以下分別以彈簧直接載荷式安全閥和先導式安全閥為例，進一步說明安全閥的作用原理。圖1-1是彈簧直接載荷式安全閥的示意圖。當被保護設備中（即安全閥進口處）介質(zhì)處于正常工作壓力時，彈簧載荷大于介質(zhì)靜壓力對閥瓣的作用力，使閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。上述兩個作用力的差值產(chǎn)生使閥瓣和閥座（統(tǒng)稱為關(guān)閉件）密封面間相互壓緊的力（即密封力）。只要這個密封力足夠大（相對于由密封面及介質(zhì)狀況決定的必需密封力而言），就能阻止介質(zhì)泄出，使閥門達到必要的密封性。如果介質(zhì)壓力升高，超過正常工作壓力時，密封力就隨之減小。小到一定程度時，介質(zhì)開始泄出（稱為“前泄”）。隨著介質(zhì)壓力進一步升高，當介質(zhì)對閥瓣的作用力同彈簧力達到平衡時，閥

4、瓣開始脫離閥座而升起，稱為“開啟”。壓力繼續(xù)升高時，閥瓣達到設計的開啟高度，作全量排放。只要閥門的排量足夠大，設備中的壓力就會降低。壓力降低到一定程度時，閥門由于彈簧力的作用而重新關(guān)閉。 圖1-1 彈簧直接載荷式安全閥示意圖先導式安全閥由主閥和導閥組成。導閥隨設備介質(zhì)壓力的變化而動作，主閥則由導閥的驅(qū)動或控制而動作。圖1-2是先導式安全閥的動作原理圖。當被保護系統(tǒng)處于正常運行狀況時，導閥閥瓣處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)壓力從主閥進口通過導管和導閥傳入主閥閥瓣（活塞）上方氣室。由于活塞面積大于閥瓣密封面面積，系統(tǒng)壓力對閥瓣產(chǎn)生一個向下的合力，使主閥處于關(guān)閉、密封狀態(tài)。 圖 1-2 先導式安全閥動作原理當系

5、統(tǒng)壓力升高達到整定壓力時，導閥開啟，同時滑閥向上移動封閉導閥的進氣通道。主閥閥瓣上方氣室的介質(zhì)經(jīng)由打開的導閥排出，使主閥閥瓣上方壓力降低。主閥閥瓣在進口壓力的推動下打開而使系統(tǒng)卸壓。當系統(tǒng)壓力降低到一定值時，導閥回座并帶動頂桿頂開滑閥。系統(tǒng)壓力再次通過導閥傳入主閥閥瓣上方氣室，并推動主閥閥瓣關(guān)閉。2 對安全閥的要求2.1 對安全閥的基本要求安全閥的功能是通過下列動作過程來實現(xiàn)的：1. 安全閥處于關(guān)閉密封狀態(tài)；2. 安全閥開啟（或稱初始開啟）；3. 安全閥排放（或稱全開啟）；4. 安全閥關(guān)閉（或稱回座）并恢復密封。對安全閥的基本要求就是同上述動作過程聯(lián)系在一起的，主要有以下幾點： 必要的密封性當

6、被保護設備處于正常運行壓力時，安全閥應保持必要的密封性。安全閥的泄漏意味著介質(zhì)和能量的持續(xù)損耗，過大的泄漏甚至會影響到設備和系統(tǒng)的正常工作；持續(xù)的泄漏還會造成對安全閥密封面的沖蝕，這將使泄漏加劇，以致發(fā)展到不能正常工作的地步。對于安全閥來說，使其關(guān)閉件保持良好的密封比起截止類閥門要困難得多。這是因為安全閥關(guān)閉件密封面之間相互壓緊的密封力決定于閥門整定壓力（即開啟壓力）同設備運行壓力的差，是一個不大的值。因此，對于安全閥特別是金屬密封面的安全閥，要達到完全無泄漏是十分困難的。但必須把泄漏率控制在標準或規(guī)范允許的范圍內(nèi)。 可靠地開啟當進口壓力達到預先整定的壓力值時，安全閥應及時準確地開啟（初始開啟

7、）。換言之，安全閥的開啟壓力對其整定壓力的偏差應在標準或規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。 穩(wěn)定地排放當閥進口壓力繼續(xù)升高到超過整定壓力一個規(guī)定的數(shù)值時，安全閥應達到設計的開啟高度，進入排放狀態(tài)。排放壓力（全開啟壓力）應小于或等于標準規(guī)定的極限值。排放應是穩(wěn)定的，即沒有頻跳、顫振、卡阻等現(xiàn)象。因為這些現(xiàn)象會導致安全閥排放能力降低，并可能損壞關(guān)閉件密封面，還會引起被保護設備和系統(tǒng)內(nèi)較大的壓力波動，在液體介質(zhì)的場合甚至可能造成水擊。 適時地關(guān)閉由于安全閥的排放而使設備和系統(tǒng)中的壓力降低之后，安全閥應適時地關(guān)閉（亦稱回座）?；刈鶋毫^低意味著介質(zhì)和能量的過多損耗，也會給設備和系統(tǒng)恢復正常運行增加困難。但回座壓力也不

8、宜過高。如果回座壓力高到接近開啟壓力，容易導致閥門重新開啟，造成閥門頻跳?；刈鶋毫^高也不利于安全閥在關(guān)閉后重新建立密封。在有關(guān)標準和規(guī)范中對回座壓力的合適范圍也作了規(guī)定。 關(guān)閉后的密封安全閥關(guān)閉后，應能有效地阻止介質(zhì)繼續(xù)流出，并重新達到密封狀態(tài)。但安全閥在開啟之后重建密封要比維持既有的密封狀態(tài)更加困難。多種因素會影響到關(guān)閉后的密封，如介質(zhì)的狀況（是否含有固體顆粒，排放時是否發(fā)生結(jié)晶或結(jié)焦等），排放過程中閥門零件溫度分布的變化，關(guān)閉過程的動作特性及回座壓力的高低等。在上述對安全閥的基本要求中，可靠地開啟并穩(wěn)定地排放是首要的要求，因為安全閥防超壓的功能正是通過其排放過程來實現(xiàn)的。回座和密封要求雖

9、然也很重要，但相比之下還是第二位的。此外，安全閥同爆破片、折斷銷、易熔塞等只能使用一次的壓力釋放裝置不同，是一種可以多次使用的“重閉式”壓力釋放裝置。因而還要求其動作性能具有滿意的重復性。在有關(guān)安全閥試驗的標準中，通常要求對同一工況下的動作試驗至少進行三次，就是為了確認安全閥動作的重復性。2.2 有關(guān)安全閥性能的術(shù)語對安全閥的基本要求，體現(xiàn)在安全閥的主要性能指標中。為了說明這些性能指標，有必要了解涉及安全閥性能的一些術(shù)語。1. 整定壓力（Set pressure）亦稱開啟壓力或初始開啟壓力，是安全閥閥瓣在運行條件下開始從閥座上升起時的進口壓力。從理論上講，在該壓力下，由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的使閥瓣開啟

10、的力同使閥瓣保持在閥座上的力相互平衡。而在實踐中，所謂閥瓣開始升起，通?？梢杂孟铝蟹椒▉砑右耘袛啵阂皇窃跍y量閥瓣開啟高度的位移傳感器上出現(xiàn)首次位移指示；二是憑視覺或聽覺感知介質(zhì)開始連續(xù)地排出。2. 排放壓力（Relieving pressure）閥瓣達到設計開啟高度時的閥進口壓力。3. 超過壓力（Over pressure）排放壓力與整定壓力之差。4. 額定排放壓力（Rated relieving pressure）標準或規(guī)范規(guī)定的排放壓力上限值。5. 回座壓力（Re-seating pressure）安全閥排放后閥瓣重新與閥座接觸，即開啟高度再變?yōu)榱銜r的進口壓力。6. 啟閉壓差（Blowdo

11、wn）整定壓力與回座壓力之差。7. 密封試驗壓力（Leak test pressure）進行密封試驗時的閥進口壓力。在該壓力下測量通過關(guān)閉件密封面的泄漏率。8. 背壓力（Back pressure）安全閥出口壓力。9. 附加背壓力（Superimposed back pressure）安全閥開啟之前在閥出口處已存在的壓力。是由其他壓力源在排放系統(tǒng)中引起的，也稱為靜背壓。10. 排放背壓力（Built-up back pressure）安全閥開啟后，由于介質(zhì)通過排放系統(tǒng)排放而在閥出口處產(chǎn)生的壓力。是由排放系統(tǒng)對排放介質(zhì)的阻力而引起的。也稱為動背壓。11. 冷態(tài)試驗差壓力（CDTP即Cold di

12、fferential test pressure）安全閥在試驗臺上調(diào)整到開啟時的進口壓力。該壓力包含了對背壓力及溫度等運行條件所作的修正。12. 流道面積（Flow area）閥進口端到關(guān)閉件密封面之間流道的最小截面積。亦稱喉部面積。13. 流道直徑（Flow diameter）對應于流道面積的直徑。亦稱喉徑。14. 開啟高度（Lift）閥瓣離開關(guān)閉位置的實際行程。15. 簾面積（Curtain area）當閥瓣在閥座上方升起時，在它們的密封面之間形成的圓柱面形或圓錐面形通道面積。16. 排放面積（Discharge area）閥門排放時流體通道的最小截面積。對于全啟式安全閥，排放面積等于流道

13、面積；對于微啟式或中啟式安全閥，排放面積等于簾面積。17. 理論排量（Theoretical flowing capacity）一個流道截面積與安全閥流道面積相等的理想噴管的計算排量。計算理論排量時，假定噴管無阻力，介質(zhì)作等熵流動，噴管前壓力為額定排放壓力。18. 實際排量（Measured flowing capacity）當閥前壓力為額定排放壓力時由試驗測定的實際通過安全閥的排量。由于安全閥的流道與噴管的流道有差別，由于實際上存在流動阻力，所以實際排量小于理論排量。19. 排量系數(shù)（Coefficient of discharge）實際排量與理論排量的比值。20. 額定排量（Certifi

14、ed capacity）實際排量中允許作為安全閥應用基準的那一部分。其值為實際排量乘以減低系數(shù)（通常取0.9）。21. 額定排量系數(shù)（Rated coefficient of discharge）額定排量與理論排量的比值。通常把幾次測定的排量系數(shù)的平均值乘以減低系數(shù)作為額定排量系數(shù)。22. 機械特性（Mechanical characteristics）指安全閥機械動作的特性。包括回座特性是否良好，有無頻跳、顫振和卡阻等現(xiàn)象。23. 頻跳（Chatter）閥瓣迅速、異常地來回運動，在運動中閥瓣接觸閥座。24. 顫振（Flutter）閥瓣迅速、異常地來回運動，在運動中閥瓣不接觸閥座。2.3 安全

15、閥的主要性能指標性能指標是對安全閥性能要求的具體化。這些指標在安全閥的技術(shù)標準及有關(guān)鍋爐和壓力容器的規(guī)范中作了規(guī)定。以下所列是一些主要的標準和規(guī)范：GB/T 12241 安全閥一般要求GB/T 12243 彈簧直接載荷式安全閥GB/T 12242 壓力釋放裝置 性能試驗規(guī)范勞動部壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程勞動人事部蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSG ZF001 安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程ZBJ 98013 電站安全閥技術(shù)條件ISO 4126-1 安全閥 第一部分 一般要求ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范：第卷動力鍋爐建造規(guī)則，第卷核動力裝置設備建造規(guī)則 ，第卷壓力容器建造規(guī)則ASME PTC 25 壓力釋放裝

16、置 性能試驗規(guī)范API RP 520 煉廠壓力釋放裝置的選型、確定通徑及安裝API Std. 527 壓力釋放閥的閥座密封性JIS B8210 蒸汽及氣體用彈簧安全閥BS 1123 空氣儲器及壓縮空氣裝置用的安全閥、儀表和其他安全附件規(guī)范BS 6759 第一部分 蒸汽及熱水用安全閥技術(shù)規(guī)范德國壓力容器規(guī)范AD-A2 防超壓安全裝置安全閥德國蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)范TRD 421 壓力釋放裝置用于、和組蒸汽鍋爐的安全閥安全閥的主要性能指標包括排放壓力、啟閉壓差、整定壓力偏差等動作性能指標，以及用密封試驗壓力和允許泄漏率來表示的密封性能指標。表2-1至表2-4列出了一些標準和規(guī)范中對安全閥主要性能指標的規(guī)

17、定。2.4 對核電站安全閥的特殊要求核電站用安全閥除應滿足對安全閥的基本要求外，通常還應滿足下列特殊要求：2.4.1 安全分級要求核電廠著重關(guān)心的是安全性要求，即在所有運行工況和事故工況下限制公眾和廠區(qū)人員輻射照射的要求。根據(jù)系統(tǒng)部件所執(zhí)行的安全功能對安全的重要性對系統(tǒng)部件進行安全分級（通常分為安全一級、二級、三級和非安全級）。根據(jù)安全等級并結(jié)合部件的壓力級別來制訂設計、制造、檢驗等活動所應遵守的各項規(guī)則，從而形成不同的規(guī)范等級（如ASME及RCCM中的規(guī)范等級）。系統(tǒng)部件安全等級通常按下列原則劃分：安全一級：適用于其故障會引起反應堆失水事故的系統(tǒng)部件，包括反應堆冷卻劑系統(tǒng)的部件，以及延伸到并

18、包括隔離閥的主要管線。安全二級：包括為減輕某一事故后果所必需的設備，以及為防止預計運行事件發(fā)展為事故工況所必需的設備。安全三級：包括對安全一、二、三級的安全功能起支持作用所必需的設備，且這些支持功能的失效不會直接引起放射性劑量增大的后果。非安全級：適用于不屬于安全一、二、三級的系統(tǒng)設備。 抗輻照要求耐輻照要求為設備相應區(qū)域正常運行壽期內(nèi)的累積劑量與事故劑量之和。 LOCA及MSLB要求反應堆廠房內(nèi)與安全有關(guān)的設備應滿足LOCA（主管道失水事故）及MSLB（主蒸汽管道破損事故）工況要求。其電器須按IEEE-382進行LOCA試驗及MSLB試驗（即在規(guī)定的溫度、壓力、濕度和化學噴淋條件下進行試驗）

19、?？拐鹨蟀踩壍南到y(tǒng)部件必須滿足抗震要求，即在地震條件下保持其壓力邊界完整性及運行功能的要求?？拐鹨蠓譃榭拐?類和抗震2類?？拐?類：在發(fā)生SSE（安全停堆地震）時能保持其功能及/或壓力邊界完整性?？拐?類：在發(fā)生OBE（運行基準地震）時能保持其功能及/或壓力邊界完整性。安全級閥門均屬于抗震一類?？拐?類又分為抗震1I類和抗震1A類?？拐?I類閥門在SSE作用下僅要求保證其壓力邊界完整性；而抗震1A類閥門除保證其壓力邊界完整性外，還要求地震時及/或地震后有滿意的可運行性。為保證滿足抗震要求，應進行抗震計算，限制部件自震頻率、進行抗震鑒定試驗等。對材料的特殊要求 承壓材料應根據(jù)規(guī)范等級進行相

20、應的無損檢驗。 對有焊接要求的奧氏體不銹鋼材料應控制鐵素體含量（通常在512%范圍內(nèi)），限制硼的殘留量。 非金屬材料應有耐輻照要求，且不對所接觸金屬材料產(chǎn)生腐蝕（控制氯、氟、硫含量），也不對所接觸的介質(zhì)產(chǎn)生有害影響。 限用材料例如，為避免對介質(zhì)造成污染，對容易分解出污染元素及其化合物的材料作了限制；為防止奧氏體不銹鋼零件受污染而避免與碳鋼零件接觸；對與工作介質(zhì)接觸的表面禁止使用潤滑劑和防咬劑等等。 清潔度要求為防止污染流體（即限制因流體系統(tǒng)中存在雜質(zhì)微粒而引起的各種危害），對與流體接觸的系統(tǒng)部件規(guī)定了不同的清潔度類別，例如分為A、B、C三類清潔度。A類清潔度：適用于規(guī)范級不銹鋼閥門中的不銹鋼零

21、件。B類清潔度：適用于非規(guī)范級不銹鋼閥門中的不銹鋼零件，規(guī)范級不銹鋼閥門中的碳鋼、合金鋼零件，規(guī)范級碳鋼、合金鋼閥門中的零件。C類清潔度：適用于非規(guī)范級不銹鋼閥門中的碳鋼、合金鋼零件，非規(guī)范級碳鋼、合金鋼閥門中的零件。對于不同的清潔度類別規(guī)定了相應的檢查方法（如目視檢查、白布檢查、表面鈍性檢查、對清洗水的檢查）和驗收準則。 核電安全閥性能指標表2-5中列出了ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范第卷中對安全閥性能指標的規(guī)定。表2-1 蒸汽用安全閥動作性能指標表2-2 氣體用安全閥動作性能指標表2-3 液體用安全閥動作性能指標表2-4 安全閥密封性能指標表2-5 核電安全閥動作性能指標項 目ASME鍋爐及壓

22、力容器規(guī)范第卷安全閥 (Safety Valve)安全泄放閥 （Safety Relief Valve）及泄放閥 （Relief Valve）排放壓力Pd1.03PS或（PS+2psi）1.10PS或（PS+3psi）啟閉壓差PbL對核一級閥門為5%PS 對其他閥門由設計任務書規(guī)定由設計任務書規(guī)定整定壓力的允許偏差PPS70psi時，為±2psiPS>70300psi時為±3%PSPS>3001000psi時為±10psiPS>1000psi時為±1%PSPS70psi時，為±2psiPS>70psi時為±3%

23、PS注：PS：整定壓力3 安全閥的種類及其特點安全閥的種類頗多，其分類方法不一而足?，F(xiàn)擇其主要者分述如下。3.1 按作用原理分類 直接作用式安全閥也稱直接載荷式安全閥（Direct-loaded safety valve）。是在工作介質(zhì)的直接作用下開啟的。即依靠工作介質(zhì)壓力產(chǎn)生的作用力來克服彈簧或重錘等加于閥瓣的機械載荷，使閥門開啟。它具有結(jié)構(gòu)簡單、反應快速、可靠性好等優(yōu)點。但因為依靠機械加載，其載荷大小受到限制，也就限制了口徑和壓力的范圍。同時，這類安全閥關(guān)閉件密封面上的密封力決定于閥門整定壓力與系統(tǒng)正常運行壓力之差，是一個不大的值，所以要達到良好的密封就比較困難。尤其對于金屬密封面的情形更

24、是如此。為了達到密封，需要采取特殊的結(jié)構(gòu)形式和進行精細的加工與裝配。在直接作用式安全閥中有一類特殊的形式，即帶補充載荷的安全閥（Supplementary loaded safety valve）。圖3-1是這類安全閥的一個例子。這種安全閥除依靠彈簧加載外，在其進口壓力達到整定壓力之前還始終保有一個由外部能源（氣力的、電磁力的等等。圖3-1中為作用在活塞上方的壓縮空氣）提供、用來增強密封的補充載荷。該補充載荷在介質(zhì)壓力達到整定壓力時應可靠地釋放掉，否則就會阻礙安全閥的正常開啟。圖3-1 非直接作用式安全閥這種安全閥不是或不完全是在工作介質(zhì)的直接作用下開啟的。它們又可區(qū)分為下列兩種形式： 先導式

25、安全閥 (Pilot operated safety valve)先導式安全閥由主閥和導閥組成。導閥隨設備介質(zhì)壓力的變化而動作，主閥則由導閥的驅(qū)動或控制而動作。導閥本身通常是一個直接作用式安全閥。但有時也采用其他形式的閥門例如電磁安全閥作為導閥，或者把它與直接作用式導閥并用，即對同一主閥設置多重導閥控制。先導式安全閥的主閥可以不依靠機械加載，所以其口徑和壓力不受限制。它的主閥還可以設計成依靠工作介質(zhì)壓力來密封的形式，因而具有良好的密封性。此外，它的動作很少受背壓變化的影響。由于上述這些原因，先導式安全閥同直接作用式安全閥一樣得到了廣泛的應用。這種安全閥的缺點在于它的可靠性同主閥和導閥兩者有關(guān)，

26、而且結(jié)構(gòu)比較復雜。在一些特別重要的應用場合為了提高可靠性往往需要采用多重導閥控制，這就更增加了其結(jié)構(gòu)的復雜程度。 帶動力輔助裝置的安全閥 (Assisted safety valve)在這種安全閥中，借助一個動力輔助裝置，可以在低于正常開啟壓力的情況下強制使閥門開啟。如果輔助裝置失靈，閥門仍能如直接作用式安全閥一樣動作。圖3-1所示的閥門，當壓縮空氣是從活塞下方進入時，就是一個帶動力輔助裝置的安全閥。這種安全閥適用于需要開啟壓力很接近工作壓力的場合，需要定期開啟安全閥以吹除粘著、凍結(jié)的介質(zhì)的場合。同時也為運行人員提供了一種在緊急情況下強制開啟安全閥的手段。3.2 按動作特性分類 比例作用式安全

27、閥即泄放閥（Relief valve）如圖3-2所示，這種閥門的開啟高度（h）系隨壓力（P）的升高而逐漸變化，即具有開啟高度同壓力升高值大體成比例的特點。這種安全閥適合用于液體介質(zhì)的場合，因為其開啟和關(guān)閉過程比較平穩(wěn)，不致引起被保護系統(tǒng)內(nèi)液體壓力很大波動。它也適用于系統(tǒng)的必需排量不是固定值的情形，因為其開啟高度可在一定范圍內(nèi)隨系統(tǒng)排量和壓力的不同而變化。tP,h h P圖3-2 兩段作用式安全閥或突跳動作式安全閥即安全閥（Safety valve）如圖3-3所示，這種安全閥的開啟過程分為兩個階段：其前一階段，閥瓣是隨壓力的升高而比例開啟的；而在壓力升高一個不大的數(shù)值之后，閥瓣的開啟即進入第二階

28、段，就是在壓力幾乎不再升高的情況下急速地開啟到規(guī)定的開啟高度。這種安全閥適用于氣體介質(zhì)。氣體在排放時伴隨著很大的體積膨脹，如果沒有突然的急速開啟過程就難以保證在壓力升高不多的條件下快速地釋放介質(zhì)。兩段作用式安全閥由于具有突開動作，因而能在規(guī)定的升壓限度內(nèi)達到較大的開啟高度。但這種安全閥不能用于液體介質(zhì)。因為其急速開啟，特別是急速關(guān)閉的動作會引起被保護系統(tǒng)內(nèi)液體壓力很大的波動，甚至造成水擊。P,h h t P圖3-3 安全泄放閥（Safety relief valve）依其工作介質(zhì)不同（氣體或液體），這種閥門的動作特性可為突跳動作式，或為比例作用式。3.3 按開啟高度分類 微啟式安全閥我國生產(chǎn)的

29、微啟式安全閥主要有開啟高度大于等于1/40流道直徑和開啟高度大于等于1/20流道直徑的兩種。微啟式安全閥的動作特性是比例作用式的。 全啟式安全閥其開啟高度大于等于1/4流道直徑。此時，簾面積大于流道面積。這種安全閥的動作特性屬于兩段作用式。 中啟式安全閥開啟高度介于微啟式與全啟式之間。其動作特性通常相當于安全泄放閥。3.4 按有無背壓平衡機構(gòu)分類如圖3-4所示，當安全閥不帶背壓平衡機構(gòu)時，背壓對閥瓣產(chǎn)生一個向下的合力。如果背壓是變化的，背壓對閥瓣產(chǎn)生的向下合力也是變化的。這一變化就會導致安全閥開啟壓力的變化。圖3-4 背壓平衡式安全閥在這種安全閥中設置了諸如波紋管、活塞或膜片之類平衡背壓作用的

30、元件。這些元件的有效面積等于安全閥關(guān)閉件密封面積，所以在閥門開啟之前，背壓（附加背壓）對閥瓣上下兩側(cè)的作用力相互平衡。附加背壓的變化不會影響到開啟壓力的大小。背壓平衡式安全閥適用于下列情形： 附加背壓是變化的，且其變化量（相對于開啟壓力而言）較大時。此時為避免附加背壓的變化對開啟壓力產(chǎn)生過大的影響，必須采用背壓平衡式安全閥。例如，當開啟壓力的允許偏差為±3%時，如果附加背壓的變化量超過整定壓力的6%，則僅僅由于附加背壓變化造成的開啟壓力偏差就會超過允許值了。 排放背壓超過允許的超過壓力，例如當允許超過壓力為10%整定壓力而排放背壓超過10%整定壓力時。對于常規(guī)式安全閥，過高的排放背壓

31、會使閥瓣升力減小，導致閥門動作不穩(wěn)定，產(chǎn)生頻跳或顫振。而對于平衡式安全閥，排放背壓對閥瓣升力的影響則較小。產(chǎn)生%2121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121212121

32、212121 總背壓（附加背壓加排放背壓）通常不超過整定壓力的50%。應當指出，背壓平衡式安全閥雖然能夠避免閥門開啟之前背壓（即附加背壓）的變化對開啟壓力的影響，但卻無法完全消除背壓對閥門開啟后動作性能的影響，所以應對總背壓值給予限制。即便在上述限制范圍內(nèi)，由于背壓會對閥瓣的未平衡部分產(chǎn)生一個關(guān)閉力，從而可能導致開高減小而使排量減少，因此還應進行對排量的背壓修正。 常規(guī)式安全閥常規(guī)安全閥是相對于背壓平衡式安全閥而言的。它不帶背壓平衡機構(gòu)，適用于下列情形： 排放背壓不超過允許的超過壓力。例如當允許的超過壓力為整定壓力的10%時，排放背壓應不超過整定壓力的10%。 附加背壓為固定值，或者附加背壓相

33、對于開啟壓力而言變化量不大的場合。但對于氣體介質(zhì)，如果在背壓力作用下閥門的排放處于亞臨界流動狀況（當背壓力與排放壓力之比大于臨界壓力比時），則應進行對排量的背壓修正。3.5 按出口側(cè)是否密封分類 封閉式安全閥這類安全閥的出口側(cè)是對大氣密封的。當用于有毒、有害、易燃等介質(zhì)時為了防止介質(zhì)向周圍環(huán)境逸出，或為了回收排放的介質(zhì)，以及當存在附加背壓時，都應采用封閉式安全閥。 開放式安全閥安全閥的出口側(cè)向大氣開放。當介質(zhì)可以向周圍環(huán)境釋放時，當用于高溫蒸汽等介質(zhì)，為了降低彈簧腔室的溫度時，可采用開放式安全閥。4 安全閥的主要結(jié)構(gòu)型式4.1 不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥如圖4-1所示。閥門不帶調(diào)節(jié)圈，不能對排放

34、壓力和啟閉壓差進行調(diào)節(jié)。4.2 帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥如圖4-2所示。在閥座上設有一個調(diào)節(jié)圈，可對排放壓力和啟閉壓差進行調(diào)節(jié)。 圖4-1 圖4-24.3 反沖盤加調(diào)節(jié)圈的全啟式安全閥如圖4-3所示。由于反沖盤使排放的氣流發(fā)生折轉(zhuǎn)而產(chǎn)生較大的閥瓣升力，使閥門達到大的開啟高度。調(diào)節(jié)圈可用來對排放壓力和啟閉壓差進行調(diào)節(jié)。圖4-3 圖4-44.4 帶雙調(diào)節(jié)圈的全啟式安全閥如圖4-4所示。在閥門的導向套和閥座上各設置了一個調(diào)節(jié)圈（亦稱上、下調(diào)節(jié)圈），通過上、下調(diào)節(jié)圈位置的不同組合來對氣流作用在閥瓣上的力進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)閥門的排放壓力和啟閉壓差。4.5 帶背壓控制套的全啟式安全閥如圖4-5所示。除上、下

35、調(diào)節(jié)圈外，在其閥桿上還設置了一個背壓控制套，并在閥瓣上方腔室設置了節(jié)流閥。利用背壓控制套和節(jié)流閥可對閥瓣上方腔室中的背壓力進行調(diào)節(jié)，從而達到對排放壓力和啟閉壓差的進一步調(diào)節(jié)。4.6 彈性密封結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。閥瓣帶有彈性密封唇, 密封唇上方介質(zhì)壓力能產(chǎn)生一定的自緊密封作用。密封面被分為內(nèi)、外兩個部分。正常運行時，僅有較窄的內(nèi)密封面相互接觸，產(chǎn)生較高的密封比壓； 圖4-5而在閥門排放后關(guān)閉時，彈性使較寬的外密封面也發(fā)生接觸，從而承受較大的沖擊載荷，對內(nèi)密封面起到保護作用。4.7 內(nèi)裝式安全閥如圖4-7所示。這種安全閥安裝到被保護容器上時，其露出容器之外的高度受到限制，因而必須將閥門的大部分置于

36、容器之中。圖4-6 圖4-7 4.8 全噴嘴和半噴嘴結(jié)構(gòu)安全閥的閥座通常采用類似噴嘴的形狀，所以也稱為噴嘴。全噴嘴結(jié)構(gòu)采用整體噴嘴式閥座，獨立構(gòu)成安全閥進口側(cè)通道，一般用螺紋固定到閥體內(nèi)。半噴嘴結(jié)構(gòu)的閥座為噴嘴的一部分，通常焊接到閥體內(nèi)，并同閥體一起構(gòu)成安全閥的進口側(cè)通道。全噴嘴結(jié)構(gòu)具有流暢的進口側(cè)通道，有利于降低流阻、提高排量系數(shù)。4.9 提升板手和試驗壓桿按照ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范的規(guī)定，用于空氣、溫度超過140ºF（60ºC）的水或用于蒸汽的每一壓力釋放閥應具有一個提升裝置，當壓力釋放閥受到至少等于75%整定壓力的壓力時，可利用該提升裝置釋放作用在閥瓣上的密封力，

37、使閥門開啟。提升裝置的主要作用是驗證閥門運動件動作的靈活性。提升裝置一般為提升板手。有的安全閥要求帶試驗壓桿作為附件。當裝有安全閥的設備或系統(tǒng)需進行水壓強度試驗時，將試驗壓桿裝在保護罩上頂住閥桿，以防止安全閥在系統(tǒng)水壓試驗時開啟。4.10 鉛封安全閥完成調(diào)整后，應對其外部調(diào)整機構(gòu)進行鉛封。鉛封應為不破壞鉛封就不能改變已調(diào)整好狀態(tài)的形式。鉛封具有兩個主要作用：一是防止未經(jīng)許可的調(diào)整；二是作為標識調(diào)整者的手段。5 安全閥的選用安全閥能否正常工作，以及其性能的好壞，不僅同它的設計、制造有關(guān)，而且同選用安全閥是否得當有直接關(guān)系。如果不是按照被保護設備或系統(tǒng)的工作條件來正確地選用安全閥，安全閥的性能就得

38、不到正確發(fā)揮，甚至不能起到安全保護作用。選用安全閥涉及兩個方面的問題。一方面是被保護設備或系統(tǒng)的工作條件，例如工作壓力、允許超壓限度、防止超壓必需的排放量（即安全泄放量）、工作介質(zhì)的性質(zhì)、工作溫度等；另一方面則是安全閥本身的性能參數(shù)、動作特性、排放能力、結(jié)構(gòu)形式等。以下主要從安全閥的角度來說明選用的要點。選用安全閥可歸結(jié)為確定型號和確定公稱通徑兩個方面。5.1 安全閥型號編制方法安全閥的型號按規(guī)定的編制方法反映了安全閥的類型、連接形式、結(jié)構(gòu)形式、公稱壓力、密封面材料和閥體材料等要素，是選用安全閥的主要依據(jù)之一。按照JB308閥門型號編制方法，安全閥的型號由下列六個部分組成：1 2 3 4 5

39、6第1部分為類型代號。用“A”表示安全閥。對于特殊類型的安全閥，在A的前面附加字母表示。如附加“D”表示低溫（低于-40），附加“B”表示保溫（帶蒸汽夾套），附加“W”表示帶波紋管，附加“K”表示抗硫（抗硫化氫應力腐蝕）。第2部分為連接形式代號，如表5-1所列。表5-1連接形式內(nèi)螺紋外螺紋法蘭焊接代號1246第3部分為結(jié)構(gòu)形式代號，如表5-2所列。第4部分為密封面材料代號，如表5-3所列。第5部分為公稱壓力數(shù)值（以MPa為單位的公稱壓力值的10倍）。第6部分為閥體材料代號，如表5-4所列。表5-2安全閥結(jié)構(gòu)形式代號彈簧式封閉帶散熱片全啟0微啟1全啟2帶板手全啟4不封閉雙彈簧微啟3微啟7全啟8帶

40、控制機構(gòu)全啟6脈沖式（先導式）9表5-3密封面材料代號密封面材料代號銅合金T合金鋼H橡 膠X滲氮鋼D尼龍塑料N硬質(zhì)合金Y氟塑料F注：由閥體或閥座本體材料加工的密封面用“W”表示。當閥座和閥瓣密封面材料不同時，用低硬度材料代號表示。表5-4閥體材料代號閥體材料代號灰鑄鐵Z304不銹鋼P碳鋼C316不銹鋼RCr Mo鋼ICr Mo V鋼V注：PN1.6MPa的灰鑄鐵閥體和PN2.5MPa的碳鋼閥體省略本代號。型號示例：A47H-16C表示彈簧不封閉微啟式安全閥，法蘭連接，帶板手，密封面材料為合金鋼，閥體材料為碳鋼，公稱壓力為1.6MPa。WA42Y-40P表示彈簧封閉全啟式安全閥，帶波紋管，法蘭連

41、接，密封面材料為硬質(zhì)合金，閥體材料為304型不銹鋼，公稱壓力為4.0MPa。各個制造廠通常還有各自安全閥產(chǎn)品的型號編制方法。以下是本公司“非標”安全閥的型號示例：SFA-48C300C1表示彈簧全啟式安全閥，開放式、帶板手，法蘭連接，法蘭符合美國標準ANSI B16.5，壓力級為300磅級，閥體材料為碳鋼。5.2 如何選擇安全閥類型如前所述，為了確定安全閥的型號，需要選擇安全閥的類型、連接形式、結(jié)構(gòu)形式、材料和公稱壓力等要素。其中主要問題在于選擇安全閥類型和結(jié)構(gòu)形式。第3節(jié)中介紹了安全閥的幾種主要分類方法及各類安全閥的不同特點。這些不同特點正是選擇安全閥類型的依據(jù)。歸納起來就可以得出按照使用條

42、件選擇安全閥類型的推薦做法。如表5-5所列。表5-5 按照使用條件選擇安全閥類型的推薦做法使用條件安全閥類型液體介質(zhì)比例作用式安全閥（泄放閥）氣體介質(zhì)，所需的排放量較大兩段作用式安全閥（安全閥）所需的排放量是變化的 所需排量較大時，用幾臺兩段作用式安全閥，其總排量按最大必須排量確定； 所需排量較小時，用一臺比例作用式安全閥，其排量按最大必須排量確定。附加背壓為大氣壓，為固定值，或者其變化量較?。ㄏ鄬τ陂_啟壓力而言）常規(guī)式安全閥附加背壓是變化的，且其變化量較大（相對于開啟壓力而言）背壓平衡式安全閥排放背壓力超過允許的超過壓力背壓平衡式安全閥要求反應迅速，可靠性要求高直接作用式安全閥所需排量很大，

43、或者口徑和壓力都較大，密封要求高先導式安全閥開啟壓力和工作壓力很接近帶補充載荷的安全閥，帶動力輔助裝置的安全閥不允許介質(zhì)向周圍環(huán)境逸出，或需要回收排放的介質(zhì)封閉式安全閥介質(zhì)可以釋放到周圍環(huán)境中，介質(zhì)溫度較高開放式安全閥介質(zhì)溫度很高帶散熱套的安全閥介質(zhì)易冷凝結(jié)晶帶保溫夾套的安全閥5.3 如何確定安全閥的流道直徑和公稱通徑安全閥的通徑應根據(jù)必需排放量來確定。就是使所選安全閥的額定排量大于，并盡可能接近必需的排放量。安全閥的排量如果小于所需的排量，就不能起到有效降壓的作用；但如果過分高于所需的排量，則也會對閥門性能帶來不利影響，甚至造成安全閥頻跳。而頻跳容易損傷安全閥，并使設備壓力急劇波動，給設備帶

44、來危險。當受壓設備和系統(tǒng)發(fā)生異常超壓時，防止過分超壓所需的排放量由設備的運行條件和導致超壓的原因等因素決定。而安全閥的額定排量則應根據(jù)制造廠提供的資料通過計算來確定。以下給出不同介質(zhì)的安全閥額定排量計算方法。 氣體介質(zhì)安全閥的額定排量當通過安全閥的排放達到臨界流動狀況時：式中：Wg氣體額定排量，kg/h；Kdr額定排量系數(shù)，由制造廠提供；A 流道面積，mm2；Pdr額定排放壓力，MPa（絕壓）；C 比熱比k的函數(shù)（見表5-6）；M 分子量，kg/kmol；T 排放溫度，K；（+273）Z 壓縮系數(shù)（見GB/T12241圖B.1）。安全閥在下列條件下達到臨界流動：式中：Pb安全閥出口壓力（背壓力

45、），MPa（絕壓）。氣體通過安全閥的流動在多數(shù)情況下為臨界流動狀況。但如果流動處于亞臨界流動狀況，則應將按上式計算的額定排量乘以亞臨界流動下的排量修正系數(shù)Kb（見GB/T12241表4）。表5-6 與k值對應的C值 蒸汽介質(zhì)安全閥的額定排量假設通過安全閥的排放達到臨界流動狀況。當壓力為0.1MPa至11MPa時：當壓力大于11MPa至22MPa時：式中：Wsh蒸汽額定排量，kg/h；Kdr額定排量系數(shù)，由制造廠提供；A 流道面積，mm2；Pdr額定排放壓力，MPa (絕壓)；Ksh過熱修正系數(shù)（見GB/T12241表2，對飽和蒸汽，Ksh為1）。 液體介質(zhì)安全閥的額定排量式中：WL液體額定排量

46、，kg/h；Kdr額定排量系數(shù)，由制造廠提供；A 流道面積，mm2；密度，kg/m3；P=（Pdr-Pb）壓差，MPa；Pdr額定排放壓力，MPa；Pb 背壓力，MPa；Kr粘度修正系數(shù)。為了確定粘度修正系數(shù)，首先按非粘性液體（0.020Pa·s）計算理論排量：式中：WtL非粘性液體的理論排量，kg/h。然后計算安全閥流道截面處的雷諾數(shù)：式中：Re雷諾數(shù)；動力粘度，Pa·s。然后便可利用圖5-1由雷諾數(shù)確定粘度修正系數(shù)。 圖5-1 粘度修正系數(shù)Kr同雷諾數(shù)Re的關(guān)系在上述計算安全閥額定排量的公式中，令額定排量等于被保護設備或系統(tǒng)的必需排放量（即安全泄放量），就可計算出安全閥

47、必需的流道面積A和對應的流道直徑d，然后就可根據(jù)制造廠的產(chǎn)品樣本選取其流道面積（或流道直徑）稍大而又接近計算值的某一公稱通徑的安全閥。安全閥的流道面積或流道直徑已形成一些標準化的系列。表5-7列出了我國安全閥流道直徑d的標準系列。表5-8列出了API Std 526規(guī)定的安全閥流道面積標準系列。而各個制造廠安全閥的實際流道直徑或流道面積可能與標準系列相同，也可能稍大于標準系列。例如表5-8中所列出的JOS和HL系列安全閥的流道尺寸。表5-7 我國安全閥公稱通徑DN和流道直徑d的標準化系列DN1520253240506580100150200d全啟式202532405065100125微啟式12

48、1620253240506580表5-8 API 526安全閥流道面積A和流道直徑d的標準化系列流道代號API 526JOSHLA（in2）d（mm）A（in2）d（mm）A（in2）d（mm）D0.1109.50.12410.1E0.19612.70.21813.4F0.30715.90.34316.80.33916.7G0.50320.30.56321.50.55321.3H0.78525.40.887270.86826.7J1.28732.51.44934.51.32733K1.83838.92.07641.32.04641L2.85348.43.21651.43.16751M3.605

49、4.44.05357.73.9557N4.3459.74.8963.44.8363P6.3872.47.2076.97.0376Q11.0595.312.46101.212.17100R16.0114.618.0121.8T26.0146.129.3155.25.4 選用安全閥所需的數(shù)據(jù)如上所述，為了正確地選用安全閥必須充分了解被保護設備或系統(tǒng)的工作條件。在通常情況下，以下數(shù)據(jù)是選用安全閥所必需的： 工作介質(zhì)及其狀態(tài)； 介質(zhì)的下列物理性質(zhì)：液體介質(zhì)的密度，粘度系數(shù)；氣體介質(zhì)的分子量，絕熱指數(shù)，壓縮系數(shù)； 工作壓力（設備正常運行壓力）； 整定壓力及最大允許超過壓力； 背壓力（附加背壓力及排放背壓

50、力）； 工作溫度及排放時介質(zhì)溫度； 每臺安全閥的必需排量（或總排量及擬裝設安全閥臺數(shù)）； 其他特殊要求。6 安全閥的安裝和試驗要求6.1 安全閥的安裝要求 進口管的安裝要求 安全閥應安裝于垂直向上的位置。否則應得到制造廠的同意。 安全閥的安裝位置應盡可能靠近被保護的設備或系統(tǒng)。 安裝安全閥的進口接管應短而直。進口管的通道最小截面積應不小于安全閥進口截面積。對于高壓和大排量的場合，進口管在入口處應有足夠大的圓角半徑；或者具有錐形通道，錐形通道的入口截面積近似為出口截面積的兩倍。 當安全閥排放時，在進口管中即在被保護設備同安全閥之間的壓力降應盡可能小。在任何情況下，該壓力降都不得超過整定壓力的3%或最大允許啟閉壓差的1/3（以兩者中的較小值為準）。該壓力降過大會導致安全閥頻跳。 進口接管應具有足夠的強度和/或加適當?shù)闹?，以承受由介質(zhì)壓力、溫度以及安全閥排放反作用力等共同作用產(chǎn)生的應力；同時避免設備的振動傳遞到安全閥，影響安全閥的密封。 當在安全閥進口安裝隔離閥門時，應不違背法律或規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。 排放管的安裝要求 排放管的通道截面積應不小于安全閥出口截面積。當多臺安全閥向一個總管排放時，排放總管的截面積應保證能夠接受所有可能同時向其排放的安全閥的總排放量。 由于排放管對