安全閥的設(shè)計(jì)及選型.ppt

1、安全閥的設(shè)計(jì)及選型,名詞術(shù)語,壓力泄壓閥 Pressure Relief Valve (PRV) 安全閥 Safety Valve 泄放閥 Relief Valve 安全泄放閥Safety Relief Valve,安全閥 Safety Valve,一種靠閥門進(jìn)口側(cè)靜壓動作的壓力泄放閥 能突然起座并全開 適用于可壓縮性流體（氣體、氣相或蒸汽）,全開,整定壓力,開高,允許超壓,泄放閥 Relief Valve,一種靠閥門進(jìn)口側(cè)靜壓動作的壓力泄放閥 開高隨超壓的增加而成比例的增大 通常用于不可壓縮的流體（液體）,全開,整定壓力,開高,允許超壓,安全泄放閥 Safety Relief Valve,即

2、可用于蒸汽/氣體介質(zhì)又可用于液體介質(zhì),具有突開/調(diào)節(jié)雙重動作特性。,廣義上的安全閥=安全閥+泄放閥+安全泄放閥,理想的壓力泄放閥,在達(dá)到整定壓力之前無泄漏 只在整定壓力下開啟 只泄放掉保護(hù)系統(tǒng)所需要的排量 在泄放循環(huán)中性能穩(wěn)定 在整定壓力下回座(啟閉壓差為零),對壓力泄放閥性能的實(shí)際要求,在系統(tǒng)正常操作壓力下保持密封 當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到整定壓力時開啟 在系統(tǒng)壓力達(dá)到允許超壓之前泄放掉額定排量 當(dāng)系統(tǒng)壓力降到整定壓力以下后，閥門回座復(fù)位，并保持密封,壓力相關(guān)的基本概念,最大允許工作壓力 (MAWP) 在設(shè)計(jì)溫度下,設(shè)備或管道所允許承受的最大工作壓力,該壓力是根據(jù)容器受壓元件的有效壁厚計(jì)算所得。,整定

3、壓力 Set Pressure：安全閥閥瓣在運(yùn)行條件下開始升起時的進(jìn)口壓力，也叫開啟壓力,設(shè)定壓力。 工作壓力 Operating pressure:閥門正常工作狀態(tài)的壓力。 排放壓力 Relieving pressure：整定壓力加超過壓力。 超壓 Over pressure：超過安全閥整定壓力的壓力增量，通常用整定壓力的百分比表示。,回座壓力 Reseating Pressure：排放后閥瓣與閥座重新接觸，即開啟高度變?yōu)榱銜r的進(jìn)口壓力。 啟閉壓差 Blowdown：整定壓力與回座壓力之差，通常用整定壓力的百分?jǐn)?shù)表示；而當(dāng)整定壓力小于0.3MPa時，用MPa表示。 背壓 Back Press

4、ure：安全閥出口處的壓力。,附加背壓 Superimposed back pressure：安全閥即將動作前在閥出口處存在的靜壓力，是由其他壓力源在排放系統(tǒng)中引起的。 排放背壓 Built up back pressure：由于介質(zhì)通過安全閥流入排放系統(tǒng)，而在閥出口處形成的壓力。 冷態(tài)試驗(yàn)差壓力 Cold Differential Test Pressure：安全閥在試驗(yàn)臺上調(diào)整到開始開啟時進(jìn)口處的靜壓力，該壓力包含了對背壓和溫度的修正值。,與排量相關(guān)的基本術(shù)語,理論排量： therotical discharge capacity：流道橫截面積與安全閥流道面積相同的理想噴管的計(jì)算流量。 額

5、定排量 Certified discharge capacity：實(shí)測排量中允許作為安全閥使用基準(zhǔn)的那一部分，也就是理論排量乘以額定排量系數(shù)后得到的數(shù)值。 需要排量 Required capacity:設(shè)計(jì)要求安全閥最低需要達(dá)到的排量。,壓 力 %,110,100,95,90,MAWP,允許超壓,典型的整定壓力,整定壓力偏差,典型的 回座壓力,啟閉壓差, % 整定,泄漏實(shí)驗(yàn)壓力,背壓,入口,Pb (背壓),壓力泄放閥出口的壓力.,排放背壓 Built-up back pressure,排放,PRV 打開介質(zhì)流動,入口,被保護(hù)的系統(tǒng),附加背壓（靜背壓） Superimposed back pre

6、ssure,密閉的排放總管,去火炬,可能的壓力源,可能的壓力源,可能的壓力源,吹掃,開高,開高 壓力泄放閥開啟后，閥瓣密封面離開關(guān)閉位置的實(shí)際行程,喉部面積,壓力泄放閥進(jìn)口端至關(guān)閉件密封面之間流道的最小截面積 AreaD2/4 。,LIFT,DN,簾面積,閥瓣在閥座上方升起時在其密封面間形成的圓柱形或圓錐型通道的面積 Area=DL 。,排放面積,壓力泄放閥排放時流體通道的最小截面積處的喉部面積與簾面積之間的較小者,安全閥的演變,普通型彈簧直接載荷 PRV,最初形態(tài),可調(diào)整的 彈 簧,P,F,通過一個可調(diào)的彈簧來改變整定壓力。遺憾的是，當(dāng)閥座組件升起以打開閥門時，彈簧壓縮量越大，產(chǎn)生的向下的力

7、越大，又限制了閥門的開啟。,裙邊,P,F,增加受力面積 加速閥門開啟 減少超壓,在閥座組件上增加一個裙邊，給向上的入口壓力提供一個大一些的作用面積。當(dāng)閥門開始打開，改變了下游流體的方向，即推進(jìn)了閥門開啟加快，又減小了前泄（當(dāng)壓力趨近于整定壓力時，閥座的泄漏）及超壓。,進(jìn)一步改進(jìn) 為達(dá)到調(diào)節(jié)回座壓力的作用, 又增加了一個調(diào)節(jié)圈。調(diào)節(jié)圈、噴嘴、閥瓣夾持器構(gòu)成了“蓄壓腔”， “蓄壓腔”內(nèi)的力不僅決定升力，也對回座力起決定作用。,低前泄 高啟閉壓差,高前泄 低啟閉壓差,啟閉壓差 調(diào)節(jié)圈的 位置,P,蓄壓腔,F,最終形態(tài),彈簧閥蓋,閥體,P1,P2,新因 素,背壓,為保護(hù)壓力泄放閥不受諸如氣候及粗魯裝卸

8、的破壞，增加了閥體與閥蓋。這又引出了一個新的需要考慮的因素背壓。,普通型彈簧直接載荷 PRV,P1,出口,P2,啟閉壓差 調(diào)節(jié)環(huán),整定壓力 調(diào)整螺釘,入口,蓄壓腔,% 開高 (排量),100,75,50,25,90,100,110,% 整定壓力,通常的彈簧直接載荷PRV,前泄,典型的特性曲線,背壓對安全閥的影響,改變設(shè)定壓力 減小泄放量 安全閥在動作時 容易發(fā)生頻顫,背壓,Lift vs Back Pressure,Conventional Spring Valve,由普通式變換為平衡波紋管PRV,波紋管式安全閥作用,平衡背壓 隔離嚴(yán)重腐蝕和危險(xiǎn)性介質(zhì),Conventional Spring

9、Valve,Balanced Spring Valve,Lift vs Back Pressure,先導(dǎo)式安全閥不受背壓影響,入口,導(dǎo)閥,導(dǎo)壓管,活塞密封,不平衡 移動副 (活塞),導(dǎo)管,出口,彈性閥座,P1,P1,P2,閥座壓緊力,75,50,25,0,100,100,75,50,25,彈簧直接載荷 PRV,先導(dǎo)式 PRV,% 閥座壓緊力,% 整定壓力,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,ASME I ASME VIII API,ASME I,動力鍋爐 安全閥超壓：3%,ASME VIII,壓力容器 (MAWP1.03barg),ASME VIII對于安全閥超壓的規(guī)定,MAWP (MAX. SET),單安全閥，設(shè)計(jì)工

10、況為非火災(zāi)工況,110,100,多安全閥，設(shè)計(jì)工況為非火災(zāi)工況,MULTIPLE VALVES,MAWP,116,105,100,2ND,1ST,單安全閥，設(shè)計(jì)工況為火災(zāi)工況,MAWP,121,100,21%,多安全閥，設(shè)計(jì)工況為火災(zāi)工況,第一個安全閥,121,MAWP,100,110,第二個安全閥,API,API 520 Part I : Sizing, Selection Part II: Installation API 521 Cause of Overpressure API 526 Dimension API 527 Seat leakage testing,安全閥最小泄放面積計(jì)算

11、,排放介質(zhì)為氣體/蒸汽 1. 根據(jù)背壓判斷排放介質(zhì)的流型 氣體的臨界流壓力公式 當(dāng)安全閥的背壓小于等于臨界流壓力時，流體為臨界流動，否則為亞臨界流動。,對于臨界流的氣體，安全閥的最小泄放面積為,符號 A P1 W Z C Kd Kb Kc T M,含義 最小泄放面積 安全閥泄放壓力 即為設(shè)定壓力+超壓+當(dāng)?shù)卮髿鈮?所需泄放量 （質(zhì)量流量） 壓縮因子 由絕熱指數(shù)確定的氣體常數(shù) (如果不能確定, 建議值為315) 泄放系數(shù)* 背壓修正系數(shù) 安全閥與爆破片組合使用時的修正系數(shù) 泄放溫度 分子量,對于亞臨界流的氣體，安全閥的最小泄放面積為,排放介質(zhì)為液體 VL：體積流量 L/min G ：液體比重 Kw：背壓修正系數(shù)，當(dāng)安全閥為全啟式或先導(dǎo)式，或安全