安全閥的設(shè)計及選型

1、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）泄放閥 Relief Valve一種靠閥門進口側(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）安全泄放閥 Safety Relief Valve即可用于蒸汽/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

2、的壓力泄放閥在達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)壓力達到整定壓力時開啟在系統(tǒng)壓力達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算所得。整定壓力 Set Pressure：安全閥閥瓣在運行條件下開始升起時的進口壓力，也叫開啟壓力,設(shè)定壓力。工作壓力 Operating pressur

3、e: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?；刈鶋毫?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數(shù)表示；而當(dāng)整定壓力小于0.3MPa時，用MPa表示。背壓 Back Pressure：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)

4、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)試驗差壓力 Cold Differential Test Pressure：安全閥在試驗臺上調(diào)整到開始開啟時進口處的靜壓力，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算流量。額定排量 Certified discharge capacity：實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 Re

5、quired capacity:設(shè)計要求安全閥最低需要達到的排量。壓壓 力力 %110典型的整定壓力典型的整定壓力整定壓力偏差整定壓力偏差典型的典型的 回座壓力回座壓力啟閉壓差啟閉壓差,% 整定整定泄漏實驗壓力泄漏實驗壓力背壓入口Pb (背壓)壓力泄放閥出口的壓力.D2/4 。安全閥的演變普通型彈簧直接載荷普通型彈簧直接載荷最初形態(tài)可調(diào)整的可調(diào)整的彈彈 簧簧通過一個可調(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)生的向下的力越大，又限制了閥門的開啟。 裙邊裙邊增加受力面積增加受力面積加速閥門開啟加速閥門開啟減少超壓減少超壓在閥座組件上增加一個裙邊，給向上的入口

6、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。 進一步改進 為達到調(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。 低前泄低前泄高啟閉壓差高啟閉壓差 高前泄高前泄低啟閉壓差低啟閉壓差 啟閉壓差啟閉壓差調(diào)節(jié)圈的調(diào)節(jié)圈的 位置位置最終形態(tài) 彈簧閥蓋彈簧閥蓋 閥體閥體 P1P2背壓背壓 為保護壓力泄放閥不受諸如氣候及粗魯裝卸的破壞，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普通型

7、彈簧直接載荷 PRVP1出口出口P2整定壓力整定壓力調(diào)整螺釘調(diào)整螺釘入口入口蓄壓腔蓄壓腔% 開高開高(排量排量)10075502590100110% 整定壓力整定壓力典型的特性曲線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)生頻顫背壓背壓Lift vs Back PressureConventionalSpring Valve由普通式變換為平衡波紋管由普通式變換為平衡波紋管PRV平衡背壓隔離嚴(yán)重腐蝕和危險性介質(zhì)ConventionalSpring ValveBalancedSpring ValveLift vs Back Pressure先導(dǎo)式安全閥不受背壓影響入

8、口入口導(dǎo)閥導(dǎo)閥導(dǎo)壓管導(dǎo)壓管活塞密封活塞密封不平衡不平衡移動副移動副(活塞活塞)導(dǎo)管導(dǎo)管出口出口彈性閥座彈性閥座P1P1P27550250100100755025標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范ASME IASME VIIIAPIASME 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)定多安全閥，設(shè)計工況為非火災(zāi)工況單安全閥，設(shè)計工況為火災(zāi)工況多安全閥，設(shè)計工況為火災(zāi)工況APIAPI 520Part I : Sizing, SelectionPart II: InstallationAPI 521Cause of OverpressureAPI 5

9、26DimensionAPI 527Seat leakage testing安全閥最小泄放面積計算排放介質(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 MKKPCKTZWAcbd1316.1符號符號AP1 WZCKdKbKcTM含義含義最小泄放面積最小泄放面積安全閥泄放壓力安全閥泄放壓力 即為設(shè)定壓力即為設(shè)定壓力+超壓超壓+當(dāng)?shù)卮髿鈮寒?dāng)?shù)卮髿鈮核栊狗帕克栊狗帕?（質(zhì)量流量）（質(zhì)量流量）壓縮因子壓縮因子由絕熱指數(shù)確定的氣體常數(shù)由絕熱指數(shù)確定的氣體常數(shù) (如果不能確定如果不能確定, 建議值為建議值為315)泄放系數(shù)泄放系數(shù)*背壓修正系數(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)安全閥與爆破片組合使用時的修正系數(shù)泄放溫度泄放溫度分子量分子量對于亞臨界流的氣體，安全閥的最小泄放面積為 )(9 .172112PPMPZTKKFWAcd)(9.17211PPMPKFKTZWACd排放介質(zhì)為液體VL：體積流量 L/minG ：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，或安全閥出口與大氣直連時，其值為1，平衡波紋管式安全閥的背壓修正系數(shù)由AP