安全閥的設(shè)計課程

千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦安全閥的設(shè)計課程第一章設(shè)計依據(jù)、原則和安全要求

第一節(jié)設(shè)計依據(jù)

一設(shè)計標準

安全閥相關(guān)標準是安全閥設(shè)計的已經(jīng)依據(jù)。國標中安全閥的設(shè)計要求如下：

1安全閥適用于清潔、別含固體顆粒、粘度低的介質(zhì)。

2安全閥別能單獨用于壓力快速增長的場合。

3安全閥別宜單獨用于閥座與閥瓣密封面也許被介質(zhì)粘連或介質(zhì)可

能生成晶

體的場合，但可以將爆破片安全裝置串聯(lián)在安全閥入口側(cè)組合使

用。

4安全閥的型式通常采用彈簧直截了當載荷式安全閥，閥型有全啟式和微

啟式。

全啟式安全閥適用于泄放體、蒸汽及液化氣介質(zhì)，微啟式安全閥一

般適用

于泄放液體介質(zhì)。

5用于液體的安全閥公稱通徑至少為15mm。

6安全閥整定壓力偏差別應(yīng)超過±3%整定壓力±0.015MPa的較大值。

7裝有安全閥時，容器的設(shè)計壓力按以下步驟確定：

(a)根據(jù)容器的工作壓力pw，確定安全閥的整定壓力pz，普通取

pz=（1.05~1.1）pw；當pz＜0.18MPa時，可適當提高pz相對于pw的比值；

(b)取容器的設(shè)計壓力p等于或稍大于整定壓力pz，即

p≥pz。

8安全閥相關(guān)技術(shù)要求應(yīng)符合GB/T12241（GB150.1—

2010）。在表2-1中列出了國內(nèi)和國外相關(guān)的安全閥標準。表1-1安全閥的相關(guān)標準

二動作性能指標

(1)用于氣體介質(zhì)安全閥見表2-2

注：下表中:ps-整定壓力；p-工作壓力；do-流道直徑

表2-2用于氣體介質(zhì)安全閥動作性能指標：

第二節(jié)設(shè)計原則

1．已經(jīng)原則

（1）設(shè)計的產(chǎn)品必須滿腳用戶實際使用的所有要求。

（2）保證實際使用的前提下，所設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)是最經(jīng)濟的（如選型、用材等方面）。

（3）怎么使安全閥的綜合性能達到標準是設(shè)計人員的首先原則。（4）盡量多地對設(shè)計產(chǎn)品作型式試驗，以獲取性能參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)。

（5）正確設(shè)計彈簧的剛度，以便內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)的匹配更合理，設(shè)計的產(chǎn)品便于裝拆和維修。

（6）有較長的使用壽命（包括維修后的壽命）。

由于安全閥使用的介質(zhì)繁多，總體可歸納為三種狀態(tài)，即蒸汽、氣態(tài)和液體。（臨界狀態(tài)是一種特例）有時，設(shè)計人員借助于冷態(tài)試驗的手段，對安全閥所得出合格的性能數(shù)據(jù)，但用于重油（瀝清）等介質(zhì)性能又別一定理想，設(shè)計人員又不會在各種介質(zhì)的工況條件下作性能試驗，這就使得安全閥的設(shè)計別能照搬哪種成熟產(chǎn)品模式，而是要根據(jù)別同介質(zhì)的實際使用狀況，設(shè)計出彈簧剛度適當，內(nèi)件結(jié)構(gòu)合理的產(chǎn)品，所以，安全閥設(shè)計原則最后是要讓用戶得到滿意的產(chǎn)品。但設(shè)計好產(chǎn)品的捷徑，主要依舊來自現(xiàn)場實踐經(jīng)驗的積累。

2．結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

（1）閥體

安全閥是經(jīng)過閥體使零件相互連接成為一具完整的產(chǎn)品。安全閥經(jīng)過閥體的法蘭或螺紋管接頭或焊接連接在系統(tǒng)上的。閥體承受著被保護系統(tǒng)的壓力作用，所以閥體應(yīng)有腳夠的強度和密封性，別接受浮現(xiàn)變形或泄漏。

1)閥體材料的挑選通常按溫度、壓力和介質(zhì)的腐蝕性來定。具體事情將在下一節(jié)做特意介紹，此處別再復(fù)述。

2)安全閥排放時，介質(zhì)經(jīng)過閥體泄放至安全的地方，所以要求通道部分的尺寸和形狀應(yīng)保證其流體阻力最小。

3)閥體的進口和出口支管承受著安全閥和排放管道的分量以及安

全閥排放時的反作用力，閥體應(yīng)有腳夠的強度和剛度。

4)為了提高排放能力，閥座通道截面積別因有導向筋的存在而縮小

介質(zhì)流動暢通，別僅在閥座通道中，在閥瓣打開的環(huán)狀間隙處沒有渦流現(xiàn)象。閥體和出口支管的通道截面積為2.5d0。由于排放能力高，安全閥的閥座通道截面積較小，使安全閥易于密封。

（2）閥座

閥座設(shè)計成可拆卸的結(jié)構(gòu)形式，閥座通道設(shè)計成拉法爾噴嘴的光滑低阻力形狀。噴嘴式安全閥能在長期使用中保持高度密封，減少閥座和閥瓣密封面的機械變形、熱變形和侵蝕。閥座的熱變形是介質(zhì)對于非對稱閥體的作用引起的，而閥座的機械變形則也許在把閥體緊固在容器上發(fā)生。采用可拆卸結(jié)構(gòu)，則閥體的變形普通別易造成閥座的變形，而閥座的變形是導致安全閥泄漏的主要原因。安全閥的主要受壓元件是閥座，所以在設(shè)計時應(yīng)舉行強度校核，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)設(shè)計成圓滑過渡，閥座普通別宜采用鑄件，應(yīng)采用棒料和鍛件加工，并需舉行強度試驗。(3)閥瓣

閥瓣是和閥座一起組成密封面，其密封面一側(cè)要直截了當承受介質(zhì)的壓力、溫度等，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否，直截了當阻礙到安全閥的密封性能。閥瓣的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)安全閥要達到的密封性能指標、密封面寬度和密封比壓、受彈簧預(yù)緊力的大小、所使用的介質(zhì)特性等諸多因素來思考的。閥瓣的材料選用和閥座相比，應(yīng)相同或更好一點，對美標安全閥來說，采用較多的是420、304和316L，所以，在所有腐蝕性強的地方，還應(yīng)選用更好的，如蒙乃爾、哈氏合金、鈦合金等其它材料。

（4）閥桿

安全閥彈簧的作用力是經(jīng)過閥桿傳遞給閥瓣，形成初始密封。當安全閥動作時，閥桿沿著彈簧上下面的彈簧座挪移，所以閥桿的作用特意重要。

1)閥桿力別是經(jīng)過鋼球傳遞給閥瓣時，閥桿的端部應(yīng)做成求面，球面半徑按施加于閥桿的作用力來選取。當作用力小于6000N時，r=1.5mm就夠了；作用力達1800N時，r=4mm。球面半徑也可按安全閥口徑來選取，即r=（0.05~0.08）d0。

2)加于閥桿的載荷超過1000N時，閥桿端部用2Cr13鋼創(chuàng)造，其硬度經(jīng)熱處理40~43HRC?；蛟诙瞬慷押赣操|(zhì)合金，硬度別低于45~48HRC。（5）彈簧

彈簧是重要的零件之一，彈簧式安全閥的性能受彈簧的控制，彈簧的設(shè)計成功與否決定了安全閥的最后性能是否達到設(shè)計要求和使用要求。彈簧在安全閥里的工作原理比較簡單，它經(jīng)過彈簧座把作用力傳遞給閥桿，閥桿再把彈簧力傳遞到閥瓣上。

1)為了保證彈簧力能平穩(wěn)地傳遞到閥瓣上，在設(shè)計創(chuàng)造安全閥彈簧時，應(yīng)將彈簧的端部磨平，支撐面至少大于3/4圈。并且應(yīng)滿腳平行度和垂直度的要求。

3)為了防止彈簧松馳，在計算時取較低的許用應(yīng)力值，創(chuàng)造時舉行強化處理。

4)石油化學工業(yè)中應(yīng)十分注意彈簧的抗腐蝕保護，在同某些介質(zhì)接觸時會使彈簧圓鋼變細和浮現(xiàn)內(nèi)部裂紋、應(yīng)力腐蝕等現(xiàn)象。為了防腐蝕，彈簧應(yīng)采用合金鋼創(chuàng)造，并采用包保護層、鍍鎳、滲鋁等辦法，在結(jié)構(gòu)上利用橡膠彈性隔膜或金屬波紋管使彈簧同腐蝕性介質(zhì)隔離，或在彈簧表面噴涂聚四氟乙烯的辦法保護彈簧。

（6）調(diào)節(jié)圈

調(diào)節(jié)圈是全啟式安全閥的重要部件之一，調(diào)節(jié)圈分上調(diào)節(jié)圈和下調(diào)節(jié)圈。利用調(diào)節(jié)圈對排放壓力、回座壓力舉行調(diào)整，這個調(diào)整由創(chuàng)造

廠商根據(jù)需要來確定，用戶在使用過程中別得隨意調(diào)整調(diào)節(jié)圈的位置，它決定著安全閥的動作性能。調(diào)節(jié)圈的位置較高時，安全閥開啟壓力就落低，并且關(guān)閉壓力也落低。通常下調(diào)節(jié)圈安裝在閥座的上部，上調(diào)節(jié)圈安裝在反沖盤的導向套上。用來調(diào)節(jié)安全閥開啟壓力的上調(diào)節(jié)圈，擰在閥瓣于其中滑動的導向套的下部。當調(diào)節(jié)圈往下調(diào)時，為使閥瓣達到全開啟高度的壓力即可低些。上調(diào)節(jié)圈的位置經(jīng)過閥體上部的螺孔來調(diào)節(jié)，螺孔用螺栓封住，螺塞具有伸出的端頭，使調(diào)節(jié)圈固定以防轉(zhuǎn)動。（7）活塞

背壓力對安全閥的排放能力、開啟壓力有相當大阻礙，為了保證安全閥能安全可靠地運行于背壓力超過開啟壓力10%的工況在安全閥設(shè)計時，應(yīng)該思考背壓的阻礙，在安全閥上加設(shè)一具能平衡背壓阻礙的裝置。平衡背壓的機構(gòu)常用的有波紋管式和滑塞式兩種，另外還有經(jīng)過導向閥來平衡背壓。

第三節(jié)安全閥的已經(jīng)特征和要求

1安全閥的各種壓力規(guī)定:

最高容許壓力:介質(zhì)經(jīng)過安全閥排放時,被保護容器內(nèi)最高壓力。

運行壓力:容器在工作中經(jīng)常承受的表壓力。

容器的計算工作壓力:舉行容器壁厚度/強度計算的壓力。

全開壓力:安全閥在全開行程下的閥前壓力,它又叫排放壓力。

整定壓力:調(diào)整的使安全閥開啟的入口壓力。

關(guān)閉壓力:又叫回座壓力,是安全閥開啟后,當容器壓力下落到該壓力時安全閥關(guān)閉的壓力。

回差:指容器的工作壓力與安全閥的關(guān)閉壓力之差。

背壓:指在安全閥排出側(cè)建立起來的壓力,背壓也許是固定的,也也許是變動的,阻礙著安全裝置的工作,向大氣排放時,背壓為零。.

2對安全閥的工作要求

（1）當達到最高永續(xù)壓力時,安全閥要盡量的開起到應(yīng)達到的高度,并排放出會定量的介質(zhì)。

（2）當達到開啟壓力時,要迅速開啟。

（3）安全閥在開啟狀態(tài)下排放時應(yīng)穩(wěn)定無震蕩。

（4）當壓力落低到會作壓力時應(yīng)能及時有效的關(guān)閉。

（5）安全閥處于關(guān)閉狀態(tài)下,應(yīng)保持良好的密封性能。

3安全閥的排放能力

是指在單位時間內(nèi)流經(jīng)安全法的介質(zhì)流量。

安全閥的排放能力要保證能放掉系統(tǒng)中也許產(chǎn)生的最大過剩介質(zhì)量,賦予系統(tǒng)設(shè)備有效的保護。

第二章設(shè)計參數(shù)和工作原理

第一節(jié)設(shè)計參數(shù)

本設(shè)計中低溫工況下的溫度為T=-164℃；最高壓力為P臨界=6.4MPa；額定工作壓力P額=1.4MP；排放量為Q=1507m2/每天（標況）；工作介質(zhì)：液化天然氣；液化天然氣的流速取1.5m/s。

查得的相關(guān)參數(shù)有臨界壓力PC=4.629MP；臨界溫度Tc=190.7K；ρ氣=0.7168kg/m3;ρ液=450kg/m3；氣體特性參數(shù)349。

第二節(jié)工作原理

安全閥是是一種自動閥門,他別借助于任何外力而是利用介質(zhì)本身的力來排除一定數(shù)量的流體,以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值.

檔壓力恢復(fù)正常后,閥門再次關(guān)閉并阻撓介質(zhì)繼續(xù)流出.安全法廣泛應(yīng)用于各種承壓容器和管道上,防止壓力超過規(guī)定值,他是一種自動機構(gòu),檔壓力超過規(guī)定值后自動打開瀉壓,而壓力落到工作壓力或稍低于工作壓力時又能自動關(guān)閉,它的可靠性直截了當關(guān)系到設(shè)備及人身的安全.本設(shè)計為先導式安全閥，其構(gòu)造和原理如下：

1結(jié)構(gòu)圖

2工作原理

本安全閥利用介質(zhì)流動時，經(jīng)過毛細管將氣體引入主閥背部，借助背壓對主閥舉行密封。在正常事情下，主閥處于關(guān)閉狀態(tài)，當介質(zhì)工作壓力比設(shè)定的計算壓力低時，介質(zhì)的壓力經(jīng)毛細管進入導閥，然后再將氣體引入主閥壓力室，作用在主閥閥瓣上，從而產(chǎn)生一具向下的力，使主閥關(guān)閉密封。隨著工作時間的加長，當整個系統(tǒng)壓力增加接近設(shè)計的臨界壓力時，系統(tǒng)為了正常運行，導閥開始動作，其活塞開始向上提升，當壓力繼續(xù)增加時，活塞進一步向上提升直至導閥上密封面處于關(guān)閉狀態(tài)，而如今下密封面仍舊處于關(guān)閉狀態(tài)，隨著壓力的再一步增加，下密封面開始微啟，如今主閥壓力室的壓力從導閥下面排氣孔排出，使主閥壓力室壓力逐漸減小，直至落到正常工作壓力條件下。當系統(tǒng)達到設(shè)定壓力或稍高于設(shè)定壓力時，導閥的下密封面達到全升狀態(tài)，主閥壓力室氣體從導閥排氣孔迅速排出從而使主閥壓力室壓力達到最小狀態(tài)，如今，主閥的閥瓣被系統(tǒng)的壓力推升，排放超壓氣體。當系統(tǒng)壓力超壓時，

主閥閥瓣達到全升狀態(tài)，排放完成后，導閥活塞又趨于下落，這時經(jīng)過毛細管引入的氣體又作用于主閥壓力室，如今導閥活塞又恢復(fù)到正常工況下的位置，即導閥下密封面關(guān)閉，并且主閥也隨之關(guān)閉，系統(tǒng)又開始在正常工況下運行。

3適用場合

該閥門主要用于使用高壓液化天然氣的系統(tǒng)中，能起到保護系統(tǒng)安全、使系統(tǒng)正常運行的作用，并且也可用于高壓低溫系統(tǒng)中的泄壓裝置中。

第三章安全閥的材料挑選

材料挑選是提高閥門性能的重要途徑之一,設(shè)計和創(chuàng)造任何一臺閥門產(chǎn)品的最后目的已經(jīng)上應(yīng)用,而應(yīng)用的效果則是對閥門產(chǎn)品性能的最權(quán)威評價.所以,服務(wù)對象別同對閥門提出的要求也別盡相同,但是各種要求都以密封性和耐腐蝕性能作為已經(jīng)評價指標的.

第一節(jié)材料挑選的已經(jīng)依據(jù)

1挑選別銹鋼閥門材料的已經(jīng)依據(jù):

(1)工作介質(zhì)的性質(zhì);

(2)零件在閥門中所起的主要作用;

(3)閥門的綜合經(jīng)濟性能.

2過流件材料挑選的已經(jīng)要求

每一臺閥門的所有零件,從來都別是采用相同材料制成的,通常根據(jù)個零件在閥門中所起的別同作用,把零件大致分成過流件和內(nèi)件.過流件又稱為承壓件,這是閥門工作中條件最為苛刻的部位,尤其閥體與閥蓋,它別僅承受來自工作介質(zhì)的侵蝕、溫度與壓力的作用,而且還要承受管道的膨脹、震動等附加載荷的作用.所以,過流件的材料必須滿腳以

下要求:(1)腳夠的強度與韌度;(2)