安全閥的設(shè)計(jì)及選型

安全閥的設(shè)計(jì)及選型

2021/6/271名詞術(shù)語(yǔ)壓力泄壓閥PressureReliefValve(PRV)安全閥 SafetyValve泄放閥 ReliefValve安全泄放閥 SafetyReliefValve2021/6/272安全閥SafetyValve一種靠閥門進(jìn)口側(cè)靜壓動(dòng)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2021/6/273泄放閥ReliefValve一種靠閥門進(jìn)口側(cè)靜壓動(dòng)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2021/6/274安全泄放閥SafetyReliefValve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(dòng)作特性。2021/6/275廣義上的安全閥=安全閥+泄放閥+安全泄放閥2021/6/276理想的壓力泄放閥在達(dá)到整定壓力之前無(wú)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)被保護(hù)的系統(tǒng)PRV2021/6/277對(duì)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(shí)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2021/6/278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。2021/6/279整定壓力SetPressure：安全閥閥瓣在運(yùn)行條件下開始升起時(shí)的進(jìn)口壓力，也叫開啟壓力,設(shè)定壓力。工作壓力Operatingpressure:閥門正常工作狀態(tài)的壓力。排放壓力Relievingpressure：整定壓力加超過(guò)壓力。超壓Overpressure：超過(guò)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。2021/6/2710回座壓力ReseatingPressure：排放后閥瓣與閥座重新接觸，即開啟高度變?yōu)榱銜r(shí)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(shí)，用MPa表示。背壓BackPressure：安全閥出口處的壓力。2021/6/2711附加背壓Superimposedbackpressure：安全閥即將動(dòng)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Builtupbackpressure：由于介質(zhì)通過(guò)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ColdDifferentialTestPressure：安全閥在試驗(yàn)臺(tái)上調(diào)整到開始開啟時(shí)進(jìn)口處的靜壓力，該壓力包含了對(duì)背壓和溫度的修正值。2021/6/2712與排量相關(guān)的基本術(shù)語(yǔ)理論排量：theroticaldischargecapacity：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。額定排量Certifieddischargecapacity：實(shí)測(cè)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Requiredcapacity:設(shè)計(jì)要求安全閥最低需要達(dá)到的排量。2021/6/2713壓力%1101009590MAWP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2021/6/2714背壓入口Pb

(背壓)壓力泄放閥出口的壓力.2021/6/2715排放背壓Built-upbackpressure排放PRV打開介質(zhì)流動(dòng)入口2021/6/2716被保護(hù)的系統(tǒng)附加背壓（靜背壓）Superimposedbackpressure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2021/6/2717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．2021/6/2718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．Area＝πD2/4。LIFTDN簾面積閥瓣在閥座上方升起時(shí)在其密封面間形成的圓柱形或圓錐型通道的面積．Area=πDL。排放面積壓力泄放閥排放時(shí)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．2021/6/2719安全閥的演變普通型彈簧直接載荷

PRV2021/6/2720最初形態(tài)可調(diào)整的彈簧PF通過(guò)一個(gè)可調(diào)的彈簧來(lái)改變整定壓力。遺憾的是，當(dāng)閥座組件升起以打開閥門時(shí)，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。2021/6/2721裙邊PF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(gè)裙邊，給向上的入口壓力提供一個(gè)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(shí)，閥座的泄漏）及超壓。2021/6/2722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(gè)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(duì)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F2021/6/2723最終形態(tài)

彈簧閥蓋閥體P1P2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的破壞，增加了閥體與閥蓋。這又引出了一個(gè)新的需要考慮的因素——背壓。2021/6/2724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2021/6/2725%開高(排量)10075502590100110%整定壓力通常的彈簧直接載荷PRV前泄典型的特性曲線2021/6/2726背壓對(duì)安全閥的影響改變?cè)O(shè)定壓力減小泄放量安全閥在動(dòng)作時(shí)容易發(fā)生頻顫背壓2021/6/2727LiftvsBackPressureConventionalSpringValve2021/6/2728由普通式變換為平衡波紋管PRV

2021/6/2729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)2021/6/2730ConventionalSpringValveBalancedSpringValveLiftvsBackPressure2021/6/2731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(dòng)副(活塞)導(dǎo)管出口彈性閥座P1P1P22021/6/2732閥座壓緊力7550250100100755025彈簧直接載荷PRV先導(dǎo)式PRV%閥座壓緊力%整定壓力2021/6/2733標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范ASMEIASMEVIIIAPI2021/6/2734ASMEI動(dòng)力鍋爐

安全閥超壓：3%2021/6/2735ASMEVIII壓力容器(MAWP>1.03barg)

2021/6/2736ASMEVIII對(duì)于安全閥超壓的規(guī)定MAWP(MAX.SET)單安全閥，設(shè)計(jì)工況為非火災(zāi)工況1101002021/6/2737多安全閥，設(shè)計(jì)工況為非火災(zāi)工況MULTIPLEVALVESMAWP1161051002ND1ST2021/6/2738單安全閥，設(shè)計(jì)工況為火災(zāi)工況MAWP12110021%2021/6/2739多安全閥，設(shè)計(jì)工況為火災(zāi)工況第一個(gè)安全閥121MAWP100110第二個(gè)安全閥2021/6/2740APIAPI520PartI:Sizing,SelectionPartII:InstallationAPI521CauseofOverpressureAPI526DimensionAPI527Seatleakagetesting2021/6/2741安全閥最小泄放面積計(jì)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(shí)，流體為臨界流動(dòng)，否則為亞臨界流動(dòng)。2021/6/2742對(duì)于臨界流的氣體，安全閥的最小泄放面積為

2021/6/2743符號(hào)AP1

WZCKdKbKcTM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)卮髿鈮核栊狗帕浚ㄙ|(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(shí)的修正系數(shù)泄放溫度分子量2021/6/2744對(duì)于亞臨界流的氣體，安全閥的最小泄放面積為

2021/6/2745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(shí)，其值為1，平衡波紋管式安全閥的背壓修正系數(shù)由API520附表查得KV：粘度修正系數(shù)，由API520附表查得2021/6/2746在安全閥計(jì)算中