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淺析安全閥選型設(shè)計

文檔作者：田爽許澤偉文檔來源：廣東寰球廣業(yè)工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月12日
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田 爽等 淺析安全閥選型設(shè)計 15
淺析安全閥選型設(shè)計
田 爽 許澤偉廣東寰球廣業(yè)工程有限公司廣州510655
摘要 介紹安全閥的分類和使用范圍，實例說明選型設(shè)計中主要工藝參數(shù)及選擇原則。
關(guān)鍵詞 安全閥整定壓力排量
安全閥是一種通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止
管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值的裝置，適
用于清潔、無顆粒、低粘度流體，一般安裝于封
閉系統(tǒng)的設(shè)備或管路上，廣泛應(yīng)用于鍋爐、壓縮
機(jī)、壓力容器和管道中。當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)壓力超
過安全閥設(shè)定壓力時，自動開啟泄壓，保護(hù)設(shè)備
和保證管道正常工作，本文簡要介紹安全閥的選
型設(shè)計。
1 安全閥的分類
1．1 一般分類
安全閥一般分為以下幾類：
(1)直接載荷式是一種僅靠直接的機(jī)械加載
裝置如重錘、杠桿加重錘或彈簧等機(jī)械載荷來克
服由閥瓣下介質(zhì)壓力所產(chǎn)生作用力的安全閥。
(2)帶動力輔助裝置式安全閥是一種借助動
力輔助裝置，可以在低于正常的開啟壓力下開啟。
(3)帶補(bǔ)充載荷式安全閥在進(jìn)口壓力達(dá)到開
啟壓力前始終保持有一增強(qiáng)密封的附加力，該附加
力可由外來的能源提供，而在安全閥達(dá)到開啟壓
力時應(yīng)可靠地釋放。
(4)先導(dǎo)式安全閥是依靠從導(dǎo)閥排出介質(zhì)來
驅(qū)動或控制的安全閥，該導(dǎo)閥本身應(yīng)符合直接載
荷式安全閥標(biāo)準(zhǔn)要求。
1．2 按閥瓣的開啟高度分類
(1)全啟式：h≥1／4d0
(2)微啟式：1／'4 d0>h≥1／40 d0
式中，h為開啟高度；d。為噴嘴面積。
1．3 按結(jié)構(gòu)分類
按照結(jié)構(gòu)不同有封閉彈簧式和不封閉彈簧式，
帶扳手和不帶扳手，帶散熱片和不帶散熱片，有
波紋管和沒有波紋管等。
2 安全閥選型設(shè)計中主要工藝參數(shù)確定
2．1 整定壓力
安全閥在運行條件下開始開啟的預(yù)定壓力，
是在閥門進(jìn)口處測量的表壓力。在該壓力和規(guī)定
的運行條件下，由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的使閥門開啟的
力同使閥瓣保持在閥座上的力相互平衡。有以下
幾種情況：
(1)P≤1．8MPa時，定壓Ps=P+0．18+0．1
(2)1．8<4MPa時，定壓Ps>8MPa時，定壓Ps=1．05P+0．1
式中，P為設(shè)備最高操作壓力，MPa(G)；Ps為
安全閥整定壓力，MPa A)。
2．2 積聚壓力
積聚壓力是指在安全閥排放過程中，最高泄
放壓力與整定壓力之間的差值。無火災(zāi)壓力容器
上的安全閥積聚壓力為整定壓力的10％ ，著火有
爆炸危險容器上的安全閥積聚壓力為整定壓力的
20％ ，蒸汽鍋爐上的安全閥積聚壓力為整定壓力
的3％ 。
2．3 背壓
安全閥的背壓是作用在安全閥出口處的壓力，
分為動背壓和靜背壓。靜背壓是安全閥未起跳時
閥出口處壓力，動背壓是安全閥起跳后， 由于流
體的流動引起的摩擦壓力降值。有以下幾種情況：
①通用式安全閥在非火災(zāi)工況使用時，動背壓的
值不可超過定壓的10％ ；在火災(zāi)工況時不可超過
定壓的20％ ；②波紋管平衡式安全閥在火災(zāi)及非
火災(zāi)工況下，總的背壓不高于定壓的30％；③若
· 田爽：工程師。2009年畢業(yè)于遼寧石油大學(xué)工業(yè)催化專業(yè)獲碩士學(xué)位。主要從事工藝管道設(shè)計工作。聯(lián)系電話(020)81217270。
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16 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 4L：r_設(shè)計2012，22(3)
安全閥的排量與背壓有關(guān)，如亞臨界條件，則即
使開啟高度保持不變，但考慮到排量減少仍需要
進(jìn)行排量修正，必要時制造廠應(yīng)提供經(jīng)監(jiān)察機(jī)構(gòu)
驗證的專門資料；④對于有背壓的協(xié)防系統(tǒng)，其
安全閥的出口法蘭、彈簧罩、波紋管的機(jī)械強(qiáng)度
都應(yīng)該滿足背壓的要求。
2．4 泄放壓力
安全閥達(dá)到最大泄放能力時的壓力為積聚壓
力和整定壓力之和。
2．5 排量
安全閥排量分為理論排量和額定排量，理論
排量是流道截面積與安全閥流道面積相等的理論
噴管的計算排量，以質(zhì)量流量或溶劑流量表示；
額定流量是實測排量中允許作為安全閥應(yīng)用基準(zhǔn)
的那一部分。
2．6 安全閥理論排量
使用安全閥是為了防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓
力超過規(guī)定數(shù)值，選取合適的安全閥首先要確定
設(shè)備或管道超壓的原因，一般有以下幾種情況來
計算安全閥排量：閥門誤關(guān)閉；循環(huán)水故障；電
力故障；不凝氣的積累；控制閥故障；過度熱量
輸入；易揮發(fā)物料進(jìn)入高溫系統(tǒng)；換熱管破裂；
化學(xué)反應(yīng)失控；外部火災(zāi)。不能機(jī)械的將各種不
利情況都考慮在同一時間發(fā)生，各種工況下安全
閥排量的計算方法不同，需要根據(jù)具體情況選用
不同的公式計算。但是安全閥的排放能力必須大
于壓力容器的安全泄放量。
3 安全閥選型設(shè)計
3．I 安全閥使用范圍
對于安全閥的選型，要明確安全閥的適用
范圍。
(1)頂部操作壓力高于0．1MPa的壓力容器。
(2)頂部操作壓力大于0．03MPa的蒸餾塔、
蒸發(fā)器和汽提塔(汽提塔頂蒸汽通入另一蒸餾塔
者除外)。
(3)往復(fù)式壓縮機(jī)各段出口或電動往復(fù)泵、
齒輪泵、螺桿泵等容積式泵的出口(設(shè)備本身已
有安全閥的除外)。
(4)凡與鼓風(fēng)機(jī)、離心式壓縮機(jī)、離心泵或
蒸汽往復(fù)泵出口連接的設(shè)備不能承受其最高壓力
時，在機(jī)泵的出口處應(yīng)設(shè)置安全閥。
(5)可燃?xì)怏w或液體受熱膨脹，可能超過設(shè)
計壓力的設(shè)備 。
(6)因不凝氣積聚產(chǎn)生超壓的設(shè)備和管道
系統(tǒng)。
(7)因管路兩端關(guān)閉，介質(zhì)易受環(huán)境溫度影響
產(chǎn)生熱膨脹或氣化的管道系統(tǒng)。
(8)對有可能突然超壓或發(fā)生瞬間分解危險
爆炸物料的反應(yīng)設(shè)備，如安全閥不能滿足要求時，
應(yīng)裝爆破片或?qū)П堋?
3．2 安全閥的選型
安全閥的選用依據(jù)介質(zhì)特性、工作壓力、工
作溫度和容器及管道有無震動等因素綜合考慮。
(1)根據(jù)泄壓介質(zhì)的性質(zhì)選擇安全閥的形式，
排放液體時選用微啟式安全閥；排放氣體或蒸汽
時應(yīng)選用全啟式安全閥；排放水蒸氣或空氣時選
用帶扳手的安全閥。一般情況下，如果工作介質(zhì)
有劇毒、有強(qiáng)腐蝕性、有極度危害，則選用封閉
式安全閥；對于蒸汽或惰性氣體類則選用不封閉
彈簧式安全閥；鍋爐和高壓容器以及安全泄放量
較大而壁厚又不太富裕的中低壓容器最好選用全
啟式安全閥；安全泄放量較小或壓力較平穩(wěn)的場
合，則選用微啟式安全閥。
(2)每種安全閥都有一定的工作壓力范圍，
選用時應(yīng)按鍋爐和壓力容器的最大允許工作壓力
選用合適的安全閥；對于開啟壓力大于3MPa的蒸
汽或介質(zhì)溫度超過235~C的氣體應(yīng)選用帶散熱片的
安全閥；蒸汽鍋爐或蒸汽管道一般用不封閉帶扳
手全啟式安全閥；對于一般低、中、高壓容器選
用彈簧式安全閥；對于壓力較低、溫度較高且無
振動的容器選用杠桿式安全閥；高壓給水一般用
封閉全啟式安全閥，如高壓給水加熱器、換熱
器等 引。
(3)選擇安全閥的材質(zhì)應(yīng)考慮介質(zhì)的工作溫
度、工作壓力，介質(zhì)性能以及材料的工藝性、經(jīng)
濟(jì)性等多種因素。一般情況下，用戶可根據(jù)生產(chǎn)
單位提供的安全閥樣本中列舉的不同型號安全閥
的工作溫度、壓力范圍以及代表性使用介質(zhì)的種
類進(jìn)行選用。
在安全閥的選型中還要確定密封面的材料，
安全閥密封面最容易受到介質(zhì)的沖蝕，應(yīng)選用耐
沖蝕性能好的材料。每種密封面材料都有一定的
適用介質(zhì)和溫度，如銅合金密封面的密封性較差。
并存在一定溫度時會發(fā)生粘連等問題，故只能用
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田 爽等 淺析安全閥選型設(shè)計 17
于水、海水、空氣、氧氣和飽和蒸汽等溫度≤
120℃ 以及120℃ 相對應(yīng)的飽和蒸汽壓為0．2MPa
(A)的場合HJ，316L適用于一268～3l6℃ 的蒸
汽、水、油品、氣體、液化氣體等輕微腐蝕且無
沖蝕的介質(zhì)；司太立合金適用于一268～650、具有
輕微腐蝕但有沖蝕的介質(zhì)；哈氏合金B(yǎng)／C適用于
371／538℃、堿、鹽、食品、不含空氣的酸溶
劑等 。
(4)所用安全閥的額定排量應(yīng)大于并盡可能
接近必需排放量，被保護(hù)系統(tǒng)所必需的排放量是
指系統(tǒng)發(fā)生異常超壓時，為防止過分超壓所必須
排除的介質(zhì)量，它是由系統(tǒng)或設(shè)備的工作條件、
容量以及可能引起超壓的原因等因素來決定。按
照安全閥的泄放量計算最小泄放面積，安全閥的
喉徑和閥座口徑根據(jù)最小泄放面積來確定。
(5)所選安全閥的實際泄放面積遵循不得小
于最小泄放面積的原則，按照制造廠的產(chǎn)品資料
選擇安全閥；或者按照美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API一
526中規(guī)定的喉徑面積及代號，根據(jù)計算的最小泄
放面積，按照喉徑代號和喉徑截面積關(guān)系表圓整
喉徑代號，再根據(jù)喉徑代號按制造廠資料選擇安
全閥-6 J。安全閥計算可以采用軟件模擬計算，為
選型提供參考 。 。
4 安全閥計算實例
以空壓機(jī)出口空氣管道為例，管道設(shè)計壓力
1．0MPa，設(shè)計溫度6Oc【=，工作壓力0．8MPa，工作
溫度2O?！?，管道尺寸DN100mm。
根據(jù)空氣介質(zhì)選擇安全閥的材質(zhì)為碳鋼，根
據(jù)排放介質(zhì)為空氣選擇帶扳手全啟式安全閥。
設(shè)P 為安全閥出口側(cè)壓力0．103MPa(A)，
根據(jù)整定壓力按照P≤1．8MPa時，整定壓力P =P
+0．18+0．1，計算P。：1．08MPa。根據(jù)無火災(zāi)工
況的積聚壓力是整定壓力的10％，泄放壓力P =
1．19MPa?？諌簷C(jī)產(chǎn)氣量為28Nm ／min，空氣溫度
為2O℃ ，常壓下的密度為1．164kg／m 引。氣體最
大泄放量為1．164×28×60=1955．5kg／h。
排放氣體時的最小泄放面積：
蕊0．1G
式中，G為氣體最大泄放量，kVh；K 為流量系
數(shù)，沒有制造廠數(shù)據(jù)時，對全啟式安全閥在0．6～
0．7范圍內(nèi)，取0．65；C為氣體特性常數(shù)，查得c
為265；P 為最高泄放壓力1．19MPa；Kb為背壓
校正系數(shù)，對普通安全閥出口壓力小于0．I倍定壓
時可取1；Z為氣體壓縮因子，近似等于1；M為
空氣平均分子量29，溫度取303K。
計算得A。=3．084cm ，安全閥喉徑約為
19．82mm。為保證安全，安全閥的喉徑取DN25，
根據(jù)計算全啟式安全閥喉徑與公稱直徑之比約為
0．625，選用DN40的全啟式帶扳手安全閥。
5 結(jié)語
安全閥是石化工業(yè)中常用的安全泄壓裝置，
適用于清潔、無顆粒、低粘度流體，對于高粘度、
含有顆粒的流體不能使用安全閥泄壓。重視安全
閥的設(shè)計選型，具體的選型設(shè)計計算還要參考相
關(guān)手冊或規(guī)范，避免因設(shè)計不當(dāng)造成安全事故。
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(修改回稿2011—12～05)
下
期
要
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