安全閥詳解
安全閥,通常是指用于蒸汽/氣體介質并具有突開特性的安全閥。
泄放閥,通常是指具有調節特性的安全閥,多用于不可壓縮的液體介質。
安全泄放閥,即可用于蒸汽/氣體介質又可用于液體介質,具有突開/調節雙重動作特性。
壓力泄放閥,廣義上的安全閥=安全閥+泄放閥+安全泄放閥。
安全閥分類:
(一)按安全閥閥瓣開啟高度分
1:微啟式安全閥(微啟式開啟行程高度為:≤0.05d0(最小排放喉部口徑);
2:全啟式安全閥(全啟式安全閥開啟高度為≤0.25d0(最小排放喉部口徑);
(二)按安全閥結構形式來分
1:垂錘式;2:杠桿式;
3:彈簧式(利用壓縮彈簧的力來平衡閥瓣的壓力,并使其密封的安全閥。)
4:先導式(脈沖式)它把主閥和輔閥設計在一起,通過輔閥的脈沖作用帶動主閥動作。這種結構通常用于大口徑、大排量及高壓系統。它把主閥和輔閥設計在一起,通過輔閥的脈沖作用。
(三)按閥體構造來分
1:封閉式安全閥(封閉式安全閥即排除的介質不外泄,全部沿著出口排泄到指定地點,一般用在有毒和腐蝕性介質中。)
2:不封閉式安全閥(對于空氣和蒸汽用安全閥,多采用不封閉式安閥。)
(四)按使用介質分
1:蒸汽用安全閥(通常以A48Y型為代表);
2:空氣及其他氣體用安全閥(通常以A42Y型為代表);
3:液體用安全閥(通常以A41H型為代表)。
(五)按公稱壓力分
1:低壓安全閥:公稱壓力PN≤1.6Mpa的安全閥;
2:中壓安全閥:公稱壓力PN2.5-6.4Mpa的安全閥;
3:高壓安全閥:公稱壓力PN10.0-80.0Mpa的安全閥;
4:超高壓安全閥:公稱壓力PN>100Mpa的安全閥。
(六)按適用溫度分
1:超低溫安全閥:t≤-100℃的安全閥;
2:低溫安全閥:-100℃<-40℃的安全閥;
3:常溫安全閥:-40℃<t≤120℃的安全閥;
4:中溫安全閥:120℃<t≤450℃的安全閥;
5:高溫安全閥:t>450℃的安全閥。
(七)按連接方式分
1:法蘭接連安全閥。安全閥進口和管道連接法蘭形式,出口形式靈活。
2:螺紋接連安全閥。安全閥進口和管道連接螺紋,出口形式靈活。
3:焊接接連安全閥。安全閥進口和管道連接螺紋,出口形式靈活。
(八)按作用原理分類
1:直接作用式安全閥。直接依靠介質壓力產生的作用力來克服作用在閥瓣上的機械載荷使閥門開啟的安全閥。
2:先導式安全閥。由主閥和導閥組成,主要依靠從導閥排出的介質來驅動或控制的安全閥。
3:帶補充載荷式安全法。在進口壓力達到開啟壓力前始終保持有一增強密封的附加力,該附加力在達到閥門開啟壓力時可靠釋放的安全閥。
名稱解釋:
最高操作壓力P:設備運行期間可能達到的最高壓力。
背壓力Pb:安全閥出口處壓力,它是附加背壓力和排放背壓力的總和。
排放背壓力Pbd:(也稱“積聚背壓”或“動背壓”):由于介質通過安全閥流入排入系統,而在閥出口處形成的壓力。
附加背壓力Pbs:(也稱“疊加背壓”或“靜背壓”):安全閥動作前,在閥出口處存在的壓力,它是由其它壓力源在排放系統中引起的。
整定壓力(開啟壓力)Ps:安全閥閥瓣在運行條件下開始升起的進口壓力。在該壓力下,開始有可測量的開啟高度,介質呈由視覺或聽覺感知的連續排放狀態。
整定壓力(開啟壓力)Ps:安全閥閥瓣在運行條件下開始升起的進口壓力。在該壓力下,開始有可測量的開啟高度,介質呈由視覺或聽覺感知的連續排放狀態。
排放壓力Pd:閥瓣達到規定開啟高度的進口壓力。
回座壓力Pr:排放后閥瓣重新與閥座接觸,即開啟高度變為零時的進口壓力。
超過壓力ΔP0:排放壓力與整定壓力之差,通常用整定壓力的百分數來表示。
啟閉壓差ΔPb1:整定壓力與回座壓力之差,通常用整定壓力的百分數來表示。
安全閥的型式與選用:
按結構形式分類:
直接載荷式安全閥(普通彈簧式)一種直接用機械載荷如重錘、杠桿加重錘或彈簧來克服由閥瓣下介質壓力所產生作用力的安全閥。
平衡波紋管式安全閥:平衡波紋管式安全閥是平衡式安全閥的一種。它借助于在閥瓣和泄出閥蓋間安裝波紋管的方法,將普通式安全閥的背壓限制降低到最少。
先導式安全閥:一種依靠從導閥排出介質來驅動或控制的安全閥,該導閥本身應是符合標準要求的直接載荷式安全閥。
全啟式安全閥:指閥瓣開啟高度而言,一般用于排放介質為氣體的條件下,當達到排放壓力時全啟。
微啟式安全閥:指閥瓣開啟高度而言,一般用于排放介質為液體的條件下,當達到整定壓力時開始開啟,并隨壓力的升高而繼續開大。
安全閥的選型:
安全閥選型參數:介質狀態(氣/液/氣液雙相)。氣態介質的分子量&Cp/Cv值。液態介質的比重/黏度。安全閥泄放量要求。設定壓力。背壓。泄放溫度。
安全閥選型:
排放不可壓縮液體的膨脹泄壓,宜選用微啟式安全閥,也可選用全啟式安全閥。當介質為液體選用全啟式安全閥時,它的動作性能則變為微啟式,其噴嘴內徑應按微啟式計算。
在石油、石化生產裝置中一般選用普通彈簧式安全閥、平衡波紋管式安全閥或先導式安全閥。
普通彈簧式安全閥選用原則:a.介質放空,無背壓;b.背壓穩定。
平衡波紋管式安全閥的選用:
安全閥的背壓力大于其整定壓力的10%,而小于30%時;
當介質具有腐蝕性、易結垢、易結焦,會影響安全閥彈簧的正常工作時;
平衡波紋管式安全閥不適用于酚、蠟液、重石油餾分、含焦粉等的介質上,也不適用于往復壓縮機選用。
先導式安全閥的選用:
安全閥的背壓力大于其整定壓力的30%以上時;
對要求安全閥的密封性能特別好的場合;
對于介質有毒、有害時,應選用不流動式導閥(即導閥打開時,它不向外排放介質)。
除用于無毒、不可燃介質、蒸汽、空氣、氮氣的安全閥外,所有安全閥都應選用密封彈簧式結構。
安全閥常用標準及規范:
國外標準:
ISO 4126-1 安全閥一般要求;
API RP 520:煉油廠泄壓裝置的定徑、選擇和安裝;
第一部分:定徑和選擇;
第二部分:安裝
API std 526:鋼制法蘭泄壓閥;
API std 527:泄壓閥閥座的密封性;
ASME PTC 25:泄壓裝置性能試驗規范;
ASME 鍋爐與壓力容器規范
第I卷:動力鍋爐
第Ⅷ卷:壓力容器
國內標準:
GB12241 安全閥一般要求;
GB12242 安全閥性能試驗方法;
GB12243 彈簧直接載荷式安全閥;
GB150 鋼制壓力容器,附錄B 超壓泄放裝置。
國家質量技術監督局《壓力容器安全技術監察規程》第七章安全附件;
中華人民共和國勞動部《蒸汽鍋爐安全技術監察規程》第七章主要附件和儀表;
中華人民共和國勞動部《關于在用鍋爐壓力容器安全閥校驗的若干意見》。
彈簧式安全閥工作原理及結構組成:
結構組成:閥體、閥座、密封面、定位環、閥瓣、墊片、彈簧座、閥蓋、彈簧、彈簧座、傳動桿(閥桿)、調節螺絲、護罩、鉛封。
安全閥型號編制方法:
安全閥連接形式代號:
安全閥結構形式代號:
閥座密封面材料代號:
安全閥閥體材料代號:
舉例:彈簧式安全閥,型號:A42Y-40 。
其代碼含義為:
A—類型代號,指安全閥;
4—連接形式代號,指法蘭連接;
2—結構形式代號,指封閉全啟式;
Y—閥座密封面材料代號,指硬質合金;
40—公稱壓力代號,指公稱壓力4.0MPa;
閥體材料—碳素鋼閥體(因PN≥2.5MPa,故此處代碼省略)。
安全閥的典型安裝方式:
關于安全閥的設置,GB50160 《石油化工企業設計防火規范》2008版,第5.5.1節規定:
在非正常條件下,可能超壓的下列設備應設安全閥:
1 頂部最高操作壓力大于等于0.1MPa的壓力容器;
2 頂部最高操作壓力大于0.03MPa的蒸餾塔、蒸發塔和汽提塔(汽提塔頂蒸汽通入另一蒸餾塔者除外);
3 往復式壓縮機各段出口或電動往復泵、齒輪泵、螺桿泵等容積式泵的出口(設備本身已有安全閥者除外);
4凡與鼓風機、離心式壓縮機、離心泵或蒸汽往復泵出口連接的設備不能承受其最高壓力時,鼓風機、離心式壓縮機、離心泵或蒸汽往復泵的出口;
5 可燃氣體或液體受熱膨脹,可能超過設計壓力的設備;
6 頂部最高操作壓力為0.03~0.1MPa的設備應根據工藝要求設置。
GB50160 《石油化工企業設計防火規范》2008版,第5.5.3節規定:
下列的工藝設備不宜設安全閥:
1 加熱爐爐管;
2 在同一壓力系統中,壓力來源處已有安全閥,則其余設備可不設安全閥;
3 對掃線蒸汽不宜作為壓力來源。
彈簧式安全閥常見故障:
1、安全閥漏氣,主要原因是:
(1)閥芯與閥座接觸面不嚴密,對密封面進行研磨修復;
(2)閥芯與閥座接觸面有臟物,可手動將閥門開啟幾次,把臟物沖去;
(3)閥桿偏斜,應重新裝配 。
2、安全閥到規定壓力時不開啟,主要原因是:
(1)閥芯與閥座粘住,清洗;
(2)彈簧式安全閥的彈簧調整壓力過大,應重新調整。
3、安全閥不在規定壓力時就開啟,主要原因是:
(1)彈簧式安全閥的彈簧調整壓力不夠、彈簧失效或彈力不足,應重調或重換安全閥。
(2)由于高溫或腐蝕等原因造成彈簧松弛,應更換彈簧。
4、安全閥啟閉不清脆,主要原因是:
(1)調節圈調整不當,應重新加以調整;
(2)內部運動零件有卡阻現象,可能是由于裝配不當,臟物混入或零件腐蝕等原因所造成,應查明原因消除之;
(3) 排放管道阻力過大,使閥門開啟不足,排放管道應水平布置 。
5、安全閥頻跳,主要原因是:調節圈調整不當,使回座壓力過高,應重新調整調節圈的位置,使安全閥回座壓力保持合適值。
6、安全閥顫振,主要原因是:
(1)安全閥的選用不當,閥門的排放能力太大(相對于必須排放量而言),應當使選用閥門的額定排量盡可能接近設備的必需排放量;
(2)進口管道的口徑太小,小于閥門的進口通徑,或進口管阻力太大,消除的方法是在閥門安裝時,使進口管內徑不小于閥門進口通徑或者減少進口管道的阻力;
(3)排放管道阻力過大,造成排放時過大的北壓也是造成閥門顫振的一個因素,可以通過降低排放管道的阻力加以解決;
(4)彈簧剛度過大,應選用剛度較小的彈簧 。
安全閥選型的一般方法:
(一)一般原則:
(l)熱水鍋爐一般用不封閉帶扳手微啟式安全閥。
(2)蒸汽鍋爐或蒸汽管道一般用不封閉帶扳手全啟式安全閥。
(3)水等液體不可壓縮介質一般用封閉微啟式安全閥,或用安全泄放閥。
(4)高壓給水設備一般用封閉全啟式安全閥,如高壓給水加熱器、換熱器等。
(5)氣體等可壓縮性介質一般用彈簧式安全閥,如儲氣罐、氣體管道等。如果容器的工作介質有毒,易燃易爆,則選用封閉式的安全閥。
(6)E級蒸汽鍋爐一般用靜重式安全閥。
(7)大口徑,大排量及高壓系統一般用脈沖式安全閥,如減溫減壓裝置、電站鍋爐等。
(8)運送液化氣的火車槽車、汽車槽車、貯罐等一般用內裝式安全閥。
(9)油罐頂部一般用液壓安全閥,需與呼吸閥配合使用。
(10)井下排水或天然氣管道一般用先導式安全閥。
(二)參數確定:
1、工作壓力級(壓力等級)的確定
彈簧的工作壓力級則是指某一根彈簧所允許使用的工作壓力范圍,在該壓力范圍內,安全閥的開啟壓力(即整定壓力)可以通過改變彈簧的預緊壓縮量進行調節。同一公稱壓力的安全閥,根據彈簧設計要求,可以分為多種不同的工作壓力級。
選用安全閥時,應根據所需開啟壓力值確定安全閥的工作壓力級。
2、公稱通徑的確定
安全閥的公稱通徑應根據被保護系統所必需的排放量來確定。所用安全閥的額定排量應大于并盡可能接近必需排放量。被保護系統所必需的排放量是指系統發生異常超壓時為防止過分超壓所必須排除的介質量,它是由系統或設備的工作條件、容量以及可能引起超壓的原因等因素來決定。
3、材質的確定
選用安全閥的材質應考慮介質的工作溫度、工作壓力,介質性能以及材料的工藝性,經濟性等多種因素。一般情況下用戶可根據生產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的種類進行選用。對材質有特殊要求時,可在訂貨時與生產單位協商解決。
(三)一般安全閥訂貨須知:
訂購一般安全閥應注明下列各項內容:
1)安全閥的型號、公稱通徑、公稱壓力。
2)安全閥的工作壓力級或開啟壓力(整定壓力)值。
3)閥體材質及密封面材質。
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