安全阀设计和选用

气阻力降,如排放火炬动背压 50kPa（表压），包括排放总管阻力降
20kPa，高空火炬阻力降 30kPa 之和。如果排放总管比较长阻力降大
于 20kPa，或高空火炬大于 30kPa，动背压会产生变化。安全阀背压
指的是安全泄放后，压力释放在管线中产生的压力，所以楼主说的排
放大气的安全阀就不存在后路产生压力，也就是说接大气的安全阀背
闭系统的管道，马赫数取 0.5～0.7。马赫数的计算：
Ma u / ua ， ua 103
kpd g
式中 Ma——马赫数；
ua——声速，m/s； u——物料速度，m/s；
pd——物料压力，MPa；
排放管道压力较低，压力降计算公式应选用可压缩流体的压力
降计算公式。
不同 k 值时的气体特性系数 C 值
标准规定的排放压力上限值，单位为兆帕（MPa）；代号为 Pdr。
安全阀相关计算
全启式安全阀（即 h≥1/4dt），A=π/4dt2
微启式安全阀（即 h＜1/20dt），平面型密封面 A=πdvh，锥面型密封
面 A=πdt h sinΦ
1) 压缩气体系统的安全泄放量的计算
Ws = 2.83×10-3 ρg υ d2
4. 排放压力（泄放压力）：阀瓣达到规定开启高度时进口侧的 压力,即安全阀的阀芯升到最大高度后阀入口处的压力。泄放压力等 于设定压力加超压。
5. 回座压力：安全阀排放后，阀瓣重新压紧阀座，介质停止排 出时的进口压力。（安全阀起跳后，随着被保护系统内压力的下降， 阀芯重新回到阀座时的压力。）回座压力是表征安全阀使用品质的一 个重要参数，一般要求它至少为工作压力 80％，上限以不产生阀瓣 频繁跳动为宜。
2
k 1
pd k 1
A
Ws
M 0.076 CKp d ZT
k
亚临界条件：
po pd
2 k1
k 1
A M
55 .84 Kp d ZT
Ws
2
k 1
k
k
1
po pd
k
po pd
k
Ws——系统的安全泄放量，kg/h；
ρg——泄放压力下气体的密度，kg/m3；
υ ——进口管最大气体流速，m/s；
安全阀阀瓣在运行条件下开始升起时的进口压力。在该压力下， 开始有可测量的开启高度，介质呈可由视觉或听觉感知的连续排出状 态，单位为兆帕（MPa）；代号为 Ps。 12.8 密封试验压力 seal test pressure
进行密封试验时的进口压力，在该压力下测量通过关闭件密封面 的泄漏率，单位为兆帕（MPa）；代号为 Pt。 12.9 回座压力 re-seating pressure
93％～97％ 回座压力
11. 安全泄放装置的相关压力的确定 1) 对于独立压力系统中管道上的安全泄放装置，相关压力的确定 应以系统的设计压力为基准，且符合以下规定。 a. 当安装一个安全泄放装置时，安全阀的设定压力（或爆破片装 置最大标定爆破压力）应不大于系统设计压力，且最大泄放压力 应不大于系统设计压力的 10％和 20kPa 中的较大者。 b. 当安装多个安全泄放装置时，至少有一个安全阀的设定压力 （或爆破片装置最大标定爆破压力）应不大于系统设计压力，其 余安全阀设定压力（或爆破片装置最大标定爆破压力）不得超过 系统设计压力的 5%，且安全阀最大泄放压力均应不大于系统设计 压力的 12%或 30kPa 中的较大者。
（10）安全阀出口管道的管径要不小于安全阀出口直径。对于弹 簧式安全阀，弹簧设定时不考虑静背压的影响，出口管道的动背压（动 背压按 HG/T 20570.2-95 第 9.0.2 所要求的计算）与静背压之和要不大 于设定压力（表压）的 10%。对于波纹管背压平衡式安全阀要不大于 50%。安全阀的出口管道一般不设切断阀，如必须设置，则要求切断 阀铅封在开启状态。
安全阀的配管
（1）安全阀应直立安装在被保护的设备或管道上。
（2）安全阀的安装应尽量靠近被保护的设备或管道，如不能靠
近布置，则从保护的设备到安全阀入口的管道压头总损失，不应超过
该阀定压值的 3%。
（3）安全阀设置位置应考虑尽量减少压力波动的影响，安全阀
在压力波动源后的位置见表。在往复式压缩机排出口管道上安装安全
2) 安全阀的最小泄放面积计算
① 饱和蒸汽（饱和蒸汽中蒸汽含量不小于 98%，最大过热度为 10℃）
当 pd≤10MPa 时：
A Ws 5.25Kpd
当 10MPa＜pd≤22MPa 时：
A
Ws
5.25Kpd
190.6 pd 229.2 pd
6895 7315
② 气体
k
临界条件：
po
c. 为防止火灾事故发生而安装的安全泄放装置，其最大泄放压力 应不大于系统设计压力的 16%。 2）对于防止液体管道热膨胀的安全泄放装置，安全阀设定压力 （或爆破片装置最大标定爆破压力）应不大于管道设计压力的 120%和系统试验压力中的较小值，且最大泄放压力应不超过相应 温度下管道压力额定值的 20%或由压力产生的管道名义应力不超 过材料许用应力值的 20%。 3）除上述两种情况外，在满足 GB/T 20801.3 中 4.2.3.1～4.2.3.8 要求的条件下，最大泄放压力应不超过 GB/T 20801.3 中 4.2.3.9 和 4.2.3.10 规定的允许压力变动范围。 4）GC1 级管道安全阀的设定压力（或爆破片装置最大标定爆破压 力）应不大于管道设计压力，安全阀的最大泄放压力应不超过设 计压力的 10%。 12. 名词解释 12.1 公称压力 norminal pressure 安全阀进口法兰的压力等级，亦为阀体强度试验压力的计算基础， 单位为兆帕（MPa）；代号为 PN。 12.2 公称通径 norminal diameter 安全阀进口法兰的公称直径，单位为毫米（mm）；代号为 DN。 12.3 喉部直径 throat diameter 阀座进口侧流道最小截面处的直径,单位为毫米（mm）；代号为 d。 12.4 开启高度 lift
（4）安全阀不应安装在长的水平管段的死端，以免死端积聚固
体或液体物料，影响安全阀正常工作。
（5）安全阀应安装在易于检修和调节之处，周围要有足够的工
作空间。
（6）安全阀宜设置检修平台。布置重量大的安全阀时要考虑安
全阀拆卸后吊装的可能，必要时要设吊杆。
（7）安全阀的管道布置应考虑开启时反力及其方向，其位置应 便于出口管的支架设计。阀的接管承受弯矩时，应有足够的强度。
k 1
k——气体绝热指数；
M——气体的摩尔质量，kg/kmol；
T——泄放的气体温度，K；
Z——在泄放压力及温度下，气体的压缩系数；
3) 排放管道的管径（气相）
1 在背压允许的范围内，应保持排放管道内的物料具有较高的流
速，使之经济合理。
2 直接排至大气的管道，排放管出口马赫数取≤0.5；对于排入密
的结构有关，应根据实验数据确定，由安全阀制造厂提供），无参考
数据时，可按下述规定选取：
全启式安全阀 K = 0.60～0.70
带调节圈的微启式安全阀 K = 0.40～0.50
不带调节圈的微启式安全阀 K = 0.25～0.35
C——气体特性系数，可查表或按下式计算：
k 1
2 k 1 C 520 k
产厂家都能将安全阀的超压控制在 5％左右。排放压力=1.1 整定压力
+0.1，详见容规。安全阀的排放压力，和排放的介质和安全阀的结构
有关，仅以弹簧直接载荷式安全阀为例（GB/T 12243-2005）：
蒸汽用安全阀
≤1.03 整定压力
空气或其他气体
≤1.10 整定压力
水或其他液体
≤1.20 整定压力
6. 启闭压差：开启压力和回座压力之差。 7. 背压：安全阀背压是指作用在安全阀出口处的压力。背压分 为静背压和动背压。静背压是指安全阀未起跳时阀出口处的压力；动 背压是指安全阀起跳后，由于流体的流动引起的摩擦压力降值。如出 口排空，则接近于大气压力；如出口接有出口管道再排空，则出口压
力为管道作用在安全阀出口处的压力。静背压是指安全阀未起跳时阀
压为 0。要注意安全阀排放口后面的管道设置，设置不好很有可能会
形成背压。后端管道尽量要直，越短越好。
8. 安全阀的超压：在泄放过程中，安全阀入口处的压力超过设
定压力的部分，通常以百分数表示。
9. 排放压力=整定压力+超压，根据 GB/T 12241-2005《安全阀
一般要求》，其中超压一般为 10％整定压力，但是现在有些不少生
安全阀相关压力
1. 公称压力：表示安全阀在常温状态下的最高许用压力，高温 设备用的安全阀应考虑高温下材料许用应力的降低。安全阀是按公称 压力标准进行设计制造的。
2. 设定压力：安全阀入口处的静压达到该值时，安全阀将动作。 设定压力要求不大于被保护系统内最低的设计压力。
3. 开启压力：也叫整定压力、起跳压力，是安全阀阀瓣在运行 条件下开始升起，物料连续流出时的介质压力。数值与设定压力相同。 开启压力是进口端的压力！
1.10 327 1.30 347 1.50 364 1.70 380
1.12 329 1.32 349 1.52 366 2.001 1.54 368 2.20 412
1.16 333 1.36 352 1.56 369
1.18 335 1.38 354 1.58 371
排放后阀瓣重新与阀座接触，即开启高度为零时的进口压力，单 位为兆帕（MPa）；代号为 Pr。 12.10 排放压力 relieving pressure
阀瓣达到规定开启高度时进口压力，单位为兆帕（MPa）；代号 为 Pd。 12.11 额定排放压力 certified relieving pressure