安全阀的设计及选型

普通型弹簧直接载荷 PRV
整定压力 调整螺钉
启闭压差 调节环
P2
出口
P1
蓄压腔
入口
% 开高 (排量)
典型的特性曲线
100 75 50 25
通常的弹簧直接载荷PRV
90
100
110
% 整定压力
背压对安全阀的影响
▪ 改变设定压力
▪ 减小泄放量
▪ 安全阀在动作时
容易发生频颤
背压
Lift vs Back Pressure
F P
可调整的 弹簧
在阀座组件上 增加一个裙边，
给向上的入口 裙边
压力提供一个 大一些的作用 面积。当阀门 开始打开，改 变了下游流体 的方向，即推 进了阀门开启 加快，又减小 了前泄（当压 力趋近于整定 压力时，阀座 的泄漏）及超 压。
F
增加受力面积
加速阀门开启 减少超压
P
F
进一步改进
为达到调节回座压力
▪ 启闭压差 Blowdown：整定压力与回座压力之 差，通常用整定压力的百分数表示；而当整定 压力小于0.3MPa时，用MPa表示。
▪ 背压 Back Pressure：安全阀出口处的压力。
▪ 附加背压 Superimposed back pressure：安全阀 即将动作前在阀出口处存在的静压力，是由其 他压力源在排放系统中引起的。
全开
开高 整定压力 允许超压
适用于可压缩性流体（气体、气相或蒸汽）
泄放阀 Relief Valve
一种靠阀门进口侧静压动作的压力泄放阀 开高随超压的增加而成比例的增大
全开 开高
整定压力 允许超压
通常用于不可压缩的流体（液体）
安全泄放阀 Safety Relief Valve
▪ 即可用于蒸汽/气体介质又可用于液体介质, 具有突开/调节双重动作特性。
可能的压力源
吹扫
附加背压（静背压） Superimposed back
pressure
被保护的系统
开高
压力泄放阀开 启后，阀瓣密封面 离开关闭位置的实 际行程．
开高
喉部面积
压力泄放阀进口端至关闭 件密封面之间流道的最小截面 积． Area＝πD2/4 。
帘面积
阀瓣在阀座上方升起时
在其密封面间形成的圆柱形
▪
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谢谢大家！
▪ 理论排量： therotical discharge capacity：流道 横截面积与安全阀流道面积相同的理想喷管的 计算流量。
▪ 额定排量 Certified discharge capacity：实测排量 中允许作为安全阀使用基准的那一部分，也就 是理论排量乘以额定排量系数后得到的数值。
▪ 需要排量 Required capacity:设计要求安全阀最 低需要达到的排量。
▪
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 1120.1 2.1111: 56:3211 :56:32 December 11, 2020
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A 17.9W
ZT
F2 Kd Kc MP1(P1 P2 )
▪ 对于亚临界流的气体，安全阀的最小泄放 面积为
▪ 排放介质为液体
VL：体积流量 L/min G ：液体比重
Kw：背压修正系数，当安全阀为全启式或先导式，或安全阀出口与大气直 连时，其值为1，平衡波纹管式安全阀的背压修正系数由API 520附表查得 KV：粘度修正系数，由API520附表查得
▪
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▪
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%Rated Lift
100% 90% 80% 70% 60% 50%
0%
Conventional Spring Valve
20%
40%
60%
80%
Back Pressure in % of SET Pressure
由普通式变换为平衡波纹管PRV
波纹管式安全阀作用
▪ 平衡背压 ▪ 隔离严重
腐蚀和危 险性介质
量 ▪ 当系统压力降到整定压力以下后，阀门回座
复位，并保持密封
压力相关的基本概念
▪ 最大允许工作压力 (MAWP) 在设计温度下,设备或管道所允许承受的最 大工作压力,该压力是根据容器受压元件的 有效壁厚计算所得。
▪ 整定压力 Set Pressure：安全阀阀瓣在运行条件 下开始升起时的进口压力，也叫开启压力,设定压 力。
或圆锥型通道的面积．
DN
Area=πDL 。
LIFT 排放面积
压力泄放阀排放时流体通道 的最小截面积处的喉部面积 与帘面积之间的较小者．
安全阀的演变
▪ 普通型弹簧直接载荷 PRV
▪ 最初形态
通过一个可调 的弹簧来改变 整定压力。遗 憾的是，当阀 座组件升起以 打开阀门时， 弹簧压缩量越 大，产生的向 下的力越大， 又限制了阀门 的开启。
▪ 广义上的安全阀=安全阀+泄放阀+安全泄 放阀
理想的压力泄放阀
PRV
被保护的系统
▪ 在达到整定压力之前无泄漏 ▪ 只在整定压力下开启 ▪ 只泄放掉保护系统所需要的排量 ▪ 在泄放循环中性能稳定 ▪ 在整定压力下回座(启闭压差为零)
对压力泄放阀性能的实际要求
▪ 在系统正常操作压力下保持密封 ▪ 当系统压力达到整定压力时开启 ▪ 在系统压力达到允许超压之前泄放掉额定排
▪ API 521
▪ Cause of Overpressure
▪ API 526
▪ Dimension
▪ API 527
▪ Seat leakage testing
安全阀最小泄放面积计算
▪ 排放介质为气体/蒸汽
1. 根据背压判断排放介质的流型 气体的临界流压力公式
当安全阀的背压小于等于临界流压力时，流体为 临界流动，否则为亚临界流动。
Lift vs Back Pressure
Conventional Spring Valve
Balanced Spring Valve
先导式安全阀—不受背压影响
导压管 活塞密封
不平衡 移动副 (活塞) 导管
导阀
P1 P2
弹性阀座
出口
P1
入口
% 阀座压紧力
阀座压紧力
100
75
50
25
先导式 PRV
▪ 排放背压 Built up back pressure：由于介质通过 安全阀流入排放系统，而在阀出口处形成的压 力。
▪ 冷态试验差压力 Cold Differential Test Pressure： 安全阀在试验台上调整到开始开启时进口处的 静压力，该压力包含了对背压和温度的修正值。
与排量相关的基本术语
弹簧直接载荷 PRV
0
25
50
75
100
% 整定压力
标准规范
▪ ASME I ▪ ASME VIII ▪ API
ASLeabharlann BaiduE I
▪ 动力锅炉 安全阀超压：3%
ASME VIII
▪ 压力容器 (MAWP>1.03barg)
ASME VIII对于安全阀超压的规定
单安全阀，设计工况为
非火灾工况
110
100 MAWP (MAX. SET)
▪
每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 1120.1 2.1111: 5611:56 :3211:5 6:32De c-20
▪
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 2月11 日星期 五11时5 6分32 秒Frida y, December 11, 2020
整定压力偏差
启闭压差, % 整定
典型的 回座压力
压 力%
110 100 95
MAWP
允许超压
典型的整定压力
90
泄漏实验压力
背压
Pb (背压) 入口
压力泄放阀出口的压力.
排放背压
Built-up back pressure
排放
PRV 打开介质流动
入口
可能的压力源
去火炬
可能的压力源
密闭的排放总管
▪ 在安全阀计算中API与ASME的区别 泄放系数Kd的取值不同 对于气相排放 API 520 -> Kd=0.975 ASME -> 选取的是具体安全阀的实测值
安全阀计算举例
▪ 计算软件PSV PLUS
安全阀数据表填写
▪
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 1120.1 2.11Fri day, December 11, 2020
▪ 多安全阀，设计工况 为非火灾工况
MULTIPLE VALVES
116
2ND 1ST
105
100
MAWP
▪ 单安全阀，设计工况为火灾工况
121
21%
100
MAWP
▪ 多安全阀，设计工况为火灾工况
121 第二个安全阀
110 第一个安全阀
100
MAWP
API
▪ API 520
Part I : Sizing, Selection Part II: Installation
▪ 工作压力 Operating pressure:阀门正常工作状态 的压力。
▪ 排放压力 Relieving pressure：整定压力加超过压 力。
▪ 超压 Over pressure：超过安全阀整定压力的压力 增量，通常用整定压力的百分比表示。
▪ 回座压力 Reseating Pressure：排放后阀瓣与阀 座重新接触，即开启高度变为零时的进口压力。
▪
天生我材必有用，千金散尽还复来。1 1:56:32 11:56:3 211:56 12/11/2 020 11:56:32 AM
▪
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.1111 :56:321 1:56De c-2011 -Dec-2 0
▪
得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。11:56: 3211:5 6:3211: 56Frida y, December 11, 2020
▪ 对于临界流的气体，安全阀的最小泄放面 积为
符号 A P1 W Z C Kd Kb Kc T M
含义 最小泄放面积 安全阀泄放压力 即为设定压力+超压+当地大气压 所需泄放量 （质量流量） 压缩因子 由绝热指数确定的气体常数 (如果不能确定, 建议值为315) 泄放系数* 背压修正系数 安全阀与爆破片组合使用时的修正系数 泄放温度 分子量
安全阀的设计及选型
名词术语
▪ 压力泄压阀 Pressure Relief Valve (PRV)
安全阀 Safety Valve 泄放阀 Relief Valve 安全泄放阀 Safety Relief Valve
安全阀 Safety Valve
一种靠阀门进口侧静压动作的压力泄放阀 能突然起座并全开
的作用, 又增加了一个
调节圈。调节圈、喷
嘴、阀瓣夹持器构成
了“蓄压腔”， “蓄
压腔”内的力不仅决
定升力，也对回座力
起决定作用。
P
蓄压腔
低前泄 高启闭压差
启闭压差 调节圈的 位置
高前泄 低启闭压差
▪ 最终形态
弹簧阀盖
新因 素
背压
P2 P1
阀体
为保护压力泄放阀不受诸如气候及粗鲁装卸的破 坏，增加了阀体与阀盖。这又引出了一个新的需 要考虑的因素——背压。