最新安全阀基本知识讲义(10.09)

安全阀基本知识讲义(10.09)安全阀培训讲义之一安全阀基本知识黄光禹编2010年9月目录1 安全阀的用途和作用原理2 对安全阀的要求2.1 对安全阀的基本要求2.2 有关安全阀性能的术语2.3 安全阀的主要性能指标3 安全阀的种类及其特点3.1 按作用原理分类3.2 按动作特性分类3.3 按开启高度分类3.4 按有无背压平衡机构分类3.5 按出口侧是否密封分类4 安全阀的主要结构型式5 安全阀的选用5.1 安全阀型号编制方法5.2 如何选择安全阀类型5.3 如何确定安全阀的流道直径和公称通径5.4 选用安全阀所需的数据6 安全阀的安装和试验要求6.1 安全阀的安装要求6.2 安全阀的试验要求1安全阀的用途和作用原理安全阀是锅炉、压力容器和其他受压设备的保护装置，用来防止受压设备中的压力超过设计允许值，从而保护设备及其运行人员的安全。

由于安全阀可以不依赖任何外部能源而动作，所以常常作为受压设备的最后一道保护装置。

从这个意义上说，它的作用是不能用其他保护装置来代替的。

当受压设备中介质的压力由于某种原因而异常升高，达到预先的设定值时，安全阀自动开启，继而全量排放，以防止压力继续升高；当介质压力由于安全阀的排放而降低，达到另一预定值时，阀门又自动关闭，阻止介质继续排出。

当介质压力处于正常工作压力时，阀门保持关闭和密封状态。

以下分别以弹簧直接载荷式安全阀和先导式安全阀为例，进一步说明安全阀的作用原理。

图1-1是弹簧直接载荷式安全阀的示意图。

当被保护设备中（即安全阀进口处）介质处于正常工作压力时，弹簧载荷大于介质静压力对阀瓣的作用力，使阀门处于关闭状态。

上述两个作用力的差值产生使阀瓣和阀座（统称为关闭件）密封面间相互压紧的力（即密封力）。

只要这个密封力足够大（相对于由密封面及介质状况决定的必需密封力而言），就能阻止介质泄出，使阀门达到必要的密封性。

如果介质压力升高，超过正常工作压力时，密封力就随之减小。

小到一定程度时，介质开始泄出（称为“前泄”）。

随着介质压力进一步升高，当介质对阀瓣的作用力同弹簧力达到平衡时，阀瓣开始脱离阀座而升起，称为“开启”。

压力继续升高时，阀瓣达到设计的开启高度，作全量排放。

只要阀门的排量足够大，设备中的压力就会降低。

压力降低到一定程度时，阀门由于弹簧力的作用而重新关闭。

图1-1 弹簧直接载荷式安全阀示意图先导式安全阀由主阀和导阀组成。

导阀随设备介质压力的变化而动作，主阀则由导阀的驱动或控制而动作。

图1-2是先导式安全阀的动作原理图。

当被保护系统处于正常运行状况时，导阀阀瓣处于关闭状态。

系统压力从主阀进口通过导管和导阀传入主阀阀瓣（活塞）上方气室。

由于活塞面积大于阀瓣密封面面积，系统压力对阀瓣产生一个向下的合力，使主阀处于关闭、密封状态。

图 1-2 先导式安全阀动作原理当系统压力升高达到整定压力时，导阀开启，同时滑阀向上移动封闭导阀的进气通道。

主阀阀瓣上方气室的介质经由打开的导阀排出，使主阀阀瓣上方压力降低。

主阀阀瓣在进口压力的推动下打开而使系统卸压。

当系统压力降低到一定值时，导阀回座并带动顶杆顶开滑阀。

系统压力再次通过导阀传入主阀阀瓣上方气室，并推动主阀阀瓣关闭。

2对安全阀的要求2.1 对安全阀的基本要求安全阀的功能是通过下列动作过程来实现的：1. 安全阀处于关闭密封状态；2. 安全阀开启（或称初始开启）；3. 安全阀排放（或称全开启）；4. 安全阀关闭（或称回座）并恢复密封。

对安全阀的基本要求就是同上述动作过程联系在一起的，主要有以下几点：①必要的密封性当被保护设备处于正常运行压力时，安全阀应保持必要的密封性。

安全阀的泄漏意味着介质和能量的持续损耗，过大的泄漏甚至会影响到设备和系统的正常工作；持续的泄漏还会造成对安全阀密封面的冲蚀，这将使泄漏加剧，以致发展到不能正常工作的地步。

对于安全阀来说，使其关闭件保持良好的密封比起截止类阀门要困难得多。

这是因为安全阀关闭件密封面之间相互压紧的密封力决定于阀门整定压力（即开启压力）同设备运行压力的差，是一个不大的值。

因此，对于安全阀特别是金属密封面的安全阀，要达到完全无泄漏是十分困难的。

但必须把泄漏率控制在标准或规范允许的范围内。

②可靠地开启当进口压力达到预先整定的压力值时，安全阀应及时准确地开启（初始开启）。

换言之，安全阀的开启压力对其整定压力的偏差应在标准或规范规定的范围内。

③稳定地排放当阀进口压力继续升高到超过整定压力一个规定的数值时，安全阀应达到设计的开启高度，进入排放状态。

排放压力（全开启压力）应小于或等于标准规定的极限值。

排放应是稳定的，即没有频跳、颤振、卡阻等现象。

因为这些现象会导致安全阀排放能力降低，并可能损坏关闭件密封面，还会引起被保护设备和系统内较大的压力波动，在液体介质的场合甚至可能造成水击。

④适时地关闭由于安全阀的排放而使设备和系统中的压力降低之后，安全阀应适时地关闭（亦称回座）。

回座压力过低意味着介质和能量的过多损耗，也会给设备和系统恢复正常运行增加困难。

但回座压力也不宜过高。

如果回座压力高到接近开启压力，容易导致阀门重新开启，造成阀门频跳。

回座压力过高也不利于安全阀在关闭后重新建立密封。

在有关标准和规范中对回座压力的合适范围也作了规定。

⑤关闭后的密封安全阀关闭后，应能有效地阻止介质继续流出，并重新达到密封状态。

但安全阀在开启之后重建密封要比维持既有的密封状态更加困难。

多种因素会影响到关闭后的密封，如介质的状况（是否含有固体颗粒，排放时是否发生结晶或结焦等），排放过程中阀门零件温度分布的变化，关闭过程的动作特性及回座压力的高低等。

在上述对安全阀的基本要求中，可靠地开启并稳定地排放是首要的要求，因为安全阀防超压的功能正是通过其排放过程来实现的。

回座和密封要求虽然也很重要，但相比之下还是第二位的。

此外，安全阀同爆破片、折断销、易熔塞等只能使用一次的压力释放装置不同，是一种可以多次使用的“重闭式”压力释放装置。

因而还要求其动作性能具有满意的重复性。

在有关安全阀试验的标准中，通常要求对同一工况下的动作试验至少进行三次，就是为了确认安全阀动作的重复性。

2.2 有关安全阀性能的术语对安全阀的基本要求，体现在安全阀的主要性能指标中。

为了说明这些性能指标，有必要了解涉及安全阀性能的一些术语。

1. 整定压力（Set pressure）亦称开启压力或初始开启压力，是安全阀阀瓣在运行条件下开始从阀座上升起时的进口压力。

从理论上讲，在该压力下，由介质压力产生的使阀瓣开启的力同使阀瓣保持在阀座上的力相互平衡。

而在实践中，所谓阀瓣开始升起，通常可以用下列方法来加以判断：一是在测量阀瓣开启高度的位移传感器上出现首次位移指示；二是凭视觉或听觉感知介质开始连续地排出。

2. 排放压力（Relieving pressure）阀瓣达到设计开启高度时的阀进口压力。

3. 超过压力（Over pressure）排放压力与整定压力之差。

4. 额定排放压力（Rated relieving pressure）标准或规范规定的排放压力上限值。

5. 回座压力（Re-seating pressure）安全阀排放后阀瓣重新与阀座接触，即开启高度再变为零时的进口压力。

6. 启闭压差（Blowdown）整定压力与回座压力之差。

7. 密封试验压力（Leak test pressure）进行密封试验时的阀进口压力。

在该压力下测量通过关闭件密封面的泄漏率。

8. 背压力（Back pressure）安全阀出口压力。

9. 附加背压力（Superimposed back pressure）安全阀开启之前在阀出口处已存在的压力。

是由其他压力源在排放系统中引起的，也称为静背压。

10. 排放背压力（Built-up back pressure）安全阀开启后，由于介质通过排放系统排放而在阀出口处产生的压力。

是由排放系统对排放介质的阻力而引起的。

也称为动背压。

11. 冷态试验差压力（CDTP即Cold differential test pressure）安全阀在试验台上调整到开启时的进口压力。

该压力包含了对背压力及温度等运行条件所作的修正。

12. 流道面积（Flow area）阀进口端到关闭件密封面之间流道的最小截面积。

亦称喉部面积。

13. 流道直径（Flow diameter）对应于流道面积的直径。

亦称喉径。

14. 开启高度（Lift）阀瓣离开关闭位置的实际行程。

15. 帘面积（Curtain area）当阀瓣在阀座上方升起时，在它们的密封面之间形成的圆柱面形或圆锥面形通道面积。

16. 排放面积（Discharge area）阀门排放时流体通道的最小截面积。

对于全启式安全阀，排放面积等于流道面积；对于微启式或中启式安全阀，排放面积等于帘面积。

17. 理论排量（Theoretical flowing capacity）一个流道截面积与安全阀流道面积相等的理想喷管的计算排量。

计算理论排量时，假定喷管无阻力，介质作等熵流动，喷管前压力为额定排放压力。

18. 实际排量（Measured flowing capacity）当阀前压力为额定排放压力时由试验测定的实际通过安全阀的排量。

由于安全阀的流道与喷管的流道有差别，由于实际上存在流动阻力，所以实际排量小于理论排量。

19. 排量系数（Coefficient of discharge）实际排量与理论排量的比值。

20. 额定排量（Certified capacity）实际排量中允许作为安全阀应用基准的那一部分。

其值为实际排量乘以减低系数（通常取0.9）。

21. 额定排量系数（Rated coefficient of discharge）额定排量与理论排量的比值。

通常把几次测定的排量系数的平均值乘以减低系数作为额定排量系数。

22. 机械特性（Mechanical characteristics）指安全阀机械动作的特性。

包括回座特性是否良好，有无频跳、颤振和卡阻等现象。

23. 频跳（Chatter）阀瓣迅速、异常地来回运动，在运动中阀瓣接触阀座。

24. 颤振（Flutter）阀瓣迅速、异常地来回运动，在运动中阀瓣不接触阀座。

2.3 安全阀的主要性能指标性能指标是对安全阀性能要求的具体化。

这些指标在安全阀的技术标准及有关锅炉和压力容器的规范中作了规定。

以下所列是一些主要的标准和规范：GB/T 12241 《安全阀一般要求》GB/T 12243 《弹簧直接载荷式安全阀》GB/T 12242 《压力释放装置性能试验规范》劳动部《压力容器安全技术监察规程》劳动人事部《蒸汽锅炉安全技术监察规程》ZBJ 98013 《电站安全阀技术条件》ISO 4126-1 《安全阀第一部分一般要求》ASME锅炉和压力容器规范：第Ⅰ卷《动力锅炉建造规则》，第Ⅲ卷《核动力装置设备建造规则》，第Ⅷ卷《压力容器建造规则》ASME PTC 25 《压力释放装置性能试验规范》API RP 520 《炼厂压力释放装置的选型、确定通径及安装》API Std. 527 《压力释放阀的阀座密封性》JIS B8210 《蒸汽及气体用弹簧安全阀》BS 1123 《空气储器及压缩空气装置用的安全阀、仪表和其他安全附件规范》BS 6759 第一部分《蒸汽及热水用安全阀技术规范》德国压力容器规范AD-A2 《防超压安全装置——安全阀》德国蒸汽锅炉技术规范TRD 421 《压力释放装置——用于Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ组蒸汽锅炉的安全阀》安全阀的主要性能指标包括排放压力、启闭压差、整定压力偏差等动作性能指标，以及用密封试验压力和允许泄漏率来表示的密封性能指标。