蒸汽安全阀的选择计算及其管道设计的注意事项

蒸汽安全阀的选择计算及其管道设计的注意事项

【摘要】随着《中华人民共和国特种设备安全法》的公布并施行，加强特种设备安全工作，预防特种设备事故，已上升到国家法律层面。作为锅炉、压力容器、压力管道等特种设备的安全泄放装置，安全阀的选型与设置尤为重要。本文仅对蒸汽安全阀的选择计算及其管道设计中的几个重要问题进行了详细的探讨，并提出了蒸汽安全阀管道设计参数的确定方法，以便其能够更有效地发挥安全泄放作用。

【关键词】蒸汽安全阀管道设计注意事项

一、安全阀选择计算

装设在锅炉汽包、过热器、再热器以及高压加热器、除氧器、连续排污扩容器等压力容器等处的安全阀，一般都由制造厂选型并提供资料，本文不再赘述。本文探讨的安全阀主要是指那些预防蒸汽管道及下游热用户超压的安全泄放装置，例如蒸汽管道减压阀后设置的安全阀，一般选用全启式安全阀。

1.1整定压力的确定

整定压力是指安全阀在运行条件下开始开启的预定压力（一般用ps表示，表压）。安全阀的整定压力除工艺有特殊要求外，一般取最大工作压力的1.1倍，最低为1.05倍。

1.2流通量的计算

对于设计压力大于1MPa的蒸汽管道上的安全阀，其流通量为：

G=0.0024μ1nF （介质为过热蒸汽时）

或G=0.002288μ1nF （介质为饱和蒸汽时）

其中：G——安全阀的通流量（t/h）。

μ1——安全阀流量系数，一般取0.9。

n——并联装设的安全阀数量。

F——安全阀流通截面的最小断面积，对于全启式安全阀：

F= 。

d——安全阀最小通流截面直径（mm），可从安全阀样本中选取或由制造厂

提供。

p0——蒸汽在安全阀前的滞止绝对压力（MPa）。

v0——蒸汽在安全阀前的滞止比容（m3/kg）。

对于设计压力小于或等于1MPa的蒸汽管道上的安全阀，其流通量为：

G=0.00508μ2BnF

其中：μ2——安全阀流量系数，一般取0.6。

B——考虑蒸汽可压缩性的修正系数，可按DL/T 5054【1】中表C.8.1选取。

p2——蒸汽在安全阀后的绝对压力（MPa），安全阀出口侧的背压最大为开启压力的10%，即0.11倍工作压力。

1.3滞止参数的确定

当蒸汽管道压力未达到安全阀的整定压力前，安全阀进口方向的蒸汽流速为零，因此可近似认为蒸汽的实际压力等于蒸汽的滞止压力p0。而当安全阀动作时，安全阀进口蒸汽达到稳定流动的实际压力应为排放压力pd，而不是整定压力ps。根据GB/T 12241[2]规定，排放压力pd=整定压力ps+超过压力，通常用整定压力的百分数表示，可由安全阀制造厂提供数据。对于蒸汽安全阀，pd可取1.03ps。

在安全阀排放压力p0下，蒸汽所能达到的最高工作温度即为滞止温度T0。对于主蒸汽系统，T0取用锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差；对于锅炉汽包、除氧器、高压加热器等压力容器，T0取用与排放压力p0相对应的饱和蒸汽温度；对于减压阀后的蒸汽管道，建议T0取用减压阀前蒸汽管道的最高工作温度。

滞止比容v0可在滞止压力p0和滞止温度T0确定后通过水蒸汽表得到。

在工程设计实例中，往往需要根据工艺要求首先确定最大安全泄放量，即安全阀的额定排放量，再根据上述公式推导出安全阀的最小通流截面直径，以此作为安全阀选型及数量确定的重要依据。例如《电站压力式除氧器安全技术规定》中要求，除氧器的安全阀总排汽量不应小于除氧器的最大进汽量。而且特别指出，对于设计压力低于常用最大抽汽压力的定压运行除氧器，安全阀的总排汽量不应小于除氧器额定进汽量的2.5倍。因此，安全阀额定排放量的确定应根据其所安装的设备或管道，具体情况具体分析。

二、蒸汽安全阀管道设计的注意事项

由于蒸汽安全阀及其管道设置不当造成的安全事故时有发生。例如山东阳谷某锅炉汽包安全阀排汽时，疏水盘后管道在汽流的作用下脱离，导致炉顶盖严重变形，现场停炉整顿；广东惠州某蒸汽管道安全阀排汽时，巨大的排汽反力导致安全阀进口管道撕裂，造成热用户紧急停车。由此可见，安全阀事故，轻则经济损失，重则人身伤害。现就安全阀管道设计提出以下几点注意事项：

（1）装设安全阀时，必须保证阀杆垂直向上；

（2）安全阀出口方向应平行于主管轴线；

（3）两个或两个以上安全阀布置在同一管道上时，其间距沿管道轴向应不小于相邻安全阀入口管内径之和的1.5倍；

（4）安全阀底部或安全阀出口弯头处应有可靠的刚性支撑，以承受排汽反力的作用；

（5）安全阀出口管道尽可能减少弯头的设置，尤其是90°弯头，以保证排汽的顺畅。

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三、结论

综上所述，安全阀的选择计算及其管道设计包含的内容很多，其中参数的确定尤为复杂，经验公式也是多种多样。因此，在设计时应综合考虑，并把安全运行放在首位。