安全阀的选型、计算与设置规定

目次1名词2引用标准3设计要求3.1安全阀的分类3.2安全阀的选型3.3安全阀的制造标准3.4安全阀的计算3.5安全阀设置附录A安全阀的计算1名词1.1安全阀由弹簧作用或由导阀控制的安全阀。当入口处静压超过设定压力时，阀瓣上升以泄放被保护系统的超压，当压力降至回座压力时，可以自动关闭的安全泄放阀。1.2导阀控制主阀动作的辅助压力泄放阀。1.3全启式安全阀当安全阀入口处的静压达到其设定压力时，阀瓣迅速上升至最大高度，最大限度地排除超压的物料。一般用于可压缩流体。阀瓣的最大上升高度不小于喉径的1/4。1.4微启式安全阀当安全阀入口处的静压达到其设定压力时，阀瓣位置随入口压力的升高而成比列的升高，最大限度地减少应排出的物料。一般用于不可压缩流体。阀瓣的最大上升高度不小于喉径的1/40～1/20。1.5弹簧式安全阀由弹簧作用的安全阀。其设定压力由弹簧控制，其动作特性受背压的影响。1.6背压平衡式安全阀由弹簧作用的安全阀。其设定压力由弹簧控制，用活塞或波纹管减少背压对其动作性能的影响。1.7导阀式安全阀由导阀控制的安全阀。其设定压力由弹簧控制，其动作性能基本上不受背压的影响。当导阀失灵时，主阀仍能在不超过泄放压力时自动开启，并排出全部额定泄放量。1.8主安全阀安全阀是被保护系统的主要安全泄放装置，其泄放面积是基于最大可能事故工况下的泄放量。1.9辅助安全阀辅助安全阀（有时多于一个）是主安全阀的辅助装置，提供除主安全阀以外的附加泄放面积。用于非最大可能事故工况下的超压泄放。1.10实际排放面积流体经过安全阀的最小流通面积。1.11有效泄放面积（最小泄放面积）用公式或图表计算的泄放面积。有效泄放面积要小于实际泄放面积。1.12喉径面积安全阀喷嘴中最小直径的面积。1.13环隙面积安全阀的阀瓣与阀座之间的圆柱形面积。1.14最大工作压力系指容器在正常工作情况下容器顶部可能达到的最大压力。见《设备和管道系统设计压力和温度的规定》（HG/T20570.1-95）。1.15设计压力系指设定的容器顶部的最高压力，应不小于安全阀的设定压力（开启压力）。1.16安全阀的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。1.17安全阀的开启压力（整定压力）安全阀的阀瓣开始升起，物料连续流出时的压力。数值与设定压力相同。1.18安全阀的背压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。1.19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。1.20安全阀的泄放压力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。1.21安全阀的回座压力安全阀起跳后，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。1.22最大允许工作压力系指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容器受压原件的有效厚度计算所得，且取其最小值。2引用标准API520《Sizing,Selection,andInstallationofPressure-RelievingDevicesinRefineries》API521《GuideforPressure-RelievingandDepressuringSystems》API526《FlangedSteelSafety-ReliefValves》GB12243《弹簧直接载荷式安全阀》国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》3设计要求3.1安全阀的分类安全阀有好几种分类方法，如按国家标准分类、按结构分类、按动作原理分类和按阀瓣开启高度分类等。但在石油化工装置中常用的安全阀只有以下几种。3.1.1先导式安全阀：一种依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀，该导阀本身应是符合标准要求的直接载荷式安全阀。3.1.2平衡波纹管式安全阀：平衡波纹管式安全阀是平衡式安全阀的一种。它借助于在阀瓣和阀盖间安装波纹管的方法，将普通式安全阀的背压影响降低到最少。3.1.3通用式安全阀（弹簧直接载荷式安全阀）：a)全启式安全阀：阀瓣可以自动开启，其实际排放面积不决定于阀瓣的位置。一般用于排放介质为气体的条件下；b)微启式安全阀：阀瓣可以自动开启，其实际排放面积取决于阀瓣的位置。一般用于排放介质为液体的条件下。3.1.4封闭弹簧式安全阀：指安全阀弹簧罩（阀盖）是封闭的，弹簧不与大气接触。3.1.5不封闭弹簧式安全阀：指安全阀弹簧罩（阀盖）不封闭，弹簧可与大气接触。3.2安全阀的选型3.2.1排放介质为气体时，一般选用全启式安全阀；排放介质为液体时，一般选用微启式安全阀，也可选用全启式安全阀。当介质为液体选用全启式安全阀时，它的动作性能则变为微启式，其喷嘴内径应按微启式计算，应采用制造厂提供的微启式安全阀的流量系数。3.2.2在石油、石化生产装置中一般只选用弹簧式安全阀或先导式安全阀。3.2.3下列情况应选用平衡波纹管式安全阀：a)安全阀的背压力大于其整定压力的10%，而小于30%时；b)当介质具有腐蚀性、易结垢、易结焦，会影响安全阀弹簧的正常工作时；但平衡波纹管式安全阀不适用于酚、蜡液、重石油馏分、含焦粉等的介质上，也不适用于往复压缩机选用。3.2.4下列情况应选用先导式安全阀：a)安全阀的背压力大于其整定压力的30%以上时；b)对要求安全阀的密封性能特别好的场合；c)对于介质有毒、有害时，应选用不流动式导阀（即导阀打开时，它不向外排放介质）。3.2.5除用于水、蒸汽、空气、氮气的安全阀外，所有安全阀都应选用封闭弹簧式结构。3.2.6排放介质的温度大于300℃时，应选用带散热片安全阀。3.2.7为检查阀瓣的灵活程度或作紧急泄压用时，应选用带板手的安全阀；排放介质为蒸汽时，应选用带板手的安全阀。3.3安全阀的制造标准3.3.1安全阀的制造标准目前我国采用的安全阀制造标准有两种：a)国家标准：GB12243《弹簧直接载荷式安全阀》；b)API（美国石油协会）标准：API526《FlangedSteelSafety-ReliefValves》。3.3.2安装在处理易燃、易爆、有害、有毒介质的设备及管道上的安全阀，应选用API标准制造的安全阀。3.3.3符合下列场所之一时，宜选用国家标准制造的安全阀：a)安装在水、蒸汽、空气、氮气等排放要求不高的场所；b)安全阀所保护设备的连续运转时间少于一年，或其他要求较低的场所。3.4安全阀的计算本标准中安全阀的计算，是为确定安全阀的操作参数及所需的最大排放量，以安全阀的最大排放量作为安全阀喷嘴面积的计算依据。3.4.1技术参数的确定3.4.1.1定压（Ps）的确定安全阀的定压必须等于或稍小于设备和管道的设计压力，一般可根据设备或管道的最高操作压力来确定其安全阀的定压，计算公式与设备设计压力相同，可按式（3.4.1.1-1）至式（3.4.1.1-4）计算：当P≤1.8（MPa.G）Ps=P+0.18（3.4.1.1-1）当1.8（MPa.G）＜P＜4（MPa.G）Ps=1.1P（3.4.1.1-2）当4（MPa.G）＜P＜8（MPa.G）Ps=P+0.4（3.4.1.1-3）当P＞8（MPa.G）Ps=1.05P（3.4.1.1-4）当采用爆破片和安全阀串联布置时，爆破片的定压应大于安全阀的定压2%-3%；且最后应由爆破片制造厂确认。3.4.1.2积聚压力Pa（MPa.G）的确定安全阀泄压时，阀前压力超过设备或管道设计压力的值称为积聚压力，一般以设计压力的百分数表示，安全阀超压的最大值可等于积聚压力。计算安全阀的积聚压力，首先要计算安全阀的整定压力。要计算安全阀的整定压力，先要按照确定设备设计压力的程序，进行必要的系统分析后才能完成。a)非火灾工况的积聚压力：1)装一个安全阀时，压力容器允许的最大积聚压等于10%的设计压力，或0.02MPa中较大值；2)装多个安全阀时，压力容器允许的最大积聚压等于16%的设计压力，或0.03MPa中较大值。b)火灾工况的积聚压力：容器允许的最大积聚压等于21%的设计压力；c)管道允许的最大积聚压力：管道允许的最大积聚压等于33%的设计压力。积聚压力Pa的确定见式（3.4.1.2）。Pa=△Po×Ps（3.4.1.2）式中：ΔPo——超压百分数，%。定压和积聚压力的取值见表3.4.1。表3.4.1定压和积聚压力的取值单阀多阀项目定压，%最大积聚压，%定压，%最大积聚压，%非着火：第一阀1001010016其他阀10516着火：第一阀1002110021其他阀105213.4.1.3排放压力（Pd）（MPa.G）的确定安全阀的排放压力，等于安全阀的定压加上超过压力（△Po）。故按式（3.4.1.3）计算：Pd=Ps（1+△Po）（3.4.1.3）3.4.1.4背压（Pb）的确定安全阀的背压是安全阀出口侧的压力。安全阀的背压等于安全阀开启前泄压总管的附加背压力与排放背压力之和。a)安全阀排放介质直接排往大气的背压：若安全阀排放介质直接排往大气，安全阀的背压Pb可取值为零；b)安全阀泄放介质排往火炬的背压：若安全阀排放介质排往火炬，要考虑去火炬的管道及火炬系统的阻力，此时需仔细计算安全阀的背压。对多压力源排放系统的静背压的确定，应在系统安全分析选定的工况下，在某泄压源泄压前，其它泄压源排放流体时引起的该安全阀出口处总背压值，为该泄压源的静背压。计算时可取最大值作为静背压。此时，应按下列三种工况进行安全阀的选型及计算：1)通用式安全阀背压：对通用式安全阀背压的要求：Pb＜10%Ps；2)波纹管平衡式安全阀的背压：对波纹管平衡式安全阀的背压的要求：10%Ps＜Pb＜30%Ps；3)先导式安全阀的背压：由于先导式安全阀是用于要求背压不影响安全阀的工作特性时，故一般可不考虑背压的影响。如果背压较高时，应与制造商协商，在安全阀结构设计上采用必要措施来解决。3.4.2安全阀排放量的计算造成设备或管道超压的原因主要是：火灾，操作故障，动力故障等。确定安全阀排量应按工艺过程具体考虑。一般是按可能发生的各种单一事故计算其排放量，取其中的最大值，定为工艺要求的安全阀的排放量（又称泄放量），以W表示。3.4.2计算的安全阀的排放量W，是工艺设计对安全阀选型的要求。安全阀的额定排放量Wr，是采用安全阀制造厂的定义；它与工艺设计所需安全阀的排放量之间的关系是：Wr≥W，也就是说安全阀选型的额定排放量Wr必须大于或等于工艺设计所需的安全阀的排放量W。国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》中对计算安全阀在不同工况下的排放量计算有明确规定，在规定以外的内容可参见美国石油学会API-RP-520和API-RP-521的有关部分。3.4.2所介绍的方法是考虑了工程的处理和我国有关规定的推荐方法，总的来说，与API-RP-520和API-RP-521推荐的方法一致或更安全些，同时也满足了我国《压力容器安全技术监察规程》的要求。对欲保护的设备而言，安全阀排放量的计算原则总的来说，就是求得在不同的操作故障、设备故障和火灾时，应安装安全阀的设备内可能的最大存液量或最大存气量，我们可以把它简称为最大物料量。这个最大物料量的计算方法有两种，对火灾工况是采用经验公式计算，而对于操作故障和设备故障而言，是采用物料平衡的原理来计算。对欲保护的管道而言，安全阀排放量的计算原则总的来说，可以采用经验公式计算，也可按ASME的规定采用定尺寸的安全阀来使用。因为液体是不可压缩，只要排放出很少的液体，管道内的压力就会大幅度的下降。3.4.2.1外部火灾安全阀的排放量液体烃类物质的贮存压力大于或等于与贮存温度相对应的气化压力，此时当贮罐曝露于火焰前时，由于辐射、对流传热和火焰的直接接触，容器内贮存的物质被加热，压力升高，直到安全阀开启，使容器内压力不超过最大操作压力。若安全阀的能力小于产生的蒸气量，则容器内的压力就会升高到最大操作压力以上，这是不安全的。容器曝露于火焰前，按传入容器的热量计算安全阀所需的排放量。API-RP-52