安全阀讲座

安全阀是用在压力容器以及受压设备管道上作为超压保护装置的一种自动阀门。当系统压力升高超过规定值时，阀门自动开启，继而全量排放，把过剩的介质排到低压系统或大气中去。当介质压力降低到规定值时，阀门又能自动关闭，阻止介质的继续流出，从而保护了系统或设备的安全运行。安全阀广泛用于化工厂及炼油厂的反应设备与压力容器，冶金矿山采掘工业设备，电站锅炉，核反应堆装置，船舶输油管系统以及其他一些特殊场合。1.1、安全阀的概念及用途1.2、安全阀常用术语（1）、整定压力(或者开启压力)Ps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，介质呈可由视觉或者听觉感知的连续排出状态。（2）、整定压力偏差△Ps安全阀多次开启，其整定压力的最大偏差值。（3）、冷态试验差压力Pcd安全阀在试验装置(台)上调整到开始开启时进口处的静压力，该压力包含了对于背压力和温度的修正值。1.2、安全阀常用术语（4）、排放压力Pd阀瓣达到规定开启高度时的进口压力。排放压力的上限需要服从有关标准或者规范的规定。（5）、额定排放压力Pdr有关标准或者规范规定的排放压力上限值。（6）、超过压力△Po排放压力与整定压力之差，通常用整定压力的百分数来表示。1.2、安全阀常用术语（7）、回座压力Pr安全阀排放后阀瓣重新与阀座接触时，也即开启高度变为零时的进口压力。（8）、启闭压差△Pbl整定压力与回座压力之差，通常用整定压力的百分数来表示，只有当压力很低时才用MPa表示。（9）、背压力Pb安全阀排放出口处压力。它是排放背压力和附加背压力的总和。(10)、排放背压力Pbd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。1.2、安全阀常用术语(11)、附加背压力Pbs安全阀动作前在阀出口处存在的压力，是由其他压力源在排放系统中引起的。(12)、密封试验压力Pt进行密封试验时的进口压力，在该压力下测量通过阀瓣与阀座密封面间的泄漏率。(13)、开启高度h阀瓣离开关闭位置的实际升程。1.2、安全阀常用术语(14)、流道面积(喉部面积)A指安全阀进口端到阀瓣与阀座密封面间流道的最小截面积，用来计算无任何阻力影响时的理论排量。(15)、流道直径(喉径)d。对应于流道面积的直径。(16)、提升装置(板手)是手动开启安全阀的装置。它利用外力来降低使安全阀保持关闭的弹簧载荷。1.2、安全阀常用术语(17)、理论排量Wt是流道截面积与安全阀流道面积相等的理论喷管的计算排量。(18)、排量系数Kd实际排量与理论排量的比值。(19)、额定排量系数Kdr排量系数与减低系数(取0.9)的乘积。1.2、安全阀常用术语(20)、额定排量Wr实际排量中允许作为安全阀使用基准的那一部份，即按下列a、b或c计算的值。a实际排量×减低系数(取0.9)；b理论排量×排量系数×减低系数(取0.9)；c理论排量×额定排量系数。(21)、频跳安全阀阀瓣迅速异常地来回运动，在运动中阀瓣接触阀座。1.2、安全阀常用术语(22)、颤振安全阀阀瓣迅速异常地来回运动，在运动中阀瓣不接触阀座。(23)、卡阻安全阀阀瓣在开启或者关闭中产生的卡涩现象。(24)、公称通径DN用于标示通径的数字。通用于一个管道系统中的所有部件，是一个用作参考的整数，通常仅与制造尺寸大致相符。1.2、安全阀常用术语(22)、颤振安全阀阀瓣迅速异常地来回运动，在运动中阀瓣不接触阀座。(23)、卡阻安全阀阀瓣在开启或者关闭中产生的卡涩现象。(24)、公称通径DN用于标示通径的数字。通用于一个管道系统中的所有部件，是一个用作参考的整数，通常仅与制造尺寸大致相符。(25)、公称压力(压力级)PN公称压力是一个用数字表示的与压力有关的标示代号，是一个用作参考的整数。1.3、安全阀的作用原理以弹簧式安全阀为例，见右图：当系统处于正常工作状态时，作用在阀瓣上的弹簧力同介质作用力以及阀瓣阀座之间密封力相平衡。系统压力升高，密封力随之减小，当系统压力升高至规定值时，密封力减少到零，阀瓣随即开启。如系统压力继续上升到一定值时，阀瓣全部开启排除额定排量，此时系统中的介质压力逐渐降低，当系统中压力降低到工作压力或稍低于工作压力时，阀瓣重又关闭，保持密封。1.4、安全阀的动作过程以应用最广泛的弹簧式安全阀为例：（1）、密封过程安全阀在正常工作情况下是处于密封状态，此时阀瓣上所受的弹簧力大于或等于介质静压力和阀瓣与阀座之间密封力之和，也就是说弹簧力与介质静压力的差值大于或等于阀座与阀瓣密封面之间的相互压紧力，从而保证了阀门的密封性。（2）、前泄过程在安全阀开启以前的泄露称为前泄。系统由于意外情况出现超压，随着介质压力的升高，阀瓣密封面上的密封力和比压力随之减小，当弹簧力与介质静压力的差值小于密封力时，就破坏了原先的密封状态，开始泄露。1.4、安全阀的动作过程（3）、开启和排放过程随着介质压力的升高，阀瓣与阀座之间的密封力趋于零，此时介质力大于弹簧作用力，阀瓣上升介质连续排除，并有一可测得开启高度，该过程称开启过程。当介质压力继续身高，达到设备容许超过的最高压力，阀瓣全开，在额定开启高度排放额定排量。该过程称排放过程。（4）、回座过程安全阀开启后排除多余介质，使系统内介质压力降下来，当弹簧作用力与介质力的差值大于密封力时，阀瓣关闭。介质停止排除，此过程称回座过程，安全阀又恢复正常工作状态。1.5、安全阀的结构安全阀的基本结构形式有重锤式，弹簧式，和先导式三大类（1）、重锤式安全阀一种直接用机械载荷如重锤、杠杆加重锤或者弹簧来克服由阀瓣下介质压力所产生作用力的安全阀。右边为其结构图：1.4、安全阀的动作过程重锤式安全阀是最初的也是结构最简单的。施加载荷力的重锤是直接作用在阀瓣上，当介质力与重锤力平衡时，阀开始开启。当重锤力大于介质力时阀关闭。这种阀结构简单，制造方便，成本低等优点。至今仍广泛应用于低压而对动作特性要求不高的场合。最简单的例子就是日常生活中大家见到的高压锅的安全阀。1.4、安全阀的动作过程重锤式安全阀的缺点是对振动较敏感，为此不适宜运动系统。而且其载荷力不随开启高度的变化而变化，回座性差。随着介质工作压力和阀门通径的提高，重锤的重量将成倍增加。为此，重锤的加载位置从阀瓣中心过渡到在杠杆上加载的杠杆重锤式安全阀，结构图如右图：1.4、安全阀的动作过程这类阀门同样具有结构简单，制造方便，成本低等优点，但由于其加载方式是通过杠杆作为力臂作用于阀瓣上，因而载荷力沿阀瓣圆周方向上各点的受力不均匀，尤其当重锤重量超过某一限度时，这种不对称的受力情况越加严重，造成阀门变形，而影响密封性能。因而杠杆式安全阀的载荷一般不超过750公斤力，重锤的重量一般不超过75公斤。现在，在高压、大容量、振动场合已逐步被弹簧式安全阀所代替。1.4、安全阀的动作过程（2）、弹簧式安全阀弹簧式安全阀是利用弹簧力加载于阀瓣，众所周知，弹簧式一种载荷力能随压缩量变化而改变的弹性元件。当阀门处于工作状态时，弹簧预紧力大于介质作用力，保证了阀门的密封。而当介质压力上升到一定程度时又能克服弹簧力把阀门迅速打开，而且弹簧载荷力随阀瓣升程增大而增加。因而当介质力下降到某一限度时，增加的载荷力又能促使阀瓣迅速关闭，这与安全阀的基本要求正好吻合。所以弹簧式安全阀是应用最广泛的。1.4、安全阀的动作过程弹簧式安全阀的结构形式繁多，分类方式也各不相同，一般而言大体可按二种基本方式分类：①、按作用方式分为直接作用式安全阀和间接作用式安全阀直接作用式安全阀的阀瓣是在工作介质压力的直接作用下动作，是一种“有限载荷式”安全阀。结构图如右边：1.4、安全阀的动作过程这种安全阀作用在阀瓣上使阀门保持关闭的力是一个由弹簧压缩力产生的“有限的力”，随着介质压力的升高使阀门关闭的力减少，也就是使阀门倾向于开启。因此该类安全阀最主要的优点是结构简单，紧凑，动作迅速，可靠性好。但由于密封处的压力取决于阀的开启压力与系统正常运行压力的差值，这是一个不大的值，为此要达到良好的密封较为困难，特别在高温高压场合，为了保证密封性可通过选配适当的密封材料，采用特殊的结构形式，进行精密的加工和装配来弥补。1.4、安全阀的动作过程间接作用式弹簧安全阀，它通常是由主阀和导阀组成，也称先导式安全阀（又称脉冲式安全阀）导阀本身是一个弹簧安全阀。结构图如右边：1.4、安全阀的动作过程当系统超高时，先是导阀动作而主阀则是借助于导阀所排出的介质在主阀活塞上胫所形成的介质力作用下而动作，为此主阀口径的大小不受弹簧加工的限制。另外根据其工作特点可以设计成依靠介质自身压力达到密封效果的“自密封型”，故其具有良好的密封性，同时由于导阀口径小，变动背后对其动作影响程度也相应改少。但由于它是由主阀和导阀组成，因此结构复杂，加工成本高，安装尺寸大，且可靠性差，另外动作还有延迟现象，因此比较适合用于高压、大流量或有变动背压等场合。1.4、安全阀的动作过程②、按阀瓣开启高度分微启式和全启式两种微启式弹簧安全阀，其阀瓣开启高度为阀座喉部直径的1/40—1/20.微启式安全阀动作的主要特点是阀瓣在开启和回座过程中无突开和突关动作，它的动作特性是阀瓣开启高度随进口介质压力的增加而增大，属于比例作用式安全阀。其优点是被保护系统的压力不会因为安全阀的开启和关闭动作而引起剧烈的波动，因而微启式安全阀适用于液体介质系统。结构图与动作曲线图如下：1.4、安全阀的动作过程1.4、安全阀的动作过程全启式安全阀，其阀瓣开启高度应等于或大于阀座喉部直径的1/4。其动作曲线见下图所示，为突开作用式即在压力升高不多的情况下阀瓣突然急速开启排放介质。具有动作敏捷，排量大，回座迅速等优点，广泛应用于气体及蒸汽介质的系统和设备上。1.4、安全阀的动作过程（3）、先导式安全阀这是一种依靠从导阀排除的介质来驱动和控制主阀的安全阀，其导阀可以是一个口径较小的弹簧式安全阀，也可以是依靠外加能源的电磁阀或控制阀。结构图如下：1.4、安全阀的动作过程这种安全阀的优点是主阀压紧阀瓣的力随介质压力的增加而增大，故关闭状态的密封性号，而且当主阀阀瓣发生粘着，烧结或冻结时对工作的影响比弹簧式安全阀要小。其缺点是由于受主阀，导阀以及辅助控制系统的影响可靠性差，为了提高可靠性需要采取双重或多重控制管路，增加结构复杂性，从流量角度考虑还要增加其设置的个数，为此耗资大。因此先导式安全阀仅适用于大口径、高压、启闭压差小、密封性要求高或变动背压幅度大的场合。安全阀动作的可靠性直接关系到设备和人身安全,而安全阀能否正常工作,以及其性能的好坏,不仅同它的设计,制造油罐,并且同选用安全阀是否得当有着直接的关系。如果不是按照被保护设备的工作条件正确的选用安全阀，安全阀的性能就得不到正确发挥，甚至会丧失安全保护作用。选用安全阀主要涉及两个方面的问题，一方面是被保护设备或系统的工作条件，例如工作压力，允许超压限度，发生超压的可能原因，防止过分超压必须的排放量（也称安全泄放量），工作介质的状态，性质，工作温度等；另一方面则是安全阀的类型，技术参数，动作特性，排放能力，结构材料等。总体来说我们对安全阀的基本要求是：一、足够的排量。在达到最高允许压力时，安全阀应能可靠地开启到额定升高，并稳定无振荡地排放规定的工作介质。二、足够的灵敏度。在系统压力达到开启压力时，安全阀应无阻碍地迅速开启。三、及时关阀。安全阀在压力稍低于工作压力时应及时关闭。四、良好的密封性。在关闭状态，安全阀应在密封试验压力下保证必须的密封性。2.1、如何选择安全阀类型安全阀的种类颇多，其分类方法不一而足。下面列举几种主要的分类方法并说明各类安全阀各自的特点。这些不同特点正式选取安全阀类型的依据。2.1、如何选择安全阀类型（1）、按作用原理分①、直接作用式安全阀。这类安全阀是在工作介质的直接作用下开启的。即依靠工作介质压力产生的作用力来克服弹簧或重锤等加于阀瓣的机械载荷，使阀门开启。它具有结构简单，动作迅速，可靠性好等优点。但因为依靠机械加载，其载荷大小受到限制，因而不能用于很高压力和很大口径的场合。另外，当被保护系统正常运行时，这类安全阀关闭件（阀瓣及阀座）密封面上的比压力