安全阀技术(中石油-内部培训资料)

内部培训资料敬请妥善保管安全阀技术编写：章裕昆二О一一年四月目录第一章安全阀的相关知识1.1安全阀的分类1.2安全阀的型号编制1.3安全阀性能的基本要求1.4安全阀的动作原理1.5安全阀的名词术语第二章安全阀的法规和标准2.1国内法规和标准2.2API标准、ASME规范介绍第三章安全阀的设计与制造3.1安全阀的设计依据3.2安全阀的典型结构3.3安全阀基本结构的设计要求3.4安全阀制造的一般要求3.5安全阀的主要零件3.6弹簧3.7安全阀的装配和调试第四章安全阀的选型4.1安全阀的适用场合4.2安全阀的定径4.3安全阀的噪音计算4.4安全阀的结构选择4.5安全阀与爆破片的组合应用4.6爆破片装置的选择4.7安全阀的选型程序4.8安全阀的订货第五章安全阀的安装5.1安全阀的安装5.2安全阀排放反作用力的计算5.3安全阀的使用与维护第六章安全阀的检测6.1安全阀的定期检查6.2安全阀的型式试验6.3试验装置能力对安全阀性能的影响6.4背压试验6.5低温试验第七章安全阀的维修7.1安全阀维修的一般要求7.2安全阀常见故障、原因及其排除7.3安全阀的修理第八章安全阀的可靠性8.1安全阀的失效分析8.2安全阀的质量控制8.3结语第一章安全阀的相关知识1.1安全阀的分类安全阀按其用途和基本结构形式的不同，通常分类如下：1，按使用介质分类：1）蒸汽安全阀2）气体安全阀3）液体安全阀2，按公称压力分类：1）低压安全阀—PN≤1.6MPa2）中压安全阀—PN2.5～6.4MPa3）高压安全阀—PN10.0～80.0MPa4）超高压安全阀—PN≥100MPa3，按适用温度分类：1）超低温安全阀—t≤-100ºC2）低温安全阀—-100ºC＜t≤-40ºC3）常温安全阀—-40ºC＜t≤120ºC4）中温安全阀—120＜t≤450ºC5）高温安全阀—t＞450ºC4，按连接方式分类：1）法兰连接安全阀2）螺纹连接安全阀3）焊接连接安全阀5，按结构形式分类：1）重锤式安全阀2）弹簧式安全阀3）先导式安全阀4）全启式安全阀5）中启式安全阀6）微启式安全阀6，按作用原理分类：1）直接作用式安全阀2）先导式安全阀3）带动力辅助装置的安全阀图1安全阀分类1.2安全阀的型号编制世界各国均有不同的安全阀型号编制方法，甚至于不同厂商都有各自的型号编制方法。因此在选用安全阀时，一定要参考供应厂商所提供的资料。1，JB/T308-2004《阀门型号编制方法》这是我国机械行业标准的阀门型号编制方法。对于弹簧载荷安全阀的型号编制方法如下：A123—451—连接形式代号2—结构形式代号泄压装置安全阀（泄压阀）非重新闭合泄压装置爆破片装置销动式装置按适用介质蒸汽安全阀气体安全阀液体安全阀按公称压力低压安全阀中压安全阀高压安全阀超高压安全阀按适用温度超低温安全阀低温安全阀常温安全阀中温安全阀高温安全阀按连接形式法兰安全阀螺纹安全阀焊接安全阀按开启高度全启式安全阀中启式安全阀微启式安全阀按作用原理直接作用式安全阀非直接作用式式安全阀直接载荷式安全阀带补充载荷的安全阀弹簧直接载荷式安全阀重锤式安全阀杠杆重锤式安全阀先导式安全阀带动力辅助装置的安全阀常规式安全阀平衡式安全阀按是否安装背压平衡机构突开型先导式安全阀调制型先导式安全阀按导阀动作特性3—密封面或衬里材料代号4—压力代号或工作温度下的工作压力代号5—阀体材料代号示例：A42Y—16CDN50连接形式—法兰结构形式—弹簧载荷封闭全启式密封面材料—硬质合金公称压力—1.6MPa阀体材料—碳钢公称通径—50mm2，制造厂自行型号编制不同厂商有各自的型号编制方法。一般能反映其结构和主要参数。1.3安全阀性能的基本要求安全阀的功能是通过下列动作过程来实现的：当系统达到最高允许压力时，安全阀能准确地开启，迅速达到额定开启状态，并排放额定数量的工作介质；在开启状态下安全阀应稳定地排放；当系统压力降至正常值时安全阀应及时关闭，并在关闭状态下，保持必需的密封性。安全阀的基本性能要求如下：1）准确开启—这是对安全阀的最基本要求，整定压力的允许偏差在相关规范和标准中有明确规定。当系统内压力达到最高允许压力时，即安全阀进口压力达到预先规定的整定压力值时，安全阀应准确地开启，并迅速达到规定的开启高度。安全阀对压力升高的反应不灵敏将会导致锅炉、压力容器及管道的破裂、损坏等危险情况。安全阀开启的压力值（整定压力）不应大于锅炉、压力容器及管道的设计压力值。安全阀开启压力（整定压力）的偏差，在相关规范和标准中有明确规定。安全阀进行整定压力调试时，其偏差应严格调整在规定的范围内。2）稳定排放—稳定地保持在排放状态，并有良好的机械特性（无频跳、颤振、卡阻等现象）。安全阀迅速开启并达到预定的开启高度后，安全阀应稳定地保持在排放状态，并能够排放出额定的排量。安全阀应有合理的结构形式及良好的机械特性（没有频跳、颤振、卡阻等现象）以保持稳定地排放。安全阀的结构及其流道尺寸应满足计算所需的参数要求。如果流道截面积过小，安全阀开启后，不能及时将超压部分的介质排放，系统压力继续上升，是十分危险的。相反，流道截面积过分大于计算所需值，安全阀开启后，压力将急剧下降到工作压力以下，阀门将随着阀瓣对阀座的剧烈撞击而关闭；但是由于系统压力升高的因素并未消除，阀瓣再次开启，形成频跳，结果会造成阀座与阀瓣密封面的损坏。当安全阀用于不可压缩的液体时，还会引起系统中的水锤现象。安全阀在规定的压力下可靠地达到全开启高度，并达到规定的排放能力。这一要求是重要的。对同样参数的介质，同样口径的安全阀，结构形式等不同，排放能力会有很大差别。3）及时关闭—防止系统压力降低太多，减少介质的过多损失。当安全阀排放一定时间后，介质压力下降至一定值。阀瓣下落与阀座密封面接触，及时重新达到关闭状态。安全阀能及时有效地回座关闭，是性能良好的一个重要标志。安全阀发生动作，也不一定要求设备或系统停止运转和进行维修。有时，安全阀发生动作是由于系统中的误操作等偶然因素所引起的。在这种情况下，不希望安全阀回座压力低于工作压力太多。回座压力过低意味着能量和介质的过多损失，并给设备与系统恢复正常运行带来困难。相反，回座压力也不宜过高。当回座压力高到接近开启压力时，容易导致阀门重新开启，造成阀门频跳，不利于关闭后重新建立密封。安全阀的结构应当保证能快速有效地关闭。迅速有力的回座比逐渐、缓慢的回座更有利于密封的建立。安全阀的回座性能是以开启压力值来相对衡量的，一般以启闭压差来确定。用于不同介质的安全阀，其启闭压差值是有所区别的。4）可靠密封—泄漏损失介质、污染环境、危及安全、加速损坏密封面。当锅炉、压力容器及管道处于正常运行压力时，关闭状态的安全阀应具有良好、可靠的密封性能。因为安全阀产生泄漏，损耗了工作介质(有时是很贵重或很危险的介质)，增加了能量消耗，并使周围环境和大气受到工作介质的污染。过多的泄漏甚至会影响到设备或系统的正常工作，乃至迫使装置停止运行。持续的泄漏还会使安全阀密封面遭受侵蚀，从而导致安全阀完全失效。安全阀动作以后重新建立密封，比维持原有密封状态更加困难。因为安全阀在关闭过程中，工作介质压力作用在阀瓣的较大的面积上，而在开启以前，只作用在受密封面限制的较小的面积上。所以，安全阀容易在动作之后降低、以致失去密封性。特别是直接载荷作用式安全阀的回座密封问题是较难解决的问题之一。而在带有辅助操纵机构的安全阀中，这个问题是采用强制密封的措施来解决的。要求安全阀保持密封性要比一般截止用的阀门困难得多。因为没有很大的作用力施加于密封面之间，安全阀阀瓣紧贴在阀座上仅仅形成了一个压紧比压很小的密封压力。密封压力是由阀门整定压力同设备运行工作压力的差值所决定的，通常是一个不大的值（10%整定压力）。对安全阀密封性的要求依其使用场合不同而有所区别。而使用场合的不同也决定着安全阀密封结构要求的不同。一般来说，对于金属－金属密封面的安全阀，要达到无泄漏是很难实现的。对于金属一非金属的软密封结构的安全阀，其密封性能会好得多。1.4安全阀的动作原理安全阀是一种自动阀门，当被保护系统内的介质压力超过预定值时，它自动开启；当介质压力回复到正常工作值时，它又自动关闭。图2所示为常规弹簧载荷式气体安全阀的动作原理示意。其动作基于力的平衡。在正常操作条件下，进口压力低于整定压力，阀瓣在弹簧力作用下压在阀座上处于关闭位置，阀门处于关闭(密封)状态（见图2A）。此时作用在阀瓣上的弹簧力F为：F=P×A+Fs式中：P——介质压力，MPa；A——阀瓣上受压面积，cm2；Fs——为使阀瓣和阀座压紧的向下密封附加力，N。阀瓣在阀座密封面上的压紧力Fs，保证了所需的密封性。A——关闭状态B——开始开启C——全开启图2气体安全阀的动作原理示意为了保证被保护系统的安全，安全阀的整定压力不得大于被保护系统的设计压力。在正常工作时，安全阀处于密封状态，所以安全阀的密封试验压力应等于或高于被保护系统正常操作时的工作压力。当系统进口压力等于阀门整定压力时，弹簧力等于进口介质作用在关闭阀瓣上的力，阀瓣与阀座之间的作用力等于零。当进口压力略高于整定压力时，介质流过阀座表面进入蓄压腔“B”，由于反冲盘与调节圈间节流作用的结果，蓄压腔“B”内的压力增加（见图2B），因为这时进口压力作用在更大的面积上，产生一个通常被称为膨胀力的附加力来克服弹簧力。通过调整调节圈，便可以调节环形流道缝隙的大小，从而控制蓄压腔“B”内的压力。这时蓄压腔内被控制的压力将克服弹簧力，导致阀瓣离开阀座，阀门突跳开启。一旦阀门已经开启，“C”处便会产生附加增压（见图2C）。这是由于突然的流量的增加以及由反冲盘裙边的内沿与调节圈外径所围成的另一个环形流道上的节流所造成的。这些“C”处的附加力会导致阀瓣在突跳时达到足够的开启高度。流量始终被阀座与阀瓣间的开度限制着，直到阀瓣离阀座的开启高度接近1/4喉径。当阀瓣达到这种程度的开启高度以后，流量便由喉部流道面积控制而不是阀座表面间的面积（帘面积）了。当进口压力已经降到低于整定压力足够多，以致弹簧力足以克服“A”，“B”，“C”三处力之和时，阀门关闭。阀门回座时的压力就是关闭压力。整定压力与关闭压力的差称为启闭压差。图3表示的是阀瓣从整定压力（图中A点）经历超压阶段到达最大泄放压力（B点），经历启闭压差阶段回到关闭压力（C点）的全部行程。图3安全阀阀瓣开启高度与被保护系统压力间的典型关系图液体介质用阀门不会象气体介质用阀门那样突跳（见图4）。因为液体流动不产生象气体介质流动那样的膨胀力。液体介质用阀门必须依靠反作用力来达到开启高度。图4液体安全阀的动作原理示意当阀门关闭时，作用在阀瓣上的力与应用于气体介质中的作用的力是相同的，直到达到力的平衡，即保持阀座关闭的合力接近零。从这时起，力的关系就完全不同了。在最初开启时，逸出的液体形成一层非常薄的流体,见图4A，在阀座表面间迅速扩展。液体冲击阀瓣反冲盘的反作用面，并被折流向下，产生向上推动阀瓣和反冲盘的反作用力。在最初的2%～4%的超过压力范围内，这些力通常建立得很慢。随着流量逐渐增加，流过阀座的液体的速度头也在增加。这些动量作用力与快速泄放的液体介质由于从反作用表面（见图4B）被折流向下所产生的作用力的合力足以使阀门达到全开。通常情况下，在2%～6%的超过压力下，阀门会突然间波动到50%～100%的全开高。随着超过压力增加，这些力继续增加，推动阀门达到全开。ASME鉴定的液体介质阀门的排放量，要求阀门在10%或更小的超过压力下，达到全部的额定排量。在阀门关闭的过程中，随着超过压力减小，液体介质动量和反作用都减小，弹簧力推动阀瓣返回与阀座接触。过去，许多用在液体介质中的泄压阀都是为可压缩（蒸气）介质设计用的安全泄放阀或泄放阀。许多这样的阀门当用在液体介质时，需要高的超过压力（25%）才能达到全开高和稳定的工作，这是因为液体介质无法提供气体介质那样的膨胀力。ASME《锅炉和压力容器规范》第Ⅷ卷要求，液体介质在10%超过压力下，达到全开启、稳定工作和额定泄放量。而GB/T12223—2005则规定排放压力≤1.20整