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壓力管道安全閥的選用

文檔作者：曾雄偉程紅莉王桂彩文檔來(lái)源：秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院			點(diǎn) 擊數(shù)：
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全國(guó)性建材科技期刊—— 《玻璃》 201 5年第6期 總第285期
壓力管道安全閥的選用
曾雄偉程紅莉 王桂彩
(秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院秦皇島市066001)
摘要簡(jiǎn)述了壓力管道用安全閥的分類及選擇，通過(guò)實(shí)例介紹如何選用安全閥。
關(guān)鍵詞安全閥壓力管道選用
中圖分類號(hào)：TQ171 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003—1987(2015)06—0014—04
Selection of Safety Valve for Pressure Piping
Zeng Xiongwei，Cheng Hongli，Wang Guicai
(Qinhuangdao glass industry research&amp;amp;design institute，Qinhuangdao，066001)
Abstract：This paper briefly introduces the classification and selection of safety valve for pressure piping，
and illustrates how to choose the safety valve．
Key W ords：safety valve，pressure piping，selection
0 引言
安全閥是由彈簧作用或?qū)чy控制的自動(dòng)閥
門，它不需要借助外力而是利用管道介質(zhì)本身的壓
力開(kāi)啟閥瓣排出一定數(shù)量的流體來(lái)降低管道內(nèi)的壓
力，以防止壓力超過(guò)額定的安全值，是壓力管道中
不可缺少的管道附件。安全閥的主要作用是防止管
道或設(shè)備因外部火災(zāi)、設(shè)備故障、操作人員失誤或
公用工程(冷卻水、電、蒸汽、儀表空氣、燃料
等)故障以及其它可能引起超壓的因素造成系統(tǒng)壓
力超過(guò)其設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生爆炸事故。當(dāng)管道系統(tǒng)內(nèi)
介質(zhì)在安全閥人口處的靜壓力超過(guò)其設(shè)定壓力時(shí)，
安全閥立即動(dòng)作，泄放出壓力介質(zhì)。當(dāng)壓力恢復(fù)正
常降至回座壓力后，閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并阻止介質(zhì)繼
續(xù)流出，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
1 安全閥的分類
1．1 按作用原理分類
①直接作用式安全閥
直接作用式安全閥是在工作介質(zhì)的直接作用
1 4
下開(kāi)啟的，依靠工作介質(zhì)的壓力克服加載機(jī)構(gòu)施
加在閥瓣的機(jī)械載荷，使閥門開(kāi)啟。
②非直接作用式安全閥
非直接作用式安全閥一般分為先導(dǎo)式安全閥
和帶動(dòng)力輔助裝置的安全閥。
先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成，當(dāng)
管道系統(tǒng)內(nèi)超壓時(shí)，依靠從導(dǎo)閥排出的介質(zhì)來(lái)驅(qū)
動(dòng)或控制主閥以達(dá)到泄壓的目的。
帶動(dòng)力輔助裝置的安全閥是借助于一個(gè)動(dòng)力
輔助裝置，在低于正常開(kāi)啟壓力的情況下強(qiáng)制安
全閥開(kāi)啟，提供一種在緊急情況下強(qiáng)制開(kāi)啟安全
閥的手段。
1．2 按閥瓣開(kāi)啟高度分類
①全啟式： ≥d,／4。式中： 安全閥閥瓣開(kāi)啟
高度； 安全閥閥座喉部直徑。適用于安全泄放
量較大的場(chǎng)合。排放氣體或蒸汽時(shí)，選用全啟式
安全閥。
②微啟式：Jiz≤a,／20。適用于安全泄放量較小
和要求壓力較平穩(wěn)的場(chǎng)合。排放液體時(shí)，選用全
啟式或微啟式安全閥。
生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)
1．3 按平衡內(nèi)壓的方式分類
①?gòu)椈墒?
彈簧式安全閥利用彈簧的壓縮力來(lái)平衡介質(zhì)
作用在閥瓣上的靜壓力，可以通過(guò)調(diào)整彈簧的壓
縮量來(lái)改變安全閥的開(kāi)啟壓力。
彈簧式安全閥可分為封閉式和不封閉式。一
般易燃、易爆或有毒介質(zhì)應(yīng)選用封閉式，介質(zhì)排
放時(shí)通過(guò)管道接至回收容器或引入安全地點(diǎn)。對(duì)
于蒸汽或惰性氣體等介質(zhì)可采用不封閉式。
彈簧式安全閥也有帶扳手和不帶扳手兩種。
扳手的主要作用是檢查閥瓣的靈活程度，有時(shí)也
可作緊急泄壓用。
②杠桿式
杠桿式安全閥一般也叫重錘杠桿式安全閥，
閥中有一杠桿，桿杠一端有重錘，另一端連接閥
瓣，利用重錘和杠桿來(lái)平衡閥瓣上的力。根據(jù)杠
桿原理，可以讓質(zhì)量較小的重錘獲得較大的作用
力，并可以通過(guò)移動(dòng)重錘在杠桿的位置來(lái)改變閥
瓣的受力從而調(diào)整安全閥的開(kāi)啟壓力。
③脈沖式
脈沖式安全閥也叫先導(dǎo)式安全閥或組合式安
全閥，由主安全閥、脈沖閥組成，主安全閥由小脈
沖閥控制。脈沖閥一般是一個(gè)重錘杠桿式安全閥，
也可以是彈簧式安全閥，當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力超過(guò)規(guī)定值
時(shí)，脈沖閥先動(dòng)作打開(kāi)，氣體不直接向外排放，而
是進(jìn)入主安全閥的活塞上面，氣體在活塞上的壓力
可以克服彈簧壓緊的作用力，故將主閥打開(kāi)泄壓。
壓力管道上使用的大多是彈簧式安全閥。
2 安全閥的各種參數(shù)的確定
2．1 公稱壓力
安全閥的公稱壓力是依據(jù)安全閥的工作壓力
決定的；．安全閥的適用溫度范圍是由工作溫度決
定的。安全閥的工作壓力是指安全閥正常運(yùn)行時(shí)
閥前所承受的管道流體的靜壓力，它與被保護(hù)的
管道系統(tǒng)或設(shè)備的工作壓力相同。
2。2 開(kāi)啟壓力
安全閥的開(kāi)啟壓力一般為安全閥工作壓力的
1．05～1．1倍，且應(yīng)不大于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力。對(duì)彈
簧式安全閥還有彈簧的工作壓力的等級(jí)的選擇。
2．3 最大泄放壓力
當(dāng)安裝一個(gè)安全泄放裝置時(shí)，安全閥的設(shè)定
壓力應(yīng)不大于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，且最大泄放壓力應(yīng)
不大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的10％和20 KPa中的較大者。
2．4 公稱通徑
根據(jù)管道系統(tǒng)的安全泄放量來(lái)確定安全閥的
喉部面積或直徑，進(jìn)而確定安全閥的公稱通徑，
安全閥的排放能力≥安全泄放量。管道系統(tǒng)的安
全泄放量是指系統(tǒng)發(fā)生異常超壓時(shí)安全閥所必須
排出介質(zhì)的量，一般可按管道最大流量計(jì)算。
表1 安全閥公稱通徑DN與喉部直徑d關(guān)系 ／mm
公稱通徑DN 20 25 32 40 50 65 80 1o0 125 15O
微啟式 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125
全啟式 15 16 20 25 32 40 50 65 80 100
2．5 材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式
選擇安全閥的材質(zhì)需考慮管道介質(zhì)的工作溫
度、工作壓力，介質(zhì)性能以及材料的工藝性、經(jīng)
濟(jì)性等多種因素。一般情況下根據(jù)安全閥生產(chǎn)單
位提供的安全閥樣本中列舉的不同型號(hào)安全閥的
工作溫度、壓力范圍以及代表性使用介質(zhì)的種類
進(jìn)行選用。對(duì)材質(zhì)有特殊要求時(shí)，可在訂貨時(shí)與
生產(chǎn)單位協(xié)商解決。
3 安全閥計(jì)算實(shí)例
在壓力管道的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)對(duì)安全閥做出
選型或者對(duì)安全閥的安全排放能力進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)
】5
全國(guó)性建材科技期刊—— 《玻璃》 201 5年 第6期 總第285期
算。現(xiàn)擬以GB／T 20801．6—2006為依據(jù)對(duì)安全閥
進(jìn)行選用計(jì)算。
例1：一天然氣管道，管徑 277×7mm，最高
工作壓力p =0．1 Mpa，工作溫度t=30℃，設(shè)計(jì)壓
力0-3 MPa，確定安全閥尺寸。
解： (1)確定氣體的狀態(tài)條件
設(shè)p 安全閥出El側(cè)壓力(絕對(duì)壓力)0．11
MPa(稍大于0．1 MPa)；
P 一安全閥開(kāi)啟壓力(表壓)0．15 MPa(不
大于設(shè)計(jì)壓力)；
取 d_一安全閥的最大泄放壓力(絕對(duì)壓力)
Pd=1．1戶 +0．1=1．1×0．15+0．1=0．265(MPa)
(不大于設(shè)計(jì)壓力的10％和20 kPa中的較大者)。
Pn／pd=0．1 1／0．265=0．415
而[2／(k+1)]Mh ”=[2／(1．32+1) n “
= 0．919
P。／p ≤ [2／(k+1)]【k／ “”，屬于臨界條件。
安全閥的最小泄放面積按公式(1) (GB／T
20801．6-2006附錄A．3．1．1)計(jì)算。
： — — (1)
0．076 ＼／
式中： 一系統(tǒng)的安全泄放量，kg／h；
一安全閥的最小泄放面積，mm ；
Cr氣體特}生系數(shù)，可查表或按下式求取：
廠——— 一 +1
c=520V尼( l)西。查表(GB／T20801．6—
2006附錄A表A．1)得C=349；
安全閥的額定泄放系數(shù)， 取0．9倍
泄放系數(shù)(泄放系數(shù)與閥的結(jié)構(gòu)有關(guān)，應(yīng)根據(jù)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，通常由安全閥制造廠提供)。
無(wú)參考數(shù)據(jù)時(shí)，按下述規(guī)定選用：全啟式安全閥
K=0．60～0．70； 帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥
K=0．40～0．50；不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥
K：0．25～0．35。本例天然氣選用全啟式安全閥，
1 6
K =0．70：
k一氣體絕熱指數(shù)，天然氣k=1．32；
一氣體的摩爾質(zhì)量，kg／kmol，天然氣
M = 16 kg／kmol；
z一在泄放壓力及溫度下氣體壓縮系數(shù)，
Z = 1；
一泄放的氣體溫度，K，本例 =273．15
+30= 303．15 K。
(2)確定安全泄放量
天然氣屬可壓縮氣體，壓縮氣體系統(tǒng)的安全
泄放量按公式(2) (GB／T 20801．6．_2o06附錄
A．2．1．2)計(jì)算。
Ws=2．83×10一 (2)
式中：p一排放壓力下的氣體密度，kg／m ，計(jì)算
公式：P= M／8．314／T。
得|p=265×16／8．314／303．15=1．682(kg／m )。
1，一進(jìn)口管最大氣體流速，m／s，取18 m／s；
d一進(jìn)料管內(nèi)徑，mn'l，d=273—7 X 2=259
(mm)。
將p、1，、d代人公式(2)，得 =2．83 X 10
X 1．682 X 18×259 =5747．57(kg／h)。
其中，÷ ×3600×10～=2．83×10
4
(3)確定安全閥的最小泄放面積
由公式(1)得：
： 蘭!： Z 一
0．076~349~0．70~0．27~＼／
= 5084．76 (mm )。
(4)確定安全閥閥座的喉部直徑
對(duì)全啟式安全閥 =÷d ，得 =80．48 mm。
葉
選用A42Y一16C DN150的全啟式安全閥一只。
例2：一液氨管道(管道不保溫)，管徑
57×3．5 mm，管道長(zhǎng)度L=50 m，設(shè)計(jì)壓力P =
2．16 MPa，設(shè)計(jì)溫度t=45℃，確定安全閥尺寸。
生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)
解： (1)確定氣體的狀態(tài)條件
安全閥出口側(cè)壓力(絕對(duì)壓力)0．11
MPa
取 一安全閥的最大泄放壓力(絕對(duì)壓力)
Pd=2．16+0．02=2．18(MPa)
≤ [2／( 十1)][k／(k+1)l，屬于臨界條件。
安全閥的最小泄放面積按公式(1)計(jì)算。
(2)確定安全泄放量
液氨屬于可燃液化氣體，液氨管道無(wú)絕熱保
溫層，安全泄放量按公式(3) (GB／T20801．6—
2006附錄A．2．2．1)計(jì)算。
：= ————— = (3)
g
式中：卜系數(shù)。地面以下用沙土覆蓋時(shí)，
F=0I3；地面以上，F(xiàn)=1．0；大于1OU (m ·min)
噴淋裝置下時(shí)，F(xiàn)=0．6。本例RE=1．0；
。_ 容器及管道受熱面積，m ，A =3．14×
0．057×50=8．949(ITI )。
g一在泄放壓力下液體的氣化潛熱，
kJ／kg；查工具書(shū)得q=257．25 kcal／kg=1076．95
kJ／kg。
將上述參數(shù)代人公式(3)得 =1428．24
kg／h。
(3)確定安全閥的最小泄放面積
：
：蘭 一
o．o76×349 x 0．70~2．18~＼／
= 152．65(mm )。
= 13．94 mm。選用A42F一40P
式安全閥一只。
放量按公式(4) (GB／T 20801．6— 2006附錄
A．2．2．1)計(jì)算。
： =———————二!— —— ：： (4)
Dg
式中：t一排放壓力下介質(zhì)的飽和溫度，oC；本
例t~-45 oC；
一常溫下絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ／(in·
h·oC)，本例 =0．0275 W／(m·℃ ) 0．099
kJ／(ITI·h·oC)；
6一保溫層厚度，m，本例6=0．05 m。
將上述參數(shù)代人公式(4)得 =17．80
kg／h。
保溫后液氨管道的安全泄放量遠(yuǎn)小于不保溫
的液氨管道，從側(cè)面反應(yīng)對(duì)管道保溫可以有效防
止管道因受熱超壓，降低安全隱患，符合工程中
的實(shí)際情況。
4 結(jié)語(yǔ)
安全閥是壓力管道中不可缺少的輔助設(shè)備，
能夠保證管道的安全運(yùn)行。在選用安全閥時(shí)，應(yīng)
根據(jù)不同介質(zhì)種類、防護(hù)要求和壓力等因素合理
選擇。對(duì)安全閥進(jìn)行選用計(jì)算時(shí)，一定要注意各
個(gè)公式的適用條件，防止因公式使用不當(dāng)而導(dǎo)致
計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差。
參考文獻(xiàn)
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量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2006
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與管道，2004(04)
DN32的全啟 [3]《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組．動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)【M】．機(jī)
例3：將例2中的不保溫液氨管道改為采用硬
質(zhì)聚氨酯泡沫塑料對(duì)管道進(jìn)行保溫，計(jì)算安全泄
放量。
解：液氨管道有完善的絕熱保溫層，安全泄
械工業(yè)出版社，2006．1(2011．11重印)．
[4]GB／T 20801．1—2006，壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第6部分：
安全防護(hù)[s】．國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2006
[5]TSG D0001-2009，壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程【s】．國(guó)家
質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2006
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