锅炉及压力容器安全阀应用案例

锅炉及压力容器安全阀应用案例

本文介绍了的种类及其选用要求，分析了不同结构形式的安全阀的工作原理和性能差异，并总结了在石油化工管道设计中，安全阀的一些选型和安装设置经验安全阀是锅炉、压力容器和其他受压力设备上重要的安全附件。其动作可靠性和性能好坏直接关系到设备和人身的安全，并与节能和环境保护紧密相关。而有的用户和设计部门在选型时，总是选错型号。为此本文对安全阀的选用加以分析。  

    所谓安全阀广义上讲包括泄放阀，从管理规则上看，直接安装在蒸汽锅炉或一类压力容器上，其必要条件是必须得到技术监督部门认可的阀门，狭义上称之为安全阀，其他一般称之为泄放阀。安全阀与泄放阀在结构和性能上很相似，二者都是在超过开启压力时自动排放内部的介质，以保证生产装置的安全。由干存在这种本质上类似性，人们在使用时，往往将二者混同，另外，有些生产装置在规则上也规定选用哪种均可。因此，二者的不同之处往往被忽视。从而也就出现了许多间题。如果要将二者作出比较明确的定义，则可按照《ASME锅炉及压力容器规范》篇中所阐述的定义来理解： 

1 锅炉及压力容器安全阀应用案例概述

安全阀是锅炉、压力容器和其他受压力设备上重要的安全附件。其动作可靠性和性能好坏直接关系到设备和人身的安全，并与节能和环境保护紧密相关。在石油化工企业的生产过程中，由于操作失误、仪表失灵、机械故障等原因，致使设备或管道内的介质压力升高,就有可能造成设备、管道的损坏，甚至对人员造成生命危害。在设备或管道上设置安全阀后，当压力超过规定值时安全阀自动开启，并向系统外排放介质，从而防止了设备或管道内的压力超过其安全值所导致的生产事故。因此，安全阀广泛运用于石油化工生产装置中，它对人员安全和生产的正常运行起到重要的保护作用。

安全阀是一种安全泄压保护装置.当设备或管道内的介质压力超过规定值后,可自动控制向外释放介质以达到让介质压力值回归正常数值,当压力恢复常值后,安全阀门可自动闭合,防止介质的继续排出,对管道或设备的正常作业有着重要作用.本文就安全阀的诸多种类及性能做出统计与分析,在安全阀的正确选用上总结了相关使用经验.
 

1、安全阀各种参数的确定

①确定安全阀公称压力。 

根据阀门材料、工作温度和*大工作压力选定公称压力。 

②确定安全阀的工作压力等级。 

根据压力容器的设计压力和设计温度选定工作压力等级，安全阀的工作压力与弹簧的工作压力级有着不同的含义。

安全阀的工作压力是指安全阀正常运行时阀前所承受的静压力，它与被保护系统或设备的工作压力相同。

而弹簧的工作压力级则是指某一根弹簧所允许使用的工作压力范围，在该压力范围内，安全阀的开启压力（即整定压力）可以通过改变弹簧的预紧压缩量进行调节。

同一公称压力的安全阀，根据弹簧设计要求，可以分为多种不同的工作压力级。

选用安全阀时，应根据所需开启压力值确定阀门的工作压力级。

③确定安全阀的排放压力Pd

安全阀的排放压力一般为整定压力（开启压力）的1.1倍，蒸汽锅炉安全阀的排放压力为整定压力的1.03倍。 

④确定安全阀的通径

根据必需排放量来确定，安全阀的排放能力≥必需排放量。

被保护系统所必需的排放量是指系统发生异常超压时为防止超压所必须排除的量，它是由系统或设备的工作条件、容量以及可能引起超压等因素决定的。

⑤材质的确定 

选用安全阀的材质应考虑介质的工作温度、工作压力，介质性能以及材料的工艺性，经济性等多种因素。

2、锅炉及压力容器安全阀应用案例特殊结构的确定

①对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过320℃的气体用的安全阀，应选用带散热器(翅片)的安全阀。

②对承受附加背压力的安全阀，而且其背压力变化量超过整定压力10％时，应选用波纹管安全阀。

另外对使用有腐蚀性介质的安全阀，为防止弹簧及导向机构受介质腐蚀，也应选用波纹管安全阀。

③对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀，如需采用带有提升机构的，则应采用封闭式带板手安全阀。

④对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质，应采用带板手安全阀。

⑤液化槽(罐)车，应采用内置式安全阀。 

⑥对于泄放量大的工况，应选用全启式；

对于工作压力稳定、泄放量小的工况，宜选用微启式；

对于高压、泄放量大的工况，宜选用非直接起动式，如脉冲式安全阀；

对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀。

⑦工作压力低的固定式容器，可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀。移动式设备应采用弹簧式安全阀。 

⑧对于介质较稠且易堵塞的，宜选用安全阀与的串联组合式的泄放装置。

2 锅炉及压力容器安全阀应用案例分类

安全阀是一种安全保护用阀，属于自动阀类。按安全阀阀瓣开启高度可分为微启式安全阀和全启式安全阀， 微启式安全阀的开启行程高度为: ≤0.105d0 (*小排放喉部口径) ,一般用于排量不大的流体管路;全启式安全阀开启高度为: ≤0. 25d0 (*小排放喉部口径) ，排放量大;按阀体构造来分，可分为封闭式和不封闭式两种。封闭式安全阀即排除的介质不外泄，全部沿着出口排泄到地点,一般用在有毒和腐蚀性介质中。对于空气和蒸汽用安全阀，多采用不封闭式安全阀; 安全阀按结构形式来分，可分为下列4种:

2.1 重垂式。以重垂为荷载,直接加在阀瓣上。目前已逐渐淘汰。

2.2 杠杆重垂式。通过杠杆使重垂的载荷作用在阀瓣上。一般适用于泄压为0. 6MPa、温度在250℃以下的蒸汽或空气。由于杠杆式安全阀体积庞大往往限制了选用范围。

2.3 弹簧式。主要依靠作用在阀瓣上的弹簧力控制阀的启闭，具有结构紧凑、体积小、重量轻和启闭动作可靠的优点。工艺设备、管道上的安全阀一般采用弹簧式，阀体小、灵敏度好,适用于各种气、液体的泄压。弹簧式安全阀中又有封闭和不封闭的，一般易燃、易爆或有毒的介质应选用封闭式，蒸汽或惰性气体等可以选用不封闭式，在弹簧式安全阀中还有带扳手和不带扳手的。扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度，有时也可以用作手动紧急泄压用。

2.4 先导式(脉冲式)。利用导阀与主阀连在一起，通过导阀的脉冲作用驱动主阀动作。适用于大口径、大排量及高压系统。先导式安全阀与导阀采用无缝管接通，由先导阀来感测被控压力信号并控制主阀的启闭。其动作过程是：当安全阀的阀前压力低于整定压力时，先导阀整定弹簧将阀芯推向阀座密封面，气体介质经导阀进口进入主阀阀芯上腔，使阀芯下移贴紧阀座，导阀和主阀都处于无泄漏的关闭状态；当阀前压力达到或高于整定压力时，介质压力克服整定压力，弹簧将导阀阀芯推向上移，导阀受力面积由阀芯面积转化为活塞受力面积，受力面积增加上升力增大，导阀开启。主阀阀套上腔内的气体从导阀出口排出，主阀打开，介质迅速排放，活塞行程到*大位置。当介质压力排放到一定压力时，通过活塞阻尼孔的介质压力使活塞上下两端产生面积压差平衡，启闭压差由活塞上下两端面积压差平衡实现，当阀前压力降回到工作压力以下时，在较小弹簧力作用下，阀芯下移实现其密封。导阀关闭，主阀也就随之而关闭。

3 锅炉及压力容器安全阀应用案例的安装设置

在石油化工装置的设计中,随着涉及到的中、高压压力等级的设备与管道的增多,安全阀的使用也相应多了起来。因此，安全阀正确、合理的布置就尤为重要。

3.1 设备或管道上的安全阀一般应垂直安装,并尽量靠近被保护的设备或管道。但对设置的液体管道、换热器或容器等处的安全阀,当阀门关闭后,可能由于热膨胀而使压力升高的场所,可水平安装。

3.2 安全阀一般应安装在易于检修和调节之处,周围要有足够的工作空间。如:立式容器的安全阀, DN80以下者,可安装在平台内靠外侧; DN100以上者安装在平台外靠平台处,借助平台可以对阀门进行维修和检修。且不应安装在长的水平管道的死端,以免积聚固体物或液体。

3.3 管道上安装的安全阀,应位于压力比较稳定,距波动源有一定距离的地方,见图1及表1。

3.4 安全阀向大气排放时,对于一般无害介质(如空气等) 排放管口要高出以排放口为中心的715m半径范围内的操作平台、设备或地面2.5m以上。而对有腐蚀性、易燃或有毒的介质，排放口要高出15m半径范围内的操作平台、设备或地面3m以上。

3.5 安全阀出口接往泄压总管时，要由上部顺着流向以45°角插入总管，以免总管内的凝液倒入支管，并可减少安全阀的背压。当安全阀定压大于710MPa时，必须采用45°插入，如图2中图a所示。

3.6 湿气体泄压系统排放管内不应有袋形积液处,安全阀的安装高度应高于泄压系统。若安全阀出口低于泄压总管或排出管需要抬高接入总管时,应在低处易于接近的地方设液体储罐和液位计或手动放液阀,并定期排放至密闭系统以免袋形管段积液。另外在寒冷地区，袋形管段需要蒸汽伴热防冻。蒸汽伴热管也可使袋形管内的冷凝液气化，避免积液。但即使采用伴热管,手动放液阀仍是必须的。

3.7 安全阀出口管的设计应考虑背压不超过安全阀定压的一定值。对于弹簧式安全阀,普通型其背压一般不宜超过阀定压的10%，波纹管型(平衡型)其背压一般不宜超过安全阀压的30%;对于先导式安全阀，其背压不超过安全阀定压的60%。具体数值应查阅制造厂样本，经工艺计算决定。

3.8 由于气体或蒸汽由安全阀出口排入大气时，在出口管中心线上产生于流向相反的作用力,称为安全阀的反作用力。在进行安全阀出口管道设计时,应考虑此作用力的影响。如:安全阀出口管应设固定支架;当安全阀入口管段较长时,压力容器壁应补强。

4 锅炉及压力容器安全阀应用案例结语

安全阀设置的正确与否对整个装置系统的安全生产起着举足轻重的作用,安全阀的设计和选型对于压力容器和压力管道的设计和使用也是至关重要的环节,因此应引起设计工作者的高度重视,否则安全生产就成为一句空话。

是安装在压力容器或管道上,在紧急情况或异常工况下开启,防止内部压力超过设计规定的安全值,保护压力容器或管道等受压设备发生爆炸事故的装置.安全阀的全称为安全泄放阀(SafetyRelief Valve),它既可用于可压缩流体,也可用于不可压缩流体.安全阀的设置,泄放量的计算,公称尺寸的预估及阀门形式的选择是工艺工程师较为熟悉的工作内容,