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安全閥的選用及工作原理

安全閥的選用

由操作壓力決定安全閥的公稱壓力,由操作溫度決定安全閥的使用溫度范圍,由計算出的安全閥的定壓值決定彈簧或杠桿的定壓范圍,再根據使用介質決定安全閥的材質和結構型式,再根據安全閥泄放量計算出安全閥的喉徑。以下為安全閥選用的一般規則。
(l)熱水鍋爐一般用不封閉帶扳手微啟式安全閥。
(2)蒸汽鍋爐或蒸汽管道一般用不封閉帶扳手全啟式安全閥。
(3)水等液體不可壓縮介質一般用封閉微啟式安全閥,或用安全泄放閥。
(4)高壓給水一般用封閉全啟式安全閥,如高壓給水加熱器、換熱器等。
(5)氣體等可壓縮性介質一般用封閉全啟式安全閥,如儲氣罐、氣體管道等。
(6)E級蒸汽鍋爐一般用靜重式安全閥。
(7)大口徑,大排量及高壓系統一般用脈沖式安全閥,如減溫減壓裝置、電站鍋爐等。
(8)運送液化氣的火車槽車、汽車槽車、貯罐等一般用內裝式安全閥。
(9)油罐頂部一般用液壓安全閥,需與呼吸閥配合使用。
(10)井下排水或天然氣管道一般用先導式安全閥。
(11)液化石油氣站罐泵出口的液相回流管道上一般用安全回流閥。
(12)負壓或操作過程中可能會產生負壓的系統一般用真空負壓安全閥。
(13)背壓波動較大和有毒易燃的容器或管路系統一般用波紋管安全閥。
(14)介質凝固點較低的系統一般選用保溫夾套式安全閥。
國內主要廠家的比較及連接尺寸的選擇國內生產安全閥的廠家比較多,連接尺寸也大多不統一。主要分以下幾個大類:
(1)以JB/T2203-1999《彈簧式安全閥結構長度》為主的通用類。目前國內大多數安全閥生產廠家均按本標準設計生產。如浙江羅浮鍋爐附件廠、杭州閥門廠、江蘇吳江閥門工具廠、上海閥門廠、開封高壓閥門廠、海安閥門廠等。但本標準也不盡完美,規格不全,微啟式安全閥最大公稱通徑為 D NI 00,全啟式安全閥最大公稱通徑DN200,中間缺少DN65、DN125兩個規格。 目前微啟式安全閥公稱通徑最大達到DN250,全啟式安全閥公稱通徑達到DN400。經本人考證,各廠家連接尺寸也不盡統一,如 DN150全啟式安全閥,浙江羅浮鍋爐附件廠、上海閥門廠及江蘇吳江閥門工具廠各不相同。為了有一個統一的標準,用戶在選用及安裝時同一規格能夠互換,建議合肥通用機械研究所對JB/T2203-1999《彈簧式安全閥結構長度》進行修訂。建議設計院及用戶按標準選用,安全閥生產廠家按標準設計制造。 
(2)以API526 《鋼制法蘭連接安全泄放閥》(Flanged Steel Safety Relief Valve)為主的美標體系。國內進口化工設備等所配的安全閥連接尺寸一般按照本標準,如圖5所示。本標準公稱通通徑為DN25~ DN200( l”~ 8”),公稱壓力為 2~ 42MPa,喉徑從D-T(9.5~146mm)。本標準比較科學規范,對壓力、材料、溫度、喉徑等統籌考慮。依照喉徑確定規格,同一喉徑可以有好幾個規格,相反同一規格可能有好幾個喉徑可以選擇。如 DN100~DN150(4”~6”)喉徑有L、M、N、P四種可以選擇。隨著國際貿易及進口設備國產化的不斷推進,該標準將在國內得到很大推廣。目前該標準還沒有轉化為國標。 
(3)以在國際上影響比較大的安德森·格林伍德公司(Anderson Greenwood&Co.)為依據的活塞式導閥操作安全泄壓閥(Pilot Operated Pressure Relief Valves)系列。國內一般稱之為先導式安全閥,如圖6所示,先導式安全閥由主閥和導閥組成,導閥操作主閥的開啟和關閉。這種閥門排量大;不受背壓的影響;可以在非常接近開啟壓力下進行不泄漏操作;啟閉壓差小等優點。一般適用于天然氣管道等。目前國內還沒有先導式安全閥標準及連接尺寸標準。并且這種類型的閥門剛剛開發,還沒有廣泛推廣。據我廠的經驗及所掌握的資料來看,國內大多數廠家按照該公司的數據設計制造,如浙江羅浮鍋爐附件廠、航天十一研究所等。建議合肥通用機械研究所盡早起草并發布先導式安全閥標準。
(4)以中國航天工業總公司第十一研究所設計研制的安全閥自成一個體系。航天十一所研制的HT系列安全閥品種多,有HTO普通安全閥(如圖1所示)、HTB平衡波紋管式安全閥、HTR泄流閥、HTN特殊安全閥、HTGS高性能蒸汽安全閥。HTXY液體泄壓閥、HTXD先導式安全閥等,且性能良好。但是除HTXD系列先導式安全閥與安德森·格林伍德公司連接尺寸相同外,其余與美標、國標均不相同。這一點請選用時務必注意。
(5)以蘭州煉油廠設計研制開發的A型、TA型封閉全開啟彈簧式安全閥自成一個體系。該系列口徑DN25~DN150 (1”~6’),公稱壓力l.6~4.0MPa,喉徑D~R(9.5-115mm)。該體系連接尺寸與美標及國標均不相同,為蘭煉專用。
(6)為鍋爐、電站設備、減溫減壓裝置配套的沖量式安全閥系列。如哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠、武漢鍋爐廠、青島電站輔機廠等配套的專用安全閥。此類系列閥門結構及連接尺寸各廠家一般不相同,可能有部分相同。選用時一定要注意閥門喉徑及連接尺寸的區別。
喉徑的計算喉徑的計算一般按照《鍋爐壓力容器安全技術規范》附件五所列的公式。或者按照《APIRP520 煉廠泄壓系統設計和安裝的推薦實施方法第一部分設計》中所列的公式。上述兩種公式計算結果基本相同或相差不大。

安全閥的工作原理

安全閥是為了防止壓力設備和容器或易引起壓力升高或容器內部壓力超過限度而發生爆裂的安全裝置。安全閥是壓力容器、鍋爐、壓力管道等壓力系統使用廣泛的一種安全裝置,保證壓力系統安全運行。 當容器壓力超過設計規定時,安全閥自動開啟,排出氣體降低器內的過高壓,防止容器或管線破壞。而當容器內的壓力降至正常操作壓力時,即自動關閉避免因容器超壓排出全部氣體,從而造成浪費和生產中斷。安全閥主要由閥座、閥瓣(閥芯)和加載機構三部分組成。閥座有的和閥體是一個整體,有的是和閥體組裝在一起的,它與設備連通。閥瓣常連帶有閥桿,它緊扣在閥座上。閥瓣上面是加載機構,載荷的大小可以調節。當設備內的壓力在一定的工作壓力范圍之內時,內部介質作用于閥瓣上面的力小于加載機構加在閥上面的力,兩者之差構成閥瓣與閥座之間的密封力,使閥瓣緊壓著閥座,設備的介質無法排出。當設備內的壓力超過規定的工作壓力并達到安全閥的開啟壓力時,內部介質作用于鬧瓣上面的力大于加載機構施加在它上面的力,于是閥瓣離開閥座,安全閥開啟,設備內的介質即通過閥座排出、如果安全閥的排量大于設備的安全泄放量,設備內壓力即逐漸下降,而且通過短時間的排氣后,壓力即降回至正常工作壓力。此時內壓作用于閥瓣上面的力又小于加載機構施加在它上面的力,閥瓣又緊壓著閥座,介質停止排出,設備保持正常的工作壓力繼續運行。所以,安全閥是通過閥瓣上介質作用力與加載機構作用力的消長,自行關閉或開啟以達到防止設備超壓的目的。

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