淺析安全閥的介紹及選型

                             淺析安全閥的介紹及選型
                              上海申弘閥門有限公司
摘 要: 從定義入手, 詳細介紹了安全閥及泄放閥的區別及選用。并分析了國內主要的安全閥系列,
列出了安全閥選用一般規則。
關鍵詞: 安全閥; 泄放閥; 閥門選用; 安全閥選購
1 概述
安全閥是壓力容器、壓力管道和其他受壓力設備上重要的安全附件。主要作用是防止壓力容器、鍋爐和管道等受壓設備因火災、操作故障或停水、停電造成壓力設備超過其設計壓力而發生爆炸事故。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。其動作可靠性和性能好壞直接關系到設備和人身的安全, 并與節能和環境保護緊密相關。而有的用戶和設計部門在選型時, 總是選錯型號。為此本文對安全閥的選用加以分析。
2 定義
所謂安全閥廣義上講包括泄放閥, 從管理規則上看, 直接安裝在蒸汽鍋爐或一類壓力容器上, 其必要條件是必須得到技術監督部門認可的閥門, 狹義上稱之為安全閥, 其他一般稱之為泄放閥。安全閥與泄放閥在結構和性能上很相似, 二者都是在超過開啟壓力時自動排放內部的介質, 以保證生產裝置的安全。由于存在這種本質上類似性, 人們在使用時,往往將二者混同, 另外, 有些生產裝置在規則上也規定選用哪種均可。因此, 二者的不同之處往往被忽視。從而也就出現了許多問題。如果要將二者作出比較明確的定義, 則可按照《A SM E 鍋爐及壓力容器規范》*篇中所闡述的定義來理解:
①安全閥(Safety V alve) 一種由閥前介質靜壓力驅動的自動泄壓裝置。其特征為具有突開的全開啟動作。用于氣體或蒸汽的場合。

②泄放閥(ReliefV alve) , 又稱溢流閥是一種由閥前介質靜壓力驅動的自動泄壓裝置。它隨壓力超過開啟力的增長而按比例開啟。主要用于流體的場合。

③安全泄放閥(Safety Relief V alve) , 又稱安全溢流閥是一種由介質壓力驅動的自動泄壓裝置。根據使用場合不同既適用作安全閥也適用作泄放閥。以日本為例, 給安全閥和泄放閥作出明確定義的比較少, 一般用作鍋爐這類大型貯能壓力容器的安全裝置稱之為安全閥, 安裝在管道上或其他設施上的稱之為泄放閥。不過, 若按日本通產省的《火力發電技術標準》的規定看, 設備上安全保障的重要部分, 使用安全閥,如鍋爐、過熱器、再熱器等。而在減壓閥的下側需要與鍋爐和渦輪機相接的場合, 都需要安裝泄放閥或安全閥。如此看, 安全閥要求比泄放閥更具可靠性。另外, 從日本勞動省的高壓氣體管理規則、運輸省及各級船舶協會的規則中, 對安全排放量的認定和規定來看, 我們把保證了排放量的稱之為安全閥, 而不保證排放量的閥門稱作泄放閥。在國內不論全啟式或微啟式統稱為安全閥。

2 選型
211 分類
目前大量生產的安全閥有彈簧式和桿式兩大類。另外還有沖量式安全閥、先導式安全閥、安全切換閥、安全解壓閥、靜重式安全閥等。彈簧式安全閥主要依靠彈簧的作用力而工作, 彈簧式安全閥中又有封閉和不封閉的, 一般易燃、易爆或有毒的介質應選用封閉式, 蒸汽或惰性氣體等可以選用不封閉式,在彈簧式安全閥中還有帶扳手和不帶扳手的。扳手的作用主要是檢查閥瓣的靈活程度, 有時也可以用作手動緊急泄壓用。杠桿式安全閥主要依靠杠桿重錘的作用力而工作, 但由于杠桿式安全閥體積龐大往往限制了選用范圍。溫度較高時選用帶散熱器的安全閥。
   安全閥的主要參數是排量, 這個排量決定于閥座的口徑和閥瓣的開啟高度, 由開啟高度不同, 又分為微啟式和全啟式兩種。微啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1ö4 0～ lö20。全啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1ö 4。
212 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。
①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。

⑥E 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。bk井下排水或天然氣管道一般用先導式安全閥。bl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。bm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。bn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。bo介質凝固點較低的系統一般選用保溫夾套式安全閥。
213 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JBöT 2203- 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、上海申弘閥門有限公司，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, 規格不全, 微啟式安全閥大公稱通徑為DN 100, 全啟式安全閥大公稱通徑DN 200, 中間缺少DN 65、DN 125 兩個規格。根據我廠所生產的安全閥規格及掌握的資料來看, 目前微啟式安全閥公稱通徑大達到DN 250, 全啟式安全閥公稱通徑達到DN 400。經工程實際使用考證, 各廠家連接尺寸也不盡統一, 如DN 150 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JBöT 2203- 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A P I526《鋼制法蘭連接安全泄放閥》(F langed Steel Safety Relief V alve) 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。本標準公稱通徑為DN 25～ DN 200 ( l″～ 8″) , 公稱壓力為2～ 42M Pa, 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DN 100～DN 150 (4″～6″) 喉徑有L、M、N、P 四種可以選擇。隨著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以在上影響比較大的安德森·格林伍德公司(A nderson Greenwood&Co. ) 為依據的活塞式導閥操作安全泄壓閥( P ilo t Operated P ressu reRelief V alves) 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DN 25～ DN 150 (1"～ 6’ ) , 公稱壓力l. 6～ 4.0M Pa, 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。
214 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《A P IRP520 煉廠泄壓系統設計和安裝的實施方法*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。

3 工程實例
某物流有限公司液體化學品碼頭工程位于江蘇省, 主要承擔液體化學品及液化石油氣的裝卸、倉儲物流中轉及相關服務業務。
建設規模: 20000DW T 泊位1 個, 同時可兼靠3000DW T 船2 個。承擔液體化學品及液化石油氣的進、出口任務, 年吞吐量為115 萬t, 其中進口58 萬tö年, 出口57 萬tö年, 主要輸送物料為苯類, 乙二醇及液化石油氣。
其中液化石油氣在常溫常壓下是氣體, 在一定的壓力下或冷凍到一定溫度可以液化為液體。在儲運過程中, 我們一般選用液體方式輸送。為防止液化石油氣在輸送過程中, 由于溫度的升高, 體積的增大, 或者壓力的降低等原因, 造成部分液體氣化, 瞬時增大壓力。從而破壞輸送管線, 造成不必要的損失, 故按照工藝及配管布置要求, 增設一條液化石油氣氣相管線, 并在相關位置設置安全閥連通液化石油氣的液相管線, 以保證整體輸送管線的安全。此安全閥設置于液化石油氣的液相管與氣相管的連接處, 當液化石油氣液相管線中的壓力達到設定值時, 產生的壓力觸發彈簧自動彈起, 連通液、氣兩相管線, 使管線壓力達到平衡, 以達到安全泄壓作用; 按照安全閥選型的基本原則與方法: 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。又因管線設計本為密閉裝卸流程, 故使用全開啟式安全閥即可滿足使用要求。故此工程液化石油氣管線決定選用了上海閥門廠的彈簧式全啟式安全閥。

5 結束語
安全閥的選型是一項比較重要的工作, 選型恰當與否將直接影響設備的安全。上述所列都是在工程實際應用中的一些經驗總結, 限于篇幅, 可能不盡*, 供大家參考。與本文相關的論文有：安全閥定期檢驗辦事指南
[參考文獻]
[1 ] 安全閥國外標準匯編[M ]. 北京: 合肥通用機械研究所, 1985.
[2 ] 工藝管道安裝設計手冊[M ]. 北京: 中國石化出版社, 2005.
[ 3 ] 壓力容器安全技術監察規程. 勞動部, 1990.
[4 ] A P I- RP520 ( I) 煉廠安全泄壓系統的設計和安裝.