先導(dǎo)式安全閥的應(yīng)用探討

李 學(xué) 華

（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司， 山東 青島 266071）

1 國內(nèi)外安全閥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

1.1 美國標(biāo)準(zhǔn)

ASME(American Society of Mechanical Engineering)美國機(jī)械工程師學(xué)會；

ASME boiling and Pressure Vessel Code(2010年)。

說明：

ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》中規(guī)定了泄壓閥的設(shè)計和制造要求。包括機(jī)械要求、材料選擇、制造及裝配的檢查、制造廠及裝配廠的產(chǎn)品試驗(yàn)、設(shè)計要求、焊接及其他要求等方面。不同卷，要求不同［1］。

ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》中還規(guī)定了泄壓閥的排量驗(yàn)證試驗(yàn)要求及步驟。

ASME PTC 25為泄壓裝置的試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)報告內(nèi)容提供了標(biāo)準(zhǔn)。

API RP 520 Sizing ,selection, and installation of pressure-relieving devices in refineries。

PartⅠ Sizing and selection 第 8 版 2008.11（第7版 2000.01）。

介紹了各種類型安全閥的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。列出在各種流體介質(zhì)（氣體、水蒸氣、液體及兩相流）排量下所需流道面積的計算方法，并給出相關(guān)修正系數(shù)［2］。

API RP 521 Guide for pressure-relieving and depressuring systems(第 4 版 1997.03) 。

API Std 526 Flanged steel pressure relief valves第6版 2009.05（第5版2002.06）。

規(guī)定了 14種流道直徑在不同溫度和壓力下的各種規(guī)格、壓力級、基本材料要求、壓力-溫度范圍、進(jìn)出口安裝尺寸。規(guī)定必須執(zhí)行ASME規(guī)范的相應(yīng)制造和試驗(yàn)要求。并規(guī)定了買方和制造商的工作職責(zé)、出廠測試內(nèi)容、銘牌標(biāo)識和裝運(yùn)等要求［3］。API Std 527 Seat tightness of pressure relief valves第3版 1991.07,2002年3月重新確認(rèn)。

規(guī)定了泄壓閥的密封性試驗(yàn)方法及要求。

1.2 國內(nèi)安全閥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

1.2.1 中國的法律條例

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》2003年6月1日起實(shí)施。

特種設(shè)備是指涉及生命安全、危險性較大的鍋爐、壓力容器（含氧氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施和場（廠）內(nèi)專用車輛。其安全附件是指鍋爐、壓力容器、壓力管道等壓力設(shè)備上用于控制溫度、壓力、容量、液位等技術(shù)參數(shù)的測量、控制儀表或裝置，通常指安全閥、爆破片、液位計、溫度計等及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)［4］。

1.2.2 中國的技術(shù)規(guī)程

《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG ZF001-2006，2007年1月1日起實(shí)施。2009年修訂，修訂后的與2009年8月1日起實(shí)施；

《壓力容器元件制造許可規(guī)范》TSG D2001-2006；

《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》TSG R7001-2004；

《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》TSG D0001-2009；

《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG R0004-2009；

《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG R0005-2010（征求意見稿）；

《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSG R001-2009（征求意見稿）。

1.2.3 中國國家標(biāo)準(zhǔn)

《安全閥的一般要求》GB/T12241-2005；

《壓力釋放裝置性能試驗(yàn)規(guī)范》GB/T12242-2005；

《彈簧直接載荷式安全閥》GB/T12243-2005；

《石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥》GB/T24920-2010；

《石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥的尺寸確定、選型和安裝 第 1部分：尺寸確定和選型》GB/T24921.1-2010；

《石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥的尺寸確定、選型和安裝 第2部分：安裝》GB/T24921.1-2010；

《鋼制壓力容器》GB150-1998之附錄B超壓泄放裝置。

1.2.4 中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《彈簧式安全閥 結(jié)構(gòu)長度》JB/T2203-1999；

《壓縮機(jī)用安全閥》JB/T6441-92；

《彈簧直接載荷式安全閥 產(chǎn)品質(zhì)量分等》JB/T53170-1999；

《電站鍋爐安全閥應(yīng)用導(dǎo)則》DL/T959-2005。

1.3 不同制造標(biāo)準(zhǔn)的比較

1.3.1 GB與國外標(biāo)準(zhǔn)

《安全閥的一般要求》GB/T12241-2005，1991年修改采用ISO 4126-1；

《壓力釋放裝置性能試驗(yàn)規(guī)范》GB/T12242-2005，1994年修改采用ASME PTC 25；

《彈簧直接載荷式安全閥》GB/T12243-2005，1994年修改采用JIS B 8210-2009；

《石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥》GB/T24920-2010，2002年修改采用API Std 526；

《石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥的尺寸確定、選型和安裝 第 1部分：尺寸確定和選型》GB/T24921.1-2010，2000年修改采用API RP 520-1；

《石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥的尺寸確定、選型和安裝 第2部分：安裝》GB/T24921.1-2010，2003年修改采用API RP 520-2。

1.3.2 JB與ASME（表1）

《彈簧式安全閥 結(jié)構(gòu)長度》JB/T2203-1999。

表1 JB與ASME的比較表Table 1 JB and ASME comparison

2 先導(dǎo)式安全閥的工作原理

先導(dǎo)式安全閥由主閥（通常其內(nèi)帶有一個非平衡浮動式活塞組件）和一個外部導(dǎo)閥組成（見圖1）。活塞設(shè)計成頂部面積比底部面積大。在達(dá)到整定壓力以前，活塞的頂部和底部均處于相同的入口操作壓力下。由于活塞頂部的面積較大，此凈力將活塞 緊緊貼在主閥噴嘴上。

表2 JB與ASME的比較表Table 2 JB and ASME comparison

由于不平衡活塞的密封面積>閥座的密封面積,所以隨系統(tǒng)壓力的升高,活塞向下壓緊噴嘴的力越來越大。當(dāng)導(dǎo)閥感應(yīng)到整定壓力到了，導(dǎo)閥開啟以泄掉活塞上方的壓力，使主閥打開。在一個泄放循環(huán)，當(dāng)系統(tǒng)壓力降至回座壓力，導(dǎo)閥經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，將系統(tǒng)壓力加到活塞上方的空間，關(guān)閉主閥［5］。

圖1 先導(dǎo)式安全閥結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Pilot operated safety valve structure diagram

3 先導(dǎo)式安全閥的分類及特點(diǎn)

先導(dǎo)式安全閥按照其起跳工作特性的不同可分為突開式先導(dǎo)閥和調(diào)制式先導(dǎo)閥。

先導(dǎo)式安全閥的共同特點(diǎn)：

（1）密封性能較好。彈簧式安全閥介質(zhì)力增加，彈簧力不變，密封力減小；而先導(dǎo)閥開啟力和關(guān)閉力都增加，密封力增加；

（2）同一口徑下，先導(dǎo)閥的高度和重量要小1/3~1/2；

（3）在相同口徑的情況下，先導(dǎo)閥整定壓力比彈簧直接載荷的大很多；

（4）相對于彈簧式安全閥，先導(dǎo)閥對背壓不敏感，動作性能和開啟高度不受背壓的影響；

（5）允許工作壓力接近整定壓力；

（6）較小超壓就能使安全閥迅速達(dá)到全啟狀態(tài)。

突開式先導(dǎo)閥的特點(diǎn)：

（1）允許工作壓力接近整定壓力；

（2）閥座軟密封保證安全閥起跳前后的良好密封性；

（3）安全閥動作性能和開啟高度不受背壓的影響；

（4）較小超壓就能使主閥迅速達(dá)到全啟狀態(tài)；

（5）導(dǎo)閥非流動型結(jié)構(gòu)設(shè)計減少了有害物質(zhì)的排放和環(huán)境污染；

（6）啟閉壓差可調(diào)；

（7）可在線監(jiān)測安全閥的整定壓力。

調(diào)制式先導(dǎo)閥的特點(diǎn)：

（1）允許工作壓力接近整定壓力；

（2）閥座軟密封保證安全閥起跳前后的良好密封性；

（3）安全閥動作性能和開啟高度不受背壓的影響；

（4）隨超壓值而比例開啟，排量隨入口壓力的增加逐漸增加，從而減少了有害物質(zhì)的排放；

（5）降低了閥門動作時對被保護(hù)設(shè)備的沖擊載荷；

（6）導(dǎo)閥非流動型結(jié)構(gòu)設(shè)計減少了有害物質(zhì)的排放；

（7）導(dǎo)閥出口可直接與主閥出口相連而不受背壓影響，避免了排放時介質(zhì)會環(huán)境的影響；

（8）可在線監(jiān)測安全閥的整定壓力。

4 先導(dǎo)閥的選用原則及注意事項(xiàng)

4.1 先導(dǎo)閥的選用原則

先導(dǎo)閥的選用原則見表3。

4.2 先導(dǎo)閥選用注意事項(xiàng)

（1）安全閥數(shù)據(jù)表中一定要寫清楚系統(tǒng)介質(zhì)的特性，如：腐蝕介質(zhì)含量、是否含有固體顆粒等；

（2）明確工作壓力、附加恒定背壓、附加變動背壓的數(shù)值；

工作壓力≤附加恒定背壓+附加變動背壓-0.1 MPa，可以采用先導(dǎo)式安全閥，但必須采用回流保護(hù)器；

表3 先導(dǎo)閥的選用原則Table 3 Pilot valve selection

工作壓力≥附加恒定背壓+附加變動背壓+0.1 MPa，可以采用先導(dǎo)式安全閥，而且無需采用回流保護(hù)器；

工作壓力處于（附加恒定背壓+附加變動背壓-0.1 MPa）和（附加恒定背壓+附加變動背壓+0.1 MPa）之間時，不推薦采用先導(dǎo)式安全閥；

工作壓力≤0.2 MPa，不推薦采用先導(dǎo)式安全閥，因?yàn)樵摴ぷ鳡顟B(tài)下密封力不足，難以密封。

（3）安全閥排放介質(zhì)為可燃或有毒有害介質(zhì)時，在安全閥數(shù)據(jù)表中一定要注明，導(dǎo)閥的排放應(yīng)密閉排放。

5 結(jié) 論

（1）國內(nèi)安全閥在設(shè)計、制造、試驗(yàn)及驗(yàn)收方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范均參考了國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）API標(biāo)準(zhǔn)主要是安全閥設(shè)計方面的規(guī)定，而ASME標(biāo)準(zhǔn)則是在安全閥在制造、試驗(yàn)及驗(yàn)收方面的規(guī)定；

（3）先導(dǎo)式安全閥的優(yōu)勢比較明顯，隨著我國越來越重視煉油裝置設(shè)計的安全性，先導(dǎo)式安全閥的應(yīng)用將越來越廣泛。

［1］ ASME boiling and Pressure Vessel Code[S].2010.

［2］ API RP 520 Sizing ,selection, and installation of pressure-relieving devices in refineries,PartⅠ Sizing and selection 第 8 版2008-11（第7版2000-01）[S].

［3］ API RP 521 Guide for pressure-relieving and depressuring systems(第4版)[S]. 1997-03.

［4］ 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例(2003年6月1日起實(shí)施)[S].

［5］ 石化工業(yè)用鋼制壓力釋放閥的尺寸確定、選型和安裝 第2部分：安裝 GB/T24921.1-2010[S].