蒸汽安全閥的選擇計算及其管道設計的注意事項

張藜藜 盧磊

(中海油山東化學工程有限責任公司 山東 濟南 250000)

一、安全閥選擇計算

裝設在鍋爐汽包、過熱器、再熱器以及高壓加熱器、除氧器、連續排污擴容器等壓力容器等處的安全閥，一般都由制造廠選型并提供資料，本文不再贅述。本文探討的安全閥主要是指那些預防蒸汽管道及下游熱用戶超壓的安全泄放裝置，例如蒸汽管道減壓閥后設置的安全閥，一般選用全啟式安全閥。

1.1 整定壓力的確定

整定壓力是指安全閥在運行條件下開始開啟的預定壓力（一般用ps表示，表壓）。安全閥的整定壓力除工藝有特殊要求外，一般取最大工作壓力的1.1倍，最低為1.05倍。

1.2 流通量的計算

對于設計壓力大于1MPa的蒸汽管道上的安全閥，其流通量為：

其中：G——安全閥的通流量（t/h）。

μ1——安全閥流量系數，一般取0.9。

n——并聯裝設的安全閥數量。

F——安全閥流通截面的最小斷面積，對于全啟式安全閥：

d——安全閥最小通流截面直徑（mm），可從安全閥樣本中選取或由制造廠提供。

p0——蒸汽在安全閥前的滯止絕對壓力（MPa）。

v0——蒸汽在安全閥前的滯止比容（m3/kg）。

對于設計壓力小于或等于1MPa的蒸汽管道上的安全閥，其流通量為：

其中：μ2——安全閥流量系數，一般取0.6。

B——考慮蒸汽可壓縮性的修正系數，可按DL/T 5054【1】中表C.8.1選取。

p2——蒸汽在安全閥后的絕對壓力（MPa），安全閥出口側的背壓最大為開啟壓力的10%，即0.11倍工作壓力。

1.3 滯止參數的確定

當蒸汽管道壓力未達到安全閥的整定壓力前，安全閥進口方向的蒸汽流速為零，因此可近似認為蒸汽的實際壓力等于蒸汽的滯止壓力p0。而當安全閥動作時，安全閥進口蒸汽達到穩定流動的實際壓力應為排放壓力pd，而不是整定壓力ps。根據GB/T 12241[2]規定，排放壓力pd=整定壓力ps+超過壓力，通常用整定壓力的百分數表示，可由安全閥制造廠提供數據。對于蒸汽安全閥，pd可取1.03ps。

在安全閥排放壓力p0下，蒸汽所能達到的最高工作溫度即為滯止溫度T0。對于主蒸汽系統，T0取用鍋爐過熱器出口蒸汽額定工作溫度加上鍋爐正常運行時允許的溫度偏差；對于鍋爐汽包、除氧器、高壓加熱器等壓力容器，T0取用與排放壓力p0相對應的飽和蒸汽溫度；對于減壓閥后的蒸汽管道，建議T0取用減壓閥前蒸汽管道的最高工作溫度。

滯止比容v0可在滯止壓力p0和滯止溫度T0確定后通過水蒸汽表得到。

在工程設計實例中，往往需要根據工藝要求首先確定最大安全泄放量，即安全閥的額定排放量，再根據上述公式推導出安全閥的最小通流截面直徑，以此作為安全閥選型及數量確定的重要依據。例如《電站壓力式除氧器安全技術規定》中要求，除氧器的安全閥總排汽量不應小于除氧器的最大進汽量。而且特別指出，對于設計壓力低于常用最大抽汽壓力的定壓運行除氧器,安全閥的總排汽量不應小于除氧器額定進汽量的2.5倍。因此，安全閥額定排放量的確定應根據其所安裝的設備或管道，具體情況具體分析。

二、蒸汽安全閥管道設計的注意事項

由于蒸汽安全閥及其管道設置不當造成的安全事故時有發生。例如山東陽谷某鍋爐汽包安全閥排汽時，疏水盤后管道在汽流的作用下脫離，導致爐頂蓋嚴重變形，現場停爐整頓；廣東惠州某蒸汽管道安全閥排汽時，巨大的排汽反力導致安全閥進口管道撕裂，造成熱用戶緊急停車。由此可見，安全閥事故，輕則經濟損失，重則人身傷害。現就安全閥管道設計提出以下幾點注意事項：

（1）裝設安全閥時，必須保證閥桿垂直向上；

（2）安全閥出口方向應平行于主管軸線；

（3）兩個或兩個以上安全閥布置在同一管道上時，其間距沿管道軸向應不小于相鄰安全閥入口管內徑之和的1.5倍；

（4）安全閥底部或安全閥出口彎頭處應有可靠的剛性支撐，以承受排汽反力的作用；

（5）安全閥出口管道盡可能減少彎頭的設置，尤其是90°彎頭，以保證排汽的順暢。

三、結論

綜上所述，安全閥的選擇計算及其管道設計包含的內容很多，其中參數的確定尤為復雜，經驗公式也是多種多樣。因此，在設計時應綜合考慮，并把安全運行放在首位。

【1】火力發電廠汽水管道設計技術規定（DL/T 5054-1996）

【2】安全閥 一般要求（GB/T 12241-2005）

【3】林燕 安全閥排汽的兩種計算方法比較[期刊論文]-科技創新導報2009(29)

【4】張馨 電廠安全閥排汽管道熱力計算及應用[期刊論文]-華電技術2011(11)