安全閥的設(shè)置與選用

張拂曉，邱海燕

(1．煙臺萬華化工設(shè)計(jì)院有限公司，山東 煙臺 264006；2．煙臺石川密封墊板有限公司，山東 煙臺 264006)

化工設(shè)計(jì)

安全閥的設(shè)置與選用

張拂曉1，邱海燕2

(1．煙臺萬華化工設(shè)計(jì)院有限公司，山東 煙臺 264006；2．煙臺石川密封墊板有限公司，山東 煙臺 264006)

簡述了安全閥的功能、結(jié)構(gòu)形式及工作原理；介紹了安全閥整定壓力、超壓、背壓的確定原則；詳述了安全閥的設(shè)置、選型方法；同時(shí)也總結(jié)了安全閥進(jìn)、出口管道的設(shè)計(jì)要求。

安全閥；功能；工作原理；設(shè)置

安全閥是一種自動閥門，它不借助任何外力，而是利用介質(zhì)本身的力來排出額定數(shù)量的流體，以防止系統(tǒng)內(nèi)壓力超過預(yù)定的安全值。當(dāng)壓力恢復(fù)正常后，閥門再自行關(guān)閉并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出。

安全閥的功能是通過下列動作過程來實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到最高允許壓力時(shí)，安全閥能準(zhǔn)確地開啟，迅速達(dá)到額定開啟狀態(tài)，并排放額定數(shù)量的工作介質(zhì)；在開啟狀態(tài)下安全閥應(yīng)穩(wěn)定地排放；當(dāng)系統(tǒng)壓力降至正常值時(shí)，安全閥應(yīng)及時(shí)關(guān)閉，并在關(guān)閉狀態(tài)下，保持必需的密封性。

1 安全閥的形式及其優(yōu)缺點(diǎn)

安全閥的主要類型及其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

表1 安全閥的主要類型及其優(yōu)缺點(diǎn)

2 安全閥的設(shè)置

在非正常條件下，下述可能超壓的設(shè)備應(yīng)設(shè)安全閥[1]：

(1)頂部最高操作壓力大于等于0.1MPa的壓力容器；

(2)頂部最高操作壓力大于0.03MPa的蒸餾塔、蒸發(fā)塔和汽提塔(汽提塔頂蒸汽通入另一蒸餾塔者除外)；

(3)往復(fù)式壓縮機(jī)各段出口或電動往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵等容積式泵的出口(設(shè)備本身已有安全閥者除外)；

(4)凡與鼓風(fēng)機(jī)、離心式壓縮機(jī)、離心泵或蒸汽往復(fù)泵出口連接的設(shè)備不能承受其最高壓力時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)、離心式壓縮機(jī)、離心泵或蒸汽往復(fù)泵的出口；

(5)兩端閥門關(guān)閉而產(chǎn)生可燃?xì)怏w或液體受熱膨脹，可能超過設(shè)計(jì)壓力的設(shè)備；

(6)頂部最高操作壓力為0.03～0.1MPa的設(shè)備應(yīng)根據(jù)工藝要求設(shè)置。

3 安全閥的整定壓力、超壓

安全閥的整定壓力，是指安全閥入口的靜壓達(dá)到該值時(shí)，安全閥的閥瓣開始升起，物料連續(xù)流出時(shí)的壓力。

安全閥的超壓，是指在泄放過程中，安全閥入口處的壓力超過設(shè)定壓力的部分，通常以百分?jǐn)?shù)表示。安全閥的整定壓力加上超壓，等于泄放壓力。

當(dāng)設(shè)備上裝有安全閥時(shí)，安全閥的整定壓力與設(shè)備的超壓限度應(yīng)滿足如下規(guī)定：

(1)當(dāng)設(shè)備上僅安裝一個(gè)安全閥時(shí)，安全閥的整定壓力應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力，設(shè)備的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力的10%或20KPa中的較大值；

(2)當(dāng)設(shè)備上安裝多個(gè)安全閥時(shí)，其中一個(gè)安全閥的動作壓力應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力，其他安全閥的動作壓力可提至設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的1.05倍，設(shè)備的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力的16%或30kPa中的較大值；

(3)當(dāng)考慮設(shè)備在遇到火災(zāi)或接近不能預(yù)料的外來熱源而可能釀成危險(xiǎn)時(shí)，設(shè)備的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力的21%。

4 安全閥背壓

背壓是指作用在安全閥出口處的壓力，分為靜背壓和動背壓。靜背壓是指安全閥未起跳時(shí)，閥出口的壓力；動背壓是指安全閥起跳后，由于流體流動引起的摩擦壓力降值。

對于彈簧式安全閥，由于彈簧設(shè)定時(shí)不考慮靜背壓的影響，出口管道的動背壓與靜背壓之和要求不大于設(shè)定壓力的(表壓)的10%；對于波紋管背壓平衡式安全閥，要求不大于40%。背壓可通過反作用力作用于安全閥上，相當(dāng)于附加阻力。當(dāng)安全閥開始起跳時(shí)，設(shè)備所需要承受的耐壓值等于安全閥的整定壓力加上背壓值。故當(dāng)安全閥的整定壓力一定時(shí)，背壓值越高，設(shè)備所需要承受的耐壓值就越大，設(shè)備越不安全。因此，當(dāng)安全閥出口的總背壓較大時(shí)，需要相應(yīng)降低安全閥的整定壓力，以保證安全閥的整定壓力加背壓值不超過設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。

5 安全閥的選用[2]

當(dāng)設(shè)備需要安裝泄放裝置且沒有特殊要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用安全閥。

(1)安全閥適用于清潔、不含固體顆粒且黏度低的介質(zhì)；

(2)安全閥不能單獨(dú)用于壓力迅速增長的場合；

(3)安全閥不宜單獨(dú)用于閥座與閥瓣密封面可能被介質(zhì)粘連或介質(zhì)可能生成結(jié)晶體或介質(zhì)可能腐蝕安全閥的場合，此類工況可以將爆破片串聯(lián)在安全閥入口側(cè)組合使用；

(4)由于安全閥會有前泄，為了最大限度地減少貴重介質(zhì)、有毒介質(zhì)或其他危害性介質(zhì)通過安全閥向外泄露，可以將爆破片串聯(lián)在安全閥入口側(cè)組合使用；

(5)當(dāng)安全閥泄放的總管網(wǎng)含有腐蝕性介質(zhì)時(shí)，為了防止來自泄放總管網(wǎng)的腐蝕性氣體進(jìn)入安全閥內(nèi)部，可以將爆破片串聯(lián)在安全閥出口側(cè)組合使用；

(6)安全閥的形式通常采用彈簧直接載荷式安全閥，閥型有全啟式和微啟式。全啟式安全閥適用于泄放氣體、蒸汽及液化氣介質(zhì)；微啟式安全閥一般適用于泄放液體介質(zhì)；排放水蒸氣或空氣時(shí)，可選用帶扳手的安全閥；

(7)當(dāng)背壓/設(shè)定壓力﹤10%時(shí)，可選用彈簧直接載荷式安全閥；當(dāng)背壓/設(shè)定壓力介于10%～40%時(shí)，需選用平衡波紋管式安全閥；對于高背壓的工況，背壓/設(shè)定壓力﹥40%時(shí)，需選用自激式非直接載荷安全閥，即先導(dǎo)式安全閥；排放劇毒、強(qiáng)腐蝕、極度危險(xiǎn)的介質(zhì)，需選用波紋管安全閥；

(8)當(dāng)排放介質(zhì)允許泄漏至大氣時(shí)，選用開式閥帽的安全閥；不允許泄露至大氣的，選用閉式閥帽的安全閥；

(9)對于設(shè)定壓力大于3Mpa、溫度超過235℃的氣體用安全閥，通常選用帶散熱片形式的，以防止泄放介質(zhì)沖蝕彈簧；

(10)用于液體介質(zhì)的安全閥，其公稱直徑至少為15mm。

6 安全閥入口管道的設(shè)計(jì)[3]

(1)安全閥應(yīng)設(shè)置在設(shè)備本體或連接管線上容易安裝、檢查、維護(hù)的部位，安全閥的閥體應(yīng)在設(shè)備或管線頂部并垂直向上；

(2)安全閥應(yīng)設(shè)置在靠近設(shè)備壓力源的位置。若用于氣體介質(zhì)，應(yīng)設(shè)置在氣相空間(包括液體上方的氣相空間)或與該空間相聯(lián)通的管線上；若用于液體介質(zhì)，應(yīng)設(shè)置在正常液面以下；

(3)設(shè)備和安全閥之間的所有管道、管件的截面積應(yīng)不小于安全閥的泄放面積，其接管應(yīng)盡可能短而直，以免產(chǎn)生過大的壓力損失，通常要求安全閥入口管路的阻力降不超過整定壓力的3%；

(4)若設(shè)備一個(gè)連接口上裝設(shè)2個(gè)或2個(gè)以上的安全閥(不含備用的安全閥)時(shí)，則該連接口入口的截面積，應(yīng)當(dāng)至少等于這些泄放裝置進(jìn)口截面積的總和；

(5)設(shè)備與安全閥之間一般不宜設(shè)置中間截?cái)嚅y。對于連續(xù)操作的設(shè)備，可在設(shè)備與安全閥之間設(shè)置截?cái)嚅y專供檢修用。設(shè)備在正常工作期間，截?cái)嚅y應(yīng)處于全開的位置并鉛封；

(6)安全閥的入口管道應(yīng)盡量避免袋形彎，如果實(shí)在不能避免，對于易凝物質(zhì)，在袋形彎低點(diǎn)需設(shè)置連續(xù)流動的排液管聯(lián)通至同一壓力系統(tǒng)，若凝液易變稠或成固態(tài)，則此排液管需要伴熱；對于不凝介質(zhì)，在袋形彎的最低處應(yīng)設(shè)置易于接近的放凈閥。

7 安全閥出口管道的設(shè)計(jì)

安全閥出口管路設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)安全閥出口管道的管徑要不小于安全閥的出口直徑；

(2)安全閥的出口管道一般不設(shè)切斷閥，如必須設(shè)置，則要求切斷閥鉛封開；

(3)可燃液體設(shè)備的安全閥出口泄放管應(yīng)接入儲罐或其他容器，泵的安全閥出口泄放管宜接至泵的入口管道、塔或其他容器；

(4)可燃?xì)怏w設(shè)備的安全閥出口泄放管應(yīng)接至火炬系統(tǒng)或其他安全泄放設(shè)施；

(5)泄放可能攜帶液滴的可燃?xì)怏w應(yīng)經(jīng)分液罐后接至火炬系統(tǒng)；

(6)對于盛裝易爆介質(zhì)或者毒性程度為極度、高度或者中度危害介質(zhì)的容器，安全閥的排出管應(yīng)引至安全地點(diǎn)，并且進(jìn)行妥善處理，不得直接排入大氣；

(7)安全閥排放氣體的溫度高于物料的自然溫度時(shí)，排出管要設(shè)置滅火蒸汽，滅火蒸汽管最小管徑為DN25；

(8)對于易自聚、易結(jié)晶的特殊工藝物料，安全閥的出口管道應(yīng)設(shè)置氮?dú)獯祾呖?，連續(xù)通入氮?dú)猓粚τ谝桌淠臍怏w，應(yīng)在低點(diǎn)設(shè)置蒸汽伴熱管，以免積液；

(9)安全閥的排放管道應(yīng)坡向主管，盡量避免袋型彎；如無法避免時(shí)，在低點(diǎn)要設(shè)置易于接近的放凈閥。排放管與主管的連接，要從主管上部或側(cè)面順流向45°角插入，既可防止總管內(nèi)的凝液倒入支管，又可減少管路壓力降；

(10)安全閥的出口管道由于泄放時(shí)的作用力、振動和自身的自重、熱脹冷縮等原因，應(yīng)設(shè)支架支撐，支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度或剛度，以保證能承受安全閥泄放時(shí)所產(chǎn)生的反力。

8 結(jié)束語

安全閥是壓力容器必須的安全附件之一，它是石油、化工裝置重要的安全保護(hù)措施。根據(jù)設(shè)備的具體工作條件正確設(shè)置、選用安全閥，是保證安全閥能否正常工作，以及能否起到安全保護(hù)作用的重要前提。

[1] 章日讓.石化工藝及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)問答[M].2版.北京：中國石化出版社，2007．

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB150-2011 壓力容器[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2012.

[3] 中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部.HG/T 20570.2-95.安全閥的設(shè)置和選用[S].北京：化工部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心，1996.

(本文文獻(xiàn)格式：張拂曉，邱海燕.安全閥的設(shè)置與選用[J].山東化工，2016，45(04)：90-92.)

Setup and Selection for Safety Valve

Zhang Fuxiao, Qiu Haiyan

(1.Yantai Wanhua Chemical Engineering Design Co. ,Ltd. , Yantai 264006, China;2.Yantai Ishikawa Gasket Co. , Ltd. , Yantai 264002, China )

The function, structural style and operational principle of safety valve were illustrated, the set pressure, over pressure and back pressure were introduced, the setup and selection mode were detailedly specified, the design requirements of safety valve's inlet and outlet pipeline were also summarized.

safety valve; function; operational principle; setup

2016-01-06

張拂曉(1983—)，碩士研究生，工程師，煙臺萬華化工設(shè)計(jì)院安裝室副經(jīng)理，從事化工工藝管道設(shè)計(jì)工作。

TQ053.2

A

1008-021X(2016)04-0090-03