安全閥的選型加以分析

上海申弘閥門有限公司

一 概述

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓力設(shè)備上重要的安全附件。其動(dòng)作可靠性和性能好壞直接關(guān)系到設(shè)備和人身的安全，并與節(jié)能和環(huán)境保護(hù)緊密相關(guān)。而有的用戶和設(shè)計(jì)部門在選型時(shí)，總是選錯(cuò)型號(hào)。為此本文對(duì)安全閥的選用加以分析。

二、定義

所謂安全閥廣義上講包括泄放閥，從管理規(guī)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(shù)監(jiān)督部門認(rèn)可的閥門，狹義上稱之為安全閥，其他一般稱之為泄放閥。上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p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(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)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。安全閥與泄放閥在結(jié)構(gòu)和性能上很相似，二者都是在超過開啟壓力時(shí)自動(dòng)排放內(nèi)部的介質(zhì)，以保證生產(chǎn)裝置的安全。由干存在這種本質(zhì)上類似性，人們?cè)谑褂脮r(shí)，往往將二者混同，另外，有些生產(chǎn)裝置在規(guī)則上也規(guī)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(xiàn)了許多間題。如果要將二者作出比較明確的定義，則可按照《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范》*篇中所闡述的定義來理解：（l）安全閥（Safety Valve）一種由閥前介質(zhì)靜壓力驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)泄壓裝置。其特征為具有突開的全開啟動(dòng)作。用于氣體或蒸汽的場(chǎng)合，如圖1。

（2）泄放閥（Relief Valve），又稱溢流閥一種由閥前介質(zhì)靜壓力驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)泄壓裝置。它隨壓力超過開啟力的增長(zhǎng)而按比例開啟。主要用于流體的場(chǎng)合。如圖2所示。

（3）安全泄放閥（Safet Relief Valve），又稱安全溢流閥一種由介質(zhì)壓力驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)泄壓裝置。根據(jù)使用場(chǎng)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(shè)設(shè)施上的稱之為泄放閥。不過，若按日本通產(chǎn)省的《火力發(fā)電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定看，設(shè)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(cè)需要與鍋爐和渦輪機(jī)相接的場(chǎng)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(dòng)省的高壓氣體管理規(guī)則、運(yùn)輸省及各級(jí)船舶協(xié)會(huì)的規(guī)則中，對(duì)安全排放量的認(rèn)定和規(guī)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(guó)內(nèi)不論全啟式或微啟式統(tǒng)稱為安全閥。

三、選型

1．分類

目前大量生產(chǎn)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(dǎo)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(zhì)應(yīng)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(shí)也可以用作手動(dòng)緊急泄壓用，如圖3。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(shí)選用帶散熱器的安全閥。

安全閥的主要參數(shù)是排量，這個(gè)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1／40～l／20。全啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1／4。

2．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(jì)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(jù)使用介質(zhì)決定安全閥的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)型式，再根據(jù)安全閥泄放量計(jì)算出安全閥的喉徑。以下為安全閥選用的一般規(guī)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(zhì)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(zhì)一般用封閉全啟式安全閥，如儲(chǔ)氣罐、氣體管道等。（6）E級(jí)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(tǒng)一般用脈沖式安全閥，如減溫減壓裝置、電站鍋爐等，如圖8所示。（8）運(yùn)送液化氣的火車槽車、汽車槽車、貯罐等一般用內(nèi)裝式安全閥，如圖4所示。 （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(dǎo)式安全閥，如圖6所示。（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(fù)壓或操作過程中可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓的系統(tǒng)一般用真空負(fù)壓安全閥。（13）背壓波動(dòng)較大和有毒易燃的容器或管路系統(tǒng)一般用波紋管安全閥。（14）介質(zhì)凝固點(diǎn)較低的系統(tǒng)一般選用保溫夾套式安全閥，如圖7所示。

3．國(guó)內(nèi)主要廠家的比較及連接尺寸的選擇

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)安全閥的廠家比較多，連接尺寸也大多不統(tǒng)一。主要分以下幾個(gè)大類：

（1）以 JB／T2203－1999《彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度》為主的通用類。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)安全閥生產(chǎn)廠家均按本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)。如上海毅瑋流體控制技術(shù)有限公司、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(biāo)準(zhǔn)也不盡，規(guī)格不全，微啟式安全閥大公稱通徑為 D NI 00，全啟式安全閥大公稱通徑DN200，中間缺少DN65、DN125兩個(gè)規(guī)格。根據(jù)我廠所生產(chǎn)的安全閥規(guī)格及掌握的資料來看，目前微啟式安全閥公稱通徑大達(dá)到DN250，全啟式安全閥公稱通徑達(dá)到DN400。經(jīng)本人考證，各廠家連接尺寸也不盡統(tǒng)一，如 DN150全啟式安全閥，上海毅瑋流體控制技術(shù)有限公司、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(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，用戶在選用及安裝時(shí)同一規(guī)格能夠互換，建議合肥通用機(jī)械研究所對(duì)JB／T2203－1999《彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度》進(jìn)行修訂。建議設(shè)計(jì)院及用戶按標(biāo)準(zhǔn)選用，安全閥生產(chǎn)廠家按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(biāo)體系。國(guó)內(nèi)進(jìn)口化工設(shè)備等所配的安全閥連接尺寸一般按照本標(biāo)準(zhǔn)，如圖5所示。本標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)比較科學(xué)規(guī)范，對(duì)壓力、材料、溫度、喉徑等統(tǒng)籌考慮。依照喉徑確定規(guī)格，同一喉徑可以有好幾個(gè)規(guī)格，相反同一規(guī)格可能有好幾個(gè)喉徑可以選擇。如 DN100~DN150（4”~6”）喉徑有L、M、N、P四種可以選擇。隨著貿(mào)易及進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的不斷推進(jìn)，該標(biāo)準(zhǔn)將在國(guó)內(nèi)得到很大推廣。目前該標(biāo)準(zhǔn)還沒有轉(zhuǎn)化為國(guó)標(biāo)。

（3）以在上影響比較大的安德森·格林伍德公司（Anderson Greenwood＆Co．）為依據(jù)的活塞式導(dǎo)閥操作安全泄壓閥（Pilot Operated Pressure Relief Valves）系列。國(guó)內(nèi)一般稱之為先導(dǎo)式安全閥，如圖6所示，先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥組成，導(dǎo)閥操作主閥的開啟和關(guān)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(jìn)行不泄漏操作；啟閉壓差小等優(yōu)點(diǎn)。一般適用于天然氣管道等。目前國(guó)內(nèi)還沒有先導(dǎo)式安全閥標(biāo)準(zhǔn)及連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)。并且這種類型的閥門剛剛開發(fā)，還沒有廣泛推廣。據(jù)我廠的經(jīng)驗(yàn)及所掌握的資料來看，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家按照該公司的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)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(jī)械研究所盡早起草并發(fā)布先導(dǎo)式安全閥標(biāo)準(zhǔn)。

（4）以中國(guó)航天工業(yè)總公司第十一研究所設(shè)計(jì)研制的安全閥自成一個(gè)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(dǎo)式安全閥等，且性能良好。但是除HTXD系列先導(dǎo)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(biāo)、國(guó)標(biāo)均不相同。這一點(diǎn)請(qǐng)選用時(shí)務(wù)必注意。

（5）以蘭州煉油廠設(shè)計(jì)研制開發(fā)的A型、TA型封閉全開啟彈簧式安全閥自成一個(gè)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(biāo)及國(guó)標(biāo)均不相同，為蘭煉。

（6）為鍋爐、電站設(shè)備、減溫減壓裝置配套的沖量式安全閥系列（如圖8所示）。如哈爾濱鍋爐廠、東方鍋爐廠、武漢鍋爐廠、青島電站輔機(jī)廠等配套的安全閥。此類系列閥門結(jié)構(gòu)及連接尺寸各廠家一般不相同，可能有部分相同。選用時(shí)一定要注意閥門喉徑及連接尺寸的區(qū)別。

4．喉徑的計(jì)算

喉徑的計(jì)算一般按照《鍋爐壓力容器安全技術(shù)規(guī)范》附件五所列的公式。或者按照APIRP520 煉廠泄壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝的實(shí)施方法*部分設(shè)計(jì)》中所列的公式。上述兩種公式計(jì)算結(jié)果基本相同或相差不大。

四、結(jié)束語(yǔ)

安全閥的選型是一項(xiàng)比較重要的工作，選型恰當(dāng)與否將直接影響設(shè)備的安全。與本文相關(guān)的論文有：安全閥定期檢驗(yàn)辦事指南