江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院 江苏苏州 215000
摘要：安全阀作为压力容器或者管道上关键的泄压保护装置，在现代工业中应用非常广泛。当设备或者管道压力超过允许值后，安全阀开启，排放泄压，防止容器刚度失效。因此，安全阀及排放系统，对着设备安全及人身安全都有着极为重要的意义。
关键词：安全阀；设置；计算
1 安全阀的简介
安全阀是一种安全保护用阀，它在受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高，超过规定值时自动开启，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。 在工艺和工艺系统专业的设计中，安全阀的设计内容，主要指安全阀的排放量计算和安全阀的设置两个方面。按照惯例安全阀的喷嘴面积的计算和选型是由制造商来完成的。
1.1 安全阀常用分类
化工装置中常用的安全阀主要分为以下三类：
（1）通用式（弹簧直接载荷式） 用于腐蚀性较小介质防泄漏或背压较低场合，背压的要求:Pb＜10%Ps ，也有资料认为应 Pb＜3%Ps ，建议用于背压低的场合，如通大气。（Pb 代表背压力，Ps 代表整定压力）。
（2）平衡波纹管式 平衡波纹管式安全阀是平衡式安全阀的一种。它借助于在阀瓣和阀盖间安装波纹管的方法，将普通式安全阀的背压影响降低到最少。用于腐蚀性介质防泄漏或背压波动较大场合，价格较弹簧直接载荷式高。背压的要求：10%Ps＜Pb＜30%Ps。
（3）先导式 一种依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀，该导阀本身应是符合标准要求的直接载荷式安全阀。由于先导式安全阀是用于要求背压不影响安全阀的工作特性时，故一般可不考虑背压的影响，价格高。
安全阀按结构分类：
（1）全启式安全阀：
阀瓣可以自动开启，其实际排放面积不决定于阀瓣的位置。h≥d/4（h 表示开启高度，d 表示安全阀阀座喉径）。
适用于安全泄放量较大的的场合，一般用于排放介质为气体的条件下。
（2）微启式安全阀：
阀瓣可以自动开启，其实际排放面积取决于阀瓣的位置。d/40 ≤h≤d/4。 适用于安全泄放量较小及压力较为平稳的的场合，一般用于排放介质为液体的条件下。
按阀瓣开启高度分类：
（1）带扳手安全阀和不带扳手安全阀 扳手主要作用是检查阀瓣的灵活程度，有时也可以做紧急泄压用，一般介质是水蒸气或空气时，允许选用带扳手。
（2）封闭弹簧式安全阀与不封闭弹簧式安全阀 指安全阀弹簧罩（阀盖）是否封闭的，弹簧是否与大气接触。除了带波纹管安全阀以及用于排放水、水蒸气、空气的安全阀外，其他介质的安全阀都要求选用带封闭式弹簧罩的结构。
2 压力容器上安全阀的设置方式
在满足“安全阀一般应每年至少检验一次”的要求下，根据压力容器内介质及工况不同，压力容器上安全阀的设置方式有以下几种：
（1）在满足一年至少检验一次的要求下，在间断生产或者批量生产的操作单元中，压力容器内物料可倒空时，压力容器上可只设置一个安全阀，且安全阀进出口不需要设置切断阀。
（2）压力容器需要连续运转一年以上，在安全阀进行校验的时间内，可利用其它措施保证压力容器不超压，压力容器上可设置一个安全阀，且安全阀的前后需要设置铅封开的切断阀。
（3）在安全阀进行校验的时间内，不能利用其它措施保证压力容器不超压，且开停车时，需要通过安全阀的旁路来排放物料时，可只设置一个安全阀，但是安全阀要设置带铅封开切断阀的旁路。
（4）压力容器内介质特性具备粘性较大、腐蚀性、会自聚、带有固体颗粒其中之一，且只需设置爆破片就可满足在线校验的要求时，可只安装一个安全阀，在安全阀前设置一组爆破片，安全阀前后不需设置切断阀，但在安全阀与爆破片之间应设置一个供在线校验使用的四通组件接口。
（5）在上一条条件下，压力容器在正常运行时，需要在线更换爆破片，应在爆破片前和安全阀后各设置一个铅封开切断阀。
（6）以上五中压力容器上安全阀的设置方式都不能满足至少一年校验一次的要求时，应在压力容器上设置两组安全阀，且每个安全阀前后都应各设置一个切断阀，一组切断阀为铅封开，另一组切断阀为铅封关，使两组安全阀互相备用，如下图所示：
3 安全阀的计算
3.1 术语、符号介绍
最高允许工作压力：在指定的相应温度下，容器顶部所允许承受的最大压力，该压力是根据容器受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。 背压：安全阀出口处压力，它是附加背压和排放背压的总和。
附加背压：是泄放装置需要开启时存在于出口处的静压。它是因为其他原因在排放系统中产生的压力。该压力可能是恒定的，也可能是变动的。 排放背压：是泄放装置开启后，由于流动而在泄压装置出口形成的压力。 整定压力：安全阀阀瓣在运行条件下开始升起时的介质压力。
3.2 安全阀计算举例
利用 某公司的安全阀计算软件计算某项目15m3脱溶釜上的安全阀的泄放量及进出口尺寸。 该15m3脱溶釜的工况条件如下所示：
工作压力（Mpa G）：-0.09～0.3；
工作温度(℃):60；
最高允许工作压力（Mpa）:0.4；
整定压力（Mpa G）:0.35；
介质：丙酮；
筒体尺寸（mm）：2400×2800；
打开PRV2SIZE 软件，选择“FIRE”工况，输入以上工况数据进行计算。
其中“Required Pressure Flow=3000kg/hr”；“Over Pressure%=21%”；“Inlet Loss%=2%”。
根据计算结果得到的安全阀数据表如下所示：
介质名称：丙酮；
介质状态：蒸汽 ；
起跳压力（Mpa G）:0.35；
初始背压（Mpa G）:0；操作温度(℃):60；
排放量（kg/h）：4387；
型号：A42Y-16P；
公称尺寸（DN）入口/出口：50/80；
阀座喉部直径（mm）:36 ；
阀体：CF8；
阀芯：硬质合金；
安全阀型号 A42Y-16P .3代号含义如下：
A-阀门类型代号为弹簧荷载安全阀；
4-连接形式代号为法兰式 ；
2-阀门结构形式为全启式；
P-阀体材料为铬镍系不锈钢 ；
故该安全阀为弹簧全启封闭式安全阀。
结语：安全阀泄放量的计算是安全阀计算的最关键部分，泄放量计算不正确将直接影响安全阀的安全性。本人在多年工作中，在多个项目上一直用以上软件和方法进行安全阀的计算和选用，多年来，各个项目上所选用的安全阀既符合设计要求又经济合理，而且在多年的工程运行中基本上没有出现过问题。
参考文献：
[1] GB150.1-2011 压力容器 第一部分:通用要求[S].
[2] 工业阀门选用指南[M]. 化学工业出版社.
论文作者:陈晓峰,倪斌
论文发表刊物:《防护工程》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/13
标签：安全阀论文; 介质论文; 压力论文; 压力容器论文; 弹簧论文; 铅封论文; 载荷论文; 《防护工程》2017年第10期论文;