安全阀的设置和选用

/安全阀的设置和选用安全阀是一种能使设备或管道自动泄压而防止超压发生爆炸的自动阀门，即当压力超过指定的值时，阀门自动开启，使流体外泄，而当压力回复到指定的压力后，阀门自动关闭，以保护设备或管道。安全阀用在锅炉、压力容器等受压设备上作为超压保护装置。当被保护设备内介质压力异常升高达到规定值时，阀门自动开启，继而全量排放，以防止压力继续升高，当压力降低到另一规定值时，自动关闭。1安全阀的设置1.1凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀：1、独立的压力系统（有切断阀与其它系统分开）。该系统指全气相、全液相或气相连通。2、容器的压力物料来源处没有安全阀的场合。3、设计压力小于压力来源处的压力的容器与管道。4、容积式泵和压缩机的出口管道。5、由于不凝气的累积产生超压的容器。6、加热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，在该阀上游应设置安全阀。7、由于工艺事故、自控事故、电力事故、火灾事故和公用工程事故引起的超压部位。8、液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位。9、凝气透平机的蒸汽出口管道。10、某些情况下，由于泵出口止回阀的泄漏，则在泵的入口管道上设置安全阀。1.2《石油化工企业设计防火规范》的规定，在不正常条件下，可能超压的下列设备应设安全阀：1、顶部操作压力大于0.07MPa的压力容器。2、顶部操作压力大于0.03MPa的蒸馏塔、蒸发塔和汽提塔（汽提塔顶蒸汽通入另一蒸馏塔者除外）。3、往复式压缩机各段出口或电动往复泵、齿轮泵、螺杆泵等容积式泵的出口管道上，应设安全阀。安全阀的放空管应接至泵入口管道上，并宜设事故停车联锁装置（如设备本身已有安全阀者除外）。4、凡与鼓风机、离心式压缩机、离心泵或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时，上述机泵的出口管道需设安全阀。以上管道有可能由于火灾、操作故障或停水、停电等造成管道内压力超过设计压力而发生爆炸事故，故应设置安全阀或其他安全措施。5、可燃气体或液体受热膨胀，可能超出设计压力的设备。6、在两端有可能关闭，而导致升压的液化烃管道上，应设安全阀或采取其他安全措施。1.3不宜设置安全阀的设备和工艺管道1、加热炉炉管。2、在同一压力系统中，压力来源处已有安全阀，则其余设备可不设安全阀。对扫线蒸汽不宜作为压力来源。3、有可能被物料堵塞或腐蚀的安全阀应在其入口前设防爆片或在其出入口管道上采取吹扫、加热或保温等防堵措施。4、有突然超压或发生瞬时分解爆炸危险物料的反应设备，如安全阀不能满足要求时，应装防爆片或爆破片和导爆管。5、因物料爆聚、分解造成超温、超压可能引起火灾、爆炸的反应设备，应设报警信号和泄压排放设施，以与自动或手动遥控的紧急切断进料设施。2安全阀形式的选择2.1排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀。2.2排放液体时，选用全启式或微启式安全阀。2.3排放水蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀。2.4对设定压力大于3MPa，温度超过235℃的气体用安全阀，则选用带散热片的安全阀，以防止泄放介质直接冲蚀弹簧。2.5排放介质允许泄漏至大气的，选用开式阀帽安全阀；不允许泄漏至大气的，选用闭式阀帽安全阀。2.6排放有剧毒、有强腐蚀、有极度危险的介质，选用波纹管安全阀。2.7高背压的场合，选用背压平衡式安全阀或导阀控制式安全阀。2.8在某些重要的场合，有时要安装互为备用的两个安全阀。两个安全阀的进口和出口切断阀宜采用机械联锁装置，以确保在任何时候（包括维修，检修期间）都能满足容器所要求的泄放面积。3安全阀型号的确定3.1确定原则1、根据计算的最小泄放面积（按3.4条计算），按制造厂产品资料选择安全阀。原则是所选安全阀的实际泄放面积不得小于最小泄放面积。2、根据计算的最小泄放面积（喉径截面积），按表1向上圆整选取喉径代号，再根据喉径代号按制造厂产品资料，选择安全阀。3.2背压校正由3.1条选择的安全阀喉径，反算安全阀的泄放量。根据反算的泄放量计算排放管中的压力降，检查安全阀的型式是否适当。3.3安全阀喉径代号根据美国石油学会标准API－526，安全阀的标准喉径截面积与其代号见表1。表1喉径代号与喉径截面积关系表喉径代号喉径截面积㎜2In2D710.11E1260.196F1980.307G3240.503H5060.785J8301.287K11851.838L18402.853M23223.6N28004.34P41166.38Q719211.05R1032216.0T1677426.03.4最小泄放面积的计算3.3.1、对于气体、蒸汽在临界条件下的最小泄放面积为：a＝13.16·W·（Z·T/M）1/2/Co·X·P式中：a――最小泄放面积，mm2；W――质量泄放流量，kg/h；Z――气体压缩因子，查图1；T――泄放温度，K；M――分子量；Co――流量系数，由制造厂提供。若没有制造厂的数据时，对于全启式安全阀：Co＝0.6～0.7；对于带调节圈的微启式安全阀：Co＝0.4～0.5；对于不带调节圈的微启式安全阀：Co＝0.25～0.35；X――气体特性系数，仅与气体的绝热系数有关，见表2；P――泄放压力，MPa。对比压力Pi/PctPi：绝对压力，MPa；Pct：临界压力，MPa；T：绝对温度，K；Tct：临界温度，K图1气体压缩因子（Z）值表2不同性质气体的X值名称X值名称X值名称X值甲烷259氯甲烷249氧265乙烷252氯乙烷250水蒸汽260丙烷246乙炔255盐酸266丁烷242乙醛246醋酸247戊烷240空气265甲醇251己烷234氢266乙醇245乙烯254氦265氯262丙烯247C02258二氧化氮2651一丁烯244CS2252一氧化氮258顺－2一丁烯245C0254苯245反－2一丁烯244氩281天然气255异丁烯244氨2611.3一丁二烯2392、根据计算的最小泄放面积（a），计算安全阀喉径（d1）或阀座口径（D）（1）对于全启式安全阀：a＝π·d12/4（2）对于平面密封型微启式安全阀：a＝πDh（3）对于锥面密封型微启式安全阀：a＝πD·sinφ式中：d――安全阀喉径，mm；h－－安全阀开启高度，mm；D—－安全阀的阀座口径，mm；φ－一密封面的半锥角，度。4安全阀人口管道的设计4.1安全阀一般应尽量靠近被保护设备或管道安装，安装位置要易于维修和检验。4.2管道或设备上安全阀接管公称直径可大于安全阀入口直径1～3级。4.3增大入口管径：安全阀入口管道的管径必须大于或等于安全阀入口管径，其连接大小头尽量靠近安全阀入口处。4.4采用长半径弯头（R＝1.5DN）。4.5入口管道的压力降不大于安全阀设定压力（表压）的3%。4.6如果采用先导式安全阀，由容器或管道直接取压时，可不受入口管的压力降不大于安全阀定压3%的限制，如图2所示。此时需要有两个连接管，分别接到主阀和导阀上。导阀主阀阀体上取压从压力源直接取压图2导阀型安全阀由容器或管道直接取压4.7入口管道一般不设切断阀；如果必须设置，则切断阀要铅封开启，而且不影响安全阀的操作。有时设双安全阀以保证至少有一个安全阀能正常工作。4.8如果几个安全阀共用一条入口管道时，入口管道要满足几个安全阀的流量要求。4.9由于安全阀入口不宜受脉动压力影响，在往复式压缩机或往复泵出口处应采取脉冲衰减器，但此时对管道内介质流动有一定的影响。若采用先导式安全阀，将脉冲衰减器加装在导阀取压管上时，介质在管道内的流动不受影响。如图3。导阀脉冲衰减器图34.10管道上安装的安全阀，应位于压力比较稳定，距振动源（如果有）的距离应满足表3的要求。对于压缩机等大型设备振动源，更应注意安全阀的设置位置，以避免误开启和由于振动使入口管道破坏。4.11保护全充满液体的设备所用的安全阀，要安装在设备的顶部或顶部出口管道上。4.12安全阀入口管道至少要有5%的坡度，坡向被保护的系统。入口管道尽量避免袋形弯，如不能避免，则对于易凝物质，在袋形弯低点有连续流动的排液管连至同一压力系统，若凝液易变稠或成固态，则此排液管要伴热；对于不凝介质，在袋形弯的最低处有易于接近的放净阀。表3安全阀距震动源的最小距离压力波动源最小直管段长度控制阀和截止阀25倍管径不在一个平面内的两个弯头20倍管径同一个平面内的两个弯头15倍管径一个弯头10倍管径脉动衰减器10倍管径5安全阀出口管道的设计5.1安全阀出口管道的管径要不小于安全阀出口直径。5.2安全阀出口管道应考虑背压不超过安全阀定压的一定值。对于弹簧式安全阀，普通型其背压不超过安全阀定压的10%，波纹管型（平衡型）其背压不超过安全阀的定压的30%；先导式安全阀，其背压不超过安全阀定压的60%。具体的数值应查阅制造厂样本，由工艺计算确定。5.3安全阀的出口管道一般不设切断阀，如必须设置，则要求切断阀铅封在开启状态。5.4.安全阀直接排向大气时：1、排放的气相要排向安全地点，一般出口朝上，排放口要切成平口，使排出物直接向上高速排出。在管道低点有一个Φ6～Φ10的排液孔。管口附丝网以避免飞鸟筑巢。见图4。12Φ61：端部切成平口；2：此处压降不超过定压的3%图4安全阀的安装2、排放口要高出以排放口为中心的7.5m半径范围内的地面、设备、操作平台等2.5m以上。对于有毒、或有腐蚀性、或易燃物料，应按有关规范执行。当允许排向大气时，排放口要高出以排放口为中心的15m半径范围内的地面、设备、操作平台3m以上。3、安全阀排放气体的温度高于物料的自燃温度，则排出管要设灭火蒸汽，见图16.0.13所示。灭火蒸汽管最小管径为DN25。4、特殊工艺物料，如易自聚，易结晶等，在排出管设氮气吹扫口，连续通入氮气。5、排至大气的液体要向下引至安全地点。5.4.石化装置大多数工艺介质的安全阀排出口都是接至火炬总管上，并要求顺流向45°斜接在泄压总管的顶部，以免总管内的凝液倒入支管，并可减少安全阀的背压，如图5。但对于干气系统，不一定要有坡度。安全阀出口45°去火炬总管图5安全阀与总管连接5.5湿气体泄压系统排放管内不应有袋形积液处，安全阀的安装高度应高于泄压系统。若安全阀出口低于泄压总管或排出管需要抬高接入总管时，应在低处易于接近处设手动放液阀，以免袋形管段形成，如图6。45°去火炬泄压总管手动放液阀图6泄压系统放液阀5.6泄压管道使用闸阀时，阀杆应水平安装，不可朝上，以免阀杆和阀板连接的销钉腐蚀或松动时，滑板下滑。工程装置车间或工段安全阀数据表工程号第页共页1、安全阀位号：3、被保护设备的位号：2、PI图图号：4、管道编号：5、最大工作压力：MPa（表）7、最高工作温度：℃6、设计压力：MPa（表）8、设计温度：℃9、物料性质:名称:临界压力MPa分子量M：压缩因子Z：膨胀系数B：1/℃气化热H：kJ/kg相态：临界温度：℃绝热指数k：气相密度G：kg/m3比热Co：kJ/kg·℃粘度μmPa·s10、安全阀设定压力：MPa（表）12、背压Pb：MPa14、安全阀泄放压力P：MPa11、超压：%13、静背压：MPa15、泄放温度T：K16、设备参数:直径D：m换热管内径d：mm设备全长L：m最大输入热量H：kJ/h17、保温材料的厚度do：m18、导热系d：