背压对安全阀性能的影响.pdf

化工装备 问题与对策 背压对安全阀性能的影响 闰正伟 金寿根 浙江37浮锅炉附件厂 3 2 5 1 0 2 摘要 对安全阀的背压进行了定义 经过对密封件的受力研究 分析了背压对安全阀开启压力 排放压力 回座压力 排量的影响 提出了 在背压条件下安全阀的选用 关键词 背压 安全阀 开启压力 排量 1 概述 安全阀是化工装备 压力容器及锅炉等的安 全附件 当被保护系统内压力超过允许值时 安 全阀开启泄放掉超压部分的介质 防止压力继续 升高而导致系统损坏 当压力降低时 安全阀能 灵敏可靠的回座 阻止介质继续排放 浪费能源 而系统背压的存在 对安全阀开启压力 排放压 力 回座压力 排量等均会产生影响 从而影响 安全阀的性能 2 背压对安全阀性能的影响 安全阀排放侧的压力称为背压力 分如下两 种 a 排放背压力 指介质通过安全阀流人排放 系统时在阀门出口 处形成的压力 另外一种定义 是安全阀排放时 因排放侧阻力在安全阀出口 侧 形成的压力 b 附加背压力 是指装置运行时在安全阀出 口 处存在的静压力 它是由其它压力源在排放系 统中引起的 只要排放管安装正确 排放背压力不会对安 全阀性能产生影响 本文着重分析附加背压力 以 下背压均指附加背压力 1 背压对开启压力的影响 开启压力P 为安全阀阀瓣在运行条件下开始 升起的进口压力 它是在阀的进口 测得的表压 在 该压力时 使阀瓣开启的力与使阀瓣重新保持在 阀瓣上的力平衡 当阀后有背压存在时 受力如 图1 所示 由于作用面积相同 所以P S A P b A F 式中P S 为开启压力 P b 为背压力 F 为弹簧 力 A 为密封面面积 由上式可以看出 背压的存 在使阀门的开启压力增加 增加值即为背压力 在 设计弹簧时务必要注意这一点 对 波纹 管 及活 塞 先 导 平 衡式 安全阀 背 压 对 开启压力不受影响 而对于没有背压平衡机构的 图1密封状态下受力图 常规型安全阀用于固定背压条件下 其开启压力 为 开启压力二 试验差压力 背压 为了得到在试验台上用以整定阀门的冷态试 验压力 根据工作介质的温度不同可能需要一个 附加的温度修正值 2 背压对排放压力的影响 排放压力P a 为阀瓣达到规定开启高度时的进 口 压力 排放压力的上限需服从国家标准 在该 压力下 阀瓣达到最高位置 此时排放压力应大 于或等于弹簧力 背压力等与P a 相反的力 下面 分两种情况进行分析 a 在常规式安全阀承受背压时 受力如图2 P d A P b A F F r F f 一 2 4一 化工装备问题与对策 图2排放状态下受力图 常规式安全阀 图3排放状态下受力图 背压平衡式安全阀 式中几为排放压力 P b 为背压力 F 为弹簧 力 F G 为关闭件重力 F f 为阀瓣与导向套的磨擦 力 A 为密封面面积 由此 背压的存在使排放压 力增加 b 在背平衡式波纹管安全阀承受背压时 受 力如图3 0 P d A P b A F F G F f 式中A 为阀座密封面宽度环形面积 其余 代号同上 由图3 可以看出 在波纹管平衡式安全 阀中 波纹管的有效面积应等于喷嘴密封面积 并 由于波纹管焊接在导向套及阀瓣上 而使阀瓣顶 面积不受背压的作用 作用在超出波纹管和密封 面面积的那部分的阀瓣面积上的背压力互相抵消 所以在背压下都不存在未被平衡的力 背压作用 力方向与介质作用力方向相同 增加了排放升力 背压的存在使排放压力减少 3 背压对回座压力的影响 回 座压力P r 指阀瓣重新与阀座接触 即开启 高度变为零时进口 处的静压力 同样原理 对常 规式安全阀 背压的存在使回座压力升高 对平 衡波纹管式安全阀 背压使回座压力减小 4 背压对排量的影响 波纹管背压平衡式及先导式安全阀虽然开启 压力不会受到影响 但是阀门开启后仍会对排量 产生影响 排量计算按照 压力容器安全技术监 察规程 附件五所列的公式 对于气体及蒸汽 如 有背压 在亚临界条件下 要乘以背压修正系数 以我厂为武汉某科研所设计制造的安全阀为例进 行计算 阀门如图5 安全阀参数 公称通径 r n m DN6 5公称压力MP aP N1 0 流道直径n i m 3 6 壳体强度试验MP a 1 5 介质空气整定压力MP a 5 7 工作温度 C 3 2 0 附加背压力MP a 0 一4 5 亚 临 界 条 件 典 k 1 pa一 K tl 式中 w一排t k g m P d 一 安全阀的排放压力 绝对压力 W 7 6 10 2C K A P IN Z T P d L I P S 0 1 MP a 一 2 5一 化工装备 问题与对策 P 一 安全阀的整定压力 MP a 几一 背压 绝对压力 MP a K 一安全阀排放系数 0 7 A一安全阀的最小排放面积 A 0 7 8 5 d o 2 m m l d o 一安全阀最小流道直径 阀座喉径 m m C 一 气 体 特 性 系 数 C 5 2 0 k 奥 鲁 勺 k 1 1 C 3 5 6 K b 一 背压修正系数 k 一气体特性系数 常用见表3 k 1 4 M一气体摩尔质量 常用见表3 k g k m o 1 M 2 9 T 一气体温度 K Z 一 气体在操作温度压力下的压缩系数 Z 0 9 7 排量计算结果 背压 P b MP a 压 力比 P b P d r 背压修正 系数 K b 排放量 k g h 10 1 612 7 5 5 8 30 4 812 7 5 5 8 3 50 5 60 9 9 92 7 5 3 0 3 80 6 10 9 8 02 7 0 0 7 4 00 6 40 9 7 02 6 7 3 1 背压 P b MP a 压 力比 P b P d r 背压修正 系数 K b 排放量 k g h 4 10 6 50 9 6 72 6 6 4 8 4 20 6 70 9 5 52 6 3 1 8 4 30 6 90 9 4 32 5 9 8 7 4 40 7 00 9 3 22 5 6 8 4 4 50 7 20 9 0 12 4 8 3 0 供压滋 通大气或 收集容器 图4阀门承受附加背压时试验系统 从以上的计算结果可以看出 在临界条件下 背压不会对排量产生影响 在亚临界条件下 随 着背压的增大 排量也按一定比例减少 当背压 和排放压力相等时 排量为零 3 试 验 当阀门承受附加背压时 试验阀排放侧系统 如图4 所示 试验系统应包括 a 用以建立附加背压力的容器和供压源 b 在背压容器上设置泄放阀 c 调节背压力的容器 一 2 6一 图6活塞先导式安全阀 下转第1 8 页 化工装备技术应用与发展 表 2 项 目实施前 万元 实施后 万元 经济效益 万元 穿管所耗人工费 2 2 4 3 x 0 0 0 3 6 8 0 85 3 3 x 0 0 3 6 1 9 2 6 1 6 承制壳体为U型的 固定管板式换热器 05x6 3 03 0 增加产值 6 结论 1 该引导头的使用能大大提高穿管效率 大 大节约劳动力 降低生产成本 从而提高制造厂 家的市场竞争力 极具推广价值 2 该引导头制作成本低廉 所用材料十分普 遍 可以批量生产 3 该引导头结构紧凑 轻巧 耐用 性能可 靠 能长期使用 P o p u l a r i z i n g U s e o f a S o r t o f H i g h E f f i c i e n c y G u i d e h e a d f o r P e n e t r a t e P i p e Y u S h e n g k a i X i n j i a n g D u s h a n z i R e f i n e r y a n d C h e m i c a l C o n s t r u c t i o n G r o u p C o r p L t d Ab s t r a c t h e a d s g u i d i n g T h i s a r ti c l e i n t r o d u c e s t h e p e n e t r a t i o n p r o c e s s a n d e f f e c t o f h e a t e x c h a n g e p i p e b y u s i n g g u i d e Th e e q u i p m e n t s q u a l i t y p r a c t i c e p r o v e s t h a t t h e p r o c e s s m e a n s o f u s i n g g u i d e h e a d s g u i d i n g c a n n o t o n l y e n s u r e b u t a l s o i m p r o v e w o r k e f fi c i e n c y T h e e c o n o m i c b e n e f i t i s s a l i e n c e K e y Wo r d s m a n u a l w o r k g u i d i n g g u i d e r 丫七尧尧众穴众夕夕岁岁多丫丫七七 上接第2 6 页 d 测量背压力的压力表 e 管道的布置应能防止冷凝液聚积在管道中 在背压容器底部应设置排泄阀 在背压容器上装设泄放阀是为了使试验阀的 背压稳定在一个压力范围内 安装调节阀可对背 压容器进行调节 4 安全阀的选用 对于固定背压 根据工况选用相应结构的常规 式安全阀 对于浮动式背压 当背压很小时对安全 阀的开启压力影响很小 可以忽略不计 但是当背 压大于开启压力的1 0 时 应当采用波纹管式或活 塞先导平衡式安全阀 如图5 及图6 所示 波纹管 罩住了阀瓣导向部分 为的是使工作介质与阀盖隔 离 为了防备波纹管可能破损或泄漏 阀盖必须 同排放侧隔离而单独开孔 先导式安全阀由 于受材 料选用的制约 使用温度一般低于2 0 0 C 参考文献 I A P I R P 5 2 0 R e c o mme n d e d P r a c t i c e P a r t I 7 t h E d i t i o n J a n u a r y 2 0 0 0 2 G B 1 2 2 4 1 一1 9 8 9 安全阀一般要求 国 家技术监督局 3 G B 1 2 2 4 2 一1 9 8 9 安全阀性能试验方法 国家技术监督局 4 J I S B 9 2 1 0 一 2 0 0 0 蒸汽及气体用弹簧安全 阀 日 本工业标准调查会 T h e e f f e c t o f w h i c h b a c k p r e s s u r e t o t h e p e r f o r m a n c e o f s a f e t y v a l v e Y A N Z H E N G w e i J I N S H O U g e n Z h e J i a n g L u o F u b o i l e r a c c e s s o r i e s f a c t o ry 3 2 5 1 0 2 A b s t r a c t I t d e f in e d t h e b a c k p r e s s u r e O f s a f e ty v a l v e t h r o u g h re s e a r c h t h e f o r c e o f s e a l u n i t a n a l y s e t h e a f f e c t o f b a c k p r e s s u r e t o w h i c h s e t p r e s s u r e r e l i e v i n g p r e s s u r e r e s e a t i n g p r e s s u