先导式泄压阀的计算机辅助设计.doc

申请大学工学硕士学位论文 二 八年三月 石油化工行业先导式泄压阀的计算机辅助设石油化工行业先导式泄压阀的计算机辅助设 计选型系统研制计选型系统研制 培养单位 专业名称 机械工程 研究方向 先导式泄压阀的计算机辅助设计选型系 统 研 究 生 指导教师 A dissertation submitted to in conformity with the requirements for the degree of Master of Engineering March March 20082008 School Department Major Mechanical engineering Direction Computer aided sizing design of pilot relief valve Candidate Study on computed aided sizing design of pilot relief valve used in petroleum and chemical industry 书脊 石石 油油 化化 工工 行行 业业 先先 导导 式式 泄泄 压压 阀阀 的的 计计 算算 机机 辅辅 助助 设设 计计 选选 型型 系系 统统 的的 研研 制制 I 学位论文独创性声明及使用授权声明学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明学位论文独创性声明 本人郑重声明 所提交的学位论文是本人在导师指导下 独立进行研 究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果 也不含为获得苏州大学或其它教 育机构的学位证书而使用过的材料 对本论文的研究做出重要贡献的个人 和集体 均已在文中以明确方式标明 本人承担本声明的法律责任 签名 2008 年 3 月 8 日 II 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 中国科学技术信息研究所 国家图书馆 清华大学论文合作部 中国 社科院文献信息情报中心有权保留本文所送交学位论文的复印件和电子文 档 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 本人电子文但的内容 和纸质论文的内容相一致 除在保密期内的保密论文外 允许论文被查阅 和借阅 可以公布 包括刊登 论文的全部或部分内容 论文的公布 包 括刊登 授权办办理 研究生签名 日期 导师 签名 日期 摘要 i 中文摘要中文摘要 本论文通过对石油化工行业先导式泄压阀的计算机辅助设计选型系统的研制 阐 述了先导式泄压阀的操作性能 动作原理及选型时的参数选择 对石油化工行业正确 合理 经济的选择有着重要的指导意义 并且通过计算机的辅助可以快速 准确的完 成该复杂 繁琐的一系列过程 石油化工行业具有高科技 高危险 关系民生 环境 影响大等特点 本论文的研究对该行业平稳 正常 经济的运行起到了至关重要的作 用 本论文遵循 ASME API ANSI 及 ISO 等规范及标准 描述了先导式泄压阀计算机 辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 结合材料学 流体力学 热力学 信息 学 计算机技术 机械等多种学科 是一种综合的 多学科的研究 通过计算机辅助设计选型系统可以直观的 感性的了解到本论文将一个系统性的 复杂的 专业性的先导式泄压阀选型过程简化成一个操作性强的 简便的 大众化的 选型程序 关键词关键词 选型 先导式泄压阀 计算机辅助设计 Abstract ii ABSTRACT In this paper studying on computer aided sizing design system of piloted relief valve expatiate on the capacity of operation principle of movement and how to choose the parameter when sizing Having very important directed sense on the choice of relief valve correctly reasonably economically And this complexed process has been completed quickly correctly via computer aided Based on petroleum and chemical industry has the character of high tech high danger civilian enverioment impaction the study of this paper has important effect to the operation of this industry smoothly normally and economical This paper follow the code and criteria of ASME API ANSI and ISO etc describe the choice and determination of basical parameter of design of piloted relief valve computer aided sizing combinted with material hydrodynamics thermodynamics informatics computer technical mechanism etc that is inteqrative multi subject study It may know the paper intuitionistic sensibility that simplified the systemic complexed specialty process of sizing of piloted relief valve to more operation simply commonnal sizing program by the demo of computer aided sizing system Key Words sizing piloted relief valve computer aided design W 目录 a 目录目录 中文摘要中文摘要 I ABSTRACT II 目录目录 A 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1先导式泄压阀技术 1 1 2石油化工行业安全的重要性 4 1 3本文的研究内容和目的 5 第第 2 2 章章 先导式泄压阀所遵循的规范及标准先导式泄压阀所遵循的规范及标准 6 2 12 1ASMEASME 美国机械工程师协会美国机械工程师协会 6 2 32 3ISOISO 4126 1 1991 4126 1 1991 安全阀安全阀 第第 1 1 部分 一般要求部分 一般要求 7 2 42 4本章小节本章小节 7 第第 3 3 章章 先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 8 3 1先导式泄压阀的状态要求 流体特性 8 3 2先导式泄压阀的型号及相关参数 10 3 3阀门进出口径的确定 17 3 4阀门压力等级的确定 21 3 5阀门连接方式的确定 21 3 6操作压力 设定压力 最大工作压力 整定压力及压力单位等的收集 21 3 7阀门背压 附加背压 总背压的确定 22 3 8环境的大气压力的确定 22 3 9系统介质 流体 的相关特性 参数等 22 3 10先导式泄放阀主阀及导阀材料选择 25 3 113 11系统操作 泄放 设计温度的确定系统操作 泄放 设计温度的确定 29 3 123 12先导式泄放阀噪音分析先导式泄放阀噪音分析 29 3 133 13软体材料 密封圈 的相关特性 参数及选择软体材料 密封圈 的相关特性 参数及选择 30 3 143 14本章小节本章小节 33 第第 4 4 章章 先导式泄压阀选型公式的确定先导式泄压阀选型公式的确定 34 4 14 1流道面积计算公式的选用与计算流道面积计算公式的选用与计算 34 4 24 2确定校正系数 确定校正系数 V V 37 4 34 3节流孔面积节流孔面积 错误 未定义书签 错误 未定义书签 4 44 4 型圈的选择型圈的选择 41 4 54 5本章小节本章小节 43 第第 5 5 章先导式泄压阀选型系统的实现章先导式泄压阀选型系统的实现 44 5 15 1系统的需求分析系统的需求分析 44 5 25 2系统的设计系统的设计 44 目录 b 5 35 3系统数据库的设计系统数据库的设计 错误 未定义书签 错误 未定义书签 5 45 4选型模块的实现选型模块的实现 48 5 55 5系统主要功能的应用系统主要功能的应用 58 5 75 7本章小节本章小节 64 第第 6 6 章章 系统评价系统评价 65 1 1系统评价系统评价 65 2 2毕业设计心得与收获毕业设计心得与收获 65 结束语结束语 67 致致 谢谢 68 参考文献参考文献 69 第一章 绪论 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 11 1 先导式泄压阀技术先导式泄压阀技术 1 1 1 先导式泄压阀的介绍 先导式安全泄压阀是一种结构新颖的安全阀 主要用于石油天然气 化工 电力 冶金和城市燃气等领域 是受压设备 容器或管路上的最佳超压保护装置 其主要优 点是变弹簧直接作用为导阀间接作用 提高了动作的灵敏度 而且主阀采用套筒活塞 式 双重密封阀座结构 动作精度高 重复性好 回座快 不泄漏 能带高背压排放 工作等命长 工作稳定可靠 它还可在线调校 反复启跳排放后 仍然能自动回座 关闭严密 操作维护方便 广义安全阀包括安全阀 Safety valve 泄放阀 Relief valve 安全泄放阀 Safety Relief valve 先导式泄压阀是安全泄压阀的一种 按照 ASME 锅炉及压 力容器规范 第一篇中所阐述的定义来理解 l 安全阀 Safety Valve 一种由阀前介质静压力驱动的自动泄压装置 其特 征为具有突开的全开启动作 用于气体或蒸汽的场合 2 泄放阀 Relief Valve 又称溢流阀一种由阀前介质静压力驱动的自动泄压 装置 它随压力超过开启力的增长而按比例开启 主要用于流体的场合 3 先导式安全泄放阀 Pilot Operation Safety Relief Valve 又称安全溢 流阀一种由介质压力驱动的自动泄压装置 根据使用场合不同既适用作安全阀也适用 作泄放阀 先导式泄压阀在我国俗称为脉冲式安全阀 先导式安全泄压阀是主泄放装置与一 个自驱动的 辅助的泄压阀相联接的 并受其控制的泄压阀 是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线载荷式安全阀 主要用于火电机组 石油化工系统 它的适用范围是 管道口径特大的 开启压力较 高的 密封要求高的 安全阀出口有较大附加背压力的场合 先导式泄压阀基本结构由三部分组成 主阀 导阀或称副阀 浮动堵阀 正常工 作状态时 主阀和导阀都保持密封状态 此时导阀的进口腔室 主阀活塞式阀瓣的上 腔和主阀进口都具有同样的介质压力 此时浮动堵阀处于悬浮状态 当先导式泄压阀 主阀进口压力升高到要求的开启 或整定 压力值时 导阀开启 导阀开启后瞬时 主阀活塞时阀瓣上腔的介质通过导阀很快泄出 几乎同时浮动堵阀靠向一边进行密封 浮动堵阀密封后 将主阀进口通向主阀活塞式阀瓣上腔的流道封死 但主阀进口和导 第一章 绪论 2 阀进口腔室仍旧连通 因此主阀阀瓣迅速升起 达到全开 先导式泄压阀处于排放状 态 当先导式泄压阀进口压力下降道标准规定的回座压力值时 导阀阀瓣回座 导阀 回复到密封状态 此时浮动堵阀迅即回到悬浮状态 而主阀进口介质压力迅速进入主 阀活塞式阀瓣的上腔 由于主活塞式阀瓣的活塞有效面积大于主阀阀瓣密封面中径的 面积 因此主阀迅速关闭 此时先导式泄压阀回复到正常工作状态 先导式泄压阀的合理 正确的使用 选型 对设备 系统的安全 可靠 平稳的 运行起着至关重要的作用 保护人员和设备安全是所要考虑的头等重要的事情 只有 最可靠的安全阀才能担当这样的关键角色 先导式安全阀既可以突然起跳 也可以调 节式设计 1 1 2 先导式泄压阀系列 先导式泄压阀型号编制各个产品具有不同的规则 本论文根据某公司的产品系列来 介绍其型号种类 并根据其中部分型号的选用规则设计计算机辅助选型系统 先导式安全泄压阀是主泄放装置与一个自驱动的 辅助的泄压阀相联接的 并受其 控制的泄压阀 先导式安全阀既可以突然起跳 也可以调节式设计 这些阀门适用于 希望维持的系统工作压力很接近于阀门整定压力 工作压力 的场合 2900MPV 突然起跳 非流动先导式安全泄压阀 2900 PV 突然起跳 无流动先导阀在整定压力下全开启 且具有极小的启闭压差的 优越性能 调节式 非流动先导式安全泄压阀 2900 MV先导式安全泄压阀是一个非流动调节式先导阀 具有稳定的 优越的操作性 能 3900MPV 突然起跳 非流动先导式安全泄压阀 3900 PV突然起跳 无流动先导阀在整定压力下全开启 且具有极小的启闭压差的优 越性能 调节式 非流动先导式安全泄压阀 3900 MV先导式安全泄压阀是一个非流动调节式先导阀 具有稳定的 优越的操作性 能 4900MPV 第一章 绪论 3 突然起跳 非流动先导式安全泄压阀 4900先导式泄压阀阀是第一个无管的起跳式阀门 在整定压力下全开启 且具有最 小的启闭压差 调节式 非流动先导式安全泄压阀 4900先导式泄压阀阀是第一个无管的调节式阀门 具有稳定的 优越的操作性能 1 1 3 计算机辅助设计技术发展状况与趋势 90 年代以来 随着以计算机技术为支柱的信息技术的发展 世界经济格局发生了 巨大的变化 逐步形成了一个统一的一体化市场 经济循环加大 加快 市场竞争日 趋激烈 同时 产品由传统的机械产品向机电一体化产品 信息电子产品方向发展 技术含量大为增高 社会的消费观念也不断发生变化 产品的功能已不再是消费者决 定购买的最主要因素 产品的创新性 外观造型 宜人性 环保性等因素愈来愈受到 重视 在竞争中占据突出地位 这种趋势促使企业在着手进行新产品开发时把面向产 品的创新性 外观造型 人机工程等的设计提到一个新的高度 从而也迫切要求对设 计的研究能有进一步的突破 以提高企业形象 产品设计水平和市场竞争力 正因如 此 对于产品设计领域的研究逐渐受到了国内外学者的关注 特别是近几年来 随着 计算机软硬件技术的日新月异 计算机图形学 计算机辅助设计 多媒体 虚拟现实 等技术的发展和 CAD CAM 应用的逐步深入 现代工业设计理论与方法的研究有了长足 的进步 计算机辅助工业设计 Computer Aided Industrial Design CAID 技术已 成为 CAD CAM 先进制造与自动化技术领域的研究热点 计算机辅助设计技术发展趋势 现代产品设计的发展方向当今任何一个国家 若其 要在综合国力上取得优势地位 就必须在科学技术上取得优势 尤其要在高新技术产 品的创新设计与开发能力上取得优势 否则 在强大的国际竞争压力下将难以生存 难以发展 以产品设计为核心的现代工业设计是跨越 21 世纪的设计 其发展方向应 与产品设计制造的整体发展趋势保持一致 并在如下 3 个方面作出贡献 在创造性 发明性的探索性设计和创新性设计方面 要充分利用科技新成果 发挥设计师的最大 潜能 以实现标新立异的设计创新 在以信息技术为代表的高科技应用方面 要充 分利用各种新兴技术 新型材料 新式能源 并结合市场需求 以实现世界的又一次 工业大革命 在工业设计与工程设计的一致性方面 要充分协调好设计的功能 和形式 2 个方面的关系 使两者逐步走向融合 最终实现以人为核心 人机一体化的 智能集成设计体系 与建筑 机械等其它 CAD 技术相比 CAID 技术的研究进展相对迟缓 客观上主要 第一章 绪论 4 是因为工业设计的综合性和复杂性 CAID 存在的主要关键技术问题可归纳如下 现 代设计方法学的研究 立足于现代工业设计的发展方向 从设计对象自身出发 用类 似的 精确的方法对定性的设计过程及设计方法进行研究 以奠定 CAID 的理论基础 创新设计技术的研究 研究设计思维过程和计算机支持下的设计过程遵循的原则和 规范 探讨各类创新技法 深入研究创新设计的原理 方法和技术 设计过程中的 智能技术研究 研究设计过程及其评价过程中的智能支持技术 研究面向工业设计的 智能支持系统 设计过程中并行 协同 全生命周期设计技术研究 研究设计过程 中考虑制造 成本等因素的并行设计技术 研究设计过程中不同或相同领域的设计师 之间的协同设计技术 研究面向全生命周期的绿色设计技术 设计过程中的人机交 互技术研究 在传统交互手段的基础上 研究在 VR 等新兴技术支持下的人机交互技术 从设计的本身角度看 随着 CAD 人工智能 多媒体 虚拟现实等技术的进一步发 展 使得对设计过程必然有更深的认识 对设计思维的模拟必将达到新的境界 CAD 将 使设计朝着多元化 优化 一体化的方向发展 人机交互方式更加自然 创新设计的 手段更为先进 有效 从整个产品设计与制造的发展趋势看 并行设计 协同设计 智能设计 虚拟设计 敏捷设计 全生命周期设计等设计方法代表了现代产品设计模 式的发展方向 随着技术的进一步发展 产品设计模式在信息化的基础上 必然朝着 数字化 集成化 网络化 智能化的方向发展 1 1 4 国内先导式泄压阀技术的研究现状 目前国际上生产先导式泄压阀影响较大的公司如 安德森 格林伍德公司 Anderson Greenwood 及 Co 德莱赛有限公司 Dresser Co 先导式泄放阀 的计算机辅助选型设计及参数化造型系统正处于研制阶段 选型设计的标准基于 ASME API 规范 先导式泄压阀主要用于火电机组 石油化工系统 它的适用范围是 管道口径特 大的 开启压力较高的 密封要求高的 安全阀出口有较大附加背压力的场合 先导式泄压阀的合理 正确的使用 选型 对设备 系统的安全 可靠 平稳的 运行起着至关重要的作用 保护人员和设备安全是所要考虑的头等重要的事情 只有 最可靠的安全阀才能担当这样的关键角色 先导式安全阀既可以突然起跳 也可以调 节式设计 1 21 2 石油化工行业安全的重要性石油化工行业安全的重要性 1 2 1石油化工安全生产的特点 第一章 绪论 5 石油化学工业是以石油或天然气为原料 经过化工过程而制取各种石油化工产品的 工业 石油化工在世界上发展的历史已经很久 早在第一次世界大战期间就有萌芽 但发展缓慢 直到第二次世界大战期间 石油化工有了飞跃发展 目前 欧美和日本 等工业发达国家 石油化学工业最为发达 已成为国计民生中不可缺少的重要行业 我国的石油化工企业是二十世纪六十年代新兴的行业 石油化生产主要由石油炼制 化肥 化纤 合成橡胶和塑料等几个行业组成 其主要原料来源于石油和天然气 我 国的石油化学工业每年为国家提供大量的石油产品 化肥 合成纤维 合成橡胶和塑 料 以及一些基本化工原料 不但保证了国内市场需要 而且部分产品打入了国际市 场 其产品对发展工业 农业 科学技术和巩固国防发发挥了重要作用 石油化学工 业是我国国民经济中的重要组成部分 石油化学工业生产是一种高危险性的行业 一旦发生火灾 爆炸事故 往往造成 较大的伤亡或财产损失后果 从安全的角度分析 它不同于冶金 机械制造 基本建 设 纺织和交通运输等行业 1 2 2石油化工行业工艺装置的危险性 泄漏和静电 设备和管道在正常操作下不严密会产生泄漏 如泵 压缩机等动设备 及阀门 法兰 取样口 放凝口等静设备都可能发生泄漏 引发爆炸事故 超温 超压 可能导致装置超温 超压的原因包括 活性物质激烈反应引发的内部 爆炸 被外部火灾包围导致装置强度降低或爆炸 设备腐蚀穿孔 机械破坏 设备和 管道内物料流速过快或电荷积聚 产生静电 发生爆炸等 设备内爆及管道破裂 石油化工生产由于高温 高压 许多聚合反应其压力高达上 千帕 压力高 聚合过程中要防止设备发生内爆形成的破坏 在评价时应考虑泄压的 厂房设备和抑爆措施 对于管道 要考虑一旦发生破裂 可燃介质大量泄漏 形成爆 炸性空间的可能性 1 31 3 本文的研究内容和目的本文的研究内容和目的 综上所述 石油化工行业具有专业性强 危险性高的行业 不仅涉及到人民生命 财产的安全而且涉及到人类生存环境的安全 本文通过先导式泄压阀的计算机辅助选型设计及参数化造型系统的研制 有助于快 捷 合理 正确的选择适当的安全防护产品 避免主观性和盲目性 第 2 章先导式泄压阀所遵循的规范及标准 6 第第 2 2 章章 先导式泄压阀所遵循的规范及标准先导式泄压阀所遵循的规范及标准 2 12 1 ASMEASME 美国机械工程师协会美国机械工程师协会 ASME 英文全称为 American society of machanical engineers 本国际规范或标准是按照符合美国国家标准准则的认可程序制定的 它是美国 国家标准 ASME 第 I 规章及第 VIII 规章规定了先导式泄压阀的相关要求 ASME 第 规章关于先导式泄压阀的相关规定 条件要求 整定压力 阀门整定压力不可超过 倍的设计压力 对于饱和蒸汽 阀门的整定压力 范围不可超过最高阀门整定压力的 启闭压差 对于整定压力超过 100psig 的阀门 启闭压差应在 2 和 4 之间 对于整定压力小于或等于 100psig 的阀门 启闭压差应为 2 4 psi 泄压后阀门的关闭压力应不低于 96 的它们的整定压力 开启压力公差 压力高于 15psig 小于和等于 70psig 2 psig 压力高于 70psig 小于和等于 300psig 3 压力高于 300psig 小于和等于 1000psig 10 psig 压力超过 1000 psig 1 关闭压力偏差 最小启闭压差 最小启闭压差在不考虑整定压力时为 2 psig 对于压力超过 100 psig 时 启闭压差应不小于 2 的整定压力 最大启闭压差 泄压后 整定压力高于或等于 375 psig 的所有阀门应在不低于 96 的整定压力下关闭 对于压力低于 375psi 时 启闭压差应不超过下表中规定值 整定压力 psi15 6667 250251 374 最大启闭压差 psi4设定压力的 6 15 密封性能 密封性能测试应在最大的要求工作压力下操作 但该压力不超过阀门的回座压 力 当测试时 无可见泄漏的阀门可被认为是不漏的 A ASME 第 规章关于先导式泄压阀的相关规定 条件要求 选型应防止设备或管道压力超压高于最大许用工作压力的 10 整定压力 阀门的整定压力不允许超过容器的最大许用工作压力 注意 每个阀门的压力 设定应考虑静压头和恒定背压的影响 整定点允许偏 差 压力释放阀的整定压力允许偏差 正或负 对于压力低于或等于 70 psi 483KPa 时不允许超过 2 psi 13 6kPa 对于压力高于 70 psi 483KPa 时不允许超过 3 启闭压差按照第 VIII 规章设计和进行排量测试的阀门可以调整为 7 的启闭压差 密封性能 规范要求密封性能测试应在最大要求的工作压力下进行 这个最大压力不超过阀 门的回座压力 用水或蒸汽测试时 无可见泄漏的阀门可以认为是充分密封的 第 2 章先导式泄压阀所遵循的规范及标准 7 用空气进行的泄漏测试应根据工业标准 2 22 2 APIAPI RPRP 520520 美国石油组织推荐标准美国石油组织推荐标准 API 英文全称为 American petroleum institution 推荐的准则主要涵盖了泄压装置技术要求 本准则中使用的术语泄压阀包括用于可压缩流体的安全泄压阀和用于液体的泄 放阀 本准则涵盖了天然气 水蒸气和液体工况 本推荐标准是石油行业工作多年的工程师的经验总结 涉及到泄压阀的设计 选型和安装 本推荐标准中要求或信息是 ASME 锅炉压力容器规范的第八章的补充规定 2 32 3 ISOISO 4126 1 1991 4126 1 1991 安全阀安全阀 第第1 1部分 一般要求部分 一般要求 ISO 4126 1 1991 对应的国内标准是 GB T12241 2005 安全阀一般要求 本标准规定了安全阀的术语 设计和性能要求 试验 排量确定 当量排量计 算 标志和铅封 质量保证体系以及安装 调整 维护和修理等一般要求 本标准适用于流道直径大于或等于 8mm 整定压力大于或等于 0 1MPa 的各类安 全阀 本标准对安全阀的适用温度未予限定 2 42 4 本章小节本章小节 本章主要介绍了先导式泄压阀设计 制造时所遵循的标准规范要求 从整体上对泄 压阀的选型进行限制 以满足相关的标准规范 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 8 第第 3 3 章章 先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征 参数的选择与确定参数的选择与确定 3 1 先导式泄压阀的状态要求 流体特性 先导式安全泄压阀是一种新颖结构的安全阀 主要用于石油天气 化工 电力 冶 金和城市燃气等领域 是受压设备 容器或管路上的最佳超压保护装置 其主要优点 是变弹簧直接作用为导阀间接作用 提高了动作的灵敏度 而且主阀采用套筒活塞式 双重密封阀座结构 动作精度高 重复性好 回座快 不泄漏 能带高背压排放 工 作寿命长 工作稳定可靠 它还可以在线调校 反复启跳排放后 仍然能自动回座 关闭严格 操作维护方便 在安全阀选型前 使用者应了解状态要求 在 API RP 520 标准中 API 确立了泄压装置的选型规则 是对泄压装置的一般规定 且 API 允许泄压装置的制造商有自己的标准 例如不同于 API RP 520 中所列出的流量 系数和校正系数 对于气体 汽体和蒸汽的应用 利用API RP 520的Kd值和API RP 526中的有效面积 按照API RP 526规定来选择安全阀 选型公式中符号或参数 Ac 为防止容器或系统压力超过容器或系统最大允许工作压力所规定的范围 所需 要的安全阀流道面积 美制单位in2 公制单位mm2 C 无量纲数值 用气体或蒸汽的比热比表示 见表3 1和3 2 k 等压比热Cp与等容比热Cv的无量纲比值 K 流量系数 Kd x 0 9 根据阀门型号和介质类型选择该值 参考用于正常值 的选型公式 Kb 无量纲值 本论文中取值1 Kc 联合应用系数 本论文中取值1 Kd 和安全泄放阀实际与理论流量有关的无量纲值 根据阀门型号和介质类型选择 该值 参考用于正常值的选型公式 Kv 无量纲值 用于因流体粘度影响而使安全泄放阀排量减少的校正 Ku 无量纲系数 用来校正选型公式中单位类型 M 气体或水蒸汽的分子量 MAWP 最大许用工作压力 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 9 P 安全泄放阀的整定压力 用表压表示 Pb 阀门出口处的表压 这个值和额定流动压力值一致 P1 泄放阀进口处的额定流动压力 以绝对压力 PSIA 表示 这个值是铭牌上安 全阀的整定压力加上过压 加上大气压力 参考 第3 6 2 整定压力和过压的关系 章节 P2 阀门出口处的压力 以绝对压力 PSIA 表示 这个值和额定流动压力值同时 存在 Q 单位时间内体积排量 R 雷诺数 用于获得粘度校正系数 Kv 的无量纲数 介质的密度 SG 比重 无量纲数 是某一流体的密度和标准流体密度的比值 T 阀门进口处的温度 以绝对温度表示 这个值和额定流动压力值是一致的 W 单位时间的质量流量 Z 空气或水蒸汽的压缩系数 如果未知 取Z 1 流体特性 表 3 1 气体常数 C 部分 kCkCkCkC 1 073221 083251 093261 12329 1 133301 143311 153321 19336 1 203371 213381 223391 26343 1 273441 293461 303471 31348 1 323491 333501 363531 40356 1 413571 663771 673781 68379 k 和 C 的相互关系用等式表述为 1 1 2 520 1 k k Ck k 表 3 2 用于普通流体的常数和排量换算系数 部分 kMW G 空气 1 G 水 1 沸点F临界温度F Styrene1 07104 13 60 906293706 Methyl Butane1 0872 152 490 62582370 Cyclohexane1 0984 162 9050 779177538 Benzene1 1278 112 6960 879176551 Ethyl Alcohol1 1346 071 590 789173469 Acetaldehyde1 1444 051 5210 78368370 Propylene1 1542 081 4530 609 54197 Ethyl Chloride1 1964 522 2270 90354369 气体 为悬浮液中分散相的体积分 数 d为分散相粘度 当分散相为固体颗粒时 d 当分散相 5 1 2 m 为气泡时 d 0 m 1 3 9 3流体的数据表 表 3 21 MediumDate 记录了流体 部分 的数据 数据表结构如表 3 21 所示 3 10先导式泄放阀主阀及导阀材料选择 以下仅以 3900 系列为例进行阐述 表 3 21 流体数据表 MediumDate 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 24 字段名称含义数据类型 Air空气Char 50 Ammonia氨气Char 50 Argon氩气Char 50 Benzene石油Char 50 Bromine溴Char 50 CarbonDioxide二氧化碳Char 50 CarbonMonoxide一氧化碳Char 50 Chlorine氯气Char 50 Ethane乙酸Char 50 EthylAlcohol酒精Char 50 Ethylene乙撑氧Char 50 Helium氦Char 50 Hydrogen氢Char 50 Methane甲烷Char 50 MethylAlcohol甲基乙醇Char 50 Nitrogen氮Char 50 NitrousOxide一氧化氮Char 50 Oxygen氧气Char 50 Steam蒸汽Char 50 SulfurDioxide二氧化硫Char 50 Water水Char 50 3 10 1 主阀材料概述 主阀有五个基本零件组成 装配和拆卸均可从顶部进口完成 即只要系统中没 有压力 常规维护 例如更换 形圈和密封 可以在现场完成 实际上排除了对 起重设备和附加人力的需要 阀体 阀体是带有整体法兰的铸件 它是与工艺介质接触的主要承压部件 为了保证其完 整性和可靠性 所有的阀体铸件应当按照最新版本的ASME锅炉 及 压力容器规范制造 阀体的标准材料是WCC碳钢和CF8M 316不锈钢 其他材料 例如蒙乃尔 哈氏合金 和 其他经规范认可的材料 可以应用于更苛刻的工况要求 在阀体的排放侧钻孔并攻丝 用于导阀排放 如果导阀是向大气排放的 应在这个钻孔处安装一个用作保护的管堵 喷嘴 316不锈钢喷嘴执行两个功能 第一 用作下密封面 第二 控制排量 喷嘴已加 工的节流孔确保在过压条件下获得额定的排量 喷嘴螺纹旋入或用螺栓固定在阀体内 并用 形圈密封 螺纹旋入或用螺栓固定的喷嘴可以容易地取出维修或更换 导套 316不锈钢导套确保阀瓣和喷嘴准确对中 并可靠密封 大型的导套结构设计用来 防止阀门在介质中扭曲变形 阀瓣 阀瓣材料是316不锈钢 当介质为空气 工业气体或液体时 一个 O 形圈 件 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 25 10 用来隔离阀体腔室 对于蒸汽介质 一个加强的弹性Teflon 密封圈 件17 用在 阀瓣上部边缘 用于阀瓣和导套之间的 具有导向功能的浸滞Teflon 石墨导环 或环 件16 具有较低的摩擦系数 O 形圈密封 件12 行使阀瓣的主要密封功能 确保 气泡级密封 金属 金属密封面可以使阀门在即使 O 形圈被破坏的情况下仍能保持 密封 两个特点区别 O 形圈密封设计和其他的设计 即 50 度的金属 金属密封面和开 槽的 O 形圈固定器 盖板 盖板固定着导套 并封闭主阀体 每个盖板钻孔并攻丝 用于安装吊环螺栓 以便 于主阀的装配和拆卸 以及便于阀门的安装 其它 其他部分 螺栓 螺母 弹簧 铭牌 以及铅封完成装配的主阀组件 导阀上附有 铅丝和铅封 以防止导阀被调整 3 10 2主阀材料列如表 3 22 所示 主阀各部件位置如图 3 7 所示 3 10 3先导式泄压阀阀体及 O 形圈材料的数据表如表 3 23 所示 表 3 23 ValveMaterial 记录了先导式泄压阀主阀各部件的材料数据 表 3 22 主阀材料表 零件标准材料全部不锈钢 S4 NACE SG1 1 阀体ASME SA216 WCC 碳 钢 ASME SA351CF8M 不锈 钢 ASME SA216 WCC 碳 钢 2 喷嘴316 不锈钢316 不锈钢316 不锈钢 3 喷嘴 O 形圈 Teflon Teflon Teflon 4 盖板ASME SA516 70 碳钢ASME SA240 316 不锈 钢 ASME SA516 70 碳钢 5 盖板 O 形圈 Teflon Teflon Teflon 6 弹簧 Inconel X750Inconel X750Inconel X750 7 导套316 不锈钢316 不锈钢316 不锈钢 8 导套 O 形圈 Teflon Teflon Teflon 9 阀瓣316 不锈钢316 不锈钢316 不锈钢 10 阀瓣 O 形圈 1 Teflon Teflon Teflon 11 O 形圈固定器316不锈钢316 不锈钢316 不锈钢 12 O 形密封圈 Teflon Teflon Teflon 13 固定螺钉304不锈钢316 不锈钢316 不锈钢 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 26 14 帽螺钉SA193 B7合金钢SA193 B8M 合金钢SA193 B7 合金钢 15 螺母SA194 2H 合金钢SA194 8M 合金钢SA194 2H 合金钢 16 导向环 Teflon Teflon Teflon 图 3 7 主阀各部件位置 表 3 23 先导式泄压阀主阀各部件材料表 ValveMaterial 字段名称含义数据类型 MNumber各部件编号Int Base主阀阀体 1Char 50 Nozzle喷嘴 2Char 50 NozzleORing喷嘴O形圈 3Char 50 CoverPlate盖板 4Char 50 CoverPORing盖板O形圈 5Char 50 Spring弹簧 6Char 50 Guide导向体 7Char 50 GuideORing导向体O形圈 8Char 50 Valveleaf阀瓣 9Char 50 ValveleafOring阀瓣 O 形圈 10Char 50 FixerOring O 形圈固定器 11Char 50 Oring O 形密封圈 12Char 50 Stud固定螺丝 13Char 50 Dstud双头螺柱 14Char 50 RetainerNut螺母 15Char 50 GuideRing导向环 16Char 50 3 10 43900 起跳式导阀材料如表 3 24 所示 外形图如图 3 8 所示 3900 系列的 39PV 导阀 突跳式 无流动 用于整定压力 15 3750psig 3 10 5 表 PValveMaterial 记录了先导式泄压阀导阀各个部件的材料数据 数据表结 构 如表 3 25 所示 调节式调节式 突跳式突跳式 调节式调节式 49MV22 和和 49MV72 现场测试接头组件现场测试接头组件止回器组件止回器组件 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 27 3 113 11阀门操作 泄放 设计温度的确定阀门操作 泄放 设计温度的确定 系统正常运行时 根据生产工艺 系统介质性质 并结合经济运行所需要的系 统温度 确定正常的操作温度即正常运行温度 各系列阀门的操作温度范围见表 3 20 当客户所输入的操作温度不在此范围内时 系统会弹出对话框提醒用户重新输入 输入见面见图 5 3 当系统需要泄放时 考虑到介质经过一定的管道距离通过泄放阀排放 结合此 段管道的保温材料性能 确定泄放时的介质温度 泄放温度与操作温度范围所受限 制相同见表 3 20 当客户所输入的泄放温度不在此范围内时 系统会弹出对话框 提醒用户重新输入 输入见面见图 5 3 石油化工行业属于高危险 高危害性 影响大的特点 必须根据系统的操作温 度 泄放温度 结合一定的安全保障系数来确定设计温度 一般情况设计温度为操 作温度的 1 1 倍 设计温度与泄放温度及操作温度所受限制见表 3 20 当客户所 输入的泄放温度不在此范围内时 系统会弹出对话框提醒用户重新输入 输入见面 见图 5 3 图 3 8 3900 起跳式导阀外形图 序号零件材料 1阀体SA351 CF8M不锈钢 2调节器帽316不锈钢 3调节器头316不锈钢 4调节器体316不锈钢 5调节锁紧螺母316不锈钢 6压紧螺钉316不锈钢 7压紧螺钉锁紧螺母316不锈钢 8弹簧垫片316不锈钢 9弹簧铬钢 磷化 10上衬垫316不锈钢 11下衬垫316不锈钢 12主活塞316不锈钢 13压紧螺钉帽316不锈钢 14支架螺栓316不锈钢 15调节器体 O 形圈选择 16调节器头 O 形圈选择 17衬垫 O 形圈选择 18阀体 O 形圈选择 19支架SA351 CF8M不锈钢 20主活塞弹性密封圈Teflon 21调节器头弹性密封圈Teflon 22衬垫弹性密封圈Teflon 23排放组件316不锈钢 24管塞316不锈钢 25弹簧罩317不锈钢 26顶板318不锈钢 27固定螺钉319不锈钢 28阀盖SA351 CF8M不锈钢 表 3 24 3900 起跳式导阀材料表 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 28 3 123 12先导式泄放阀噪音分析先导式泄放阀噪音分析 先导式泄放阀多为锥阀结构 如下图所示 该结构反应灵敏 易加工 但工作时稳 定性差 容易产生振动和噪音 当噪音影响到环境健康时必须考虑采取相应的措施降 低 程序输出结果会给出噪音大小 见表5 10 供客户参考 噪音的计算见第5 3 6章 节 图3 9 先导式泄放阀噪声来源分析示意图 表3 25 先导式泄压阀导阀各部件材料表PvalveMaterial 字段名称含义数据类型 PMNumber导阀各部件编号Int Case阀体Char 50 ADCap调节器盖帽Char 50 Bonnet调节器头Char 50 ADLocknut调节器锁扣Char 50 Cscrew压紧螺钉Char 50 Cscrewnut压紧螺钉锁紧螺母Char 50 Swasher弹簧垫片Char 50 Spring弹簧Char 50 Upgasket上衬垫Char 50 Downgasket下衬垫Char 50 MainPiston主活塞Char 50 Setscrew压紧螺钉帽Char 50 Bracketnut支架螺栓Char 50 ADOring调节器体 O 形圈Char 50 BonnetOring调节器头 O 形圈Char 50 Gasketring衬垫 O 形圈Char 50 Casering阀体 O 形圈Char 50 Braket支架Char 50 Mainring主活塞弹性密封圈Char 50 Bonnetring调节器头弹性密封圈Char 50 GasketOring衬垫弹性密封圈Char 50 Discharger排放组件Char 50 Pipeplug管塞Char 50 Springcap弹簧罩Char 50 TopPlate顶板Char 50 Fixerscrew固定螺钉Char 50 Valvecap阀盖Char 50 3 12 1先导阀芯轴向振动与噪音的产生 先导阀芯与调压弹簧构成了质量 弹簧系统 系统正常工作时 泄放阀处于频繁启 闭动态 即先导阀芯在合力的作用下总是围绕某一点作轴向的上下振动 如上图所示 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与确定 29 先导阀芯未开启时 阀芯只受液压开启力和弹簧压力 且此时阀芯静止不动 先导 阀芯开启后 即阀芯运动后 阀芯所受力为 开启阀芯的液压力 弹簧复位力 稳态 液动力 瞬态液动力 惯性力 开启阀芯液压力大于弹簧力时 阀芯开启 阀芯开启 后 阀芯上移 从理论上讲 当阀口开启高度最大时 阀芯在合力作用下处于静力平 衡状态 但是由于惯性力的作用 继续上移 直至阀口开启高度达到最大时阀芯停止 上移 此时阀口通流面积最大 液阻最小 流量迅速增大 液压力与液动力迅速降低 弹簧力最大 在弹簧力作用下 阀芯开启又快速下移 移至阀口开启最大高度时 到 静力平衡点 但此时 惯性力最大 阀芯继续下移 直到撞击阀座口关闭阀口 发出撞 击声响 随后 阀芯在液压力作用下开启 循环撞击阀座口 另外 在阀芯刚开启和 刚关闭时 缝隙最小 阀口处介质流速最大 液流紊流噪音最大 如此反复就产生了 阀芯轴向振动与噪音 3 12 2 先导阀芯的径向振动与噪音产生 从理论上说 锥阀芯与阀座是线密封且对中的 沿阀座口圆周各处的流速是相同的 瞬态力 沿径向是圆周均匀分布的 不会影响阀芯的工作稳定性 但实际中存在以下 问题 制造方面 阀座口 阀芯锥面存在圆度形状误差 弹簧的两端面与轴线不垂直 零件的导向偏差等 设阀口右边存在圆度误差或缺口 则左右两边的流速变化不同 即两边的瞬态力也不同 显然右边的瞬态力大于左边的瞬态力 这样锥阀向左摆动 左侧通流面积减少 进口压力剧增 缝隙紊流噪音增大 同时 右侧面积增大 使两 边压差降低 阀芯将右回摆 当右边压力释放后 锥阀又右摆 形成左边通流面小 左侧缝隙紊流噪音剧增 如此循环造成锥阀的自激振动 产生径向振动噪音 3 133 13软体材料 密封圈 的选择软体材料 密封圈 的选择 该部分仍以 3900 系列为例进行论述 3 13 1软体材料的选择 软体材料的选择与介质 系统压力 温度及软体材料的硬度有关 软体材料与介质 的适应性见表 4 3 阀门各部位软体材料的选择如表 3 26 所示 选型程序中进行自动 选取 当有多种选择或无要求时系统会弹出对话框让客户进行选择见图 5 3 软体材料 受主阀压力限制范围见表 3 27 受主阀温度限制范围见表 3 28 导阀和调节器软体材 料的选择及所受压力 温度限制见表 3 29 表 3 26 3900 软体材料选择表 第 3 章先导式泄压阀计算机辅助选型设计的基本特征参数的选择与