PS222安全阀设置统一规定

工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 1 安全阀设置统一规定安全阀设置统一规定 1 1 应用范围应用范围 1 1 本规定适用于化工生产装置中压力大于 0 2 Mpa 的压力容器上防超压用安全 阀的设置与选用 不包括压力大于 100 Mpa 的超高压系统 适用于化工生产装置中上述范围内的压力容器和管道所用安全阀 不适用于 其他行业的压力容器上用的安全阀 如各类槽车 各类气瓶 锅炉系统 非金属 材料容器 以及核工业 电力工业等 1 2 安全阀的详细计算参见 PS301 2004 2 2 名词名词 2 1 安全阀 由弹簧作用或由导阀控制的安全阀 当入口处静压超过设定压力时 阀瓣上 升以泄放被保护系统的超压 当压力降至回座压力时 可自动关闭的安全泄放阀 2 2 导阀 控制主阀动作的辅助压力泄放阀 2 3 全启式安全阀 当安全阀入口处静压达到其设定压力时 阀瓣迅速上升至最大高度 最大限 度地排出超压的物料 一般用于可压缩流体 阀瓣的最大上升高度不小于喉径的 1 4 2 4 微启式安全阀 当安全阀入口处静压达到其设定压力时 阀瓣位置随入口压力的升高而成正 比例地升高 最大限度地减少应排出的物料 一般用于不可压缩流体 阀瓣的最 大上升高度不小于喉径的 1 20 1 40 2 5 弹簧式安全阀 由弹簧作用的安全阀 其设定压力由弹簧控制 其动作特性受背压的影响 2 6 背压平衡式安全阀 由弹簧作用的安全阀 其设定压力由弹簧控制 用活塞或波纹管减少背压对 其动作性能的影响 2 7 导阀式安全阀 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 2 由导阀控制的安全阀 其设定压力由导阀控制 其动作性能基本上不受背压 的影响 当导阀失灵时 主阀仍能在不超过泄放压力时自动开启 并排出全部额 定泄放量 2 8 主安全阀 主安全阀是被保护系统的主要安全泄放装置 其泄放面积是基于最大可能事 故工况下的泄放量 2 9 辅助安全阀 辅助安全阀 有时多于一个 是主安全阀的辅助装置 提供除安全阀以外的附 加泄放面积 用于非最大可能事故工况下的超压泄放 2 10 实际泄放面积 流体经过安全阀的最小流通面积 2 11 有效泄放面积 最小泄放面积 用公式或图表计算的泄放面积 有效泄放面积要小于实际泄放面积 2 12 喉径面积 安全阀喷嘴中最小直径处的截面积 2 13 环隙面积 安全阀阀瓣与阀座之间的圆柱形面积 2 14 最大工作压力 系指容器在正常工作情况下容器顶部可能达到的最大压力 见 设备和管道 设计压力和设计温度的确定 PS221 2004 2 15 设计压力 系指设备的容器顶部的最高工作压力 应不小于安全阀的设定压力 开启压 力 2 16 安全阀的设定压力 安全阀入口处的静压达到该值时 安全阀将动作 设定压力要求不大于被保 护系统内最低的设计压力 2 17 安全阀的开启压力 整定压力 安全阀的阀瓣开始升起 物料连续流出时的压力 数值与设定压力相同 2 18 安全阀的背压 作用在安全阀出口处的压力 背压分为静背压和动背压 静背压是指安全阀 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 3 未起跳时阀出口处的压力 动背压是指安全阀起跳后 由于流体的流动引起的摩 擦压力降值 2 19 安全阀的超压 在泄放过程中 安全阀入口处的压力超过设定压力的部分 通常以百分数表 示 2 20 安全阀的泄放压力 安全阀的阀芯升到最大高度后阀入口处的压力 泄放压力等于设定压力加超 压 2 21 安全阀的回座压力 安全阀起跳后 随着被保护系统内压力的下降 阀芯重新回到阀座时的压力 2 22 最大允许工作压力 系指在设计温度下 容器顶部所允许承受的最大表压力 该压力是根据容器 受压元件的有效厚度计算所得 且取其最小值 3 3 引用标准 常用标准 引用标准 常用标准 3 1 压力容器安全技术监察规程 劳动部颁发 1991 年 1 月 1 日施行 3 2 钢制压力容器 GB150 89 3 3 石油化工企业设计防火规范 GB50160 92 3 4 Sizing Selection and Installation of Pressure Reliving Devices in Refineries API 520 1992 美国石油学会标准 3 5 Flanged Steel Safety Relief Valves API 526 美国石油学会标准 4 4 压力关系表压力关系表 表 4 0 0 安全阀与容器有关的压力关系表 容器压力百分比安全阀 121 火灾用安全阀的最大泄放压力 116 非火灾用辅助安全阀的最大泄放压力 110 非火灾用主安全阀的最大泄放压力 火灾用辅助安全阀的最大设定压力 设计压力 或最大允许工作压力 105 非火灾用辅助安全阀的最大设定压力 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 4 100 主安全阀的最大设定压力 93 97 回座压力 上表表明了不同情况下被保护系统设置安全阀的最大泄放压力 最大设定压 力的数值与被保护容器的设计压力 或最大允许工作压力 数值的比例关系 5 5 安全阀设置的原则安全阀设置的原则 5 1 安全阀适用于清洁 无颗粒 低粘度流体 凡必须安装安全泄压装置而又不 适合安装安全阀的场所 应安装爆破片或安全阀与爆破片串联使用 5 2 凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀 5 2 1 独立的压力系统 有切断阀与其它系统分开 该系统全气相 全液相或 气相连通 5 2 2 容器的压力物料来源处没有安全阀的场合 5 2 3 设计压力小于压力来源处的压力的容器及管道 5 2 4 容积式泵和压缩机的出口管道 5 2 5 由于不凝气的累积产生超压的容器 5 2 6 加热炉出口管道上如设有切断阀或调节阀时 在该阀上游应设置安全阀 5 2 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 5 2 8 液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位 5 2 9 凝气透平机的蒸汽出口管道 5 2 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 5 2 11 其它应设置安全阀的地方 6 6 安全阀的分类安全阀的分类 安全阀分类有以下几种 6 1 按国家标准 安全阀的一般要求 分类 6 1 1 直接载荷式 一种直接用机械载荷如重锤 杠杆加重锤或弹簧来克服由阀 瓣下介质压力所产生作用力的安全阀 6 1 2 带动力辅助装置式 该安全阀借助一个动力辅助装置 可以在低于正常的 开启压力下开启 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 5 6 1 3 带补充载荷式 该安全阀在其进口处压力达到开启压力前始终保持有一增 强密封的附加力 该附加力可由外来的能源提供 而在安全阀达到开启压力时应 可靠地释放 6 1 4 先导式 依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀 该导阀本身应符合 直接载荷式安全阀标准要求 6 2 按阀瓣开启高度分类 6 2 1 全启式 0 4 1 dh 表示开启高度 表示喷嘴直径 h 0 d 6 2 2 微启式 00 40 1 20 1 dhd 6 3 按结构不同分类 6 3 1 封闭弹簧式和不封闭弹簧式 6 3 2 带扳手和不带扳手 6 3 3 带散热片和不带散热片 6 3 4 有波纹管和没有波纹管 6 4 按平衡内力的方式不同分弹簧式 杠杆重锤式和先导式 7 7 安全阀的选用安全阀的选用 7 1 对安全阀的基本要求 为了保证压力容器在正常工作压力下运行 安全阀应符合以下基本要求 7 1 1 密封性能良好 在正常工作压力下应保持严密不漏 7 1 2 动作灵敏可靠 当进口侧压力达到规定的开启压力时 能自动迅速开启 顺利排气 7 1 3 开启状态下 阀瓣动作稳定 无频跳和颤振 卡阻等异常现象 7 1 4 在排放压力下 阀瓣处于全开位置 并达到额定排量 7 1 5 开启排气降压后应能及时关闭 并继续保持密封状态 对于一个优良的安全阀 除了符合上述的动作灵敏可靠和密封性能良好等基 本要求外 还应具有结构紧凑 调节方便等性能 7 2 不同类型的安全阀的优缺点 7 2 1 弹簧式安全阀结构轻便紧凑 灵敏度也比较高 安装方位不受限制 对振 动也不敏感 所以可用于移动式的压力容器上 这种安全阀的缺点是所加的载荷 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 6 会随着阀的开启而发生变化 因为随着阀瓣的开启和升高 弹簧的压缩量增大 作用在阀瓣上的弹力随即增大 这对安全阀的迅速开启是不利的 另外 阀上的 弹簧会由于长期受高温的影响而使弹力减低 用于温度较高的压力容器时 常常 要考虑弹簧的隔热或散热问题 从而使结构变得复杂起来 7 2 2 杠杆重锤式安全阀结构简单 调整容易又比较准确 所加的载荷不会随 阀瓣的升高而显著增大 而且它的动作与性能不受高温的影响 宜用于温度较高 的场合 特别是用在锅炉和高温容器上 缺点是结构比较笨重 重锤与阀体的尺 寸很不相称 特别是用于高压设备上 阀的密封性能对振动较敏感 常因阀的振 动而产生泄漏现象 另外 重锤杠杆式安全阀的回座力一般都比较低 有的甚至 要降到正常工作压力的 70 才能保护密封 这对压力容器的持续正常运行是不利 的 7 2 3 先导式安全阀结构复杂 通常只用于安全泄放量很大的压力容器 因为 口径很大的安全阀如果用杠杆重锤式或弹簧式 要用质量很大的重锤或弹力很大 的弹簧 而这两者都有一定的限制 为了操作方便 杠杆重锤式安全阀重锤的质 量一般不宜超过 60kg 弹簧式安全阀弹簧的弹力最大不宜超过 2 10tN 过大 过硬的弹簧不能准确地工作 上述三种型式的安全阀中 用得最普遍的是弹簧式 因为先导式安全阀结构 相当复杂 目前只在大型电站锅炉或水库中用 而杠杆重锤式安全阀又存在结构 笨重 对振动敏感 回座压力低等缺点 再加上弹簧式安全阀在不断地得到完善 因而杠杆重锤式安全阀就逐步被弹簧式安全阀所取代 我国目前只生产少量杠杆 重锤式安全阀 一般都用于蒸汽锅炉 而且都是随主机配套的 7 3 安全阀的选用 7 3 1 阀型的选定 1 排放气体或蒸汽时 选用全启式安全阀 2 排放液体时 选用全启式或微启式安全阀 3 用于水蒸汽或空气的安全阀 允许选用带板手的 易燃 易爆 有毒气体不 能选用带扳手的 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 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 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 7 选用闭式阀帽安全阀 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 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 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 7 3 2 确定安全阀的材质 安全阀阀体 弹簧罩和阀帽的材料应同安全阀入口的配管材料一致 对某些 特殊系统 如排出的液体经安全阀阀孔的节流降压后会气化 导致温度降低的自 制冷系统 应考虑选用能满足低温要求的材料 安全阀的阀瓣和喷嘴应使用耐腐蚀的 Cr Ni 钢 不允许使用碳钢 碳钢阀体的安全阀 其阀杆要用锻制铬钢 奥氏体钢阀体的安全阀 阀杆用 1Crl 8Ni9Ti 钢 低温用安全阀冲击试验仅限于阀体 弹簧罩和法兰 常用密封材料的适用范围如下 丁腈橡胶 53 9 135 聚四氟乙烯 253 294 氟橡胶 53 9 204 聚三氟氯乙烯 253 904 聚氨基甲酸酯 53 9 149 环氧树脂 53 9 163 7 3 3 确定公称压力 安全阀是按公称压力 PN 标准系列进行设计制造的 它的压力系列为 1 6 2 5 4 6 4 10 16 32Mpa 公称压力表示安全阀在常温状态下的最高 许用压力 因此 高温容器选用安全阀时还应考虑阀体材料在高温下许用应力的 降低 即选用的安全阀 其公称压力不应小于设计压力除以材料高温许用应力减 弱系数 用公式表示即为 t PPN 式中 PN 安全阀的公称压力 Mpa P 容器的设计压力 MPa 阀体材料在常温常压的许用应力 MPa t 阀体材料在工作温度下的许用应力 Mpa 在确定公称压力以后 对弹簧式安全阀还应选定适当级别的弹簧 安全阀一 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 8 般都在公称压力范围内按工作压力分级 以便配备不同刚度的弹簧 例如公称压 力为 PN 1 6MPa 的安全阀 按压力大小配备有五种级别的弹簧 选用时应按压 力容器的设计压力选定其中相应的一种 7 3 4 确定安全阀的喷嘴面积和公称直称 安全阀的喷嘴面积是通过计算得出的 通常的计算步骤如下 1 确定泄放量 根据不同的设备超压原因 确定工艺所需的泄放量 2 确定操作条件 a 安全阀定压 Ps 即安全阀的开启压力 必须等于或稍小于设备的设计压 力 一般设备可根据不同工艺操作压力按设备设计压力的要求确定其安 全阀的定压 当安全阀定压等于设备设计压力时定压 Ps 当 P 1 8MPa 时 Ps P 0 18 0 1 当 1 8MPa P 4MPa 时 Ps 1 1P 0 1 当 4MPa P 8MPa 时 Ps P 0 4 0 1 当 P 8MPa 时 Ps 1 05P 0 1 P 为设备最高操作压力 MPa 表压 Ps 为安全阀定压 MPa 绝压 对有特殊要求者 应根据其要求确定 Ps 值 但设备的设计压力必 须等于或稍大于所选定的安全阀的定压值 b 积聚压力 Pa 可根据以下不同情况选取 无火压力容器上的安全阀 Pa 0 1Ps 着火有爆炸危险容器上的安全阀 Pa 0 2Ps 蒸汽锅炉上的安全阀 Pa 0 03Ps c 最高泄放压力 Pm Ps Pa d 背压 Pz 背压值一般应小于气体的临界流动压力 Px 值 对普通型 非平 衡型 安全阀 背压 Pz 不宜大于定值值 Ps 的 10 e 回座压差 回座压差必须小于定压和操作压力之差 如果安全阀的定压 高于操作压力 10 则回座压差一般应规定为操作压力的 5 有时在 订购安全阀时需注明此值 f 温度 按工艺操作温度考虑 3 计算喷嘴面积 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 9 安全阀的详细计算参见 PS301 2004 根据计算所得出的喷嘴面积 可从安全阀样本或其它资料中选用安全阀 选用的安全阀喷嘴面积必须大于计算面积 如果一个安全阀的喷嘴面积 不 能满足要求 可选用两个或多个安全阀并联 并使其总面积大于计算面积 喷嘴面积确定之后 相应的安全阀的公称直径也就确定了 7 3 5 确定安全阀的型号 一般安全阀的型号有六个单元组成 其排列方式如下 第一单元为阀门类型代号 用汉语拼音字母表示 弹簧式安全阀的代号为 A 杠杆重锤式安全阀则为 GA 第二单元为连接型式代号 用阿拉伯数字表示 常用的是 1 代表内螺纹连 接 2 代表外螺纹连接 4 代表法兰连接 第三单元为结构型式代号 用阿拉伯数字表示 0 代表带散热片 全启式封 闭型 1 代表微启式封闭型 2 代表全启式封闭型 3 代表带扳手 双联簧启式 开放型 4 代表带板手 全启式封闭型 7 代表带板手 微启式开放型 8 代表带 板手 全启式开放型 9 为先导式安全阀 第四单元为阀座密封面材料代号 用汉语拼音字母表示 常用的有 Y 代表 硬质合金 H 代表合金钢 T 代表铜合金 B 代表巴氏合金 F 代表氟塑料 W 代 表由阀体直接加工成密封面 第五单元为公称压力数值 第六单元为阀体材料代号 用汉语拼音字母表示 如 Z 代表灰铸铁 Q 代表 球黑铸铁 C 代表铸钢 I 代表铬钼钢 P 代表不锈钢等 PN 1 6MPa 的灰铸 铁阀体和 PN 2 5MPa 的碳素钢阀体省略本代号 7 3 6 安全阀型式 规格的校核方法 在实际工作中 经常遇到是对已经装设或准备安装在容器上的安全阀进行校 核或鉴定 以验证其型式和规格是否符合要求 校核安全阀的型式和规格 一般应按下列程序进行 1 根据安全阀的型号或实物 查验其型式是否符合容器的工艺技术要求 包括 阀的加载方式 阀体与密封面的耐腐蚀性与耐热性 阀盖的封闭型式等 类型代号 连接型 式代号 结构型 式代号 阀体密封面 材料代号 公称压力 数值 阀体材料 代号 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 10 2 根据型号查验其公称压力是否与容器标定的耐压能力和使用温度相适应 高 温容器用安全阀 要考虑阀体材料在容器使用温度下许用应力的减弱 3 计算压力容器的安全泄放量 4 计算安全阀在实际排放条件下的额定排量 5 比较安全阀的排量和容器的安全泄放量 如排量稍大或等于安全泄放量 则安全阀的规格符合要求 在校核和更换现有设备的安全阀时 对安全阀定 压的确定一定要引起注意 不能仍用该设备原来的设计压力来确定 因为压 力容器经使用一段时间后 其耐压能力要下降 重新启用该设备时 对其实 际耐压能力要由压力容器监测部门进行重新标定 以其标定的实际耐压值来 确定安全阀的定压值 8 8 安全阀的安装注意事项安全阀的安装注意事项 8 1 对安全阀安装位置要求 8 1 1 在设备或管道上的安全阀一般应垂直安装 但对设置在液体管道 换热 器或容器等处的安全阀 当阀门关闭后 可能由于热膨胀而使压力升高的场所 可水平安装 8 1 2 安全阀不应安装在长的水平管道的死端 因死端容易积聚固体物和液体 8 1 3 安全阀一般应安装在易于检修和调节之处 周围要有足够的工作空间 如 立式容器的安全阀 DN80 以下者 可安装在平台内靠外侧 DNl00 以上者安装在 平台外靠平台处 借平台可以对阀门进行维护和检修 8 1 4 由于大直径安全阀重量大 故在布置时要考虑大直径安全阀拆开后吊装的 可能 必要时要设置吊杆 8 2 安全阀入口管的设计 美国API RP52011推荐安全阀入口管道最大压力损失不超过安全阀定压的 3 它是按通过安全阀的最大流量计算得出的 包括入口压力损失 管道阻 力和切断阀阻力之和 为了减少入口压力降 可采取下列措施 8 2 1 安全阀的安装装置应尽量靠近被保护的设备或管道 8 2 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 8 2 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 其连接大小头尽量设在靠近安全阀的入口处 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 11 8 2 4 采用长半径弯头 R 1 5DN 8 2 5 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 8 2 5所示 此时需要有两个连接管 分别接到主阀和导阀上 8 2 6 考虑压力脉动的影响 1 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 应采用脉冲衰减器 但此时对管道内介质的流动有一定的影响 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 8 2 6所示 图8 2 5 导阀型安全阀由容器或管道直接取压 图8 2 6 用于往复式压缩机管道上的取压 2 管道上安装的安全阀 应位于压力比较稳定 距波动源有一定距离的地 方 见下表 表 8 2 6 表8 2 6 安全阀距波动源的距离 API P520推荐值 压 力 波 动 源最小直管段直径倍数 调节阀或截止阀 两个弯头不在同一平面上 两个弯头在同一平面上 一个弯头或缓冲罐 25D 20D 15D 10D 工艺系统 安全阀设置统一规定 PS222 2004 中国石油和化工勘察设计协会 8 222 12 脉动衰减器 流量孔板 10D 8 3 安全阀出口管的设计 安全阀出口管的设计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 其背压一般不 宜超过安全阀定压的 30 对于先导式安全阀 其背压不超过安全阀定压的 60 具体数值应查阅制造厂样本 由工艺计算决定 安全阀出口管道在安装时 应注意下列各点 8 3 1 安全阀排放管向大气排放时