电站锅炉安全阀的校验和排放量计算-电力锅监师培训教材.doc

电 力 行 业 锅 炉 压 力 容 器 安全监督管理工程师培训教材电站锅炉安全阀的校验和排放量计算 安徽省能源集团有限公司 俞 民 电力行业电站阀门标委会 张传虎电站锅炉安全阀的校验和排放量计算第一章 阀门的基本知识1 阀门的定义和用途阀门是一种管路附件。它是用来改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质流动的一种装置。阀门有以下几种用途：1) 接通或截断管路中的介质。如闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、隔膜阀、蝶阀等。2) 调节、控制管路中介质的流量和压力。如节流阀、调节阀、减压阀、安全阀等。3) 改变管路中介质流动的方向。如分配阀、三通旋塞、三通或四通球阀等。4) 阻止管路中的介质倒流。如各种不同结构的止回阀、底阀等。5) 分离介质。如各种不同结构的蒸汽疏水阀、空气疏水阀等。6) 指示和调节液面高度。如液面指示器、液面调节器等。7) 其他特殊用途。如温度调节阀、过流保护紧急切断阀等。2 阀门的分类1) 自动阀门。依靠介质（液体、空气、蒸汽等）本身的能力而自行动作的阀门。如安全阀、减压阀、止回阀、蒸汽疏水阀、空气疏水阀、紧急切断阀等。2) 驱动阀门。借助手动、电力、液力或气力来操纵启闭的阀门。如闸阀、截止阀、节流阀、调节阀、蝶阀、球阀、旋塞阀等。3) 阀门的分类方法还可以按结构特征、用途、操纵方式、公称压力、介质工作温度、阀体材料、公称通径、与管路连接方式等分类。3 阀门的公称通径用以标示通径的数字。通用于一个管道系统中的所有部件，是一个用作参考的整数，通常仅与制造尺寸大致相符。如公称通径200mm应标志为DN200。4 阀门的压力阀门的公称压力PN是一个用数字表示的与压力有关的标示代号。单位以MPa表示。欧、美各国习惯用class表示公称压力。Class与公称压力PN的对照如下：Class15030040060080090015002500公称压力PN(MPa)1.62.02.54.05.06.310.013.015.025.042.0日本标准压力级用“K”级表示，与欧、美class的对照如下：Class150300600“K”级1020405 阀门型号编制方法和阀门标志安全阀的型号编制方法完全是按照JB/T3082004阀门型号编制方法执行的。它由7个单元组成，其含意如下图所示。 阀体材料代号 压力代号或工作温度下的工作压力代号 密封面或衬里材料代号 （详见表1.4） 结构形式代号 详见表1.3） 连接形式代号 （详见表1.2） 驱动方式代号 （因安全阀是一种自动阀，省略此项） 类型代号 （用汉语拼音字母A表示安全阀）（详见表1.1） 示例：A42Y16CDN50 是表示：公称通径为50、弹簧封闭全启式、法兰连接、密封面材料硬质合金、公称压力1.6Mpa、阀体材料为碳素钢的安全阀。注：当阀门还具有其他功能时，可在类型代号前加注一个汉语拼音字母。如B-保温型；DA-低温型；F-防火型等由于近年来，随着技术的发展，不断新的特殊用途的安全阀的产生，可能会出现根据JB308的型号编制方法不能满足要求，各个生产厂家均采取自己编制新的型号编制方法，如用户或校验人员要了解更多的情况，可和制造厂商联系。国外的安全阀制造厂大都也有各自的型号编制方法。如日本的本山公司对常规型安全阀的编号用JNO表示，而日本的福井公司对常规型安全阀则用REC表示。要想详细了解进口安全阀的含义，须查看各国制造商的型号编制说明。表1.1 阀门的类型代号类 型代 号类 型代 号弹簧式安全阀A排 污 阀P蝶 阀D球 阀Q隔 膜 阀G蒸 汽 疏 水 阀S杠杆式安全阀GA柱 塞 阀U止回阀和底阀H旋 塞 阀X截 止 阀J减 压 阀Y节 流 阀L闸 阀Z表1.2 连接形式代号连接形式代 号连接形式代 号内 螺 纹1对 夹7外 螺 纹2卡 箍8法 兰4卡 套9焊 接6表1.3 安全阀结构形式代号结构形式代号结构形式代号弹簧载荷弹簧封闭结构带散热片全启式0弹簧载荷弹簧不封闭且带扳手结构微启式、双联式3微启式1微启式7全启式2全启式8带扳手全启式4杠杆式单杠杆2带控制机构全启式6双杠杆4脉冲式9表1. 4 密封或衬里材料代号密封面或衬里材料代 号阀痤密封面或衬里材料代 号锡基轴承合金（巴氏合金）B尼龙塑料N搪瓷C渗硼钢P渗氮钢D衬铅Q氟塑料F奥氏体不锈钢R陶瓷G塑料SCr13系不锈钢H铜合金T衬胶J橡胶X蒙乃尔合金M硬质合金Y表1.5 阀体材料代号阀体材料代号阀体材料代号碳钢C铬镍钼系不锈钢RCr13系不锈钢H塑料S铬钼钢I铜及铜合金T可锻铸铁K钛及钛合金Ti铝合金L铬钼钒钢V铬镍系不锈钢P灰铸铁Z球墨铸铁Q注：压力级别符合GB/T1048规定时，采用GB/T1048标准10倍的兆帕单位；压力级别采用磅级（lb）或K级时，应注明压力单位符号；温度超过425时标注最高工作温度下的工作压力代号；公称压力小于等于1.6MPa的灰铸铁阀门阀体材料代号可以省略；公称压力大于等于2.5MPa的碳素钢阀门阀体材料代号可以省略。6 阀门的密封性能阀门的密封性能主要包括两个方面即内漏和外漏。内漏是指阀座与关闭件之间对介质达到的密封程度，考核内漏的标准我国有两个。一个是国家技术监督局于1992年12月发布的，1993年6月1日开始实施的国标GB/T13927-1992通用阀门 压力试验（适用于一般工业用阀门）。该标准是参照国际标准ISO5208-1982工业用阀门 阀门的压力试验制定的。另一个是原机械工业部发布的JB/T9092-1999阀门的试验与检验（适用于石油工业用阀门），这个标准是参照API598-1986阀门的检查和试验制定的。外漏是指阀杆填料部位的泄漏、中法垫片部位的泄漏及阀体因铸造缺陷造成的渗漏，外漏是根本不允许的。GB/T 13927-1992的密封试验要求：试验介质最大允许泄漏量（mm3/s）A级B级C级D级液体在试验持续时间内无可见泄漏0.01DN0.03DN0.1DN气体0.3DN3DN30DN注：B、C、D级适用于金属密封阀门，B级适用于比较关键的阀门。第二章 安全阀第一节 概述安全阀为一种自动阀门，它不借助任何外力而是利用介质本身的力来排出一额定数量的流体，以防止系统内压力超过预定的安全值。当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出。安全阀用在受压设备、容器或管路上，作为超压保护装置。当设备、容器或管路内的压力升高超过允许值时，阀门自动开启，继而全量排放，以防止压力继续升高；当压力降低到规定值时，阀门应自动及时关闭，从而保护设备、容器或管路的安全运行。对安全阀的基本要求是动作灵敏可靠，无颤振、频跳现象。关闭时具有良好的密封性能。还应具有结构紧凑、调节、维护方便等特点。1 安全阀名词术语1 安全阀 safety valve安全阀是一种自动阀门。它不借助任何外力而利用介质本身的力来排出一定数量的流体，以防止系统内部压力超过预定的安全压力数值。当压力恢复正常值后，阀门自行关闭并阻止介质继续流出。2压力 pressure2.1整定压力 set pressure （Ps）安全阀阀瓣在运行条件下开始升起时的进口压力(即阀门安装地点的工作压力或冲量接出点的工作压力)，在该压力下，由介质压力所产生的力与阀瓣开启阻力平衡，由视觉或听觉可感知有介质连续排出。又称开启压力、起座压力，用PS表示。2.2 排放压力 relieving pressure 安全阀阀瓣达到规定的开启高度时，安全阀入口处的静压力（即整定压力加超过压力），又称全开压力，用Pd表示。2.3超过压力 over pressure 排放压力与整定压力之差，用Pc表示。2.4回座压力 reseating pressure 安全阀排放后随着系统压力的降低，阀瓣与阀座重新接触，阀门开启高度为零，介质停止连续流出时安全阀入口处的静压力，用Pr表示。2.5启闭压差 blowdown 安全阀整定压力与回座压力的差值，通常用整定压力的百分数表示,用Pbl表示。2.6密封压力 sealing pressure （Pm）安全阀处于关闭状态下，满足密封性要求时安全阀入口处的最大介质静压力（安全阀的密封压力不应低于系统的额定工作压力或开启压力的10。取二者的最大值），用Pm表示。2.7背压 back pressure 背压（用Pb表示）分两种情况。2.7.1 排放背压力 built-up back pressure 安全阀排放时，由于排汽侧阻力，在安全阀出口侧建立起来的压力，用Pbd表示。2.7.2 附加背压力 adding back pressure 安全阀排放前，在排汽侧已经存在的或由其他压力源形成的压力，用Pbs表示。2.8 设计压力 design pressure蒸汽锅炉系统设计要求的安全阀压力理论值。如设计整定压力、设计回座压力等。3机械特性 mechanical properties3.1频跳 chatter安全阀动作过程中，阀瓣密封面和阀座密封面互相接触的瞬间，阀瓣迅速异常的来回运动。3.2颤振 flutter安全阀动作过程中，阀瓣密封面和阀座密封面互相不接触，阀瓣迅速异常的来回运行。3.3 卡阻 sticking是指安全阀的活动部件，在运动中所产生的卡涩现象。4面积 area4.1流道面积 flow area 指安全阀入口端至阀座密封面间的流道最小截面积，又称喉部面积，用A表示。4.2帘面积 curtain area 当阀瓣全行程时，在其密封面之间的圆柱形或圆锥形通道面积，用AL表示。4.3排放面积 discharge area （AP）阀门排放时流体所通过的最小截面积，用AP表示。4.4喉部直径 throat diameter 由阀门入口到阀座密封面之间最狭部位的直径，既流道面积所对应的直径，用dt表示。5排放量 capacity5.1理论排放量 theoretical flow capacity （Wt）流道横截面积与安全阀流道面积相等的，按理想喷管计算出的流量。5.2实测排放量 measured flow capacity （Wts）通过实际试验，测定出的排量。5.3额定排放量 rated reliving capacity （Wr）是指实测排放量中允许作为安全阀使用基准的那部分排放量。由阀门制造厂提供。5.4当量计算排量 equivalent calculating capacity（We）指压力、温度、蒸汽性质等条件与额定排量的适用条件不同时的安全阀计算排量。5.5排放量系数 discharge coefficient （Kd）是实测流量（W）与理论流量（Wt）（计算流量）之比值（即KdW/ Wt）。3.6开启高度 lift （h）安全阀阀瓣离开关闭位置的轴向实际行程。2 安全阀的分类电站锅炉安全阀类型分类方法类型说明按作用原理直接作用式直接用机械载荷如重锤、杠杆加重锤或弹簧来克服阀瓣下的介质压力的安全阀非直接作用式先导式安全阀由主阀和导阀组成，主阀依靠从导阀排除介质来驱动或控制的安全阀，该导阀本身应符合本标准要求的直接作用式安全阀带补充载荷式在入口压力达到整定压力前始终保持有一增强密封的附加力，该附加力（补充载荷）可由外来的能源提供，而在安全阀达到整定压力时应可靠地释放，既使该附加力未释放时，安全阀仍能在整定压力不超过规定压力3的前提下达到额定排量（对整定压力和工作压力很接近，而密封要求高时，应用此类阀门）动力控制安全阀一种由动力源（电动、气动、汽动或液动）控制其开启或关闭的阀门（大型锅炉的系统中有多只安全阀时，可以配有此类阀门并提前动作，以保护其它工作安全阀，避免其频繁起跳）按开启高度全启式安全阀开启高度大于或等于1/4喉部直径微启式安全阀开启高度在1/401/20流道直径的范围内中启式安全阀开启高度介于微启式和全启式之间全量型安全阀阀瓣内径为喉部直径的1.15倍以上；阀瓣开启时，阀座口流体通路面积必须是喉部面积的1.05倍以上；安全阀入口面积是喉部面积的1.7倍以上，开启高度大于1/4喉部直径按有无背压平衡机构背压平衡式利用波纹管、活塞或膜片等平衡背压作用的元件，使阀门开启前背压对阀瓣上下两侧的作用相平衡常规式不带背压平衡元件按阀瓣加载方式重锤或杠杆重锤式利用重锤或重锤通过杠杆加载弹簧式利用弹簧加载气室式利用压缩空气加载按动作特性比例作用式开启高度随“超过整定压力的增大成比例”变化（一般用于排放液体的安全阀）突跳动作式（两段作用式）起初阀瓣随压力升高而成比例开启，在压力升高一个不大数值后，阀瓣既急速开启到规定的升高值（一般用于排放蒸汽的安全阀）第二节 安全阀的密封、开启原理安全阀主要由三个部分组成：阀座、阀瓣和加载机构。安全阀在工作状态下，阀瓣始终作用着两个力，阀内介质的压力（P1），是使阀瓣离开阀座；阀瓣的重力、加载机构施加的力和阀门背压（合计为P2），是使阀瓣复位。安全阀动作，实质上就是上述两个方向相反、作用力不同的力变化而动作的。1 安全阀排放过程的分析1) 理想排放过程安全阀理想排放过程如图2-1.1所示，在工作压力时无任何泄漏，当压力达到开启压力Ps时，瞬时完全开启，其排量达到最大值，如图中s-d线。随着气体的大量排出，压力急剧下降，如图中d-r线。当压力降到关闭压力Pr时，阀瓣在弹簧力的作用下突然关闭，如图中r-t线，阀瓣一经关闭即保持密封无气体漏出。2) 实际排放过程实际上阀瓣在开启前总有一段泄漏过程，同时随着阀瓣的上升，弹簧受到压缩，因而它作用在阀瓣上的压力也随之增大，阀瓣也就不可能突然开启到最大升程。当P2-P1A0q时，安全阀严密不漏。式中：P2-作用在阀瓣上面的弹簧力（包括背压、阀瓣重量等）； P1-气体内压； A0-阀瓣与阀座接触面积； q-密封比压。 密封比压是为了保证密封，在单位面积的密封面上所必需的压力。它和密封面材料及加工精度（即粗糙度）有关。如果P2-P1 A0q，即密封面上的压力小于必需的密封力，则安全阀产生泄漏。如图2-1.2所示m-s线，但此时阀瓣还没有开启，因为，P2-P10，在0P2-P1A0q阶段，阀门一直是泄漏的。当气体内压继续升高，使P2-P10时，阀瓣突然开启，排汽量迅速增加，如图2-1.2中 s-c线，此时气体压力Ps即为开启压力，气体的压力在排放初期有个飞升值，即图中c-d线，这时最大压力Pd即为安全阀的排放压力。经过一段时间排放，其压力开始下降，但排汽量基本保持不变，如图中d-e线，这时的排汽量仍为安全阀的额定排汽量或简称排量。经过d-e一段排放以后，压力继续下降，排汽量也逐渐减少，如图中e-g线。压力降到某以数值Pr阀瓣开始关闭（在弹簧力等外力作用下），Pr为回座压力。关闭后（即理解为阀瓣和阀座接触），由于惯性及汽流等影响，仍有一段时间泄漏，压力继续下降，如图中r-t线，当气体压力降到Pt以后，阀瓣上下压差（P2-Pg）大于A0q时阀门恢复密封。2 直接作用式这种安全阀是直接依靠介质压力产生的作用力来克服作用在阀瓣上的机械载荷使安全阀开启的，作用在阀瓣上的机械载荷主要来自重锤、重锤加杠杆或压缩弹簧。要保证安全阀的密封性能，对阀座密封面和阀瓣密封面的平整度和表面粗糙度有严格的要求。对于弹簧式安全阀，可以通过调整弹簧力来达到密封，但对密封压差又有严格的要求。密封压差是指整定压力同工作压力之差。密封压差必须足够高，以保证安全阀足够的密封力，从而在装置正常运行时达到密封。密封压差还应小于启闭压差（整定压力与回座压力之差），以确保安全阀在高于工作压力下开启。从经济的观点出发，启闭压差应尽量小，以避免不必要的介质损失。但从安全阀动作稳定性着眼，又希望有较大的启闭压差。因而只好采取折中的办法。通常推荐的最小密封压差为，当工作压力小于等于7MPa时为整定压力的10%，但不得小于0.35MPa；当工作压力大于7MPa时，为整定压力的7%。启闭压差的极限值，国际标准ISO4126中，对用于气体或蒸汽的安全阀及安全泄放阀推荐如下：1) 如果启闭压差可调，则其下限值为2.5%，上限值为7%.但下列情况例外：若阀座孔径小于15mm，启闭压差应不大于15%。2) 如果启闭压差不可调，则其上限值为15%。电力工业锅炉压力容器监察规程DL 612-1996规定一般为起座压力的4%-7%，最大不得超过10%。综上所述，安全阀不但对密封有要求，而且对整定压力、回座压力、排放压力等都有严格的要求。这就要求在安全阀的制造过程中，为了保证安全阀的密封和动作要求的灵敏性，不但要求阀座密封面和阀瓣密封面的平整度和表面粗糙度有严格的要求，还对弹簧的制造尺寸、材料、热处理有严格的要求。必须保证弹簧的制造完全符合设计要求，这样才能保证安全阀的所有性能。3 先导式安全阀先导式安全阀是一种依靠从导阀排出介质来驱动或控制的安全阀，由一个主阀（安全阀）和一个先导阀（直接作用式安全阀）组成，主阀是真正的安全阀，而先导式阀是用来感受受压系统的压力并使主阀开启和关闭的直接载荷式安全阀。要保持主阀的关闭力，以及操纵主阀和先导阀，其能量可能来自系统介质、外部的能源，或者来自这两者。当系统压力开始超过一个整定值时，先导阀通过除去或减少关闭力而让系统介质或者产生一个力迫使主阀开启。当系统压力降低以后，先导阀再重新产生关闭力，或者将开启力消除。按照这样的开启和关闭模式，能够在安全阀开启之前保持一个大的关闭力。因此，先导式安全阀甚至在运行压力接近整定压力的情况下也能保持高度的密封性能。主阀操作原理：主阀可以设计成随其先导阀被供给能量或失去能量而开启的两种形式。若采用供给能量开启原理，万一发生事故使先导阀失去能量时，将使主阀保持关闭。因此，在这种场合采用系统介质作为操作介质是最安全的。若采用失能开启原理，依先导阀设计结构不同，先导阀失能将使主阀在低于或等于整定压力时自动开启。于是，在这种情况下，主阀的失效保护操作将不受操作介质的影响。先导阀的操作原理：先导阀可以设计成随着它被供给能量或失去能量而使主阀开启的两种形式。若采用供能释放原理，当万一发生事故失去能量时，将使主阀保持关闭。因此，在这种场合使用的先导式安全阀采用系统介质作为操作介质是最安全的。若采用失能释放原理，失能将使主阀开启。于是在这种情况下，先导阀的失效保护操作将不受操作介质的影响。第三节 几种安全阀简介1 杠杆式安全阀杠杆式安全阀又称重锤式安全阀，它是利用杠杆原理借助杠杆一端重锤的作用，将阀瓣紧压在阀瓣上。通过调节重锤至支点的距离，来改变阀瓣对阀座施加的压力。当蒸汽压力超过重锤所能维持的压力时，阀瓣被顶起，蒸汽排出。这种阀门优点是结构简单，调整容易、准确可靠。缺点是结构笨重，在高压下工作时，会由于阀瓣的微小波动，使长臂杠杆处的重锤发生明显的振动。从杠杆与阀杆的接触看，当杠杆升起之后，它上面的刀口就与阀座口、阀杆不在一个中心线上了，这样就容易把阀瓣压扁、尤其在阀杆顶端的刀口被磨损时，这种现象更严重。另外，由于回座压力较低，会使压力降至70%的工作压力以下方始密封，对连续性生产不利。故电站仅用在低压锅炉上。2 弹簧式安全阀它是目前普遍应用的一种安全阀。它利用压缩弹簧的弹力，来平衡作用在阀瓣上的力。该种阀门的优点为结构紧凑，灵敏度高，对振动敏感性差等优点。缺点是加载机构所加载荷，随着阀瓣的开启高度的变化而变化。这是由于当阀瓣升高时，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力也随着加大，这对安全阀迅速开启是不利的。此外，弹簧受长期高温的影响，使弹簧力减少，导致安全阀开启压力的变化。弹簧式安全阀分微启式和全启式。微启式开启高度为阀座喉径的1/401/20。通常组成渐开式（开启高度随压力变化而逐渐变化）。全启式开启高度等于或大于阀座喉径的1/4，通常为急开式（阀瓣在开启过程中的某一瞬间突然开启，达到全开高度）。电站锅炉多为全启式。全启式安全阀的特点是：1) 采用喷嘴式阀座，使喉部介质流速极大（可达音速），给阀瓣以巨大的冲力；2) 采用反冲结构（反冲盘配以阀座调节圈，或先导套和阀座上分别配置调节圈）改变喷出介质的流向，将动量变化转变为巨大的阀瓣升力，以保证安全阀迅速达到规定的开启高度。可利用调节圈对排放压力和回座压力进行调节；3) 阀座用螺纹连接在阀体上。由于螺纹间隙的存在，当形状不对称的阀体发生热变形时，能减少其对阀座密封面的影响；4) 利用严格的定位和导向机构，并在传递弹簧载荷的部位采用球面接触，当载荷作用线与密封面的垂直中心线略有不同心时，也能保证安全阀的密封和准确动作。3 带辅助载荷装置的安全阀带辅助载荷装置的安全阀利用辅助的装置（如气动装置）加载于阀瓣以帮助密封，在安全阀开启时和回座瞬间，辅助装置帮助安全阀迅速起跳和关闭，从而保证所要求的启闭压差，并防止开启前和回座后的泄漏。如图所示的系安装在400t/h电站锅炉上的主安全阀，它是带有压缩空气室和其他辅助设备（如压力继电器、电磁切换阀等）的碟形弹簧安全阀。它利用外加的压缩空气压力来改善安全阀的密封性能，并精确控制起跳压力和回座压力。即当蒸汽压力低于起跳压力时，汽缸活塞的上方始终有压缩空气作用着，而活塞下方则与大气相同。因此，在起跳前密封面上总能保持一定的密封比压。因而具有较好的密封性。当蒸汽压力达到起跳压力时，压力继电器使压缩空气电磁转换阀换向，此时，活塞上方因与大气相同而卸荷，同时活塞下方引入压缩空气，这一上一下压差的反向突变就能使阀瓣迅速全开，排出蒸汽。经过一段时间的排放，当蒸汽压力达到压力继电器调整的规定回座压力时，电磁转换阀再次被切换，此时压缩空气重新作用在活塞上方，而活塞下方与大气相同而卸荷，使阀门保持密封。此阀存在的问题是热态运行中，汽缸上部始终有压缩空气作用着，若运行中电磁阀失电后，上缸的压缩空气无法卸掉，此时若气压超过规定值，则安全阀将拒跳。这就需要采取失电保护装置以保证电磁阀失电后安全阀不拒动。4 脉冲式安全阀脉冲式安全阀装置由主安全阀和辅阀脉冲阀组成。脉冲阀可以是重锤式也可以是弹簧式的。当锅炉内压力超过规定值时，调整到开启压力的电接点压力表的接点闭合，通过时间继电器，接通电磁铁电路，电磁铁牵引力将脉冲阀打开，蒸汽进入主安全阀的活塞室上部，通过活塞放大，迅速打开主安全阀阀瓣将蒸汽排除。脉冲式安全装置的布置如图所示。冲量管的引出地点应该与主安全阀入口管接头保持一段距离，以免主安全阀动作时，排放汽流影响电接点压力表和脉冲阀正确工作。此外，安全阀应垂直安装，主安全阀应有疏水管，排汽管应有可靠支撑，排汽时不允许有任何作用在主安全阀上。 第四节 安全阀的选择1 阀型的选择1) 微启式或全启式除了泄放量很小而强度裕度又比较大（即实际壁厚较富裕）的容器，可选用微启式安全阀之外，一般都应选用全启式安全阀。2) 封闭式或开放式封闭式安全阀的阀盖和罩帽等都是封闭的，具有两点作用：一种仅仅为保护内部零件，防止灰尘等杂物进入，而不要气密性（如锅炉炉顶安全阀）；另一种为防止有毒、易燃介质外泄或为回收介质而采用的，则要求气密性（一般试验压力为0.6MPa）。开放式安全阀由于阀盖是开放的应而有利于降低弹簧的腔室温度。主要用于对环境无污染的场合。3) 提升扳手若要求安全阀作定期开启试验的，应选用带提升扳手安全阀。当介质压力达到开启压力的75%以上时，可利用提升扳手将阀瓣从阀座上略微提起，以检查阀门开启灵活性，即防止介质粘住阀瓣，使安全阀失效。4) 特殊结构安全阀的选用a) 带散热器安全阀。用于介质温较高的场合以便于降低弹簧腔室的温度，一般封闭式安全阀适用温度大于300；开放式安全阀使用温度大于350应选用带散热器的安全阀。b) 波纹管安全阀。主要用于平衡背压和防止腐蚀性介质侵蚀弹簧、导向机构等重要部位。2 确定压力1) 安全阀是按照公称压力标准系列进行设计制造的。它的压力系列是1.6,2.5,4.0,5.0,6.3,10.0,13.0,15.0,25.0,42.0MPa。公称压力是安全阀在常温状态下的最高使用压力。因此，高压容器选用安全阀时还要考虑高温下材料许用应力的降低，即选用安全阀的公称压力不应小于设计压力除以材料高温应力减弱系数，即 式中Pj容器的设计压力；阀体材料在设计温度下的许用应力；阀体材料在常温（以室温20）下许用应力。2) 对弹簧式安全阀确定压力的另一个问题是确定安全阀弹簧工作压力。如对一个公称压力为1.6MPa安全阀，工作压力级却有如下表的十个级别。例如高压除氧器，当运行压力为0.5MPa，起跳压力定为0.55MPa，选用Pg16(1.6MPa)安全阀，而工作压力级应选用0.50.6MPa级的。如果选错了工作压力级，则有二种可能，一是由于弹簧刚度太大，造成安全阀起跳高度不足，致使全启式安全阀变为微启式安全阀，减少了排放量。另一种可能是弹簧刚度太小，造成安全阀回座压力太低，除氧器泄压过多，威胁给水泵安全运行。因此对已在用的安全阀，如无法知道所选安全阀工作压力级，则应实测起跳高度来作为计算排放量的依据。公称压力(MPa)工作压力级(MPa)1.60.06-0.10.1-0.160.16-0.250.25-0.40.4-0.50.5-0.60.6-0.80.8-1.01.0-1.31.3-1.62.51.3-1.61.6-2.02.0-2.54.01.6-2.02.0-2.52.5-3.23.2-4.0注一4.01.3-1.61.6-2.02.0-2.52.5-3.23.2-4.0注二6.42.5-3.23.2-4.04.0-5.05.0-6.4注一：有Pg2.5时采用本行； 注二：无Pg2.5时采用本行。3 确定直径为了保证安全阀在容器超压排放时，容器内压力不再继续升高，要求安全阀排量必须大于容器产汽量。这样在已知容器产汽量情况下是很容易确定安全阀喉部直径，进而确定安全阀公称直径。如锅炉的最大蒸发量是由制造厂给出的。但是对于除氧器，由于所处热力系统，在不同工况下，各路汽水量变化很大，其产汽量也不同，这就给选择合理的安全阀带来困难。例如，某厂一台125MW机组（单元制）从汽机抽汽口到除氧器管系长度、管系最小直径、管子总阻力、抽汽参数及管子最大流通能力如下表：抽 汽加热蒸汽压力加热蒸汽温度管系最小管径mm管系总阻力管系总长度管系最大流通能力除氧器三级抽汽0.78MPa386219614.8980.6m27.11t/h二级抽汽2.18MPa3201594.511.4876.4m58.32t/h如果按凝结水中断，供汽调节阀全开则除氧器瞬时产汽量可高达34t/h（三级抽汽供汽时）和71t/h(二级抽汽供汽时)；而正常运行时，按热平衡只需4t/h供汽量，两者相差非常悬殊。1981年清河电厂除氧器爆炸时，估计产汽量约60t/h，而选用二个排汽量仅2t/h的微启式安全阀。总之，确定安全阀的排汽量，首先要确定容器在最恶劣的情况下的产汽量，以此作为计算流量面积的依据。4 安全阀的选择根据安全阀装置的地点、介质的性质、工作温度、工作能力及其他特殊要求，来确定所需安全阀的型式，公称压力、公称直径、连接方式、阀座、阀体的材质等等，并对照阀门型号编制方法（JB308-2004）选用合适的阀门。第五节 安全阀的排放计算1 与安全阀排放有关的几个特征压力1) 额定工作压力：指容器或设备在设计工况下的工作压力，在铭牌中给出。2) 工作压力：容器或设备在运行过程中的实际压力，应等于或小于额定工作压力。3) 最高允许工作压力：容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压力。对于蒸汽锅炉应等于或大于安全阀排放压力。4) 设计压力（计算压力）：指汽包或受压容器在相应设计温度下用以确定容器壳壁计算壁厚及其元件尺寸的压力，对GB9222-88水管锅炉受压元件强度计算，取汽包额定工作压力加上安全阀动作后其排汽压力超过开启压力的那一部分超出值。对于压力容器安全监察规程，取略高于容器在使用过程中的最高工作压力。5) 安全阀的整定压力（开启压力、始启压力、启座压力、突跳压力、定驼压力）：安全阀阀瓣在运行条件下开始升起时的进口压力(即阀门安装地点的工作压力或冲量接出点的工作压力)，在该压力下，由介质压力所产生的力与阀瓣开启阻力平衡，由视觉或听觉可感知有介质连续排出，又称开启压力、起座压力。在该压力下有可测量的开启高度，或者呈可由视觉，触觉或听觉感知的连续性排放状态。对用于可压缩介质的安全阀，是指突跳压力,在此压力下，阀瓣在开启方向运动的速率比高于或低于该压力时都更快。开启压力的值，对蒸汽锅炉按蒸汽锅炉安全技术监察规程规定取工作压力的1.041.08倍。 安全阀的设计整定压力除制造厂有特殊规定外，一般应按下表的规定调整与校验。表安全阀整定压力安装位置整 定 压 力汽包锅炉的汽包或过热器出口额定蒸汽压力P5.88MPa控制安全阀1.04倍工作压力工作安全阀1.06倍工作压力额定蒸汽压力P5.88MPa控制安全阀1.05倍工作压力工作安全阀1.08倍工作压力直流锅炉的过热器出口控制安全阀1.08倍工作压力工作安全阀1.10倍工作压力再热器1.10倍工作压力启动分离器1.10倍工作压力注1： 各部件的工作压力指安全阀安装地点的工作压力（脉冲式安全阀为冲量接出地点的工作压力）。注2： 过热器出口安全阀的整定压力，应保证在该锅炉一次汽水系统所有的安全阀中，此安全阀最先动作。6) 安全阀的排放压力：安全阀阀瓣达到规定的开启高度时，安全阀入口处的静压力（即整定压力加超过压力）,又称全开压力,即安全阀开启后连续排汽压力。而额定排放压力指在额定排量值时的排放压力。就是说实际的安全阀由于结构上的原因（如开启高度未达到规定值），实际排放量并不等于制造厂所提供的额定排放量。或者由于容器超压非常严重，实际排放压力原高于额定排量时的排放压力。7) 安全阀回座压力（关闭压力）：安全阀排放后，随着系统压力的降低，阀瓣与阀座重新接触，阀门开启高度为零，介质停止连续流出时安全阀入口处的静压力。8) 安全阀的密封压力：从理论上说安全阀密封压力是指阀瓣上下承受压差P2-P1A0q时，安全阀保持严密不漏时安全阀进口处最大静压力，通常称为工作压力。由于P2是作用在阀瓣上的弹簧力（调整后是定值），A0q是和安全阀材料及加工精度有关的密封比压，对已投运的安全阀也是个定值，则压力P1=P2-A0q也就是一个定值了。但是，在安全阀排放过程中，正如开启压力和关闭压力不是同一个值一样，由于排放中气体排放反冲力作用，使得开始丧失密封时的压力和恢复密封时的压力并不是同一个值。a) 起始泄放压力、即密封丧失压力：是一个低于突跳压力的一个进口静压。在做安全阀密封性试验时，若采用空气为介质，对弹簧安全阀进行试验，并在出口设置专门的水封装置，则当进口静压升高到产生第一个气泡时的压力称为起始泄放压力。从起始泄放压力至突跳压力之间，阀座和阀瓣之间出现可以听见或看见的泄漏，但此时没有可测量的排量，称前泄。b) 恢复密封压力：在做安全阀密封性试验时，指安全阀进口静压力降到使出口水封装置泄漏停止时的压力值。2 安全阀的排汽量计算分析1) 气体由喷口流出时的流速和流量a) 理想气体的理论流速和流量。假设容器内的气体在稳定、绝热无摩擦状态下由喷口流出，根据柏努利方程可以得知其速度、压力和比容有如下关系：式中：p-容器内气体的绝对压力，Pa(N/m2);-容器内气体的比容，m3/kgp0-喷管出口侧气体的压力，Pa;0-喷管出口侧的气体比容，m3/kg;k-气体的绝热指数V0-气体由喷口流出时的流速，m/s;g-重力加速度，m/s2。对于理想气体，压力与比容的关系： , 由此理想气体由喷口流出时的理论流速为： m/s若喷口的截面积为A（米2），流量Wt以单位时间的重量计算（kg/s），则可得到理想气体由喷口流出时的理论流量为： kg/s因为 , 所以， kg/sb) 临界压力比与临界流速当=1时，Wt=0,也即喷管内外压力相同时，喷管出口没有流体流出。当由1降到一定值时，流量Wt达到最大值。此后压力比继续减小，从公式中得出Wt也相应减小，但实际上Wt仍然保持最大不变。原来，气体由渐缩喷管喷口流出时发生了临界现象，此时喷口处的压力就称为临界压力，常以表示。临界压力与容器内压力P之比，称临界压力比，此时的流速为临界速度VL。通过数学求导计算，当时，流量Wt取得最大值。由此即可求得临界压力比和临界速度VL 。(对于双原子气体，如氧、氮、氢、空气及一氧化碳等，其绝热指数k=1.4，则临界压力比为：)。也可求出喷管的临界速度： m/sc) 临界速度下喷管的流量当压力比小于临界压力比后喷管的流速始终保持最大值，即临界速度下的流量。因为, ， kg/s式中：A-喷口的截面积，m2； p-容器内压力（绝对压力），Pa；-容器内气体的比容，m3/kgk-气体的绝热指数。对于真实气体,压力、比容与温度的关系为： 式中：T-气体的绝对温度，K； M-气体的分子量； Z-气体的压缩系数； R-气体常数，8314 N.m/kmol.k 将 带入后即得真实气体在喷管中的理论流量： kg/s kg/hA-喷管出口面积 mm2;p-气体压力 Mpa.令 则得以下公式： kg/h2) 安全阀的理论排放量计算a) 当介质为气体时当阀门出口绝对压力与进口绝对压力之比L（临界压力比，）时，安全阀排量的计算在原理上与计算喷管的流量相同，可按下式计算： （kg/h）式中A为安全阀的最小流通面积，2。在全启式安全阀中，最小流通面积为喉部的截面积，即，d为安全阀喉部直径；在微启式安全阀中，最小流通面积为阀座口与阀瓣间的环形面积，故对平型密封面的微启式安全阀，d 为阀口直径，h为开启高度；对锥型密封面的微启式安全阀，为锥型密封面的半锥角。开启高度按设计或实验数据，无数据时，有调节圈的，取，无调节圈的，取。X为气体特性系数，它是气体绝热指数k的函数，即气体绝热指数k=cp/cv,(对单原子1.67，双原子1.4，多原子1.29,饱和蒸汽取1.35，过热蒸汽取1.31)Z为气体压缩系数，它反映真实气体在压力、温度与比容之间的关系上与理想气体的差异。各种气体在不同的压力和温度下具有不同的压缩系数。（常用的气体压缩系数可查有关图表），一般z1。Pd-实际排放压力（绝对压力），MPa；Ps-整定压力，MPa。T-排放时阀进口绝对温度，K；M-气体摩尔质量，/kmol；-实际排放压力和排放温度下的比体积，m3/kg；当L时，上式的理论排放量应再乘以背压修正系数，Kb即， （kg/h）b) 当介质为干饱和蒸汽时（最小干度为98%或最大过热度为10的蒸汽）当Pd11MPa时： （kg/h）当11MPaPd22MPa时: （kg/h）Ps-整定压力，MPa.c) 当介质为过热蒸汽时(指过热度大于10的蒸汽)当Pd11MPa时： （kg/h）当11MPaPd22MPa时： （kg/h）Ksh-过热修正系数。Ps-整定压力，MPa.d) 介质为液体时（非粘性液体0.02Pas）： (kg/h)该式仅适用于介质雷诺数大雨或400的情况，否则应另作研究。p-阀前后压力差，MPa；-介质密度，/m3；Pd-实际排放压力（绝对压力），MPa；Pb-安全阀的排放背压（绝对压力）,MPa。3) 安全阀的排量系数的确定排量系数Kd的确定：式中：试验所得实际排量；Wt计算所得理论排量。额定排量系数Kdr4） 额定排放量 Wr，是指实测排放量中允许作为安全阀使用基准的那部分排放量。按下式计算或由阀门制造厂提供。a) 实际排量减低系数（取0.9）b) 理论排量排放量系数减低系数（取0.9）c) 理论排量额定排量系数第六节 几本规程中有关安全阀排量的计算1 电力工业锅炉压力容器监察规程DL 612-1996 要求每台锅炉至少装两只全启式安全阀，其排量计算公式为：E=CA(10.2p+1)K式中：E-安全阀的排放量，/h；p-安全阀入口处的蒸汽压力（表压），MPa；A-安全阀的排汽面积，一般可用d2/4 2,或安全阀制造厂所规定的面积；K-安全阀进口处蒸汽比容的修正系数（蒸汽压力安全阀起座压力计算），见表；C-安全阀的排汽常数，取0.235。蒸汽压力p及种类K11.7MPa饱和蒸汽1过热蒸汽11.7MPa饱和蒸汽过热蒸汽注：vg-过热蒸汽比容，m3/kg；vb-饱和蒸汽比容，m3/kg；Tg-过热度，。安全阀的起座压力按制造厂规定执行。如制造厂没有规定时按下表的规定调整与校验。安装位置起座压力汽包锅炉的汽包或过热器出口额定蒸汽压力p5.9MPa控制安全阀1.04倍工作压力工作安全阀1.06倍工作压力额定蒸汽压力p5.9MPa控制安全阀1.05倍工作压力工作安全阀1.08倍工作压力直流锅炉的过热器出口控制安全阀1.08倍工作压力工作安全阀1.10倍工作压力再热器1.10倍工作压力启动分离器1.10倍工作压力注：1. 对脉冲式安全阀，工作压力指冲量接出地点的工作压力，对其他类型安全阀指安全阀安装地点的工作压力。2. 过热器出口安全阀的起座压力，应保证在该锅炉一次汽水系统所有安全阀中最先动作。2 蒸汽锅炉安全技术监察规程劳部发1996276号中规定每台锅炉至少应装设两个安全阀。（对额定蒸发量小于等于0.5t/h或小于4t/h且装有可靠的超压联锁保护装置的锅炉除外），其安全阀排放量按下列之一计算：1) 按GB12241安全阀一般要求中的公式计算。2) E=0.235A(10.2p+1)K式中：E-安全阀的理论排放量，kg/h；p-安全阀入口处的蒸汽压力（表压），MPa；A-安全阀的流道面积，m