API520-安全阀计算PART1(中文版)

炼油厂泄压装置的定径、选择和安装

第I部分定径和选择

1引言

1.1范围

本推荐方法适用于炼油厂及相关工业中最大允许工作压力为15psig(103kPag)或

更高的设备所用泄压装置的定径与选择。本方法所涉及泄压装置是对无火压力容器和相

关设备进行保护，防止因操作故障和火灾而出现超压。

本方法包括基本定义、各种泄压装置的操作特性和应用方面的资料以及基于牛顿

型流体稳态流动时泄压装置的定径程序和方法。

泄压装置仅用于容器的超压保护，对极端高温环境如火灾情况下容器的结构故障

并不提供保护。参阅APIRP521中有关降压及限制热输入的相应资料。

APIStd2000所涉及的常压、低压储罐及用于运输散装产品的压力容器或集装箱不

在本方法内容之列。

受火压力容器超压保护规范的相关内容在ASME《锅炉与压力容器规范》第I卷

及ASMEB31.1中，本方法并不涉及此内容。

1.2术语

1.2.1至123对本方法中有关泄压装置及其尺寸特性和操作特性的术语予以定义。

确切的讲，这些术语是出现在各节正文和相应的说明中。

1.2.1泄压装置

1.2.1.1泄压装置(pressurereliefdevice)：是靠进口静压驱动，在出现事故或工况不正常

时开启，以防止内部流体压力的上升超过规定数值。该装置也能设计成防止过量的内部

真空。该装置可以是泄压阀、非重新闭合泄压装置或真空解除阀。

1.2.1.2泄压阀(pressurereliefvalve)：是一种能开启泄压后关闭以防止工况恢复正常后

流体继续流出的泄压装置。

a.泄放阀(reliefvalve)是一种由阀上游的静压驱动的弹簧载荷式泄压阀。阀的升程，

通常与超过开启压力的压力增加值成正比。泄放阀主要用于不可压缩流体。【液

体】

b.安全阀(safetyvalve)是一种由阀上游的静压驱动，具有快速开启或突跳特性的弹

簧载荷式泄压阀。安全阀通常用于可压缩流体。【气体】

c.安全泄放阀(safetyreliefvalve)是一种根据用途之不同，可用作安全阀，亦可用

作泄放阀的弹簧载荷式泄压阀。【气液两相】

d.常规式泄压阀(conventionalpressurereliefvalve)是一种工作特性直接受阀后背压

变化影响的弹簧载荷式泄压阀。

e.平衡式泄压阀(balancedpressurereliefvalve)是一种采用波纹管或其它措施以使

背压对阀工作特性的影响减至最小的弹簧载荷式泄压阀。【利用空间抵消了出口

管线造成的背压】

f.先导式泄压阀(pilotoperatedpressurereliefvalve)是一种主要泄放装置或主阀与

自身驱动的辅助泄压阀(导阀)协同工作并受辅助泄压阀控制的泄压阀【由辅助

阀来泄压，可以忽略所有的背压实现安全阀的泄放】。

1.2.1.3非重新闭合泄压装置(non-reclosingpressurereliefdevice)：是一种开启后不能再

自动关闭的泄压装置。可提供手动重新设定的方法。

L2.1.4爆破片装置(rupturediskdevice)：是一种不能再关闭的泄压装置，其由装置进

口和出口的静压差驱动，通过爆破片的破裂起作用。爆破片装置包括爆破片(rupturedisk)

和爆破片夹持器(rupturediskholder)0

a.爆破片(nipturedisk)是爆破片装置的承压、对压力和温度敏感的元件。

b.爆破片夹持器(rupturediskholder)是一种包容和夹持爆破片以固定其位置的装

置。(有些爆破片直接安装在标准法兰间而无须夹持器。)

c.无碎片型爆破片(nonfragmentingrupturedisk)是一种安装在其它管道部件(如泄

压阀)上游，其爆破时不会影响这些部件功能的爆破片。

1.2.1.5销动式装置(pin-actuateddevice)：是一种非重新闭合泄压装置，其由静压驱动，

通过弯曲或断裂用来固定活塞或堵塞的销钉而工作。当销钉弯曲或断裂时，活塞或堵塞

就会立即到达全开位置。

1.2.2泄压装置的尺寸特性

1.2.2.1实际排放面积(actualdischargearea)：确定通过阀门流量的最小净面积。

1.2.2.2帘面积(curtainarea)：是阀瓣开启而在阀座上方的阀座表面与开启高度之间的

圆柱或圆锥排放面积。

1.2.2.3有效排放面积(effectivedischargearea)：使用有效排量系数按本推荐方法中的初

步定径公式来计算泄压阀所需最小排放量的名义面积或计算面积。APIStd526列出了喉

径代号从“D”到“T”的有效排放面积。

1.2.2.4通孔面积(borearea)：阀座在最小横截面处的流动面积。又称阀座面积、阀座喉

部面积和喉部面积。

1.2.2.5蓄压室(huddlingchamber)：位于泄压阀阀座下游，帮助阀开启的环状室。

L2.2.6进口口径(inletsize)：除非另有规定，即指阀进口连接处的公称管径(NPS)-

1.2.2.7出口口径(outletsize)：除非另有规定，即指阀出口连接处的公称管径(NPS)。

1.2.2.8开高(lift)：当阀泄放时，阀瓣离开关闭位置的实际行程。

1.2.2.9最小净流动面积(minimumnetflowarea)：爆破片完全破裂后，适当考虑各结构

元件对通过爆破片装置所可能产生的减小净流动面积这一影响后的计算净面积。用于定

径目的的净流动面积不大于爆破片装置的公称管面积。

1.2.3操作特性

1.2.3.1排量系数(coefficientofdischarge):阀的质量流量与理想喷嘴的质量流量之比。

它是用于计算泄压装置的流量。

a.有效排量系数(effectivecoefficientofdischarge)是一名义值，与有效排放面积

结合用以计算泄压阀所需最小排放量。该排放量依据本推荐方法中的初步定径

公式确定。

b.额定排量系数(ratedcoefficientofdischarge)是依据适用的规范或法规确定，与

实际排放面积结合用以计算泄压阀的额定排放量。

1.2.3.2系统压力和温度(systempressureandtemperature)(参见图1和图26中有关以

下压力术语的图表说明)

a.最高操作压力(maximumoperatingpressure)是系统正常操作期间期望的最大压

力。

b.最高允许工作压力(maximumallowableworkingpressure)(MAWP)是整个容器在

规定温度下正常运行时顶部允许的最大表压力，该温度是与最高允许工作压力

相一致的指定温度。最高允许工作压力是依据容器设计准则对于容器的各个构

件的实际名义厚度所确定的内部或外部压力的最小值，不包括因腐蚀和压力以

外的载荷而附加的金属厚度。最高允许工作压力是保护容器的泄压装置的压力

设定基础。最高允许工作压力一般大于设计压力，但在设计准则仅用于计算各

个构件的最小厚度和计算并非用于确定最高允许工作压力的值时，最高允许工

作压力应与设计值相同。

c.设计压力(designpressure),容器的设计压力及设计温度是依据容器设计准则用

于确定各个构件的最小允许厚度和物理特性。设计压力由用户选定，以提供一

个合适的压力极限，此极限大于正常操作期间所预期的与温度相一致的最为苛

刻的压力条件。设计压力也就是订购单上指定的压力。在没有确定最高允许工

作压力的情况下，该压力可以作为最高允许工作压力使用。设计压力等于或低

于最高允许工作压力。

d.积聚(accumulation)是在泄压装置排放过程中，允许压力增加超过容器的最高

允许工作压力的压力数值，以压力单位或以最高允许工作压力或设计压力的的

百分数表示。依据适用的规范对操作故障和火灾确定最大允许积聚。【是以最高

允许压力为基准的，超过压力是超过整定压力部分的压力数值】

e.超过压力(overpressure)是压力增加超过泄放装置的整定压力、以获得额定排量

的压力数值，以压力单位或以整定压力的百分数表示。只有在泄压装置定压在

容器的最高允许工作压力时开启，超过压力才与累积相等。

f.额定排量(ratingrelievingcapacity)是适用的规范或法规允许用作泄压装置使用

基准的那部分排量。其由制造商提供。

注：装置上所标明的排量是依据相应规范所要求的以蒸汽、空气、气体或水作为介

质的额定排量。

L2.3.3装置压力(devicepressure)(参见图1、图26、图27、图28和图29中有关以下

压力术语的图表说明)

a.整定压力(setpressure)是在工作条件下，泄压装置设定在开启时的进口处的表

压。

b.冷态试验差压力(colddifferencetestpressure)(CDTP)是在试验台上将泄压阀调

整到开启时的压力。冷态试验差压力包括对使用条件下背压或温度或两者的修

正。

c.爆破压力(burstpressure),在指定温度下爆破片的爆破压力是爆破片即将爆破

前的上游静压与其下游静压的差值。当下游静压为大气压力时，爆破压力即是

上游静表压。

d.标记爆破压力(markedburstpressure),或爆破片的额定爆破压力是爆破片在指

定温度下由试验确定并由制造商标明在标签上的爆破压力。如果用户没有特别

指定，标记爆破压力可以是制造范围内的任何压力。标记爆破压力适用于同一

批次中所有的爆破片。

e.指定爆破压力(specifiedburstpressure)是由用户特别规定的爆破压力。标记爆

破压力可能高于或低于指定爆破压力，但必须在制造范围之内。在确定指定爆

破压力时，用户对制造范围、附加背压和指定温度的考虑会很谨慎。

f.爆破压力允差(burst-pressuretolerance)是爆破片在指定温度下爆破时的压力与

标记爆破压力的偏差值。

g.同批次爆破片(alotofrupturedisks)是指制造时间、尺寸、材料、厚度、型式、

制造工艺以及热处理都相同的一批爆破片。

h.制造范围(manufacturingrange)是指爆破片必须标明的压力范围。制造范围通常

由制造商以指定爆破压力的百分比的形式编成目录给出。该目录上的制造范围

经用户和制造商协议后可以更改。

i.背压(backpressure)是由于排放系统的压力而存在于泄压装置出口处的压力。

背压是附加背压(superimposedbackpressure)和排放背压(built-upbackpressure)

的总和。

j.排放背压(built-upbackpressure)是泄压装置开启后，由于流动而在泄压装置出

口处形成的压力。

k.附加背压(superimposedbackpressure)是泄压装置需要开启时存在于出口处的

静压。它是因为其它原因在排放系统中产生的压力。该压力可能是恒定的，也

可能是变动的。

1.启闭压差(blowdown)是泄压阀整定压力和关闭压力的差值，以整定压力的百分

比或压力单位表示。

m.开启压力(openingpressure)是阀瓣具有可测开高或是流体连续排出时增加了的

进口静压值。阀瓣具有可测开高和流体的连续排出能由视觉、触觉或听觉予以

确定。

n.关闭压力(closingpressure)是阀瓣重新与阀座接触或阀瓣的开高为零时减小了

的进口静压值。阀瓣重新与阀座接触和开高为零能由视觉、触觉或听觉予以确

定。

O.前泄(simmer)是开启前进口静压低于整定压力时阀瓣与阀座之间有可听见或

可看见的可压缩流体的逸出。

p.泄压阀的操作比(operatingratio)是系统最大操作压力与整定压力之比。

q.爆破片的操作比(operatingratio)是系统最大操作压力与下列和爆破片相关的

一个压力(参见图28和图29)之比。

1.若标记爆破压力高于40psi：操作比是系统最大操作压力与标记爆破压

力之比。

2.若标记爆破压力等于或低于40psi：操作比是系统最大操作压力与标记

爆破压力减去2psi后所得压力数值之比。

r.泄漏试验压力(leak-testpressure)是阀座泄漏试验时规定的进口静压力。

s.泄放条件(relievingconditions)一词是用于表明泄压装置在超压情况下的进口压

力和温度。泄放压力等于阀的整定压力(或爆破片的爆破压力)与超过压力之

和。(泄放条件下流体的温度可能高于或低于操作温度。)

t.指定爆破片温度(specifieddisktemperature)是爆破片预期爆破时的温度。制造商

用该温度来确定标记爆破压力。指定爆破片温度极少情况下是容器的设计温度,

甚至不会是操作温度或泄放温度，这取决于泄放系统的结构。

1.3参考出版物

本推荐方法引用下列现行版本的标准、规范和出版物：

API

RP520《炼油厂泄压装置定径、选择和安装》第H部分，“安装”

Std526《钢制法兰连接泄压阀》

Std510《压力容器检查规范一维修检查、评定、修理和更换》

RP521《泄压和减压系统指南》

Std527《泄压阀阀座的密封性》

RP576《泄压装置的检查》

Std2000《通大气储罐和低压储罐（非冷藏和冷藏）》

ASME

《锅炉和压力容器规范》第I卷“动力锅炉”，1998

《锅炉和压力容器规范》第W1卷“压力容器”，第一分册，1998

B31.1《动力管线》，1995,最近的附录

B31.3《过程管线》，1996,最近的附录

容器

压力容器要求泄压阀的典型特性

压力

最高允许积聚压力受火工况定径时

（仅为受火工况）的最高泄放压力

多阀安装时过程工况定径时

最高允许积聚压力116—_____________多阀安装的

最高泄放压力

（非受火工况）115―

「过程工况定径时

单阀安装的

最高泄放压力

单阀安装时最

大辅助阀的最高

最高允许积聚压力1O

允1--------------0允许整定压力

（非受火工况）许（受火）

工

作<•一超压（最大）

压

力

(附加阀的最高

表O5J------------允许整定压力

压

)（过程）

的

百

分

最高允许工作压力比

单阀

或设计压力才L最高允许整定压力

（见注4）

（典型）

.启闭压差（典型）

（见注6）

-单阀关闭压力

最高期望操作压力

密封试验压力（典型）

（见注5和6）

85—1

注：

1.该图符合ASME《锅炉与压力容器规范》第VID卷耍求，其中最高允许工作压力大于30psi；

2.所示压力条件适用于安装在压力容器上的泄压阀；

3.整定压力允许偏差应与适用的规范一致；

4.最高允许工作压力等于或大于相应设计温度下的设计压力；

5.操作压力可以高于或低于90；

6.ASME规范第VIII卷，第一分册，附录M应是启闭压差和压差的指导性文件。

图1一泄压阀的压力关系图

2泄压装置

2.1概述

本章阐述了单独或组合使用的泄压装置的基本原理、操作特性、应用场合及其选择。

这些装置包括弹簧载荷式和先导式泄压阀、爆破片装置以及其它的泄压装置。本文对这

些装置进行了阐述和图示（图2-18）说明。

2.2泄压阀

2.2.1弹簧载荷式泄压阀

2.2.1.1常规式泄压阀

2.2.LL1常规式泄压阀（见图2和5）是一种自动动作的弹簧载荷式泄压阀，其在预先

确定的压力下开启，并从容器或系统中泄放流体以保护容器或系统免受超压。图5所示

小规格阀门通常用作热膨胀泄放阀。弹簧载荷式泄压阀基本元件包括：连接在被保护容

器或系统上的进口阀座、控制流过阀座流体的可移动的阀瓣和控制阀瓣位置的弹簧。在

正常的系统操作条件下，进口压力低于整定压力，阀瓣坐在阀座上同时阻止流体流出阀

座。

2.2.1.1.2弹簧载荷式泄压阀涉及多种术语，例如安全阀、泄放阀和安全泄放阀。这些术

语通常分别用于气体或蒸气介质、液体介质或多种介质用的阀门。泄压阀，这个更多的

总称，用于本文并应用于所有三种情况。

2.2.1.1.3常规弹簧载荷式泄压阀的动作基于力的平衡（见图19）0当系统压力等于阀门

整定压力时，弹簧力预先设定到等于进口介质作用在关闭阀瓣上的力。当进口压力低于

整定压力时，阀瓣仍旧坐在阀座上处于关闭位置。当进口压力高于整定压力时，作用在

阀瓣上的压力克服弹簧力，同时阀门开启。当进口压力降低到低于整定压力的某个值时,

阀门再次关闭。

2.2.LL4在正常操作条件下，阀门处于关闭状态时，见图19A,作用在阀瓣表面（面积

“A”）上的系统或容器压力被弹簧力抵消。随着系统压力接近阀门的整定压力，阀瓣与

阀座之间的作用力接近零。

2.2.1.1.5用在蒸气或气体介质中时，阀门在突跳前可能会有前泄。当容器压力非常接近

整定压力时，可以听到介质流过阀座表面进入蓄压腔“B”。由于反冲盘与调节圈间节

流作用的结果，蓄压腔“B”内的压力增加（见图19B）o因为这时压力作用在更大的面

积上，产生一个通常被称为膨胀力的附加力来克服弹簧力。通过调节调节圈，便可以调

阀帽

阀杆

调整螺钉

阀盖

弹簧

阀瓣

阀座密封面

调节圈

阀体

阀座

（喷嘴）

图2单调节圈调节启闭压差的常规式泄压阀

节环形流道缝隙的大小，从而控制蓄压腔“B”内的压力。这种蓄压腔内被控制的压力

将克服弹簧力，导致阀瓣离开阀座，阀门突跳开启。

2.2.1.1.6一旦阀门已经开启，“C”处便会产生附加增压（见图19C）o这是由于突然的

流量的增加以及由反冲盘裙边的内沿与调节圈外径所围成的另一个环形流道上的节流

所造成的。这些“C”处的附加力会导致阀瓣在突跳时达到足够的开启高度。

2.2.1.1.7流量始终被阀座与阀瓣间的开度限制着，直到阀瓣离阀座的开启高度接近1/4

喉径。当阀瓣达到这种程度的开启高度以后，流量便由喉部通孔面积控制而不是阀座表

面间的面积了。

2.2.1.1.8当进口压力已经降到低于整定压力足够多，以致弹簧力足以克服“A”，“B”,

“C”三处力之和时，阀门关闭。阀门回座时的压力就是关闭压力。整定压力与关闭压

力的差称为启闭压差。

2.2.1.1.9图20表示的是阀瓣从整定压力（图中A点）经历超压阶段到达最大泄放压力

（B点），经历启闭压差阶段回到关闭压力（C点）的全部行程。

2.2.1.2液体介质用弹簧载荷式泄压阀

2.2.1.2.1液体介质用阀门不会像蒸气介质用阀门那样突跳（见图21）,因为液体流动不

产生象蒸气流动那样的膨胀力。液体介质用阀门必须依靠反作用力来达到开启高度。

2.2.1.2.2当阀门关闭时，作用在阀瓣上的力与应用于蒸汽介质中的作用的力是相同的，

直到达到力的平衡，即保持阀座关闭的合力接近零。从这时起，力的关系就完全不同了。

2.2.L2.3在最初开启时，逸出的液体形成一层非常薄的流体，见图21A,在阀座表面间迅

速扩展。液体冲击阀瓣反冲盘的反作用面，并被折流向下，产生向上推动阀瓣和反冲盘

的反作用（涡轮）力。在最初的2%〜4%的超过压力范围内，这些力通常建立得很慢。

2.2.1.2.4随着流量逐渐增加，流过阀座的液体的速度头也在增加。这些动量作用力与快

速泄放的液体介质由于从反作用表面（见图21B）被折流向下所产生的作用力的合力足

以使阀门达到全开。通常情况下，在2%〜6%的超过压力下，阀门会突然间波动到50%〜

100%的全开高。随着超过压力增加，这些力继续增加，推动阀门达到全开。ASME鉴定的

液体介质阀门的排放量，要求阀门在10%或更小的超过压力下，达到全部的额定排量。

2.2.L2.5在阀门关闭的过程中，随着超过压力减小，液体介质动量和反作用都减小，弹

簧力推动阀瓣返回与阀座接触。

2.2.1.2.6过去，许多用在液体介质中的泄压阀都是为可压缩（蒸气）介质设计用的安全

泄放阀或泄放阀。许多这样的阀门当用在液体介质时，需要高的超过压力（25%）才能

达到全开高和稳定的工作，这是因为液体介质无法提供蒸气介质那样的膨胀力。在需要

液体泄压阀在积聚10%内工作的场合中，在阀门定径时，排量的计算要用上保守的系数

0.6o结果，许多设置都是超规格的，而且也经常出现工作不稳定的现象。对这种类型阀

门的定径规范见3.9。

2.2.1.2.7液体介质用阀门在10%的超过压力下的性能和需要排量鉴定的规定已经被列入

ASME《锅炉和压力容器规范》第vm卷和其它的国际标准中。按照要求，在10%超过压

力下，达到全开启、稳定工作和额定泄放量的液体介质用泄压阀已经研制出来。有些阀

门的结构启闭压差是可以调节的。有些阀门设计成在液体和气体介质中都能工作。但这

样的阀门取决于介质是液体、气体还是两者的混合而表现不同的操作特性。例如，许多

液体介质用泄压阀，用在气体介质比液体介质中，会有大很多的启闭压差（通常是20%）。

另外，如果阀门用液体介质整定后，用在气体或蒸气介质中或相反时，整定压力会发生

一些变化。

2.2.L2.8液体介质用泄压阀的定径准则见3.8。如果需要的是气体介质的排量，362或

3.6.3可用来进行初步的定径计算。液体和气体介质用阀门定径用的排量鉴定数据应从制

造商获得，用于阀门最终的定径和应用。

2.2.L2.9当被泄放介质可能是液体、气体或是多相混合时，液体（或气液共存）介质用

弹簧载荷式泄压阀和为了使背压的影响减至最小而设计的弹簧载荷式泄压阀，建议按照

气液两相介质应用设计。许多制造商建议如果在阀门进口处两相混合的质量百分比是蒸

气占50%或者更低时，应选用液体或液气混合介质用阀门。另外，如果介质流中液体与

气体的比例不确定，应选用专门为液体介质或气液混合介质设计的阀门。

2.2.1.2.10设计用于液体和气体介质的泄压阀，应指定通常阀门所被暴露在的介质。例

如，如果一个液体和气体介质用阀门被安装在有液相界面容器的蒸气区域时，阀门应被

说明为气体介质用。印在铭牌上的阀门排量是单位为SCFM的空气排量。如果液体和气

体介质阀门安装在换热器水一侧，那么阀门应被指定为液体介质用。这种阀门应有一个

单位为GPM的水的排量标记。

2.2.1.2.11在有些场合中，阀门有可能需要泄放液体或是气体，这要取决于导致超压的

条件（例如换热器管破裂）。在这种情况下，推荐选用液体介质或是气液共用阀门。

2.2.1.3平衡式泄压阀

2.2.1.3.1平衡式泄压阀是利用波纹管或其它平衡阀瓣的方法使背压对阀门的性能特性

影响减至最小的一种弹簧载荷式泄压阀（见图3和4）。

阀帽.~—_-

阀杆.一一

调整螺钉

泄出口（敞开）

（喷嘴）

，e,'...

图3—平衡波纹管式泄压阀

（敞开）

图4——带辅助平衡活塞的平衡波纹管式泄压阀

2.2.1.3.2当附加背压作用在弹簧载荷式泄压阀的出口时，该压力作用在阀瓣上作为弹簧

的附加力。这个附加力增加了非平衡式泄压阀开启的压力。如果附加背压是变化的，那

么阀门开启的压力也会变化（见图22）。在平衡波纹管式泄压阀中，波纹管以AB的压

力面积（约等于阀瓣的密封面积AN）连接在反冲盘上（见图23）。这样就在阀瓣上隔离

出一块约等于阀瓣密封面积的背压作用面积。有了波纹管的附加作用，尽管背压有变化,

泄压阀的整定压力仍会保持恒定。应注意的是，平衡波纹管弹簧载荷式泄压阀的波纹管

的内部面积是参照的阀盖内的大气压力。为了波纹管的正常性能，牢记住平衡式泄压阀

阀盖必须始终通向大气是十分重要的。如果阀门安装在与大气接通会带来危险或环境法

规不允许的地方，那么泄出口应用管子连接到一个没有背压（它可能影响泄压阀整定压

力）的安全地点。

2.2.1.3.3有些阀门的设计中也用到了其他平衡弹簧载荷式泄压阀的方法，比如密封的活

塞。这些设计特性在一定程度上类似于平衡波纹管的设计。

2.2.1.3.4当附加背压恒定时，弹簧力可减小，以弥补背压对整定压力的影响，而平衡式

阀门则不需要。有些情况下，附加背压不总是恒定的，这些情况必须仔细评估。

2.2.1.3.5在排放背压（泄放阀开启后，流体流过下游管道所产生的背压）对于常规泄压

阀过高的场合中（见333.1）,应考虑采用平衡式泄压阀。关于背压的更详细论述以及

背压对泄压阀性能和排量的影响详见3.3o

2.2.1.3.6平衡式泄压阀也是一种将阀门内的导套、弹簧、阀盖和其它顶部的工作零件从

泄放流体中隔离出来的方法。这一点对于关注流体会对这些零件产生腐蚀破坏的场合是

十分重要的。

2.2.2先导式泄压阀

2.2.2.1先导式泄压阀是由通常附有一个浮动的不平衡活塞部件的主阀和一个外部的导

阀组成（见图6至10）。活塞的设计是顶部面积比底部面积更大【必须顶部面积大，这

样会确保能自动关闭】。在达到整定压力前，顶部和底部表面承受相同的进口操作压力

下。由于顶部活塞面积更大，净作用力保持活塞紧压在主阀阀座上。随着操作压力的增

加，阀座的净作用力增加，以使阀门关闭的更紧密。这个特点允许大多数先导式阀门被

用在最大期望的操作压力高于图1所示的百分比场合中。在整定压力下，导阀将活塞顶

部的压力泄出，造成此时净作用力向上，导致活塞开启，流体通过主阀。经过超压阶段

后，导阀关闭活塞顶部的泄出口，因此重新建立压力，净作用力导致活塞回座。

FlowingType

2.222先导式泄压阀的主阀可用膜片代替活塞，作为阀门的不平衡运动元件。通常关闭

主阀进口的阀瓣与柔性膜片组合一起（见图10）。外部的导阀起着同样的作用：感受介

质流体的压力；在整定压力下，泄出膜片顶部压力；一旦介质流体压力减小，膜片重新

承压。与活塞阀类似，由于膜片承压面积不等，阀座密封力随着操作压力成比例增加。

2.2.2.3不同于常规或平衡式弹簧载荷阀门，主阀活塞或膜片的开启高度不受排放背压的

影响。这就允许在排放泄出连接管中存在较高的压力。

2.2.2.4根据导阀的设计情况及用户的要求，导阀泄出口或是直接排放至大气或是排放到

主阀出口。只有整定压力不受背压影响的平衡式导阀，将它的排放管安装到压力变化的

地方（例如主阀出口处）。对于非平衡式导阀，背压的微小变化是可以接受的（见333.1）。

2.2.2.5当在阀门泄放侧的压力高于阀门进口压力的可能性存在时，需要安装回流保护

器。较高的泄放压力能在膜片或活塞上产生足够的向上力而开启阀门，同时造成流体回

流。回流保护器使得泄放压力在膜片或活塞上提供向下的净作用力以保持阀门处于关闭

状态（见图7）。回流保护器的正常工作对于进一步的确保阀门内没有流体回流发生是很

关键的。回流保护器内的材料和密封的选择应与先导式泄放阀相一致。

2.2.2.6控制主阀的导阀既可以是突开作用的阀，也可以是调制作用的阀。突开作用的导

阀（如图24所示）可使主阀在无超压的整定压力情况下，达到全开启。调制作用的导

阀（如图25所示）开启主阀的开高仅能满足所需的泄放量。

2.2.2.7导阀既可以是流动型，也可以是非流动型。当主阀开启时，流动型允许介质流体

连续流过导阀；而非流动型的则不允许。为了减少水合物的生成（结冰）或在装载流体

中的固体颗粒影响导阀性能的可能性出现，通常建议大多数场合使用非流动型导阀。

2.2.2.8先导式泄压阀可用在液体和蒸气介质中。有些先导式泄压阀的操作特性不受介质

状态（液态或气态）的影响，因而推荐这些类型用在两相流场合中。

气室、回流保护器-

、（可选择的）

活塞密野-

主

主阀脚座

图7——突开动作先导阿（非流动型）

感应膜片

敏感度调节

导斶供压管线

导脚阀座

导阀

导阀过滤密

（可选择的）

活塞

阀座

内压感应口

主阀

图8—调节型先导阀（流动型）

感应膜片

活塞

图9一带非流动调制型导阀的先导式泄放阀二

2.2.2.9类似于软座弹簧载荷式阀门，大多数主阀及其导阀中用到了非金属元件，因此操

作温度和流体相容性会限制它们的使用。此外，象所有泄压装置一样，流体特性如聚合

或结垢的敏感程度、粘度、固体的存在以及腐蚀等问题都要考虑。向制造商咨询以保证

所拟定的用途与选用的阀相适应。

导网弹簧

阀轴密封膜片

自闭压差调节一

节流孔（可调整》

固定节流孔

导牌压力感应口

圉10一一低压先导阀（膜片型）

2.3爆破片装置

2.3.1概述

2.3.1.1爆破片装置是非重新闭合泄压装置，其用来保护容器、管道和其它承压元件，避

免出现过高压力或真空度。爆破片装置可单独使用，也可与其它泄压装置组合使用。它

们也被用作冗余泄压装置。

2.3.1.2由于没有运动零件，爆破片装置结构简单、可靠，而且比其它泄压装置动作更快。

爆破片装置动作反应快，足以泄放有些类型的压力脉冲。由于重量轻，爆破片装置可用

对于泄压阀不实际的高合金和耐腐蚀材料制造。

2.3.1.3爆破片可用于蒸气（气体）或液体介质系统的压力泄放。而且，爆破片也可设计

用在高粘性流体介质中。当爆破片装置用在液态介质中时，应仔细评估，以保证爆破片

的设计用在液态介质中是合适的。用户应向制造商咨询关于液态介质中爆破片应用情况

的相关信息。

2.3.1.4爆破片也是一种对温度敏感的装置。爆破压力可随着爆破片装置的温度不同而有

很大的变化。这个温度可能不同于通常的流体操作温度。随着爆破片温度的增加，爆破

压力通常减小。由于温度的影响取决于爆破片的设计及其材料，所以应向制造商咨询具

体的应用问题。正是因为这些原因，爆破片必须指明其预期爆破时的压力和温度。

2.3.1.5安装时必须注意避免损坏爆破片，并确保爆破片和夹持器相对介质的流动的方向

安装正确。损坏的或安装方向不正确的爆破片可能在比标记爆破压力高很多的压力下才

会爆破，这取决于爆破片类型。具体类型爆破片的破损或错误的安装方向对爆破片的影

响，向制造商咨询。

2.3.1.6必须注意遵循制造商对爆破片安装过程中的螺栓扭矩和紧固步骤的要求。不合适

的扭矩也可能影响爆破片的爆破压力。

2.3.2爆破片装置的应用

2.3.2.1单独使用、组合使用与火灾工况中应用爆破片可用在非重新闭合装置适合的任何

需要超压保护的场合中。这包括ASME规范UG-134中说明的单独使用、组合应用以

及火灾工况。依照ASME规范第印卷，图26给出了爆破片与被保护设备的压力关系。

2.3.2.2安装在泄压阀进口处的爆破片装置

2.3.2.2.1ASME规范第VID卷第一分册中，也允许爆破片与泄压阀组合使用（见图17）。

爆破片用在泄压阀上游：封闭系统以满足泄漏标准；为泄压阀提供腐蚀保护；减少阀门

的维修。

23.2.2.2当爆破片装置安装在泄压阀进口时，装置被认定是紧密相连的，指定的爆破压

力和整定压力应是相同的名义值。当安装在液相介质中时，爆破片和阀门的紧密连接以

减少对阀门的冲击载荷是尤其重要的。

23.2.2.3按照ASME规范第VIII卷第一分册UG-127中规定，爆破片与泄压阀之间的空间

应有泄出口、压力表、试验用旋塞阀或合适的报警指示器。有压力表、无警报或其它装

置的无泄出口隔段空间，不推荐作为合适的报警指示器。告诫用户：如果在爆破片和泄

压阀之间的无泄出口隔段空间内建立背压，会造成爆破片不在允差范围内爆破，而且还

会因为腐蚀或其它原因造成爆破片泄漏。

2.323安装在泄压阀出口处的爆破片装置

爆破片装置可安装在泄压阀的出口，使泄压阀与大气或下游流体隔离。阀门设计时

应该考虑到，不管阀门与爆破片之间可能积聚的背压有多大，阀门在正常的设定压力下

都会开启。其他要求和考虑的内容参见ASME规范的UG-127。

2.3.2.4强腐蚀性环境中的应用

在强腐蚀环境中应用时,经常同时使用两个爆破片。一个双爆破片部件是由装在一

个专用的夹持器中而它们之间有一个蒸气空间的两个爆破片组成的。如果第一个爆破片

因腐蚀发生泄漏，第二个爆破片会挡住流体。爆破片之间的蒸气空间应有泄出口、压力

表、试验用旋塞阀或用于监测压力建立的合适的报警指示器。这样也给了用户需要更换

爆破片的提示。

23.2.5高粘性环境中的应用

爆破片可用在高粘度流体工艺中，包括无砂泥浆,其中介质流体直接通过爆破片进口

以防产生介质沉积，否则可能影响爆破片性能。向爆破片制造商咨询这些应用情况下的

详细信息。

2.3.3爆破片的类型

有3种主要的爆破片类型：

1）正拱型，拉伸载荷。

2）反拱型，压缩载荷。

3）石墨型，剪切载荷。

2.3.3.1正拱型实心金属爆破片

正拱形爆破片是一种成形的（圆拱形的）、实心的金属片，当其凹侧面受到额定压

力时破裂（见图11）。这种爆破片通常是角座型结构，并且操作压力用到爆破片的标记

爆破压力的70%（即70%的操作比）时仍有令人满意的使用寿命。向制造商咨询考虑中的

指定爆破片的实际推荐操作比。如果存在真空或背压情况，爆破片必须配备支撑以防止

翻转弯曲。这类爆破片具有随机的破口模式，同时被认为是碎片型的，因此不适合安装

在泄压阀上游。

2.33.2正拱型刻痕爆破片

刻痕的正拱型爆破片是一种成形的（圆拱形的）金属片，当其凹侧面受到额定压力

时，沿着刻痕线破裂（见图12）。有些爆破片的设计当操作压力用到爆破片的标记爆破压

力的85%——90%（即85%—90%的操作比）时仍有令人满意的使用寿命。向爆破片制造

商咨询考虑中的指定爆破片实际推荐的操作比。大多数的结构设计在无真空支撑时能经

受住真空条件。如果存在背压，爆破片需要配备支撑以防止翻转弯曲。由于刻痕线决定

破口模式，因此这种类型的爆破片制造成无碎片型，同时可以安装在泄压阀的上游。在

相同的爆破压力下，刻痕正拱形爆破片是比非刻痕结构用更厚的材料制成，且能对机械

损伤提供附加的抵抗力。

2.33.3正拱形复合爆破片

2.3.3.3.1正拱形复合爆破片是一种平面的或圆拱形的多片结构的爆破片（见图13）。圆

拱形的复合爆破片是按凹侧面达到额定压力时破裂设计的。平面的复合爆破片可以设计

成在额定压力下任一或两个方向都能破裂。有些结构是无碎片型的，可用在泄压阀的上

游。

2.333.2圆拱形复合爆破片可用在平座或角座结构中。爆破压力由顶部的缝隙与翼片和

其下面的金属或非金属的密封件共同决定。复合爆破片通常用在爆破压力低于正拱形非

刻痕爆破片的场合中。由于所选用的密封材料的抗腐蚀性能好，复合爆破片的使用寿命

可以更长。

2.333.3顶部的缝隙与翼片为爆破片预先确定了开裂形状。如果存在真空或背压的情

况，复合爆破片需要配备支撑以防止翻转弯曲（见图13）。圆拱形复合爆破片通常当操

作压力等于或低于80%的爆破片标记爆破压力（即80%的操作比）时，有令人满意的使

用寿命。向爆破片制造商咨询考虑中的指定爆破片的实际推荐操作比。

233.3.4平面的复合爆破片可用于保护低压容器或隔离设备，如排气集管或泄压阀的出

口。这种爆破片通常两侧加垫片，设计安装在配对法兰之间，而不用装在专用的爆破片

夹持器内。平面的复合爆破片通常在操作压力等于或低于50%的爆破片标记爆破压力

（即50%的操作比）时,有令人满意的使用寿命。向爆破片制造商咨询考虑中的指定爆破

片实际推荐操作比。

2.3.3.4反拱型爆破片

2.3.3.4.1典型的反拱型爆破片是一种成形的（圆拱形的）实心金属片，当其凸面侧受到

额定压力时破裂。反拱型爆破片是借助切刀、刀片、刀环或刻痕线等方法开启的。（见

图14和15）

2.33.4.2反拱型爆破片可制成无碎片型的，适合安装在泄压阀上游。这种爆破片在操作

压力等于或低于90%的爆破片标记爆破压力（即90%的操作比）下，有令人满意的使用

正确的安装

标准螺栓和螺母

流体

图11--正拱形实心金属爆破片

正确的安装

半圆槽型径向槽型

寿命。向爆破片制造商咨询考虑中的指定爆破片实际推荐的操作比。由于反拱型爆破片

是受作用在凸面一侧的压力动作的，可采用更厚一些的爆破片材料，因此能减少腐蚀的

影响，无需真空支撑，并在压力、真空循环条件和压力波动下提供更长的使用寿命。

2.33.4.3安装在夹持器上的刀片应采用抗腐蚀材料，同时定期检查以确保足够的锋利去

开启爆破片。钝的或破损的刀片可能妨碍爆破片正常开裂。

正确的安装

-爆破片

「标准螺栓和螺母

刀片或-

刀环组合件

颈组装便夹或标准法兰-嵌入型爆破片

颈组装螺钉

（所示为进口和出口）

标准‘法兰

甘、进卜方

t

压力

图14——带刀片的反拱型爆破片

2.33.5石墨爆破片

2.3.3.5.1典型的石墨爆破片是由掺有粘结材料的细石墨棒经机械加工制成的（见图16）o

该爆破片依据压差工作，穿过中心隔膜或者网格部分。石墨爆破片在操作压力到80%的

爆破片标记爆破压力（即80%的操作比）时,仍有令人满意的使用寿命，并可用在液体

和蒸气介质中。向爆破片制造商咨询考虑中指定爆破片实际被推荐的操作比。

2.33.5.2如果存在真空或背压情况，爆破片应配备支撑以防止翻转弯曲。这种爆破片具

有随机的破口模式，并被认定是碎片型结构，因此不适合安装在泄压阀上游。一个被称

为铠装的金属圈通常加在爆破片的外径处以协助支撑不均匀的管路载荷，同时使石墨圈

外围破裂和介质流体喷出的可能性减至最小。

正确的安装

压力

图16——石墨爆破片

图17——爆破片装置与泄压阿联用

2.3.4爆破片夹持器

爆破片夹持器是用来将爆破片夹持在适当位置，并实现无泄漏的金属对金属的密

封。夹持器的安装部位对于指定的制造商和爆破片类型通常是唯一的。爆破片夹持器可

用在多种结构中，包括螺栓、焊接、螺纹连接等。最常见的结构是安装在标准管法兰之

间的嵌入型的，而夹持器外径安装在法兰螺栓内侧。爆破片夹持器可采用多种材料和涂

层。

2.3.5爆破片附件

很多场合中，多种附件应用在爆破片装置中。以下简要描述了这些元件中的一些及

其应用情况。

a,爆破指示器和传感器一一这些装置主要能够提供监测爆破片或泄压阀的开启和/或

泄漏的电子或机械信号。

b,警报监测器一一警报监测器用来监测爆破片指示器或传感器。警报监测器可带有固

有的安全电路。

c,隔热板一一隔热板通常安装在高温介质中的爆破片前面，用来降低爆破片温度。

d,挡板一一当泄出口通向大气时，挡板用来偏转泄放介质的流向，以免喷向人员或设

备。

2.3.6爆破片的选择和规格说明

爆破片的选择要依据其所安装的系统的操作参数。这些操作参数应由购买者在购

买爆破片时指定。这些参数包括但不仅限于：

a,容器或管道的最高允许工作压力；

b,流体状态（气态、液态或多相）；

c,操作压力和操作温度的范围；

d,周期的或脉动的工作；

e,所需的泄放量；

f,上游或下游环境的腐蚀性；

g,真空或背压条件；

h,位于泄压阀的上游或下游；

i,单独还是组合使用的装置。

下面的爆破片参数是根据上述系统的操作参数而选择和确定的：

a,爆破压力和温度（见图26）；

b,操作比、制造范围和爆破允差（见图28A,28B和28C）；

c,爆破片类型、材料和结构；

d,爆破片和夹持器规格（根据所需排量按3.11确定）。

2.3.6.1爆破片的选择

2.3.6.1.1爆破片的类型和基本性能特性描述见2.3.3,可用作选择的依据。系统压力和

爆破片装置操作特性之间的关系见图26。由于爆破片的标记爆破压力可以是制造范围内

的任意值，使用者应注意确保制造范围的上限不超过被保护设备的最高允许工作压力。

如图27所示，当爆破片有正的制造范围时，爆破片的标记爆破压力实际能比指定的压

力图。

2.3.6.1.2爆破片可能被标记的爆破的最高压力是其制造范围的上限。爆破片可能被标记

的爆破的最低压力是其制造范围的下限。图28A、28B和28c是爆破压力、制造范围、

爆破允差和操作压力之间的常见关系的图线举例。

2.3.6.1.3爆破片的选择是一个反复的、有时复杂的过程。以下给出的是无附加背压场合

中，爆破片的选用步骤。如果需要的话，向制造商咨询协助。

1.选择制造范围的上限。这典型的依照由ASME规范或工艺过程要求确定被保护设备

的最高允许工作压力。在有些场合中，比如组合使用或辅助装置的安装（见3.5.2）,

制造范围的上限可能超过被保护设备的最高允许工作压力。

2.从制造范围的上限中减去制造范围的正向部分，象制造商目录册中所列出的一样,

确定指定爆破压力。

3.从指定爆破压力中减去制造范围的负向部分，象制造商目录册中所列出的一样，

确定制造范围的下限。

4.用制造范围的下限除最高操作压力，确定操作比。

注：当用低于40psig的指定爆破压力计算爆破片的操作比时，在计算操作比

前，要从制造范围的下限中减去2psi。

5.根据指定爆破压力和制造范围选择爆破片，并比较该操作比和产品目录中列出的

制造商的最大推荐操作比。如果该操作比高于制造商的最大推荐操作比，可以的话,

为该爆破片类型选择更小的制造范围，或改变爆破片类型并重复步骤2至5。

2.3.6.1.4附加背压很大程度上使爆破片装置的设计和选择过程复杂化。图29表示的是

有附加背压的爆破片的举例。当选择指定爆破压力和确定操作比时，附加背压的影响必

须要予以考虑。在这一过程中，还必须注意附加背压会被不经意的减小到小于用来指定

爆破片的那个压力，因为这样会导致不希望的爆破片的动作。

2.3.6.1.5对于大多数的封闭系统，附加背压通常在某个最小和最大压力值间变化。对于

这种特殊的爆破片装置的设计，附加背压通常不包括排放到该封闭系统的其它泄放装置

所带来的压力，除非该压力会导致泄放压力超过规范允许的积聚压力。但是，当指定爆

破片时，其他泄放装置泄放所产生的背压的影响仍需考虑，而且这种背压可能导致装置

需要增加附件，比如用来保护爆破片的真空或背压支撑。

236.2爆破片装置的规格说明

用文件正确完整地记录过程条件和爆破片装置规格说明是恰当选择爆破片的一个

关键。附录A给出了爆破片装置的规格清单和完成规格清单的逐步导引o

2.4销动式装置

2.4.1概述

销动式泄压装置是非重新闭合装置，其组成包括一个运动阀瓣和一个安有销钉的外

部机构。阀瓣暴露到压力系统中，外部机构通过机械方法与阀瓣连接。销钉可能受拉伸

载荷（断销）或受压载荷（弯曲销钉，见图18）。销钉限制着阀瓣的运动直到到达指定

的设定压力。此时，销钉失效，阀瓣开启。

2.4.2弯曲销钉装置

弯曲销钉装置（见图18所示），是受压缩载荷的销动式装置，同时也是使用最为广

泛的销动式装置型式。受压缩载荷的弯曲销钉装置非常的稳定而且非常适于用在既有循

环操作条件，又是操作压力和整定压力比大于等于90%的场合中。

弯曲销钉装置可能对压差敏感。用户和制造商应审查装置两侧的操作条件。

关闭状态开扇状态

图18—弯曲销钉阀

2.4.2.1整定压力和温度

2.4.2.L1销动式装置的整定压力应由使用者确定，而名义整定压力值的正负允许偏差与

制造商商定。按照ASME规范Case2091要求的偏差是土5%。

2.4.2.1.2装置与介质接触的零件必须设计满足介质温度，以确保选用的零件是可用的。

但由于销钉在介质的外面，并不暴露在介质温度下，而是暴露在外部环境中。因此，销

钉必须按照外部环境温度设计以确保装置的整定压力正确地确定。

2.4.2.1.3承受压缩载荷的弯曲销钉对温度的敏感性低。如果销钉装置处在宽范围的环境

温度或周边环境温度范围以外时，建议向制造商索要整定压力的相关改变。在有些情况

下，建议在装置出厂送货前进行指定的销钉温度试验。

2.4.2.2密封性

2.4.2.2.1弯曲销钉装置典型的采用弹性体密封。密封材料应仔细选择以保证既能满足化

学环境条件和又能满足预料的在线温度要求。建议制造商送货前装置的密封性试验依照

APIStd527进行。

2.4.2.2.2如果应用于真空工况和/或存在背压，制造商需要被提醒注意，确保该条件下

适当的密封性。

2.4.2.3标志和标签

弯曲销钉装置应清晰标明流动的方向、整定压力、名义规格、系列号、型号或类型

代号、结构材料和制造商。每个销钉或贴附在装置上的标签应标明制造商、批号、装置

型号或类型、整定压力和销钉/装置鉴定者。批号应与装置序列号或装置中的销钉校准

鉴定者一起出现在制造商的证明报告中。

2.4.3断销装置

2.4.3.1断销装置是一种非重新闭合泄压装置，其可移动的阀瓣由受拉伸载荷的销钉固定

在关闭位置。当压力达到装置的整定压力时，销钉断裂，阀瓣开启。断销装置通常与密

封性倍受关注的泄压阀组合使用。例如，在腐蚀或振动环境中，如流体运输容器。

2.43.2ASME锅炉和压力容器规范第VW卷，仅允许断销装置与泄压阀组合使用。断销装

置被设计在指定的压差内操作。如果在断销装置下游侧允许建压，开启压力会增加。因

此，断销装置与泄压阀之间需要备有压力表、试验用旋塞阀、泄出口或用来监测两装置

之间空腔压力建立的适当的报警指示器。

2.5其它类型的装置

本节没有描述的其它的泄压装置偶尔被炼油厂和相关工业提到。用户应向制造商咨

询它们的设计和特殊应用的相关信息、。