安全阀的选型、计算与设置规定

安全阀的选型、计算与设置规定1总则1.1目的为规范压力容器、压力管道及相关承压设备上安全阀的选型、排量计算、整定压力设定、安装布置、检验校验与运行维护，确保其在超压工况下能够准确、及时、可靠地开启并泄放介质，将设备内压力控制在允许限度以内，防止超压事故的发生，保障人身和财产安全，特制定本规定。1.2适用范围本规定适用于设计压力不低于零点一兆帕的蒸汽、气体、液化气体及液体介质所使用的弹簧直接载荷式安全阀、先导式安全阀及其他直接载荷式安全阀的工程设计、采购订货、安装施工、校验检修与运行管理。从事上述承压设备的工艺、设备、安全和检验人员均应遵照执行。军事装备、核设施、航空航天器、铁路机车、海上设施和船舶以及矿山井下使用的特种设备上的安全附件，不适用本规定。1.3引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本规定必不可少的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规定；凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规定。GB/T12241—2021安全阀一般要求；GB/T12242—2021压力释放装置性能试验方法；GB/T12243—2021弹簧直接载荷式安全阀；GB/T150.1—2024压力容器第1部分：通用要求；TSG21—2016固定式压力容器安全技术监察规程；TSG92—2026承压类特种设备安全附件安全技术规程；GB/T20801.6压力管道规范工业管道第6部分：安全防护；APIRP520炼油厂压力释放装置的尺寸确定、选择和安装；APIRP521压力释放和泄压系统。1.4术语与定义整定压力：安全阀阀瓣在运行条件下开始开启的预定入口静压力。在该压力下，阀瓣开始离开阀座，介质开始连续地泄放。超过压力：超过安全阀整定压力的压力增量，通常以整定压力的百分数表示。对于非火灾工况，其值不得超过整定压力的百分之十；对于火灾工况，其值可放宽至百分之二十。回座压力：安全阀阀瓣重新与阀座接触、泄放停止时的入口静压力。回座压力与整定压力之差称为启闭压差，一般应为整定压力的百分之四至百分之八，最大不得超过百分之十。排放压力：安全阀达到规定开启高度时的入口静压力。对于全启式安全阀，排放压力不得超过整定压力的百分之十；对于微启式安全阀，排放压力不得超过整定压力的百分之二十。额定排量：由制造厂或检验机构在规定试验条件下测得，并经法定机构确认的安全阀允许作为安全依据的排量。安全阀的实际额定排量不得小于工艺计算所需的安全泄放量。积聚压力：在泄放过程中，由容器设计压力或最大允许工作压力开始算起的压力增量，以压力百分数或绝对值表示。2安全阀的工作原理与分类2.1基本工作原理安全阀是一种由进口静压驱动的自动泄压阀门。当承压设备内介质压力升高并达到整定压力时，介质作用在阀瓣上的向上推力克服弹簧（或其他加载机构）的向下作用力，阀瓣开启，介质经阀座孔和阀瓣周围的通道向出口泄放；当压力降至回座压力以下时，加载机构将阀瓣压回阀座，泄放终止。其全过程无需外部能源介入，因而在断电、断气、控制系统失灵等极端工况下仍能独立动作，是承压设备超压保护的最后一道屏障。2.2按加载方式分类弹簧直接载荷式安全阀：以压缩弹簧作为加载元件，结构简单、动作可靠、维护方便，是工业装置中应用最广泛的类型，适用于整定压力零点一兆帕至数十兆帕、温度不超过四百摄氏度的一般场合。先导式安全阀：主阀由导阀通过介质自身压力控制驱动，具有整定精度高、回座密封性好、开启高度大、受背压影响小等优点，适用于大口径、高压差、微泄放及背压较高的场合，但其动作可靠性依赖导阀灵敏度和介质清洁度。杠杆重锤式与静重式安全阀：利用杠杆原理或重块直接加载，结构原始、体积庞大、整定精度低，目前仅用于低压、低温、大排量的小型锅炉和储气罐等特定场合，新建工程一般不推荐采用。2.3按开启高度分类全启式安全阀：阀瓣开启高度不小于阀座流道直径的四分之一，介质经双调节圈形成二次膨胀，排量系数大，适用于气体、蒸汽及高黏度液体以外的气相介质。微启式安全阀：阀瓣开启高度为阀座流道直径的二十分之一至四十分之一，介质排量小、渐开渐闭，适用于液体介质以及不允许剧烈排放的场合。2.4按结构型式分类封闭式安全阀：阀盖、阀杆和阀杆外露部分均处于密封壳体之内，泄放介质经专用排出口集中导出，适用于易燃、易爆、有毒、腐蚀性介质以及需要集中处理排放物的场合。敞开式安全阀：阀盖开孔、弹簧腔与大气相通，冷却效果好，适用于蒸汽及不污染环境的空气、氮气等惰性介质。波纹管平衡式安全阀：在阀瓣外部设置金属或聚四氟乙烯波纹管，以平衡出口侧背压变化对整定压力的影响，适用于背压波动超过整定压力百分之十、或背压对弹簧腔有腐蚀作用的场合。波纹管破裂后安全阀应能自动切换为常规弹簧安全阀继续工作。3安全阀的选型规定3.1选型基本原则安全阀选型应综合考虑介质性质、操作工况、超压工况类别、整定压力与温度、背压条件、排量要求及现场安装维护条件。所选安全阀的公称压力等级、材质、法兰标准和结构长度应与被保护设备及管道相匹配；其额定排量不得小于工艺计算所需的安全泄放量。当存在多种超压工况时，应按其中最苛刻工况确定安全阀的整定压力和排量，并校核其他工况下的超压限度是否仍在允许范围以内，不得以单台安全阀勉强覆盖全部工况。3.2型式选择气体和蒸汽介质应优先选用全启式弹簧安全阀；液体介质应选用微启式或全启式安全阀，当液体含气或存在闪蒸时应按全启式校核排量。介质为易燃、易爆、剧毒或强腐蚀时，必须选用封闭式安全阀，并将排放物引至安全地点集中处理；不得选用敞开式。出口背压为恒定背压且其值不超过整定压力百分之十时，可采用普通弹簧安全阀；背压波动或恒定背压超过百分之十时，应选用波纹管平衡式或先导式安全阀，并进行背压修正后的排量校核。对于要求密封性严格、不允许有可见泄漏的气体介质，宜选用先导式安全阀或带辅助密封结构的弹簧安全阀；对于高温介质，弹簧应选用耐热钢并设置散热片，必要时选用带散热器的安全阀。3.3公称压力与温度等级安全阀的公称压力应不小于被保护设备的设计压力，其最高允许工作压力应与整定压力和温度等级相匹配。当操作温度较高时，应按制造厂提供的压力—温度额定曲线校核，不得仅凭公称压力值直接选用。阀体材质一般不低于被保护设备本体材质；介质为液化石油气、液氨、液氯等剧毒或易燃易爆液化气体时，阀体不得采用铸铁，应采用碳素钢、低合金钢或不锈钢。3.4材料选择阀体材料应根据介质腐蚀性、温度和压力等级选用：无腐蚀性气体和油品可采用碳素钢；弱腐蚀性介质可采用铬镍不锈钢；强腐蚀性介质应采用蒙乃尔合金、哈氏合金或衬里结构。密封副材料应保证阀瓣与阀座之间不发生咬合，在工况温度和介质环境下具有足够的硬度差和耐蚀性。蒸汽和洁净气体可采用不锈钢对不锈钢或不锈钢堆焊硬质合金；油品采用不锈钢或巴氏合金；腐蚀性介质宜采用聚四氟乙烯柔性密封。弹簧材料应与介质和温度相适应。普通碳素弹簧钢适用于不超过二百摄氏度的干燥空气和油品；合金弹簧钢适用于不超过四百摄氏度的蒸汽和高温气体；腐蚀性介质必须将弹簧置于波纹管保护之外，并对弹簧表面采取防腐镀层或涂覆措施。3.5口径选择安全阀的公称口径不应小于由排量计算确定的流道面积对应的标准口径。API标准系列喉径由D至T共十余档，工程上应按计算面积向上圆整到最近一档标准喉径，并复核该喉径在实际工况下的额定排量。当单台安全阀排量不足时，应并联设置多台安全阀，而不应通过增大整定压力或提高超压限度的方式勉强满足排量要求。并联安装时，各台安全阀的整定压力宜相同，且入口总管阻力不得影响任一阀的正常开启。表3-1不同介质工况下安全阀型式选择对照表介质与工况推荐型式结构要点空气、氮气、蒸汽全启式弹簧安全阀敞开式，带扳手烃类气体、可燃气体全启式封闭式安全阀法兰连接，导淋阀易燃、剧毒液体微启式封闭式安全阀波纹管平衡，集中排放背压波动较大波纹管平衡式或先导式背压修正后校核排量高温高压蒸汽带散热器全启式耐热弹簧，散热片强腐蚀介质衬里或哈氏合金封闭式弹簧外置防腐高黏度或含固体颗粒液体先导式或缓冲结构定期吹扫清洗4安全泄放量与排量计算4.1超压工况的识别安全阀排量计算的前提是准确识别全部可能的超压工况。工程上应至少考虑下列工况：进料或热源失控导致的压力升高；出口管路堵塞或下游阀门误关；外部火灾烘烤；冷却失效或回流中断；热膨胀；压缩机或泵的旁路失效；化学反应放热；公用工程失效引起的工艺扰动。应针对每一种工况分别计算所需泄放量，取其中最大值作为安全阀选型的设计泄放量；对于同时发生概率极低且后果可接受的工况，可经风险评估后适当组合或排除，但应在设计文件中明确说明取舍依据。4.2气体和蒸汽的排量计算当安全阀出口背压与入口整定压力之比小于临界压力比时，气体在阀口处于临界（壅塞）流动状态。此时所需流道面积按下式计算：A等于W乘以根号下（T·Z/M），再除以（C·Kd·P·Kb·Kc）。式中：A为所需流道面积，单位平方毫米；W为要求泄放的质量流量，单位千克每小时；T为泄放温度，单位开尔文；Z为气体在泄放条件下的压缩因子；M为气体摩尔质量，单位千克每千摩尔；C为由气体绝热指数决定的气体特性系数；Kd为排量系数，普通弹簧安全阀取零点九七五，经试验认证后按制造厂值采用；P为安全阀入口绝对泄放压力，单位千帕；Kb为背压修正系数；Kc为安全阀与爆破片组合时的修正系数。当出口背压与入口泄放压力之比大于临界压力比时，气体处于亚临界流动状态，应改用亚临界流公式计算所需流道面积，并按制造厂提供的排量曲线进行复算。蒸汽在湿蒸汽状态下应引入蒸汽湿度修正系数；过热蒸汽应引入过热度修正系数。4.3液体介质的排量计算液体介质的泄放一般为不可压缩流，所需流道面积按下式计算：A等于Q除以（Kd·Kw·Kc），再乘以根号下（G除以（1.25·P减P0））。式中：A为所需流道面积，单位平方毫米；Q为要求泄放的体积流量，单位升每分钟；G为液体相对密度；P为入口泄放压力，单位千帕表压；P0为出口背压，单位千帕表压；Kd为液体排量系数，一般取零点六二；Kw为背压修正系数。液体介质安全阀的超压限度一般取整定压力的百分之十；当液体在泄放过程中因压降发生闪蒸而形成气液两相流时，应按两相流方法重新核算排量，必要时改选全启式安全阀。4.4火灾工况的排放量计算当容器处于外部火灾环境时，所需最小泄放量按吸收传入热量并将其转化为蒸气的热量平衡确定。浸入液面下的容器壁所吸收的热量与容器湿润表面积、保温状况及环境条件有关：无保温层的裸容器，单位面积热输入通常按每秒每平方米三万三千瓦估算；有可靠保温层时可按保温效率折减。火灾工况下允许的超压限度可提高至整定压力的百分之二十，即最大泄放压力可达设计压力的百分之一百一十六或三十千帕中的较大值。此时所需流道面积按热量平衡式计算，并据此选用大喉径安全阀；当单台安全阀不能满足要求时，应设置多台并联，并将其中一台整定压力略高于主安全阀，以避免正常操作时的频繁跳动。4.5额定排量的校核计算所得流道面积应与所选安全阀标准喉径进行比较，实际选用喉径应不小于计算值。将所选喉径代入对应公式，反算该阀在实际工况下的额定排量，并要求额定排量大于或等于设计泄放量，且应保留不低于百分之十的裕量。安全阀的额定排量必须以国家授权的检验机构出具的排量试验报告为准，不得仅凭样本名义值直接选型。样本上给出的排量系数和喉径面积应在订货时要求制造厂提供正式文件，并在出厂资料中归档。5整定压力与超压限度的设定5.1整定压力的确定安全阀的整定压力应不大于被保护容器或管道的设计压力（或最大允许工作压力）。当系统中仅设置一台安全阀时，其整定压力一般取设计压力的百分之九十至百分之百；当系统中设置两台及以上安全阀时，至少有一台的整定压力不大于设计压力，其余安全阀的整定压力可提高至设计压力的一点零五倍。管道上的安全阀，其整定压力应不大于该管段的设计压力，并应考虑正常操作压力的波动范围，保证在正常操作时安全阀处于关闭状态，无可见泄漏。5.2超压与积聚压力的允许限度非火灾工况下，安全泄放装置的超过压力不得超过整定压力的百分之十；相应地，容器内最大压力不得超过设计压力的百分之十或二十千帕中的较大值。火灾工况下，超过压力可放宽至整定压力的百分之二十；容器内最大压力不得超过设计压力的百分之十六或三十千帕中的较大值。当安全阀与爆破片串联组合使用时，爆破片的最小爆破压力应不小于安全阀整定压力的百分之九十，最大爆破压力应不大于安全阀整定压力的百分之十一点零或零点零一兆帕中的较大值，并应考虑爆破片破裂后的排放面积损失。5.3回座压力与启闭压差安全阀的回座压力一般不应低于整定压力的百分之八十；对于输送空气、水蒸气等非危险介质的安全阀，回座压力可降至整定压力的百分之七十。回座过低会导致介质大量泄漏，回座过高则可能引起阀瓣频繁跳动。启闭压差应在订货时明确提出，并由制造厂在产品铭牌和出厂合格证中注明。一般弹簧安全阀的启闭压差应控制在整定压力的百分之四至百分之八范围内；先导式安全阀的启闭压差可小于百分之四。6安装与设置规定6.1安装位置安全阀应垂直安装在被保护设备或管道的气相空间最高处，阀杆向上，不得水平或倒置安装。对于液化气体介质，安全阀应安装在正常液面以上气相空间的最高位置或与之相连的管路上，确保在满液工况下仍能排出蒸气，避免液体不可压缩性造成的瞬时超压。存在气液两相工作介质时，安全阀应安装在承压设备的气相空间或与气相空间相连的管路上，不应直接接入液相。液体介质安全阀的入口端应始终处于液面以下。安全阀应布置在便于检查、校验和维修的位置，周围留有不小于零点五米的操作空间；其下方不得有影响排放和操作的设备、管道或管线。6.2入口管道安全阀入口管道应短而直，尽量减少弯头、三通和变径，其公称直径不应小于安全阀入口公称直径。安全阀入口端管道和其他元件的压力损失之和，在最大泄放量下不得超过安全阀整定压力的百分之三；否则将导致安全阀开启后提前回座或频跳。入口管道上不得设置任何可能被误关的切断阀。因检修需要必须设置截止阀时，该截止阀必须处于全开位置并加铅封，其流通面积不得小于安全阀入口管截面积，且应与安全阀之间设置联锁或专人管理制度。6.3出口与排放管道安全阀出口管道的截面积应不小于安全阀出口截面积，并应尽量减少弯头和阻力件。出口背压应符合制造厂规定；当多个安全阀共用一根排放总管时，应核算相互背压对整定压力和排量的影响。排放管道应设连续坡度并在最低点设置排液阀，防止凝结液积聚影响排量或造成水击。易燃、有毒介质的排放应接入密闭系统，不得就地放空；排气管不得靠近明火、操作平台和电缆桥架。向大气排放的排气口应高出周围四米范围内操作面或建筑物顶面至少两米，并设防雨罩或防虫网，但不得影响排放通道的畅通。6.4辅助装置对于蒸汽、空气和温度不超过八百度的其他气体用弹簧安全阀，当公称通径不小于五十毫米或整定压力不小于一兆帕时，应提升扳手，以便在运行中手动检查安全阀的开启灵活性。提升扳手的操作压力不得低于整定压力的百分之七十五。先导式安全阀在需要现场操作时，应设置强制泄压装置，并配备防止误操作的锁定机构。安全阀外部调整机构必须加装铅封，调整螺杆不得裸露。在安全阀与排放口之间装设截止阀时，该截止阀必须处于全开位置并加铅封，其开度位置应有明显标识。任何情况下均不允许在运行中将该截止阀关闭。表6-1安全阀安装布置关键限值一览表项目限值要求依据安装方向垂直安装，阀杆向上GB/T12241入口管阻力损失≤整定压力的3%TSG92出口背压（普通弹簧阀）≤整定压力的10%APIRP520非火灾超过压力≤整定压力的10%GB/T150.1火灾工况超过压力≤整定压力的20%APIRP521整定压力偏差±3%或±0.01MPa取大值GB/T12241回座压力≥整定压力的80%制造厂规范手动提升试验压力≥整定压力的75%TSG217检验、校验与维护管理7.1校验周期在用安全阀的定期校验周期一般不应超过一年。对于介质为空气、水蒸气且无腐蚀、无毒性的安全阀，经使用单位技术负责人批准，校验周期可延长至两年；对于腐蚀性介质、剧毒介质或频繁起跳的安全阀，应缩短校验周期。新安全阀在安装使用前必须经过校验合格。安全阀出现下列情况之一时，应立即停止使用并重新校验：达到校验周期而未校验；阀芯与阀座密封面泄漏经研磨无效；弹簧明显锈蚀或变形；铭牌不清、铅封损坏；经过拆装或调整；使用中发生频跳、颤振等异常现象。7.2校验项目与要求安全阀校验应包括外观检查、整定压力校验、密封性能试验和开启高度检查。校验介质一般为空气或氮气（气态阀）和水（液态阀）。校验用压力表精度不低于零点四级，量程为整定压力的一点五倍至三倍，并在有效检定周期内。升压至整定压力的百分之七十后，应缓慢升压；当入口压力达到整定压力的百分之九十时，以每秒不超过零点零一兆帕的速率继续升压，直至阀瓣开启。整定压力误差应控制在整定压力的正负百分之三或正负零点零一兆帕中的较大值以内。密封性能试验应在整定压力的百分之九十（气体）或百分之八十（液体）下保压规定时间，其泄漏率不得超过制造厂规