安全阀

安全阀简介

一旦人类能够煮沸水来创造蒸汽，安全装置的必要性就变得明显。只要2000年前，中国人正在使用铰链盖的大锅允许（相对）更安全的蒸汽生产。在14世纪初，化学家使用圆锥形插头，以后，压缩弹簧作为加压容器上的安全装置。

在19世纪早期，船舶爆炸船舶和机车经常受到错误的安全装置，这导致了第一个安全释放阀的开发。

在1848年，查尔斯速度发明了蓄积室，该蓄积室增加了安全阀内的压缩表面，使其在窄的超压边缘内快速打开。

今天，大多数蒸汽用户都被当地的健康和安全法规所强迫，以确保他们的工厂和过程包含安全装置和预防措施，以确保危险的条件被防止。

因此，安全阀的主要功能是保护生命和财产。

用于防止植物过压的装置的原理类型是安全或安全泄压阀。当达到预定的最大压力时，安全阀通过从植物内释放的流体体积，从而以安全的方式降低过量压力。由于安全阀可以是防止超压条件下灾难性故障的唯一剩余装置，重要的是任何这样的装置都能够在所有时间和所有可能的条件下操作。

在可能超过系统或含压容器的最大允许工作压力（MAWP）的情况下，应安装安全阀。在蒸汽系统中，安全阀通常用于锅炉过压保护和其他应用，例如减压控制下游。虽然它们的主要作用是为了安全，但安全阀也用于工艺操作，以防止由于过度压力导致的产品损坏。可以在许多不同情况下产生压力过量，包括：

• 由于无意中关闭或打开工艺容器上的隔离阀而引起的流体流量不平衡。
• 冷却系统的失效，允许蒸气或流体膨胀。
• 控制仪表的压缩空气或电力故障。
• 瞬态压力激增。
• 接触植物火灾。
• 换热器管失效。
• 化学植物中无法控制的放热反应。
• 环境温度变化。

术语“安全阀”和“安全阀”是通用术语，用于描述用于防止内部流体压力过度积聚的多种压力释放装置。各种不同的阀门可用于许多不同的应用和性能标准。

此外，为了满足管理安全阀使用的众多国家标准，需要不同的设计。

在本模块的最后可以找到相关国家标准的列表。

在大多数国家标准中，针对安全和安全浮雕阀相关的条款给出了具体定义。美国和欧洲的术语之间存在几个值得注意的差异。最重要的差异之一是欧洲中称为“安全阀”的阀门被称为美国的“安全浮雕阀”或“安全阀”或“压力浮雕阀”。此外，美国的术语“安全阀”通常是指欧洲使用的全升力类型的安全阀。

适用于美国的ASME / ANSI PTC25.3标准定义以下通用术语：

• 压力释放阀- 弹簧加载的减压阀，设计为打开以缓解过量压力并重新旋转并防止正常情况恢复后的进一步流体流动。其特征在于快速打开的'POP'动作，或者通过通常与开口压力的增加的增加的方式以通常成比例的方式打开。它可用于可压缩或不可压缩的流体，这取决于设计，调整或应用。

这是一般的术语，包括安全阀，释放阀和安全释放阀。

• 安全阀门- 通过入口静压驱动的减压阀，其特征在于快速开口或弹出动作。

安全阀主要用于可压缩气体，特别是用于蒸汽和空气服务。然而，它们也可用于工艺类型应用，在那里可能需要保护工厂或防止腐败正在处理的产品。

• 安全阀-通过入口静压致动的减压装置，其具有逐渐升降机，通常与开口压力的压力的增加成比例。

释放阀通常用于液体系统，特别是用于降低容量和热膨胀义。它们也可用于泵送系统，作为压力超薄设备。

• 安全浮雕阀-压力释放阀，其特点是快速开启或弹出动作，或按压力高于开启压力的增加比例开启，取决于应用场合，可用于液体或可压缩流体。

通常，在可压缩气体系统中使用时，安全释放阀将作为安全阀执行，但是当在液体系统中使用时，它将与超压匹比的比例打开，因为浮雕阀。

欧洲标准EN ISO 4126-1提供以下定义：

• 安全阀门- 在没有相关的流体之外的任何能量的情况下自动地自动地放电，以防止超过预定的安全压力，并且设计用于重新关闭并防止进一步流动正常压力服务后的流体已经恢复。

蒸汽系统中使用的安全阀的典型示例如图9.1.1所示。

安全阀的设计

基本弹簧安全阀，称为“标准”或“常规”，是一种简单、可靠的自作用装置，提供超压保护。

设计的基本元件由具有阀门入口连接或喷嘴安装在含压力系统上的直角图案阀体。可以拧紧或凸缘的出口连接以连接到管道排放系统。然而，在一些应用（例如压缩空气系统）中，安全阀不具有出口连接，并且流体直接排放到大气中。

阀门进口(或接近通道)设计可以是全喷嘴或半喷嘴类型。全喷嘴设计的整个“湿”入口通道形成了一块。导入通道是安全阀在正常操作过程中唯一暴露在工艺流体中的部分，除阀瓣外，除非阀门正在排放。

全喷嘴通常用于用于工艺和高压应用的安全阀，特别是当流体具有腐蚀性时。

相反，半喷嘴设计由安装在主体的座位环组成，顶部形成阀的座椅。这种布置的优点是可以容易地更换座椅，而不更换整个入口。

通过弹簧将盘保持在喷嘴座（在正常操作条件下），该弹簧容纳在安装在主体顶部的开放式或封闭的弹簧壳体布置（或发动机罩）中。快速打开（POP类型）安全阀中使用的圆盘被护罩，盘式支架或悬挂室围绕，有助于产生快速的开口特性。

盘上的闭合力由弹簧提供，通常由碳钢制成。使用弹簧调节器，弹簧上的压缩量通常可调节，以改变盘抬起座椅的压力。
控制安全阀的设计和使用的标准通常只定义与安全阀的放电容量有关的三个维度，即流量（或孔）区域，窗帘区域和排放（或孔口）区域（见图9.1.4）。

1.流动区域- 入口和座椅之间的最小横截面积，在其最窄点处。流动区域的直径由图9.1.4中的尺寸'd'表示。

2.窗帘区域- 由座椅上方的盘的升降机产生的座椅表面之间的圆柱形或圆锥形放电的区域。帘幕区域的直径由图9.1.4中的尺寸'd1'表示。

3.排放区域- 这是窗帘和流动区域的较小，它决定了阀门的流动。

流量由流动面积而不是幕状面积决定的阀门称为全提升阀。这些阀门将具有比低扬程或高扬程阀门更大的能力。这个问题将在模块9.2中进行更深入的讨论。

虽然传统安全阀的主要元素类似，但设计细节可以大大变化。通常，DIN风格阀门（众多欧洲常用）往往使用具有固定裙子（或罩）布置的更简单的结构，而ASME阀门具有更复杂的设计，包括一个或两个可调节的排污环。这些环的位置可用于微调阀的过压和排污值。

对于给定的孔口面积，可能有许多不同的进口和出口连接尺寸，以及阀体尺寸(如中心线到表面尺寸)。此外，许多竞争产品，特别是来自欧洲的产品，对于相同的名义尺寸有不同的尺寸和容量。

使用钢ASME规格阀门发现了这种情况的例外，这不一致地遵循API推荐实践526的建议，其中列出了面部尺寸的中心线和孔口尺寸。孔口序列由一封信引用。这是常见的

具有相同孔板的阀门有几种不同尺寸的进口和出口连接。

For example, 2" x J x 3" and 3" x J x 4" are both valves which have the same size (‘J’) orifice, but they have differing inlet and outlet sizes as shown before and after the orifice letter respectively.

2“x j x 3”阀门将具有2“入口，”j“尺寸孔口和3”插座。

安全阀的基本操作

提升

当进口静压上升到安全阀的设定压力以上时，阀瓣将开始离开阀座。然而，一旦弹簧开始压缩，弹簧力就会增加;这意味着在进一步的升力发生之前，压力必须继续上升，并且有任何显著的流量通过阀门。

在安全阀以其额定容量放电之前所需的额外压力升高称为超压。允许的超压取决于所遵循的标准以及特定的应用。对于可压缩液，这通常在3％至10％之间，液体在10％和25％之间。

为了实现从该小过压的完全开口，必须特别设计光盘装置以提供快速的开口。这通常是通过将护罩，裙子或罩周围放置的。该护罩内包含的体积称为控制或悬垂的室。

随着升力开始（图9.1.6b）和流体进入腔室，将护罩的更大面积暴露于流体压力。由于提升力（F）的幅度与压力（P）的产物成比例，并且暴露于流体（A）的区域;（F = P X A），打开力增加。

打开力的这种增量增加，用于增加弹簧力的增加，导致快速开放。同时，护罩反转流动的方向，该方向提供反作用力，进一步增强升力。

这些组合效果允许阀门在相对较小的超压中实现其设计升力。对于可压缩流体，额外的贡献因子是快速膨胀，因为流体体积从更高到较低压力区域增加。这在确保阀门在小的超压极限内完全打开时起着重要作用。对于液体，这种效果更加比例，随后，超压通常更大;25％是常见的。

重新安排

一旦恢复正常的操作条件，阀门需要再次关闭，但由于盘的较大面积仍然暴露在流体上，因此阀门不会关闭，直到压力下降到原始设定压力以下。设定压力和该转排压之间的差异称为“排污”，通常指定为设定压力的百分比。对于可压缩流体，排污通常小于10％，对于液体，含量高达20％。

护罩的设计必须使其提供快速开度和相对较小的排污，因此一旦达到潜在的危险情况，就会释放任何过压，但防止了过量的流体排出。与此同时，有必要确保系统压力充分降低以防止立即重新开放。

大多数ASME型安全阀上的排污环用于对阀门的超压和排污值进行微调(见图9.1.8)。较低的排污(喷嘴)环是许多阀门的共同特征，在这些阀门中，更紧密的超压和排污要求需要更复杂的设计解决方案。上排污环通常是工厂设置的，基本上去掉了影响挤室几何形状的制造公差。

下排污环也是工厂设置的，以达到适当的代码性能要求，但在某些情况下可以更改。当将下排污环调整到其顶部位置时，密集室的体积将使阀门迅速弹出，

最小化过压价值，但相应地要求在阀门重新座位前更大的排列。当将下部排污环调节到其较低位置时，在悬挂室中存在最小的限制，并且在阀完全打开之前需要更大的过压，但是将减小排污值。

批准当局

对于大多数国家，有独立的机构将检查产品范围的设计和性能，以确认符合相关代码或标准。该系统的第三方批准系统对于任何安全相关产品非常普遍，并且在购买前通常是客户要求，或者他们的保险公司要求。

批准的实际要求取决于特定代码或标准。在某些情况下，每隔几年重新验证是必要的，在其他几年中，只要没有进行重大设计变更，就在这种情况下，必须通知批准机关，并批准重新批准。在美国，国家锅炉和压力船舶检查员的国家委员会代表美国和加拿大政府机构授权确保遵守锅炉和压力容器的代码建设和修理。

有些常见的机构在表9.1.1中列出。

代码和标准

与安全阀相关的标准在世界各地的格式方面变化相当大，并且许多是与锅炉或含血管压力相关的代码中的部分。有些只会概述性能要求，公差和基本结构细节，但没有对尺寸，孔口尺寸等没有指导。其他一些将与安装和应用有关。

在许多市场内很常见，以彼此结合使用多个。

对于蒸汽锅炉应用，对国家标准和经常，保险公司要求的安全阀性能具有非常具体的要求。由独立权威的批准通常是必要的，例如英国发动机，TÜV或劳埃德登记册。

欧洲使用的安全阀也受与压力设备指令（PED）相关的标准。被归类为“安全配件”，安全阀被视为“4类4”设备，需要在PED制度内需要最苛刻的评估水平。通常可以由具有ISO 9000质量体系的制造商和安全阀门设计和绩效，通过称为“通知机构”的正式认可的审批机构认证的安全阀设计和性能。