1、工艺设计基础知识培训,安全阀的设置与选用2005.09,目 录,第一部分 概述 第二部分 设置安全阀的场合 第三部分 安全阀的结构型式和分类 第四部分 安全阀的选择 第五部分 安全阀的定压、积聚压力和背压的确定 第六部分 安全阀需要排放量的计算 第七部分 安全阀最小泄放面积的计算 第八部分 安全阀的安装要求,第一部分 概述,安全阀的定义 安全阀 由弹簧作用或由导阀控制的安全阀。 目的是为了保护化工装置的设备和管道等，保证装置的安全生产运行。 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。,第一部分 概述,安全阀图解,第一部分 概述,安
2、全阀的实物,第一部分 概述,安全阀的适用范围 在石油化工生产过程中，为了防止由于其他生产事故，造成生产系统压力超过容器和管道的设计压力，而发生爆炸事故，应在容器或管道上设置安全阀。 本此安全阀的设置和选用原则，仅适用于石油化工生产装置中压力大于0.2MPa的压力容器、压力管道上，为防超压所设置的安全阀，不包括压力大于100MPa的超高压系统。 不适用于其它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。,第一部分 概述,安全阀的相关标准 国家质量技术监督局质压力容器安全技术监察规程技监局锅发1999154号 化学工程学会工艺系统工程设计技术规
3、定HG/T20570.2-1995 第2篇 安全阀的设置和选用。 3. API RP 520-Sizing Selection and Installation of Pressure Relieving Devices in Refineries PartI: Sizing and Selection 炼油厂泄压装置的定径、选择和安装 第一部分：定径和选择 4. GB-12243-89 弹簧直接载荷式安全阀 5. API526Flanged Steel SafetyRelief Valves 钢制法兰安全阀泄放阀 6. API -American Petroleum Institute 美国
4、石油协会标准 7. ASME-American Society of Mechanical Engineers 美国机械工程师协会,第一部分 概述,安全阀的专业名词 a. 实际排放面积：流体经过安全阀的最小流通面积。 b. 有效排放面积： 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。 c. 喉径面积: 安全阀喷嘴中最小横截面积。 d. 环隙面积：安全阀的阀瓣与阀座之间的圆柱形面积。 e. 入口尺寸：除特别说明外，均指安全阀进口的公称管道尺寸。 f. 出口尺寸：除特别说明外，均指安全阀出口的公称管道尺寸。 g. 开启高度：当安全阀排放时，阀瓣离开关闭位置的实际行程。,第一部分 概
5、述,安全阀的专业名词 a. 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。 b. 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 c. 整定压力（开启压力）: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。 d. 背压（动背压静背压）:作用在安全阀出口处的压力。静背压是指安全阀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磨擦压力降值。,第一部分 概述,安全阀的专业名词 e. 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。 f. 泄放压力:安全阀
6、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。 f. 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。 g. 冷态试验压力:是安全阀在试验台上调整到开启时的进口压力。,第一部分 概述,安全阀与容器有关的压力关系表,第二部分 设置安全阀的场合,设置安全阀的场合 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。,第二部分 设置安全阀的场合,凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀： 1. 独立的压力系统（有切断阀与其它系统分开）。该系统指全气相、全液相或气相连通； 2. 容器
7、的压力物料来源处没有安全阀的场合； 设计压力小于压力来源处的压力的容器及管道； 容积式泵和压缩机的出口管道； 由于不凝气的累积产生超压的容器； 加热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，在该阀上游应设置安全阀；,第二部分 设置安全阀的场合,凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀： 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； 8. 液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位； 9. 凝气透平机的蒸汽出口管道； 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； 11. 其它应设置安全阀的地方。,第二部分 设置安全阀的场合,设置安全阀的场合 压力容
8、器：所有的压力容器都需要设置泄压设施。 换热器： a. 预热用的换热器常设计成可承受泵关闭压力，故一般不设置安全阀，若泵关闭压力可能超过换热器设计压力的110%，则需设置安全阀。 b. 换热器进出口设有阀门，若在操作时低温侧阀门可能全部或部分关闭，则低温侧需设置安全阀。 c. 冷凝器出入口设有阀门，若被冷凝液体在常温下的蒸汽压力可能超过设备设计压力的110%，需设置安全阀。 d. 当换热器两侧的压差很大时，要考虑换热管破裂后低压侧的压力保护，需设置安全阀。,第二部分 设置安全阀的场合,设置安全阀的场合 3. 加热炉：加热炉只在工艺物料出口装有调节阀或其他可能造成出口背压时，才考虑设置安全阀。
9、4. 机械设备：a. 往复泵出口阀门关闭时的压力可能超过泵体能承受的最高压力时，要设置安全阀，定压至少应高于泵高峰压力的110%。b. 一般情况下，往复泵的安全阀的定压为泵体的最大允许工作压力，同时不超过下游管系最大允许工作压力的121%，泵安全阀出口一般与泵吸入口相接。c. 往复式压缩机各级出口都要设置安全阀，并排往同级的吸入口。d. 冷凝式汽轮机常在出口管线或冷凝器上设置安全阀，以保护汽轮机的低压侧和冷凝侧在冷却水出现故障时不超压。,第二部分 设置安全阀的场合,设置安全阀的场合 5. 管道系统：a. 装置内的一般管道不需要考虑由于液体膨胀造成超压，制冷剂管道，当两端的阀门可能被切断，且常温
10、下制冷剂蒸汽压力可能超过管道最大允许压力的133%时，需设置安全阀。b. 装置外的架空管道，当DN200,长度超过30m，且可能被切断阀两端切断时，要设置液体膨胀泄压安全阀，安全阀的入口DN=20,定压为工作温度下管线法兰所允许的最高工作压力。c. 液化石油气管道两端可能被切断时，要设置安全阀。,第三部分 安全阀的结构型式和分类,安全阀的型式 重力式安全阀利用重锤的重力控制定压的安全阀。,第三部分 安全阀的结构型式和分类,安全阀的型式 2. 弹簧式安全阀由弹簧作用的安全阀，其定压由弹簧控制，其动作受背压的影响。,第三部分 安全阀的结构型式和分类,安全阀的型式 3. 先导式安全阀由导阀控制的安全
11、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。,第三部分 安全阀的结构型式和分类,安全阀的型式 4. 全启式安全阀当安全阀入口处的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。 5. 微启式安全阀当安全阀入口处的静压达到其设定压力时，阀瓣位置随入口压力的升高而成比例的升高，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120140。,第三部分 安全阀的结构型式和分类,安全阀的型式 6. 背压平衡
12、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 。 7. 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。 8. 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，提供除主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。,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 1. 排放不可压缩流体时，应选用微启式安全阀。 2. 排放可压缩流体时，应选用全启式安全阀；排放水蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀。 3. 对介质温度超过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
13、簧。 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，选用闭式阀帽安全阀。 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。 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。,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 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。 在石油、石化生产装置中一般只选用法兰连接的弹簧式安全阀和先导式安全阀。 除用于水、蒸汽、空气、氮气的安全阀外，所有安全阀都应选用封闭弹簧式结构。 安装在处理易燃、易爆、有害、有毒介
14、质的设备、管道上的安全阀，宜选用API标准制造的安全阀。 对于公用工程、设备连续运转时间少于一年或要求较低的场合，宜选用国家标准制造的安全阀。,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 下列情况应选用平衡波纹管式安全阀 安全阀的背压大于其整定压力的10%，而小于30%时。 当介质具有腐蚀性、易结垢、易结焦，会影响安全阀弹簧的正常操作时。,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 平衡波纹管式安全阀,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 下列情况应选用先导式安全阀 安全阀的背压大于其整定压力的30%以上时。 对于要求安全阀的密封性能特别良好的场合。 对于有毒、有害的介质，应选用不流动式导阀（
15、即导阀打开时，它不向外排放介质）。,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 先导式安全阀（开放式）,第四部分 安全阀的选择,安全阀的选择原则 先导式安全阀（密闭式）,第五部分 安全阀的定压、积聚压力和 背压的确定,安全阀的定压、积聚压力和背压的确定 定压：安全阀的定压应不大于被保护设备和管道的设计压力。 积聚压力；非火灾工况，压力容器允许的最大积聚压力为设计压力的10%。火灾工况，压力容器允许的最大积聚压力为设计压力的20%。管道允许的最大积聚压力为设计压力的33%。,第五部分 安全阀的定压、积聚压力和 背压的确定,安全阀的定压、积聚压力和背压的确定 3. 背压：通用式安全阀的允许背压：非火
16、灾工况时，动背压不可超过定压的10%。火灾工况，动背压不可超过定压的20%。波纹管平衡式安全阀：火灾及非火工况的总背压（动背压静背压）不高于定压值的30%。 背压对安全阀泄放能力的影响,第五部分 安全阀的定压、积聚压力和 背压的确定,安全阀背压对泄放能力的影响,第六部分 安全阀需要排放量的确定,泄放量计算考虑的各种事故工况 我国压力容器安全技术监察规程中对安全阀在不同工况下的排放量有着明确的规定，在规定之外的内容可参加API 520/521的有关部分内容规定。,第六部分 安全阀需要排放量的确定,泄放量计算考虑的各种事故工况（共12种工况）： 出口堵塞 Blocked Outlet 循环冷却水故
17、障 Cooling Water Failure 回流和出料故障 Refluence and Output Failure 电力故障 Power Failure 换热管破裂 Ruptured Tube 仪表空气中断（控制阀故障） Instrument Air Failure 过度热量输入 Excess Heat Input 液体膨胀 Liquid Expand 反应失控 Runaway Reactions 外部火灾 External Fire 冷剂中断 Refrigerant Failure 内部爆炸 Internal Explode,第六部分 安全阀需要排放量的确定,泄放量计算（外部火灾）：
18、根据国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规程质技监局锅发1999154号中规定: 容器在地面上无保温时:,第六部分 安全阀需要排放量的确定,泄放量计算（外部火灾）： 根据国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规程质技监局锅发1999154号中规定: 容器在地面上有保温层时:,第六部分 安全阀需要排放量的确定,泄放量计算（外部火灾）： 容器的湿润面积（A） 容器内液面之下的面积统称为湿润面积。外部火焰传入的热量通过湿润面积使容器内的物料气化。不同型式设备的湿润面积计算方法不同。 容器外壁校正系数（F） 容器壁外的设施可以阻碍火焰热量传至容器，用容器外壁校正系数（F）反映其对传热的影响。 1.
19、容器在地面上无保温：F = 1.0 2. 容器在地面下用砂土覆盖：F = 0.3 3. 容器顶部设有大于10l/(m2min)水喷淋装置：F=0.6 4. 保冷材料一般不耐烧，因此，保冷容器的外壁校正系数（F）为1.0。,第六部分 安全阀需要排放量的确定,泄放量计算（外部火灾）： 根据美国石油学会标准API520中规定： 容器有足够的消防保护措施和有能及时排走地面上泄漏的物料措施时，容器的泄放量为： 当容器没有合适的消防设施和良好的下水系统时：,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,最小泄放面积： 计算的最小泄放面积为物料流经安全阀时通过的最小截面积。对于全启式安全阀为喉径截面积，对于微启式安全
20、阀为环隙面积。 根据计算的最小泄放面积，按制造厂产品资料选择安全阀。原则是所选安全阀的实际泄放面积不得小于最小泄放面积。 美国石油学会标准API526中规定了安全阀的喉径截面积及其代号，根据计算的最小泄放面积（喉径截面积），按表向上圆整选取喉径代号，再根据喉径代号按制造厂产品资料，选择安全阀。,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,最小泄放面积： 根据国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规程质技监局锅发1999154号中规定： 对于气体、蒸汽在临界条件下的最小泄放面积为：,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,最小泄放面积： 流量系数（C0）由制造厂提供。 若没有制造厂的数据时，对于全启式安全阀
21、：C00.60.7； 对于带调节圈的微启式安全阀：C00.40.5； 对于不带调节圈的微启式安全阀：C00.250.35。 气体特性系数（X）:由公式计算或查表部分物料的绝热指数(k)查表，若没有k的数据，则X=315 气体压缩因子（Z） ：查图可得,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,最小泄放面积： 气体或蒸气在亚临界条件下的最小泄放面积 简便计算弹簧式安全阀在亚临界流动条件下的最小泄放面积时，可先按临界流动条件下公式计算，再将计算结果除以查得的背压修正系数(Kb)，即为亚临界条件下的最小泄放面积。 背压修正系数（Kb）仅用于波纹管背压平衡式安全阀（查图可得）临界流动条件下，对于弹簧式安全阀
22、Kb=1.0。,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,最小泄放面积： 临界条件的判断 如果背压满足公式要求，则为临界流动，否则为亚临界流动。,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,其他相关计算内容： 两相流体最小泄放面积的计算 储存气体容器的安全阀最小泄放面积的计算 背压平衡式安全阀在亚临界流动时的最小泄放计算，但背压修正系数(Kb)应由制造厂提供。 导阀式安全阀和弹簧设定时考虑了静背压的影响的弹簧式安全阀，在亚临界流动条件下的最小泄放面积的计算 安全阀出口反力的计算和反力数据表,第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,安全阀喉径代号 根据API-526标准,安全阀的标准喉径截面积及其代号见下表 ：,
23、第七部分 安全阀最小泄放面积的计算,API安全阀喉径代号,喉 径 代 号,第八部分 安全阀的安装要求,安全阀的安装 安全阀必须垂直安装，并尽量靠近被保护的设备。 安全阀应安装连接在容器或管道上部气相空间。 安全阀安装在易检修和调节处，周围要有足够的工作空间。,第八部分 安全阀的安装要求,安全阀入口管道设计 从被保护设备到安全阀入口流体的压力降应低于安全阀定压的3%。 若安全阀入口管道的压力降超过3%，可增大入口管径或将管道和设备连接处作出圆弧状，以减少压力降。一般入口管径大于或等于安全阀入口法兰管径。 为避免安全阀入口管道及出口管道堵塞，需要时要采取防堵措施。 对输送腐蚀性介质或易凝结介质的管道及设备，为了避免其他安全阀被腐蚀或堵死，在安全阀前应加置爆破片。 管道上安装的安全阀，应设置在流体压力比较稳定，且距波动源有一定距离的地方。 对液体管道、换热器或容器等，当阀门关闭时，可能由于热膨胀而造成压力升高的地方，应设置安全阀。,第八部分 安全阀的安装要求,安全阀入口管道设计,第八部分 安全阀的安装要求,安全阀出口管道设计,第八部分 安全阀的安装要求,安全阀出口管道设计,第八部分 安全阀的安装要求,中石化集团公司安全阀设置规定,第八部分 安全阀的安装要求,安全阀设置,再见！,2005年9月,
