2安 全阀的设置和选用

安全阀的设置和选用HG／T20570．2—951应用范围1.0.1本规定仅适用于化工生产装置中压力大于0.2MPa的压力容器上防超压用安全阀的设置和计算，不包括压力大于100MPa的超高压系统。适用于化工生产装置中上述范围内的压力容器和管道所用安全阀；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。1.0.2计算方法引自《压力容器安全技术监察规程》和API一520（见2．3节），在使用本规定时，应采用同一个规范来进行泄放量和泄放面积的计算。2名词2.0.1安全阀由弹簧作用或由导阀控制的安全阀。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。2.0.2导阀控制主阀动作的辅助压力泄放阀。2.0.3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1/20~1/40。2.0.4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1/20~1/40。2.0.5弹簧式安全阀由弹簧作用的安全阀。其设定压力由弹簧控制，其动作特性受背压的影响。2.0.6背压平衡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。2.0.7导阀式安全阀由导阀控制的安全阀。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。2.0.8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。2.0.9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。2.0.10实际泄放面积流体经过安全阀的最小流通面积。2.0.11有效泄放面积（最小泄放面积）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。2.0.12喉径面积安全阀喷嘴中最小直径处的截面积。2.0.13环隙面积安全阀的阀瓣与阀座之间的圆柱形面积。2.0.14最大工作压力系指容器在正常工作情况下容器顶部可能达到的最大压力。见《设备和管道系统设计压力和温度的确定》（G／T20570．1一95）规定。2.0.15设计压力系指设定的容器顶部的最高压力，应不小于安全阀的设定压力（开启压力）。2.0.16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。2.0.17安全阀的开启压力（整定压力）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。2.0.18安全阀的背压作用在安全阀出口处的压力。背压分为静背压和动背压。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摩擦压力降值。2.0.19安全阀的超压在泄放过程中，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。2.0.20安全阀的泄放压力安全阀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。2.0.21安全阀的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。2.0.22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。该压力是根据容器受压元件的有效厚度计算所得，且取其最小值。3引用标准3.0.1《压力容器安全技术监察规程》（劳动部颁发，1991年1月1日施行）3.0.2GBI50一89《钢制压力容器》3.0.3API一520《SizingSelectionandInstallationofPressure一RelievingDevicesinRefineries》1992．（美国石油学会标准）3.0.4API一526《FlangedStee1Safety一ReliefValves》（美国石油学会标准）4压力关系表4.0.1压力关系表压力关系见表4.0.1。安全阀与客器有关的压力关系表表4．0．1容器压力百分比安全阀121％设计压力（或最大允许工作压力）116％火灾用安全阀的最大泄放压力非火灾用辅助安全阀的最大泄放压力非火灾用主安全阀的最大泄放压力、火灾用辅助安全阀的最大设定压力非火灾用辅助安全阀的最大设定压力主安全阀的最大设定压力回座压力110％105％100％93％~97％表4.0.1表明了不同情况下被保护系统设置安全阀的最大泄放压力、最大设定压力的数值与保护容器的设计压力（或最大允许工作压力）数值的比例关系。5安全阀的设置5.0.1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。5.0.2凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀：5.0.2.1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；5.0.2.2容器的压力物料来源处没有安全阀的场合；5.0.2.3设计压力小于压力来源处的压力的容器及管道；5.0.2.4容积式泵和压缩机的出口管道；5.0.2.5由于不凝气的累积产生超压的容器；5.0.2.6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；5.0.2.7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；5.0.2.8液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位；5.0.2.9凝气透平机的蒸汽出口管道；5.0.2.10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；5.0.2.11其它应设置安全阀的地方。6安全阀形式的选择6.0.1排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀。6.0.2排放液体时，选用全启式或微启式安全阀。6.0.3排放水蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀。6.0.4对设定压力大于3MPa，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簧。6.0.5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。6.0.6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。6.0.7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。6.0.8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。7各种事故工况下泄放量的计算7.0.1阀门误关闭7.0.1.1出口阀门关闭，入口阀门未关闭时，泄放量为被关闭的管道最大正常流量。7.0.1.2管道两端的切断阀关闭时，泄放量为被关闭液体的膨胀量。此类安全阀的入口一般不大于DN25。但对于大口径、长距离管道和物料为液化气的管道，液体膨胀量按式（7.0.1）计算。7.0.1.3换热器冷侧进出口阀门关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算，计算公式见式（7.0.1）。7.0.1.4充满液体的容器，进出口阀门全部关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算。按式（7.0.1）计算液体膨胀工况的泄放量：V=B·H／（Gl·CP）（7．0．1）式中V——体积泄放流量，m3/h;B——体积膨胀系数，l/℃;H——正常工作条件下最大传热量，kJ／h;Gl—液相密度，kg／m3；CP——定压比热，kJ／（kg℃）。7.0.2循环水故障7.0.2.1以循环水为冷媒的塔顶冷凝器，当循环水发生故障（断水）时，塔顶设置的安全阀泄放量为正常工作工况下进入冷凝器的最大蒸汽量。7.0.2.2以循环水为冷媒的其它换热器，当循环水发生故障（断水）时，应仔细分析影响的范围，确定泄放量。7.0.3电力故障7.0.3.1停止供电时，用电机驱动的塔顶回流泵、塔侧线回流泵将停止转动，塔顶设置的安全阀的泄放量为该事故工况下进入塔顶冷凝器的蒸汽量。7.0.3.2塔顶冷凝器为不装百叶的空冷器时，在停电情况下，塔顶设置的安全阀的泄放量为正常工作工况下，进入冷凝器的最大蒸汽量的75%。7.0.3.3停止供电时，要仔细分析停电的影响范围，如泵、压缩机、风机、阀门的驱动机构等，以确定足够的泄放量。7.0.4不凝气的积累7.0.4.1若塔顶冷凝器中有较多无法排放的不凝气，则塔顶设置的安全阀的泄放量与7.0.2规定相同。7.0.4.2其它积累不凝气的场合，要分析其影响范围，以确定泄放量。7.0.5控制阀故障7.0.5.1安装在设备出口的控制阀，发生故障时若处于全闭位置，则所设安全阀的泄放量为流经此控制阀的最大正常流量。7.0.5.2安装在设备入口的控制阀，发生故障时若处于全开位置时：（1）对于气相管道，如果满足低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2／3，则安全阀的泄放量应按式（7.0.5）计算：w=3171.3（CV1一CV2）Ph（Gg／T）1/2（7．0．5）式中w=质量泄放流量，kg/h;CV1——控制阀的Cv值；CV2——控制阀最小流量下的Cv值；Ph——高压侧工作压力，MPa；Gg——气相密度，kg／m3；T——泄放温度，K。如果高压侧物料有可能向低压侧传热，则必须考虑传热的影响。（2）对于液相管道，安全阀的泄放量为控制阀最大通过量与正常流量之差，并且要估计高压侧物料有无闪蒸。7.0.6过度热量输入换热器热媒侧的控制阀失灵全开、切断阀误开，设备的加热夹套、加热盘管的切断阀误开等工况下，以过度热量的输入而引起的气体蒸发量或液体的膨胀量来计。7.0.7易挥发物料进入高温系统7.0.7.1轻烃误入热油以及水误入热油等工况下，由于产生大量蒸汽，致使容器内的压力迅速上升。7.0.7.2由于此事故工况下的泄放量无法确定而且压力升高十分迅速，所以，安装安全阀是不合适的，应设置爆破片。7.0.7.3这种工况的保护措施是确保避免发生此类事故。7.0.8换热器管破裂7.0.8.1如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的2／3时，则应作为事故工况考虑。7.0.8.2根据7.0.8.1的条件，安全阀的泄放量按式（7.0.8）计算出的结果和高压侧正常流量比较，取二者的较小值。7.0.8.3换热器管破裂时的泄放量w=5.6·d2·（Gl×△P）1／2（7.0.8）式中W——质量泄放流量，kg／h;d——管内径，mm；Gl——液相密度，kg／m3；△P——高压侧（管程）与低压侧（壳程）的压差，MPa。本公式适用于高压流体为液相。7.0.9化学反应失控7.0.9.1对于放热的化学反应，如果温度、压力和流量等自动控制失灵，使化学反应失控，形成“飞温”，这时产生大量的热量，使物料急剧大量蒸发，形成超压。这类事故工况，安装安全阀无论在反应时间，还是在泄放速率方面均不能满足要求，应设置爆破片。7.0.9.2如果专利所有者能提供准确的化学反应动力学关联式，推算出事故工况下的泄放量，则可以在专利所有者和建设方的同意下设置安全阀。7.0.10外部火灾7.0.10.1本规定适用于盛有液体的容器暴露在外部火灾之中。7.0.10.2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如下：（1）卧立式容器：距地面7.5m或距能形成大面积火焰的平台之上7.5m高度范围内的容器外表面积与最高正常液位以下的外表面积比较，取两者中较小值。a.对于椭圆形封头的设备全部外表面积为：A。=πD。（L＋0.3D。）（7.O.10一1）式中A。——外表面积，m2；D。——设备直径，m；L一一设备总长（包括封头），m。b．气体压缩机出口的缓冲罐一般最多盛一半液体，湿润表面为容器总表面积的50。c.分馏塔的湿润表面为塔底正常最高液位和7.5m高度内塔盘上液体部分的表面积之和。（2）球型容器：球型容器的湿润面积，应取半球表面积或距地面7.5m高度下表面积二者中的较大值。（3）湿润面积包括火灾