安全阀计算和选型

1安全阀计算与选型1.确定确定确定确定安全阀类型安全阀类型安全阀类型安全阀类型根据卸放介质物性、卸放量确定安全阀类型。2.确定安全阀公称压力确定安全阀公称压力确定安全阀公称压力确定安全阀公称压力根据介质操作条件确定PN，选定弹簧工作压力级。3.安全阀安全阀安全阀安全阀计算计算计算计算3.1由工艺计算软件（hysis,proII,aspen）计算获得介质基本物性数据（比重ρ，分子量M，粘度μ，泄放量Gv，气体特性系数C，流量系数Kf，压缩系数Z，最高泄放压力Pm，泄放温度Ti，操作压力P0，整定压力Ps）。3.2计算公式：安全阀的计算参照GB/T12241-2005（它与ISO4126安全阀一般要求计算方法相同）中的公式并依据实测额定排量系数来计算安全阀的额定排量，进而确定安全阀的口径，是比较可靠的计算方法。具体计算公式见GB/T12241-20056.3节/6.5节。3.2.1介质为气体或蒸汽1）临界流动下的理论排量计算在下列条件下达到临界流动：临界流动下的理论排量计算公式：2）亚临界流动下的理论排量计算：在下列条件下达到亚临界流动：亚临界流动下的理论排量计算公式：3）Excel表格计算安全阀卸放面积A0（作者HuangWenJia）23.2.2介质为液体的理论排量计算3.3将必须的介质物性数据编入Excel表格，并在安全阀卸放面积栏编好计算公式（见安全阀计算excel表格）。安全阀安全阀安全阀安全阀的选用与的选用与的选用与的选用与计算实例计算实例计算实例计算实例安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，也是在线压力容器定期检验中必检项目。它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。凡符合《容规》适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。一一一一．．．．安全阀的选用安全阀的选用安全阀的选用安全阀的选用1.1.1.1.安全阀安全阀安全阀安全阀各种参数的确定各种参数的确定各种参数的确定各种参数的确定a）确定安全阀公称压力。根据阀门材料、工作温度和最大工作压力选定公称压力。b)确定安全阀的工作压力等级。根据压力容器的设计压力和设计温度选定工作压力等级。安全阀的工作压力与弹簧的工作压力级有着不同的含义，不能混为一谈。工作压力是指安全阀正常运行时阀前所承受的静压力，它与被保护系统或设备的工作压力相同。而弹簧的工作压力级则是指某一根弹簧所允许使用的工作压力范围，在该压力范围内，安全阀的开启压力（即整定压力）可以通过改变弹簧的预紧压缩量进行调节。同一公称压力的安全阀，根据弹簧设计要求，可以分为多种不同的工作压力级。具体划分见下表，划分的前提是能足以保证各个工作压力级的压力上限与下限均能符合有关标准所规定的动作性能指标。选用安全阀时，应根据所需开启压力值确定阀门的工作压力级。表1安全阀公称压力PN与弹簧工作压力关系表PN弹簧工作压力等级1.60.06～0.10.120.16～0.250.25～0.40.4～0.50.5～0.60.6～0.80.8～1.01.0～1.31.3～1.62.51.3～1.61.6～2.02.0～2.5只能用于大于1.3MP6.4-1.3～1.61.6～2.02.0～2.52.5～3.23.2～4.04.0～6.4只能用于大于1.3MPa104～55～6.46.4～88～10只能用于大于4.0MPa3c）确定安全阀的排放压力Pd。安全阀的排放压力一般为整定压力（开启压力）的1.1倍，蒸汽锅炉安全阀的排放压力为整定压力的1.03倍。d）确定安全阀的通径。根据必需排放量来确定，安全阀的排放能力≥必需排放量。被保护系统所必需的排放量是指系统发生异常超压时为防止超压所必须排除的量，它是由系统或设备的工作条件、容量以及可能引起超压等因素决定的。e）材质的确定选用安全阀的材质应考虑介质的工作温度、工作压力，介质性能以及材料的工艺性，经济性等多种因素。一般情况下用户可根据生产单位提供的安全阀样本中列举的不同型号安全阀的工作温度、压力范围以及代表性使用介质的种类进行选用。对材质有特殊要求时，可在订货时与生产单位协商解决。根据介质特性选合适的安全阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀。2.2.2.2.安全阀特殊安全阀特殊安全阀特殊安全阀特殊结构结构结构结构的的的的确定确定确定确定1）带散热器安全阀的选用对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过320℃的气体用的安全阀,应选用带散热器(翅片)的形式。2）波纹管安全阀对承受附加背压力的安全阀，而且其背压力变化量超过整定压力10％时，应选用这种安全阀。另外对使用有腐蚀性介质的安全阀，为防止弹簧及导向机构受介质腐蚀，也应选用波纹管安全阀。3）对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构的,则应采用封闭式带板手安全阀。4）对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀。5）液化槽(罐)车,应采用内置式安全阀。6）对于泄放量大的工况,应选用全启式;对于工作压力稳定,泄放量小的工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大的工况,宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀.对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀。7）工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀.移动式设备应采用弹簧式安全阀。8）对于介质较稠且易堵塞的,宜选用安全阀与爆破片的串联组合式的泄放装置.43.3.3.3.安全阀安全阀安全阀安全阀的主要性能指标的主要性能指标的主要性能指标的主要性能指标1）安全性。阀门出厂时按国家相关标准进行了强度试验与密封试验，确保阀门的机械性能符合国家标准的要求。2）灵敏性。阀门的起跳条压力、回座压力，在国家标准及用户要求的范围内，起跳压力准确、起跳迅速，回座压力稳定。3）密封性。阀门回座后密封性能优良，无泄漏。4）有排放量要求的安全阀，阀门起跳后排放量达到国家标准规定的要求之机械特性，阀门的密封性能及其它性能保持稳定，不发生变化。二二二二....一般安全阀订货须知一般安全阀订货须知一般安全阀订货须知一般安全阀订货须知订购一般安全阀应注明下列各项内容：1）安全阀的型号、公称通径、公称压力2）安全阀的工作压力级或开启压力（整定压力）值3）阀体材质及密封面材质4、特殊规格安全阀订货须知订购特殊安全阀时，除应注明安全阀的型号、公称通径以及开启压力之外，尚需注明以下各项：（1）安全阀排放压力的最高值及回座压力（或启闭压差）最低值；（2）被保护系统或设备的必须排量及拟装设阀门的数量；（3）使用介质及其重度（液体）或分子量（气体）；（4）阀门进口介质温度；（5）阀门承受背压的类型及数值；（6）其他要求。三三三三．．．．安全阀计算实例安全阀计算实例安全阀计算实例安全阀计算实例我们在压力容器设计和定期检验中均要求对安全阀的安全排放能力进行选型或校验计算。基于以往资料不齐全,往往以大代小,造成不必要的浪费。现拟以GB150附录B-B5.1b)为依据，用不同介质、压力、温度对安全阀的安全排放量进行选型计算。例1：有一空气储罐,DN1000㎜，容积V=5m3最高工作压力为0.8MPa，工作温度为30℃进口管为φ57X3.5,确定安全阀尺寸.解1)确定气体的状态条件设Po—安全阀出口侧压力（绝压）0.103MPa（近似为0.1MPa）5则Pd—安全阀泄放压力（绝压）为Pd=1.1Ps+0.1=1.1×1.1Pw＋0.1=1.068MPa（GB150附录B4.2.1）当安全阀出口侧为大气时:Po/Pd=0.103/1.068=0.0936而（2/(k+1)）k/(k-1)=（2/(1.4+1)）1.4/(1.4-1)=0.53∴Po/Pd＜（2/(k+1)）k/(k-1)是属于临界状态条件,安全阀排放面积A按（B5）计算式中:C气体特性系数,查表B1或C=520√k（2/(k+1)(k+1)/(k-1)）K—安全阀额定泄放系数,K=0.9倍的泄放系数(泄放系数由制造厂提供,一般为0.75);或按《容规》附件五第二节有关规定中选取.2)容器安全泄放量的计算:盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄放量,按下列规定来确定a.对压缩机贮罐或水蒸汽的容器,分别取压缩机和水蒸汽发生器的最大产气量;b.气体储罐等的安全泄放量按(B1)式计算Ws=2.83×10-3ρυd2㎏/h(B1)式中ρ为排放压力下的气体密度.ρ=M（分子量）×Pw’(排放绝对压力)×273/(22.4×(273+t))空气M=28.95排放绝对压力Pw’=10.68㎏/㎝2代入上式得ρ=28.95×10.68×273/22.4×303=12.44㎏/m3υ—容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s;查表2得υ=10～15m/s表2一些常用气体流速范围流体名称/输送压力MPa流速范围m/s流体名称/输送压力MPa流速范围m/s压缩空气饱和水蒸汽（主管）30~400~0.110~15（支管）20~30＞0.1~＜0.610~20煤气（初压）2KPa0.75~3.0＞0.6~＜1.010~15（初压）6KPa3~12＞1.0~＜2.08~10氨气≤0.6MPa(g)10~20＞2.0~＜3.03.0~6.01.0~2.0MPa(g)3.0~8.0一般气体（常压）10~20液氨0.3~1.0氧气＜0.65.0~10.0氮气5～10MPa(a)2.0~5.060.05~0.67.0~8.0乙炔气2.0~8.0饱和水蒸汽（主管）30~40氢气≤8.0（支管）20~30自来水0.3MPa(g)（主管）1.5~3.5低压蒸汽＜1.015~20（支管）1.0~1.5低压蒸汽＜1.020~40易燃气体≤1.0低压蒸汽＜1.040~60取υ=15m/s.将上述ρ、ν、d代入得Ws=2.83×10-3×12.44×15×502=1320.2㎏/h则若采用带板手全启式安全阀A=0.785d02=205.4mm2d0=(205.4/0.785)1/2=16.2㎜根据统计概算,全启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.625,而微启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.8.∴选用公称直径DN32的全启式带板手安全阀.安全阀公称直径与喉径关系表3安全阀公称压力\公称直径DN15、20、25、32、40、50、80、100PN(MPa)1.0、2.5、4.0、6.4Do20、25、32、50、65PN(MPa)10.020、25、32、40、50全启式PN(MPa)16、3212、20PN(MPa)1.6、2.5、4.0、6.4Do12、16、20、25、32、40、65、80PN(MPa)16、32Do812微启式PN(MPa)16、3214/16例2.将例题1的介质改为蒸汽。解：在压力容器中，绝大多数安全阀的出口侧压力与它的泄放压力之比即Po/pd都小于理论值0.528。（此值由空气作试验介质求得Po/pd=0.528）属于临界状态。Pd——安全阀的泄放压力（绝压）=205.4mm27Pd=1.1×Ps＋0.1MPa=1.1×1.1Pw＋0.1=1.21×0.8＋0.1=1.068MPa查得ρ=5.388Kg/m3.K=455°(t=182℃)∴WS=2.83×10-3ρνd2=2.83×10-3×5.388×25×502=953Kg/h最小排放面积A其中蒸汽在工作温度和压力下的压缩系数Z。可根据高鸿华主编《压力容器安全技术问题》第71问中的公式进行计算：（注1）式中：R——848Kg·m/Kmol·KT——蒸汽绝对温度Kν——蒸汽比容M——分子量蒸汽k=1.135取DN=32的安全阀。（do=20㎜）注1、介质压缩系数可按GB150附录B章进行计算，一些常用介质的临界特性，由表4查得表4某些气体的主要物理特性名称分子量临界温度t℃临界压力Patm(绝压)K=Cp/Cv氢H22.02-239.912.81.407氧O232-118.8