安全阀选型

选择和调试正确的安全阀，包括选型考虑因素、设定、密封、定位和背压的影响。

由于安全阀的种类繁多，选择满足特定应用要求的安全阀并不困难。一旦选择了合适的类型，必须确定正确的排放压力和排放能力，并指定适当尺寸的阀门和设定压力。

特定类型安全阀的选择受若干因素的制约：

• **成本——**这是为非关键应用选择安全阀时最明显的考虑因素。进行成本比较时，必须考虑阀门的能力以及公称尺寸。如前一模块所述，具有相同入口连接但升程特性不同的型号之间可能存在很大差异。
• 排放系统类型——开放式阀帽的阀门可用于蒸汽、空气或无毒气体，如果除了通过排放系统之外可以接受向大气排放。在这些应用中通常指定提升手柄。 对于不允许排放到大气中的气体或液体应用，必须指定封闭式阀帽。在此类应用中，还需要使用封闭/气密盖或带填料的手柄。 对于具有显著叠加背压的应用（常见于集管，通常在流程工业中），需要平衡波纹管或活塞结构。
• 阀门结构——半喷嘴型结构应用于中等压力下的无毒、非腐蚀性介质，而全喷嘴型结构的阀门通常用于流程工业中的腐蚀性介质或极高压力。对于腐蚀性流体或高温，可能还需要特殊的构造材料。
• 操作特性——性能要求因应用而异，必须相应地选择阀门。对于蒸汽锅炉，需要较小的超压，通常为3%或5%。对于大多数其他应用，需要10%的超压，但根据API 520，对于消防等特殊应用，允许使用超压20%的较大阀门。 对于液体，10%或25%的超压是常见的，排放回差值通常高达20%。
• 认证——对于许多阀门应用，最终用户将规定阀门构造和性能所需的法规或标准。这通常伴随着独立机构认证的要求，以保证符合所需标准。

设定和密封

为了正确建立设定压力，以下术语需要仔细考虑：

• 正常工作压力（NWP）——系统在满负荷条件下的工作压力。
• 最大允许工作压力（MAWP）——有时称为安全工作压力（SWP）或系统设计压力。这是系统正常工作条件下（相对于最高工作温度）存在的最大压力。
• 最大允许积聚压力（MAAP）——根据系统设计标准的规格，系统允许达到的最大压力。 MAAP通常以MAWP的百分比表示。 对于蒸汽使用设备，MAAP通常比MAWP高10%，但并非总是如此。如果MAWP不易获得，应联系负责设备保险的机构。如果无法确定MAAP，不得将其视为高于MAWP。
• 设定压力（P）——安全阀开始升起的压力。
• 排放压力（PR）——这是达到安全阀全能力时的压力。它是设定压力（PS）和超压（PO）之和。
• 超压（PO）——超压是安全阀设计操作时设定压力的百分比。 在确定安全阀设定压力时，有两个基本约束必须考虑：

1. 设定压力必须足够低，以确保排放压力不超过系统的最大允许积聚压力（MAAP）。
2. 设定压力必须足够高，以确保在正常工作压力（NWP）之上有足够的裕度，使安全阀能够关闭。但是，设定压力不得超过最大允许工作压力（MAWP）。 为了满足第一个约束，需要考虑超压百分比和MAAP百分比（以MAWP的百分比表示）的相对大小。 有两种可能的情况：

• 安全阀的超压百分比小于或等于系统的MAAP百分比——这意味着设定压力可以等于MAWP，因为排放压力将始终小于实际MAAP。 例如，如果安全阀超压为5%，MAAP为MAWP的10%，则设定压力将选择等于MAWP。在这种情况下，排放压力（等于设定压力+5%超压）将小于MAAP，这是可接受的。 注： 如果MAAP百分比高于超压百分比，设定压力仍将等于MAWP，因为将其提高到MAWP以上将违反第二个约束。
• 安全阀的超压百分比大于系统的MAAP百分比——在这种情况下，将设定压力设为等于MAWP意味着排放压力将大于MAAP，因此设定压力必须低于MAWP。 例如，如果安全阀超压为25%，而MAAP百分比仅为10%，将设定压力设为等于MAWP意味着排放压力将比MAAP高15%。在这种情况下，正确的设定压力应比MAWP低15%。 下表总结了基于第一个约束的设定点确定。 表9.3.1 使用安全阀超压和设备MAAP确定设定压力

除非操作考虑另有规定，为了满足第二个约束，安全阀设定压力应始终略高于正常工作压力，并留有排放回差的裕度。将安全阀设定在略高于正常工作压力可能导致排放后关闭不良。

当系统工作压力和安全阀设定压力必须尽可能接近时，建议在回座压力和正常工作压力之间保持0.1 bar的最小裕度，以确保紧密关闭。这称为”关闭裕度”。在这种情况下，在增加0.1 bar裕度之前，考虑系统工作压力的任何变化很重要。此类变化可能发生在安全阀安装在减压阀（PRV）和其他控制阀之后，且具有相对较大的比例带。 在几乎所有控制系统中，与比例带相关的比例偏移是一定量的（有关比例偏移的更多信息，请参阅第5章控制理论）。如果自力式减压阀在满负荷条件下设定，无负荷条件下的控制压力可能显著高于其设定压力。相反，如果在无负荷条件下设定，满负荷压力将低于其设定压力。 例如，考虑一个导阀操作的减压阀，最大比例带仅为0.2 bar。 在满负荷条件下设定控制压力为5.0 bar时，无负荷条件下将给出5.2 bar。或者，如果在无负荷条件下设定控制压力为5.0 bar，同一阀门在满负荷条件下将表现出4.8 bar的控制压力。 在确定安全阀设定压力时，如果减压阀控制压力是在无负荷条件下设定的，则不必考虑比例偏移。但是，如果减压阀控制压力是在满负荷条件下设定的，则需要考虑减压阀比例偏移导致的下游压力增加（见示例9.3.1）。 压力控制偏移量取决于所用控制阀和压力控制器的类型。因此，确定上游控制阀的比例带以及该阀是如何调试的非常重要。 示例9.3.1 要安装在减压阀之后的安全阀需要尽可能接近减压阀工作压力设定。根据以下参数，确定最合适的安全阀设定压力： 减压阀设定压力：6.0 bar（在满负荷条件下设定） 减压阀比例带：0.3 bar，在减压阀工作压力以上运行 安全阀排放回差：10% 解答： 由于需要确保安全阀设定压力尽可能接近减压阀工作压力，因此选择安全阀使其排放回差压力大于减压阀工作压力（考虑比例偏移），并留有0.1 bar的关闭裕度。 首先，需要考虑减压阀比例偏移的影响，因为减压阀是在负荷条件下设定的；将遇到的正常最大工作压力为： 6.0 bar + 0.3 bar = 6.3 bar（NWP） 加上0.1 bar的关闭裕度，安全阀设定压力必须比6.4 bar高10%。在本例中，这意味着安全阀的设定压力必须为：

因此设定压力将选择为7.11 bar，前提是这不超过被保护系统的MAWP。 请注意，如果减压阀在无负荷条件下设定为6.0 bar，安全阀排放回差为10%，则安全阀设定压力为：

背压对设定压力的影响

对于承受恒定叠加背压的常规安全阀，设定压力实际上减少了等于背压的量。为了补偿这一点，必须将所需的设定压力增加等于背压的量。冷态差压设定压力（在试验台上设定的压力）因此为：

对于变化的叠加背压，有效设定压力可能随背压变化而变化，如果变化超过设定压力的10%到15%，则不能使用常规阀。必须使用平衡式阀门。

API推荐实践520中所示的泄压阀压力水平关系如图9.3.1所示。

安全阀的设定

对于大多数类型的安全阀，允许使用空气或气体设定。通常使用专门建造的试验台，允许轻松快速地安装安全阀进行调整，以及随后在所需设定压力下锁定和密封阀门。 除通常的安全考虑外，最重要的要求是使用仪表级精度的仪表并建立定期校准系统。所有安全阀标准将规定设定压力的特定公差（通常约为3%），必须遵守。环境清洁、无尘和相对安静也很重要。 设定流体的来源可以从压缩空气瓶到增压器和蓄压器不等，后者使用工业压缩空气总管。在后一种情况下，空气必须清洁、无油和无水。 值得注意的是，不需要任何形式的能力试验。试验台只是使所需的设定压力能够确定。通常通过在达到设定点时听可听见的”嘶嘶声”来确定该点。进行调整时，对于金属密封和软密封阀，必须不允许阀瓣在阀座或喷嘴上旋转，因为这很容易造成损坏并阻止实现良好的关闭。因此在转动调节器时应抓住阀杆。 ASME I蒸汽锅炉阀门的允许设定程序存在根本差异。为了保持National Board批准并将”V”标记应用于阀体，这些阀门必须使用蒸汽在能够达到所需设定压力并具有足够能力来证明起跳点和回座点的试验台上设定。这必须按照批准的、受控的质量程序进行。对于ASME VIII阀门（阀体上标有”UV”），如果设定者具有蒸汽设定设施，则这些阀门也必须在蒸汽上设定。如果没有，则允许气体或空气设定。对于ASME VIII阀门的液体应用，必须使用适当的液体（通常是水）进行设定。 对于配备排放调节环的阀门，需要根据相关制造商的建议确定设定位置并密封锁定销。

密封

对于不声明任何特定标准且铭牌或支持文件上未提及标准的阀门，谁可以设定阀门没有限制。此类阀门通常用于指示已达到某个压力，不作为安全装置。 对于由公告机构独立批准到特定标准的阀门，阀门的设定和密封是批准的一部分。在这种情况下，阀门必须由制造商或制造商批准的代理人按照商定的质量程序使用制造商或公告机构批准的设备进行设定。 为了防止未经授权的更改或篡改，大多数标准要求在设定后对阀门进行密封。 最常见的方法是使用密封丝将阀帽固定到弹簧壳体，并将壳体固定到阀体。它也可用于将任何排放调节环销锁定在位置上。 密封丝随后用铅封密封，铅封上可能印有设定者的商标。

安全阀定位

为了确保任何由安全阀保护的系统或设备的最大允许积聚压力永远不会被超过，必须仔细考虑安全阀在系统中的位置。由于应用范围广泛，没有关于阀门应定位在哪里的绝对规则，因此每个应用都需要单独处理。 安全阀的一个常见蒸汽应用是保护由减压站供应的工艺设备。图9.3.3显示了两种可能的布置。 安全阀可以安装在减压站本身内部，即在下游截止阀之前，如图9.3.3(a)，或在下游更靠近设备处，如图9.3.3(b)。将安全阀安装在下游截止阀之前具有以下优点：

• 安全阀可以通过关闭下游截止阀进行在线试验，而不会有下游设备在试验失败时被超压的风险。
• 当在线试验时，安全阀不必拆下并进行台架试验，后者更昂贵且耗时。
• 在无负荷条件下设定减压阀时，可以观察安全阀的操作，因为这种情况最可能导致”前泄”。如果发生这种情况，可以将减压阀压力调整到安全阀回座压力以下。
• 任何下游的额外引出管都受到保护。只有MAWP较低的设备才需要额外保护。这可以带来显著的成本效益。 然而，有时将安全阀安装在更靠近任何设备的蒸汽入口处是实用的。 实际上，当减压阀供应多台设备时，可能必须在每台下游设备的入口安装单独的安全阀。 以下各点可作为指南：
• 如果供应一台MAWP压力低于减压阀供应压力的设备，该设备必须安装安全阀，最好紧靠其蒸汽入口连接。
• 如果减压阀供应多台设备且任何设备的MAWP低于减压阀供应压力，则减压阀站必须安装设定在所连接设备最低MAWP的安全阀，或每台受影响的设备必须安装安全阀。
• 安全阀必须定位使压力不能通过另一路径在设备中积聚，例如通过单独的蒸汽管线或旁通管线。 可以说每个安装在安全方面都值得特别考虑，但以下应用和情况有些不寻常，值得考虑：
• 火灾——任何压力容器都应受到保护，免受火灾时的超压。虽然为操作保护安装的安全阀也可能在火灾条件下提供保护，但此类情况需要特别考虑，超出了本文的范围。
• 放热应用——这些必须在设备蒸汽入口或阀体上紧靠安装安全阀。不适用任何替代方案。
• 用作警告装置的安全阀——有时，安全阀安装在系统上作为警告装置。它们不需要释放故障负荷，而只是警告由于操作原因压力增加到高于正常工作压力。在这些情况下，安全阀设定在警告压力，只需要最小尺寸。如果装有此类安全阀的系统有任何超过其最大允许工作压力的危险，必须以通常的方式由额外的安全阀保护。 示例9.3.2 为了说明安全阀定位的重要性，考虑用于从加热容器中排出冷凝水的自动泵-疏水阀（见第14章）。自动泵-疏水阀（APT）包含一种机械式泵，利用蒸汽的动力将冷凝水泵送通过回水系统。安全阀的位置将取决于APT的MAWP和其所需的动力入口压力。 如果APT的MAWP大于或等于容器的MAWP，可以使用图9.3.4所示的布置。 如果泵-疏水阀动力压力小于1.6 bar g（安全阀设定压力2 bar g减去0.3 bar排放回差和0.1 bar关闭裕度），则此布置适用。由于APT和容器的MAWP都大于安全阀设定压力，单个安全阀将为系统提供适当的保护。 然而，如果泵-疏水阀动力压力必须大于1.6 bar g，APT的供应必须从减压阀的高压侧取出，并降低到更适当的压力，但仍低于APT的4.5 bar g MAWP。图9.3.5所示的布置将适用于这种情况。 此处使用两个独立的减压阀站，每个都有自己的安全阀。如果APT内部件失效且4 bar g的蒸汽通过APT进入容器，安全阀”A”将释放此压力并保护容器。安全阀”B”不会起跳，因为APT中的压力仍然可接受且低于其设定压力。 应注意，安全阀”A”位于温度控制阀的下游侧；这样做既有安全原因也有操作原因：
• 安全——如果APT内部件失效，即使控制阀关闭，安全阀仍会释放容器中的压力。
• 操作——在这个位置，安全阀”A”在操作过程中前泄的机会较少，因为控制阀后的压力通常低于其前的压力。 另外，注意如果泵-疏水阀的MAWP大于减压阀”A”上游的压力，则可以从系统中省略安全阀”B”，但安全阀”A”必须考虑通过减压阀”B”以及减压阀”A”的总故障流量进行选型。 示例9.3.3 一家制药工厂在同一生产楼层有十二个夹套锅，所有锅的额定MAWP相同。安全阀应安装在哪里？ 一个解决方案是在每个锅的入口安装安全阀（图9.3.6）。在这种情况下，每个安全阀都必须按通过全部负荷来选型，以防减压阀在其他十一个锅关闭时故障全开。 由于所有锅的MAWP相同，可以在减压阀后安装单个安全阀。 如果要将MAWP低于锅的额外设备（例如壳管式热交换器）纳入系统，则需要安装额外的安全阀。该安全阀将设定在适当的较低设定压力，并按通过温度控制阀的故障流量来选型（见图9.3.8）。