安全阀选型

深入研究一系列应用场景的选型过程，包括AD Merkblatt、DIN、TRD、ASME、API、BS6759等标准的选型公式。涵盖两相流和过热蒸汽等更复杂的问题。

安全阀选型简介

安全阀必须始终经过正确选型，能够排放任何蒸汽源，使被保护设备内的压力不超过最大允许累积压力（MAAP）。这不仅意味着阀门必须安装在正确的位置，而且必须设定正确的压力。安全阀还必须经过正确的选型，使其能够在所有可能的故障条件下以所需压力通过所需数量的蒸汽。 一旦确定了安全阀的类型、设定压力及其在系统中的位置，就需要计算阀门所需的排放容量。确定该值后，即可根据制造商的规格确定所需的孔口面积和公称尺寸。 为了确定所需的最大流量，需要考虑阀门上游所有相关支路的潜在流量。 在存在多个可能流路的应用中，安全阀的选型变得更加复杂，因为可能存在多种确定其尺寸的替代方法。当存在多个潜在流路时，应考虑以下替代方案：

• 安全阀可按流量最大的流路中的最大流量进行选型。
• 安全阀可按综合各流路的排放流量进行选型。 这一选择取决于两个或多个装置同时失效的风险。如果存在任何可能发生这种情况的可能性，阀门的选型必须允许排放失效装置的组合流量。然而，如果风险可忽略不计，成本优势可能决定阀门仅按最大故障流量进行选型。方法的选择最终取决于负责设备投保的公司。 例如，考虑图9.4.1所示的压力容器和自动泵式疏水阀（APT）系统。不太可能出现的情况是APT和减压阀（PRV”A”）同时失效。安全阀”A”的排放容量要么是最大PRV的故障负荷，要么是APT和PRV”A”的组合故障负荷。 本文建议，当存在多个流路时，任何相关的安全阀都应始终按相关上游压力控制阀可能同时失效的可能性进行选型。 确定故障流量 为了确定通过PRV或任何阀门/孔口的故障流量，需要考虑以下因素：
• 潜在故障压力——应取相应上游安全阀的设定压力
• 被选型安全阀的排放压力
• 上游控制阀的全开容量（KVS），参见公式3.21.2 示例9.4.1 考虑图9.4.2所示的PRV布置。 该系统（图9.4.2）的供应压力由上游安全阀限制，其设定压力为11.6 bar g。通过PRV的故障流量可使用蒸汽质量流量公式（公式3.21.2）确定： 在此示例中： 因此，安全阀的选型应能在设定为4 bar g时至少通过953 kg/h。 确定故障负荷后，通常使用制造商的容量表对安全阀进行选型即可。容量表的典型示例如图9.4.3所示。通过了解所需的设定压力和排放容量，可以选择合适的公称尺寸。在此示例中，设定压力为4 bar g，故障流量为953 kg/h。需要选用DN32/50安全阀，容量为1 284 kg/h。 当选型表不可用或无法涵盖特定流体或工况（如背压、高粘度或两相流）时，可能需要计算最小所需孔口面积。相关方法在相应的管理标准中进行了概述，例如：
• ASME/API RP 520
• EN ISO 4126 这些标准中概述的方法基于排放系数，即测量容量与等效流通面积的喷嘴理论容量之比。 排放系数 排放系数是特定于任何安全阀系列的，将由制造商批准。如果阀门获得独立批准，则给予”认证排放系数”。 该数值通常会乘以0.9的安全系数进一步降额，以给出降额排放系数。降额排放系数表示为Kdr= Kd x 0.9 使用标准方法计算所需孔口面积时，可能需要考虑以下几点：
• 临界流和亚临界流——气体或蒸汽通过孔口（如安全阀的流通面积）的流量随下游压力的降低而增加。这种情况一直持续到达到临界压力并实现临界流。此时，下游压力的任何进一步降低都不会导致流量的进一步增加。临界压力与实际排放压力之间存在一种关系（称为临界压力比），对于通过安全阀的气体流动，如公式9.4.2所示。 对于性质类似于理想气体的气体，‘k’是定压比热容（cp）与定容比热容（cv）的比值，即cp : cv。‘k’始终大于1，通常在1到1.4之间（参见表9.4.8）。 对于蒸汽，虽然’k’是等熵系数，但它实际上不是cp : cv的比值。作为近似值，饱和蒸汽的’k’可取1.135，过热蒸汽取1.3。作为参考，饱和蒸汽的临界压力以绝对压力计取累积入口压力的58%。
• 超压——在选型之前，必须确定阀门的设计超压。不允许在低于排放系数确定超压的条件下计算阀门容量。但是，允许使用更高的超压（典型超压值参见模块9.2的表9.2.1）。对于DIN型全升程（Vollhub）阀门，设计升程必须在5%超压下实现，但选型时可使用10%的超压值。

按照以下标准设计的安全阀选型公式

以下方法用于计算安全阀最小所需孔口面积，见于最常用的国家标准中。 标准 - ASME /API RP 520 以下公式用于根据ASME标准和API RP 520指南计算安全阀最小所需孔口面积。 使用公式9.4.3计算用于蒸汽应用的安全阀最小所需孔口面积：

示例9.4.2 计算按照ASME/API RP520设计的安全阀最小所需有效排放面积。

示例9.4.3 计算按照ASME/API RP520设计的安全阀最小所需有效排放面积。

ASME/API RP 520的过热修正系数

表9.4.1 ASME/API RP 520中使用的过热修正系数（KSH）（英制单位）

标准 - EN ISO 4126: 2004 使用公式9.4.4计算用于干饱和蒸汽（干度>0.98）和过热蒸汽在临界流条件下安全阀的最小所需孔口面积：

使用公式9.4.5计算用于湿蒸汽应用在临界流条件下安全阀的最小所需孔口面积。注意：湿蒸汽的干度必须大于0.9：

示例9.4.4 按照EN ISO 4126标准设计的安全阀，计算其用于过热蒸汽系统排放超压所需的最小流通面积。

表9.4.2 按照EN ISO 4126标准，蒸汽、空气和气体应用中C值作为’k’函数的数值。等熵值’k’已纳入ISO 4126标准（第7部分）。或者，蒸汽的’k’值可从Spirax Sarco网站的蒸汽表中获取。