安全阀水力计算和选型优化

国家技术质量监督检疫总局和国家核安全局确定了选择工程上使用的安全阀的数量和公称尺寸DN的条件。普通用途的动力装置上的安全阀数量、尺寸和排放能力这样计算：当介质的工作压力低于或等于0.3MPa时，它所服务的对象（系统或设备）不能出现比工作压力高出0.05MPa的压力，当介质工作压力为0.3～6.0MPa时，不能出现比工作压力高出15%的压力；当介质的工作压力大于6.0MPa时，不能出现比工作压力高出10%的压力。如果在设计中以及在设备的技术文件中明确作了规定，那么也不允许压力升高比工作压力高出25%时安全阀还不开启。

考虑到核动力装置设备工作的特殊条件，规程规定安全阀的数量、尺寸和排放能力应依靠计算来确定，以避免设备内产生比工作压力大10%的压力。在容积补偿器、蒸汽发生器以及单回路装置的汽水分离器内，安全阀的数量不应少于2个。其中1个作为检查用，如果在运行的设备上不可能检验安全阀工作是否正常，则在安全阀前设置转换装置，使得能将安全阀从设备上切断后进行工作正常与否的检验。在任何状态下转换装置都应当使安全阀至少有一个保持与设备相连接的状态。因此，安全阀的数量应当加倍，安全阀成对安装或采用其他方式安装。

在容器补偿器，汽水分离器和一回路其他容器上，以及在蒸汽发生器上，只能安装先导式安全阀。此处导阀应当是公称尺寸不小于DN15的直接作用式，并设有电磁驱动，用以进行开启和关闭。在其他条件下，允许采用杠杆—重锤式或弹簧式（直接作用）安全阀，它们的公称尺寸不应小于DN20。

当选择安全阀时应确定安全阀的类型：如重锤微启式（单杆或双杆）、弹簧微启式、全启式或特殊全启式等。对于高压和超高压参数的蒸汽，采用带导阀控制的全启式安全阀。

在某些条件下，安全阀的排放侧具有一定的背压，即工作在旁通阀的条件下，这时整个安全阀的上部空间正处于介质的条件下。安全阀的结构应规定此空间能与外部介质密封隔离。重锤式安全阀不能满足这个条件，因为它的阀杆能在阀盖的导向孔内自由移动。因此，重锤式安全阀不能应用于具有背压的工作条件。在这种条件下，如果采用重锤式安全阀会带来严重后果。特别是在带有放射性或热液体的管上。通过阀盖与阀杆之间的缝隙会漏出介质，在对象（系统或设备）的附近形成一个危险区。对于工作在背压下的安全阀应采用弹簧式安全阀。

选择壳体和密封圈所要求的材料时，应考虑介质的物理性能和腐蚀性能、介质的工作压力和工作温度。安全阀与容器或管道常用法兰连接，或采用焊接连接。

从服务对象经敞开式安全阀排出介质的数量应大于进入的数量，只有在这种情况下，服务对象内的压力才会下降。因此，安全阀的排放能力是一个至关重要的参数。当计算安全阀的数量和尺寸时，可利用下列公式来确定安全阀的排放能力：

式中 ρ₁——阀门前介质在绝对压力和温度为t₁时介质的密度（g/cm³）；

B——考虑气体介质或蒸汽膨胀的系数，见表2-37，对于液体介质，B=1，对于气体和蒸汽，B＜1。

表2-37 系数B的值

（续）

系数B的值可按照下式来确定：

式中

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p_1J、p_2J——安全阀前、后介质的绝对压力；p_1J=p₁+0.1；p_2J=p₂+0.1；

p₁、p₂——安全阀前、后介质的表压（MPa）；

κ——该气态介质的绝热指数，取决于介质的压力和温度，对于空气，当温度为

20℃和大气压力时，p_1J=0.1033MPa时，κ=1.4。

为了保证直接作用式安全阀的密封性，阀瓣对阀座的压紧力应稍高于介质内压的作用力，当压力比工作压力大时，安全阀就开启，因此，安全阀采用p₁=1.1p_p。

安全阀的流量系数K_Vn是根据样本来选取的。规程规定安全阀的排放流量可根据安全阀的流量特性或按下式来确定：

式中 K_V——气体（或液体）的流量系数，是由设计单位（制造厂）对每种安全阀结构可靠性试验来确定；

A——安全阀通流部分的最小横截面积（mm²）。

在此条件下的流量特性可以理解为是安全阀的排放能力与安全阀前后压差（p₁-p₂）的关系。容积补偿器、汽水分离器和蒸汽发生器上的安全阀应按照压力调整好，其值不得超过表2-38上所给出的数值。如果由于生产的性质或由于容器内介质作用的结果，使安全阀不能可靠地工作，则必须安装安全片（爆破片），其爆破片压力比容器内的工作压力的上升幅度不超过25%（如果已用计算证实可靠的话）。如果在安全阀和爆破片之间装设能检查爆破片正常状态的装置，那么爆破片即可以安装在安全阀之前。

在增压能使爆破片动作（导致破裂）的条件下，要求安装在设备上的爆破片最小工作直径可由下式来确定。

式中 A_M——爆破片的工作面积（mm²），（阀座孔的面积）。

表2 - 38 调整重要安全阀（容积补偿器上、汽-分离器上、蒸汽发生器上）时的许用压力

对于爆破片破裂后所形成的流通孔，可以采用系数0.8。当计算阀门的排放能力时，应考虑阀后的背压因素。工作介质应导向安全地带。在排放管上应装设疏排积聚在其内的凝水装置。在排放管和疏水管上部都不允许装设关闭机构，不允许将放射性的水排放到大气中。