先导式安全阀及其配套装置详解

先导式安全阀满足ASME《锅炉与压力容器规范》（2013版）第Ⅷ卷第一册的要求。

控制主阀的导阀既可以是突开型，也可以是调制型。突开型先导式安全阀典型的结构型式如图3⁃3所示，调制型先导式安全阀典型的外形如图3⁃4所示。突开型的导阀可使主阀在达到整定压力时迅速开启并达到全开高，如图3⁃5所示。调制型的导阀通过自身压力反馈，在超压区间内（一般为10％整定压力），控制主阀的开高按照超过压力比例开启，满足所需的泄放量，如图3⁃6所示。突开型先导阀用于气体介质，调制型先导阀可应用于气体、液体或两相流介质。

控制主阀的导阀既可以是流动型，也可以是非流动型，如图3⁃7～图3⁃9所示。当主阀开启时，流动型允许介质连续流过导阀，而非流动型的则不允许。为了减少流体损失和避免污染环境，同时为了减少水合物的生成或避免流体中的固体颗粒影响导阀性能的情况出现，建议大多数场合使用非流动型导阀。类似于软密封弹簧载荷式安全阀，大多数主阀及其导阀中用到了非金属元件，因此操作温度和流体相容性会限制它们的使用范围。此外，如所有泄压装置一样，流体特性如聚合或结垢的敏感程度、黏度、固体的存在以及腐蚀等问题都要考虑。

图3⁃4 调制型先导式安全阀

图3⁃5 突开型先导式安全阀特性

图3⁃6 调制型先导式安全阀特性

根据导阀的结构设计情况及用户的要求，导阀泄出口可以是直接排放至大气或是排放到主阀出口。只有整定压力不受背压影响的平衡式导阀，可以将它的排放管安装到压力变化的地方，如主阀的出口处。

导阀也可设计为具有提升扳手的机构，机械提升机构可以满足安全阀的校验工作需要。当系统压力至少等于或大于整定压力的75％时，提升导阀阀杆可使先导式安全阀开启。

图3⁃7 调制流动型先导式安全阀（摘自API Std 520—2008）

对于突开非流动型先导式安全阀，当系统正常工作，系统压力通过进口压力管、导阀和气室压力管传到主阀阀瓣顶部的圆顶气室，从而在主阀瓣上产生了一个向下的净作

图3⁃8 突开非流动型先导式安全阀（摘自API Std 520—2008）

用力，使主阀处于关闭状态，如图3⁃8所示。

当系统压力达到整定压力时，导阀突跳开启，导阀内部滑动件移动封闭导阀进气通道，主阀气室的压力通过导阀排放泄压，由于系统压力高于回座压力，导阀封闭进气通道阻断流体在导阀中的流动（非流动型导阀的特性），这时主阀气室的压力急剧下降，主阀阀瓣完全打开，流体通过主阀泄放降压。

当系统压力降低到一定值时，导阀的弹簧力大于阀进口压力作用在导阀内部滑动件上的力，导阀回座，使得流体重新进入主阀的圆顶气室，关闭主阀。

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图3⁃9 调制非流动型先导式安全阀（摘自API Std 520—2008）

突开型先导式安全阀的特点：①允许系统工作压力接近安全阀的整定压力；②阀座软密封保证安全阀启跳前后的良好密封性；③安全阀动作性能和开启高度不受背压的影响；④较小超压就能使主阀迅速达到全启状态；⑤导阀非流动型结构设计减少了有害介质的排放，避免污染环境；⑥启闭压差可调；⑦可在线检测安全阀的整定压力。

一般情况下，可以通过一台安全阀来满足设备的最大泄放需求，然而在一些系统中出现比较小的工况改变的情况下，只需要排放出一部分的排放量。如果安全阀的介质流量不足以维持其稳定流动，安全阀将出现频跳等现象，不仅带来工艺系统的不稳定，也将对阀门的回座密封能力产生影响。由于调制型先导阀主阀的开启高度仅满足所需的排放量，可限制介质的排放量，大大减少对被保护装置和工艺系统的冲击，节能环保效果显著，应用场合越来越广泛。

对于调制非流动型先导式安全阀，当系统压力低于阀的整定压力时，系统压力经过导阀的进口阀座进入主阀气室，作用在主阀阀瓣上，使主阀保持关闭，此时气室压力等于系统压力，如图3⁃9所示。

当系统压力逐渐增加接近整定压力时，导阀进口密封关闭，随着系统压力的增加，导阀出口密封开启，泄放部分主阀气室压力。当系统压力逐渐超过整定压力，通过感应膜片及反馈活塞，阀门开始产生调制动作，使主阀阀瓣移动到精确的高度，并保持稳定的排放状态。主阀可在超压10％之前实现全开高，达到其额定排量。

当系统压力开始下降时，导阀活塞位置下降，导阀出口密封关闭，进口密封重新开启，系统压力进入气室，主阀开始关闭。当系统压力降至回座压力时，主阀回座。

调制型先导式安全阀的特点：①随系统超过压力值的增加（或减少）而比例开启（或关闭），减少介质损耗；②减少了阀门动作时对被保护装置的冲击载荷；③允许系统工作压力接近安全阀的整定压力；④阀座软密封保证安全阀起跳前后的良好密封性；⑤安全阀的动作性能和开启高度不受背压的影响；⑥导阀非流动型结构设计减少有害介质的排放，避免污染环境；⑦导阀出口可直接与排放管路相连而不受背压影响；⑧可在线检测安全阀的整定压力。

当先导式安全阀的整定压力值较高时，可以将主阀阀体设计为双出口的形式，以平衡安全阀排放时的反作用力，减小对于安装管线的冲击载荷，如图3⁃10所示。

图3⁃10 双出口型先导式安全阀

图3⁃11 先导式安全阀的附件

可以为先导式安全阀选择各种附件以提供附加功能，如图3⁃11所示。常用的附件如下。

（1）在线检测装置 先导式安全阀使用该附件可以方便地在正常的系统工作期间校验整定压力。现场试验压力通常来自一个单独的能源，如一个氮气瓶。气体通过一个仪表阀缓慢地供应，导阀和主阀气室被增压，以模拟增加的系统压力，通过现场试验压力驱动导、主阀的动作，完成安全阀的在线检测定压。

（2）回流保护器 当出口压力（附加背压）大于当时的系统操作压力时，防止先导式安全阀发生回流。当存在足够的回流压差时，主阀阀瓣的抬升作用力将大于其压紧作用力，导致主阀非正常开启，使介质发生回流。回流保护器将出口压力与操作压力进行比较，若出口压力大于操作压力，可将出口压力引入主阀气室，使得主阀阀瓣的气室内始终保持出口压力或者操作压力的较大值，因而保证了阀瓣、阀座之间的密封，克服了回流压差的作用，如图3⁃8所示。回流保护器内的材料和密封的选择应与先导式安全阀相一致。

（3）导阀过滤器 导阀过滤器防护来自介质中的颗粒物进入导阀。该附件安装在导阀进口管线中。

（4）远程压力感应连接 通过远程压力感应装置，使导阀在最准确反映被保护系统的实际操作压力之处感应系统压力。它也能用于消除由于进口管线的压降损失而导致的在排放期间发生的不准确的系统压力指示。附加了远程感应管线后，可使导阀正确感应系统压力，并且防止阀门由于较大的进口管道压力损失而造成频跳或颤振等机械特性问题，如图3⁃12所示。

图3⁃12 典型先导式安全阀的安装（摘自API RP 520—2003）