安全阀出口管路的设计要保证流动的顺畅,不会发生流动的阻塞。在API RP 520⁃Ⅱ—2013中规定,在进行安全阀排放管线的设计时,应当考虑到附加背压和排放背压对于安全阀动作特性的共同影响,排放管线的设计应使得系统中任何安全阀的背压都不超过允许值。ASME规范中规定,泄放管线的尺寸应当足够,以保证当管线内可能存在或产生压力时,不会使泄放装置的泄放排量低于正常的保护容器安全所需的排量或影响压力泄放装置的正常动作。《石油化工金属管道布置设计规范》中也明确规定安全阀出口管道的设计应考虑背压不超过安全阀定压的一定值。
为了研究出口面积对安全阀排放能力的影响规律,进行不同出口面积下、不同进口压力下的流场计算,表5⁃3为计算结果。
表5⁃3 不同出口通径的计算数值比较
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运动件背面静压力是运动件背面各作用面上静压力(图5⁃27)的平均值(Area⁃weight average)。
图5⁃27 运动件背压作用面示意图
从表5⁃3中数据可以看出,进口压力相同,出口公称尺寸不同,其排量变化不大,出口面积小的排量数值略小于出口面积大的。但是,进口压力相同,出口通径不同,其背压力数值不同,出口面积小的背压数值大。
虽然表5⁃3中数据表明排放能力并没有因出口面积缩小而削弱,但这是在安全阀开启高度不变的情况下得到的。本章前面的论述指出了,安全阀的开启高度是影响其排放能力的最主要的因素。因此,安全阀出口面积减小后,排放能力是否会受到影响,要看背压的增加是否引起了安全阀开启高度的减小。(www.xing528.com)
高背压的安全阀要想保证足够的开启高度是比较困难的,必须要采取措施,提高安全阀的启跳性能。或是改进升力结构,或是改变弹簧刚度,使运动件能够克服背压,达到设计开启高度。否则,其排放能力必将因为开启高度不足而大打折扣。而且,背压的增加还极易造成安全阀的不稳定动作,如频跳、颤振等。
因此,减小安全阀出口面积,会给安全阀的设计增加很多难度,给安全阀的工作性能带来隐患,具体来说就是导致安全阀的排放能力下降和极易造成频跳或颤振的发生。
为了不影响安全阀的性能,安全阀的出口面积要足够大,《石油化工压力管道设计手册》中要求安全阀出口接管直径应比安全阀进口直径大1~3个级别。因此,所有用于可压缩流体的安全阀,其出口通径均是大于进口通径的。但是不同制造标准的安全阀,其具体配置各不相同。
目前中国国内市场上的安全阀产品按制造标准不同,可以分为三类,API标准安全阀、JB标准安全阀和DIN标准安全阀。
表5⁃4详细地列出了三种采用不同制造标准的安全阀出口公称尺寸及喉部流道配置,从中可以看出,对于同样的喉部面积,根据其压力等级的不同,会配置不同的出口面积。压力等级(即工作压力)提高,出口流通面积要相应增大。三种制造标准中,均出现这种情况。根据上面的分析,这样设计的目的是考虑到进口压力提高后,如果还采用原先的出口公称尺寸,会造成阀体腔内背压的大幅度增加。因此为了减小背压,保证安全阀的动作性能,有意识地增加了出口流通面积。
从表5⁃4中还可以看出,三种制造标准中,对于同样的(或相近的)喉部面积,所配置的出口通径有时是不同的。JB标准安全阀和DIN标准安全阀的基本一致,API标准安全阀的出口通径普遍要大于这两个标准的,尤其在小口径安全阀上。可见,API标准安全阀的设计更加合理。
表5⁃4 不同标准安全阀出口及喉部流道配置
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