如何选择合适的安全阀

安全阀动作的可靠性直接关系到设备乃至人身的安全。而按照被保护设备的工作条件正确选用安全阀，是保证安全阀正常工作，甚至关系安全阀能否起到安全保护作用的先决条件。

选用安全阀涉及两个方面的问题：一方面是被保护设备或系统的工作条件，例如工作压力、允许超压限度、防止超压所必需的排放量、工作介质的特性、工作温度等；另一方面则是安全阀本身的动作特性和参数指标。下面主要从安全阀的角度来说明选用的要点：

（１）公称压力的确定 在ＧＢ/Ｔ １０４８—２００５《管道元件的公称压力》中规定了阀门的公称压力。试验压力和各级工作温度下的最大工作压力（表４-１和表４-２）。在同一公称压力下，当工作温度提高时，其最大工作压力即相应降低。在选用安全阀时，应根据阀门材料、工作温度和最大工作压力，按上述升温降压表确定阀门的公称压力。

（２）工作压力级的确定 安全阀的开启压力（即整定压力）可以通过改变弹簧预紧压缩量来进行调节。但每一根弹簧都只能在一定的开启压力范围内工作，超出了该范围就要另换弹簧。这样，同一公称压力的阀门就按弹簧设计的开启压力调整范围划分为不同的工作压力级，见表４-３。

选用安全阀时，应根据所需开启压力值确定阀门工作压力级。

（３）通径的选取 安全阀通径应根据必需排放量来确定。就是使所选用安全阀的额定排量大于并尽可能接近必需排量。当发生异常超压时，防止过分超压的必需排放量，由系统或设备的工作条件及引起超压的原因等因素决定。而安全阀的额定排量按下列公式计算。

１）安全阀的排量计算。

①介质为气体。当阀门出口绝对压力与进口绝对压力之比σ小于或等于临界压力比σ^∗时，

表４-１ 碳素钢制阀门

表４-２ 含钼不少于０.４%的钼钢及铬钼钢制阀门

表４-３ （单位：ＭＰａ）

①有ＰＮ２５系列时，采用本行。

②无ＰＮ２５系列时，采用本行。

ｐ_ｄｒ=１.１ｐ_ｓ+０.１ （４-３）

式中 Ｗ_ｒ——额定排量（ｋｇ/ｈ）；

Ｋ_ｄｒ——额定排量系数；

Ｃ——气体特性系数，为等熵指数κ的函数，其圆整数值见表４-４；

Ａ——流道面积（ｍｍ^２）；

ｐ_ｄｒ——绝对额定排放压力（ＭＰａ）；

Ｍ——气体摩尔质量（ｋｇ/ｋｍｏｌ）；

Ｔ——排放时阀进口绝对温度（Ｋ）；

Ｚ——气体压缩系数，根据介质的对比压力和对比温度确定，如图４-１８所示；

κ——等熵指数，见表４-４；

ｐ_ｓ——整定压力（ＭＰａ）。

临界压力比σ^∗按式（４-４）计算或查表４-５。

当σ＞σ^∗时，按式（４-１）计算的额定排量应乘以排量的背压修正系数Ｋ_ｂ。Ｋ_ｂ按式（４-５）计算或查表４-６。

②介质为蒸汽。阀门出口绝对压力与进口绝对压力之比σ小于或等于临界压力比σ^∗。

当ｐ_ｄｒ≤１１ＭＰａ时，

Ｗ_ｒ=５.２５/Ｋ_ｄｒＡｐ_ｄｒＫ_ｓｈ （４-６）

当１１ＭＰａ＜ｐ_ｄｒ≤２２ＭＰａ时，

图４-１８ 压缩系数Ｚ与对比压力ｐ_ｒ和对比温度Ｔ_ｒ的关系

ｐ_ｃ—介质临界点绝对压力（ＭＰａ） Ｔ_ｃ—介质临界点热力学温度（Ｋ）

ｐ_ｄｒ=１.０３ｐ_ｓ+０.１

式中 ｐ_ｄｒ——绝对额定排放压力（ＭＰａ）；

Ｋ_ｓｈ——过热修正系数，见表４-７。

③介质为液体。

Δｐ=ｐ_ｄｒ-ｐ_ｂ （４-９）

ｐ_ｄｒ=１.２ｐ_ｓ

式中 Δｐ——阀前后压差（ＭＰａ）；

ρ——介质密度（ｋｇ/ｍ^３）；

ｐ_ｄｒ——绝对额定排放压力（ＭＰａ）；

ｐ_ｂ——阀门出口压力（ＭＰａ）。

上述各式中的安全阀额定排量系数Ｋ_ｄｒ与阀的结构、开启高度、流体排放通道部分的形状和尺寸等诸多因素有关，其精确值应在阀门制成后通过试验测定。在设计阶段，可参照以往类似结构的阀门确定，或按表４-８选取。

表４-４ 气体特性系数Ｃ与κ值的对应关系

表４-５ 临界压力比σ^∗与κ值的对应关系

２）安全阀流道尺寸及公称尺寸的确定。在式（４-１）、式（４-６）～式（４-８）中，令额定排量等于被保护设备的安全泄放量，即可计算出安全阀必须的流道面积Ａ。安全阀的流道直径

可按表４-９选取稍大而又接近计算值的流道直径标准值；根据实际使用需要，可以选用非标准的ｄ_０值。

流道直径ｄ_０确定后，即可按表４-９或者按ＡＳＭＥ Ｂ１４６.１、ΓＯＣＴ １２５３２等标准中规定的对应关系确定安全阀的公称尺寸。安全阀阀座喉部截面积Ａ_１按喉部直径ｄ_０计算，见表４-１０。

表４-６ 排量的背压力修正系数Ｋ_ｂ

表４-７ 过热修正系数Ｋ_ｓｈ

（续）

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（续）

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表４-８ 安全阀额定排量系数Ｋ_ｄｒ

注：ｄ_０—安全阀流道直径。

表４-９ 安全阀公称尺寸ＤＮ与流道直径ｄ_０ （单位：ｍｍ）

表４-１０ 安全阀阀座喉部截面积

（４）安全阀的额定排放压力 安全阀的额定排放压力按ＧＢ/Ｔ １２２４３—２００５《弹簧直接载荷式安全阀》的规定。蒸汽用安全阀的排放压力应小于或等于开启压力的１.０３倍；空气或其他气体用安全阀的排放压力应小于或等于开启压力的１.１０倍；水或其他液体用安全阀的排放压力应小于或等于开启压力的１.２０倍。

（５）安全阀的额定排量 安全阀的额定排量也可以从表４-１０～表４-１５中查得。对于空气和蒸汽，表中所列数值仅当排放时安全阀出口与进口的绝对压力之比小于或等于临界压力比时才适用。

双联安全阀的公称尺寸系指Ｙ形接头的进口通径。ＳＡ３７Ｈ型双连微启式安全阀是在一个Ｙ形接头上装设两个同样规格的Ａ４７Ｈ型安全阀而构成的；ＳＡ３８Ｙ型双联全启式安全阀是在一个Ｙ形接头上装设两个同样规格的Ａ４８Ｙ型安全阀而构成的。

表４-１１ 全启式安全阀额定排量 （单位：ｋｇ/ｈ）

注：工作介质：空气；工作温度：Ｔ=３００°Ｋ；超过压力：１０%；额定排量系数，Ｋ_ｄｒ=０.７５。

表４-１２ 全启式安全阀额定排量 （单位：ｋｇ/ｈ）

注：工作介质：饱和水蒸气；超过压力：３%；额定排量系数，Ｋ_ｄｒ=０.７５。

表４-１３ 微启式安全阀额定排量 （单位：ｋｇ/ｈ）(www.xing528.com)

注：工作介质：空气；温度：Ｔ=３００°Ｋ；超过压力：１０%。

表４-１４ 微启式安全阀额定排量 （单位：ｋｇ/ｈ）

注：工作介质：饱和水蒸气；超过压力：３%。

表４-１５ 微启式安全阀额定排量 （单位：ｋｇ/ｈ）

注：工作介质：水；超过压力：１０%；出口压力：大气压。

（６）安全阀材质的确定 确定安全阀的材质应考虑工作温度、工作压力、介质性质和经济性等多种因素。

１）壳体常用材料及其使用温度范围。

①国产材料（表４-１６）。

表４-１６ 国产材料及其使用温度范围

（续）

注：凡带（ ）号的材料，国内厂家可制造，但还未列入国家标准或部标准。

①见ＧＢ/Ｔ １２２２６《通用阀门 灰铸铁件技术条件》。

②见ＧＢ/Ｔ ９４４０《可锻铸铁件》。

③见ＧＢ/Ｔ １２２２７《通用阀门 球墨铸铁件技术条件》。

④见ＧＢ/Ｔ １２２２８《通用阀门 碳素钢锻件技术条件》；ＧＢ/Ｔ １２２２９《通用阀门 碳素钢铸件技术条件》。

⑤见ＧＢ/Ｔ ３０７７《合金结构钢》。

⑥见ＧＢ/Ｔ １２２３０《通用阀门 不锈钢铸件技术条件》。

⑦见ＧＢ/Ｔ １２２０《不锈钢棒》。

⑧见ＧＢ/Ｔ １２２２５《通用阀门 铜合金铸件技术条件》。

②美国ＡＳＴＭ材料（表４-１７）。

表４-１７ 美国ＡＳＴＭ材料及其使用温度范围

（续）

（续）

①仅适用对焊连接阀门。

②适用法兰连接阀门。

２）常用内件材料的组合（表４-１８、表４-１９）。

表４-１８ 常用内件材料的组合

表４-１９ 耐磨损、耐擦伤性能

（续）

注：∗—满意；—尚好；无记号表示不良。

３）内件材料的使用温度（表４-２０）。

表４-２０ 内件材料的使用温度

４）常用密封面材料的适用介质（表４-２１）。

表４-２１ 常用密封面材料的适用介质

（续）

５）建议零件选用的材质。

①碳素钢制安全阀用于公称压力≤ＰＮ３２０，工作温度-２９～４５０℃的水、蒸汽、空气、氢气、氨气、氮气及石油产品等介质的碳素钢制安全阀，其主要零件材料按表４-２２选用。

表４-２２ 主要零件材料

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①用于≤ＰＮ１６０。

②高温钢制安全阀。用于公称压力≤ＰＮ１６０，温度≤５５０℃的蒸汽及石油产品等介质的高温钢制阀门，其主要零件材料按表４-２３选用。蒸汽性质修正系数Ｃ见表４-２４。

表４-２３ 主要零件材料

（续）

表４-２４ 蒸汽性质修正系数Ｃ

（续）

（７）其他事项 选用安全阀时，还应确定下列事项：

１）封闭式或开放式。封闭式安全阀的阀盖和罩帽等是封闭的。具有两重作用：一种是仅仅为了保护内部零件，防止灰尘等外界杂物侵入，而不要求气密性；另一种是为了防止有毒、易燃等类介质溢出或为了回收介质而采用的，故要求气密性。当选用封闭式并要求做出口侧气密性试验时，应在订货时说明。气密试验压力为０.４～０.７ＭＰａ。

开放式安全阀由于阀盖是敞开的，因而有利于降低弹簧腔室温度，主要用于蒸汽等介质的场合。

２）是否带提升扳手。若要求对安全阀做定期开启试验时，应选用带提升扳手的安全阀。当介质压力达到开启压力的７５%以上时，可利用提升扳手将阀瓣从阀座上略为提起，以检查阀门开启的灵活性。

（８）特殊结构安全阀的选用

１）带散热器安全阀。用于介质温度较高的场合，以便降低弹簧腔室的温度。一般当封闭式安全阀使用温度超过３００℃时，以及开放式安全阀使用温度超过３５０℃时，应选用带散热器的安全阀。

２）波纹管安全阀。主要用于下列两种情形：

①用于平衡背压。背压平衡式波纹管安全阀的波纹管有效直径等于阀门密封面平均直径。因而在阀门开启前背压对阀瓣的作用力处于平衡状况，背压变化不会影响开启压力。当背压是变动的，其变化量超过整定压力的１０%时，应选用这种安全阀。

②用于腐蚀性介质场合。利用波纹管把弹簧及导向机构等与介质隔离，从而防止这些重要部位因受介质腐蚀而失效。

（９）安全阀订货须知 订购安全阀应注明下列各项：

１）安全阀的型号、公称尺寸。

２）安全阀工作压力级或开启压力（整定压力）值。

３）有下列要求者应加注明：封闭式安全阀要求做出口侧密封试验的；不锈钢安全阀要求做晶间腐蚀试验的。

规格表中没有的以及特殊要求的安全阀，订货时另应注明以下各项：

１）安全阀开启压力（整定压力）及最大允许超过压力（或排放压力）。

２）必需排量及拟装设阀门数量。

３）使用介质及其密度（液体）或相对分子质量（气体蒸汽）。

４）进口介质温度。

５）阀门背压。

６）其他要求，如是否封闭式，是否带扳手等。