1、安全阀基本知识及安装与维修1 安全阀的用途和作用原理2 对安全阀的要求2.1 对安全阀的基本要求2.2 有关安全阀性能的术语2.3 安全阀的主要性能指标3 安全阀的种类及其特点3.1 按作用原理分类3.2 按动作特性分类3.3 按开启高度分类3.4 按有无背压平衡机构分类3.5 按出口侧是否密封分类4 安全阀的主要结构型式5 安全阀的选用5.1 安全阀型号编制方法5.2 如何选择安全阀类型5.3 如何确定安全阀的流道直径和公称通径5.4 选用安全阀所需的数据6 安全阀的安装和试验要求6.1 安全阀的安装要求6.2 安全阀的试验要求1安全阀的用途和作用原理安全阀是锅炉、压力容器和其他受压设备的保
2、护装置，用来防止受压设备中的压力超过设计允许值，从而保护设备及其运行人员的安全。由于安全阀可以不依赖任何外部能源而动作，所以常常作为受压设备的最后一道保护装置。从这个意义上说，它的作用是不能用其他保护装置来代替的。当受压设备中介质的压力由于某种原因而异常升高，达到预先的设定值时，安全阀自动开启，继而全量排放，以防止压力继续升高；当介质压力由于安全阀的排放而降低，达到另一预定值时，阀门又自动关闭，阻止介质继续排出。当介质压力处于正常工作压力时，阀门保持关闭和密封状态。以下分别以弹簧直接载荷式安全阀和先导式安全阀为例，进一步说明安全阀的作用原理。图1-1是弹簧直接载荷式安全阀的示意图。当被保护设备
3、中（即安全阀进口处）介质处于正常工作压力时，弹簧载荷大于介质静压力对阀瓣的作用力，使阀门处于关闭状态。上述两个作用力的差值产生使阀瓣和阀座（统称为关闭件）密封面间相互压紧的力（即密封力）。只要这个密封力足够大（相对于由密封面及介质状况决定的必需密封力而言），就能阻止介质泄出，使阀门达到必要的密封性。如果介质压力升高，超过正常工作压力时，密封力就随之减小。小到一定程度时，介质开始泄出（称为“前泄”）。随着介质压力进一步升高，当介质对阀瓣的作用力同弹簧力达到平衡时，阀瓣开始脱离阀座而升起，称为“开启”。压力继续升高时，阀瓣达到设计的开启高度，作全量排放。只要阀门的排量足够大，设备中的压力就会降低。
4、压力降低到一定程度时，阀门由于弹簧力的作用而重新关闭。 图1-1 弹簧直接载荷式安全阀示意图先导式安全阀由主阀和导阀组成。导阀随设备介质压力的变化而动作，主阀则由导阀的驱动或控制而动作。图1-2是先导式安全阀的动作原理图。当被保护系统处于正常运行状况时，导阀阀瓣处于关闭状态。系统压力从主阀进口通过导管和导阀传入主阀阀瓣（活塞）上方气室。由于活塞面积大于阀瓣密封面面积，系统压力对阀瓣产生一个向下的合力，使主阀处于关闭、密封状态。 图 1-2 先导式安全阀动作原理当系统压力升高达到整定压力时，导阀开启，同时滑阀向上移动封闭导阀的进气通道。主阀阀瓣上方气室的介质经由打开的导阀排出，使主阀阀瓣上方压力
5、降低。主阀阀瓣在进口压力的推动下打开而使系统卸压。当系统压力降低到一定值时，导阀回座并带动顶杆顶开滑阀。系统压力再次通过导阀传入主阀阀瓣上方气室，并推动主阀阀瓣关闭。2对安全阀的要求2.1 对安全阀的基本要求安全阀的功能是通过下列动作过程来实现的：1. 安全阀处于关闭密封状态；2. 安全阀开启（或称初始开启）；3. 安全阀排放（或称全开启）；4. 安全阀关闭（或称回座）并恢复密封。对安全阀的基本要求就是同上述动作过程联系在一起的，主要有以下几点：1必要的密封性当被保护设备处于正常运行压力时，安全阀应保持必要的密封性。安全阀的泄漏意味着介质和能量的持续损耗，过大的泄漏甚至会影响到设备和系统的正常
6、工作；持续的泄漏还会造成对安全阀密封面的冲蚀，这将使泄漏加剧，以致发展到不能正常工作的地步。对于安全阀来说，使其关闭件保持良好的密封比起截止类阀门要困难得多。这是因为安全阀关闭件密封面之间相互压紧的密封力决定于阀门整定压力（即开启压力）同设备运行压力的差，是一个不大的值。因此，对于安全阀特别是金属密封面的安全阀，要达到完全无泄漏是十分困难的。但必须把泄漏率控制在标准或规范允许的范围内。2可靠地开启当进口压力达到预先整定的压力值时，安全阀应及时准确地开启（初始开启）。换言之，安全阀的开启压力对其整定压力的偏差应在标准或规范规定的范围内。3稳定地排放当阀进口压力继续升高到超过整定压力一个规定的数值
7、时，安全阀应达到设计的开启高度，进入排放状态。排放压力（全开启压力）应小于或等于标准规定的极限值。排放应是稳定的，即没有频跳、颤振、卡阻等现象。因为这些现象会导致安全阀排放能力降低，并可能损坏关闭件密封面，还会引起被保护设备和系统内较大的压力波动，在液体介质的场合甚至可能造成水击。4适时地关闭由于安全阀的排放而使设备和系统中的压力降低之后，安全阀应适时地关闭（亦称回座）。回座压力过低意味着介质和能量的过多损耗，也会给设备和系统恢复正常运行增加困难。但回座压力也不宜过高。如果回座压力高到接近开启压力，容易导致阀门重新开启，造成阀门频跳。回座压力过高也不利于安全阀在关闭后重新建立密封。在有关标准和
8、规范中对回座压力的合适范围也作了规定。5关闭后的密封安全阀关闭后，应能有效地阻止介质继续流出，并重新达到密封状态。但安全阀在开启之后重建密封要比维持既有的密封状态更加困难。多种因素会影响到关闭后的密封，如介质的状况（是否含有固体颗粒，排放时是否发生结晶或结焦等），排放过程中阀门零件温度分布的变化，关闭过程的动作特性及回座压力的高低等。在上述对安全阀的基本要求中，可靠地开启并稳定地排放是首要的要求，因为安全阀防超压的功能正是通过其排放过程来实现的。回座和密封要求虽然也很重要，但相比之下还是第二位的。此外，安全阀同爆破片、折断销、易熔塞等只能使用一次的压力释放装置不同，是一种可以多次使用的“重闭式
9、”压力释放装置。因而还要求其动作性能具有满意的重复性。在有关安全阀试验的标准中，通常要求对同一工况下的动作试验至少进行三次，就是为了确认安全阀动作的重复性。2.2 有关安全阀性能的术语对安全阀的基本要求，体现在安全阀的主要性能指标中。为了说明这些性能指标，有必要了解涉及安全阀性能的一些术语。1. 整定压力（Set pressure）亦称开启压力或初始开启压力，是安全阀阀瓣在运行条件下开始从阀座上升起时的进口压力。从理论上讲，在该压力下，由介质压力产生的使阀瓣开启的力同使阀瓣保持在阀座上的力相互平衡。而在实践中，所谓阀瓣开始升起，通常可以用下列方法来加以判断：一是在测量阀瓣开启高度的位移传感器上
10、出现首次位移指示；二是凭视觉或听觉感知介质开始连续地排出。2. 排放压力（Relieving pressure）阀瓣达到设计开启高度时的阀进口压力。3. 超过压力（Over pressure）排放压力与整定压力之差。4. 额定排放压力（Rated relieving pressure）标准或规范规定的排放压力上限值。5. 回座压力（Re-seating pressure）安全阀排放后阀瓣重新与阀座接触，即开启高度再变为零时的进口压力。6. 启闭压差（Blowdown）整定压力与回座压力之差。7. 密封试验压力（Leak test pressure）进行密封试验时的阀进口压力。在该压力下测量通过
11、关闭件密封面的泄漏率。8. 背压力（Back pressure）安全阀出口压力。9. 附加背压力（Superimposed back pressure）安全阀开启之前在阀出口处已存在的压力。是由其他压力源在排放系统中引起的，也称为静背压。10. 排放背压力（Built-up back pressure）安全阀开启后，由于介质通过排放系统排放而在阀出口处产生的压力。是由排放系统对排放介质的阻力而引起的。也称为动背压。11. 冷态试验差压力（CDTP即Cold differential test pressure）安全阀在试验台上调整到开启时的进口压力。该压力包含了对背压力及温度等运行条件所作的修
12、正。12. 流道面积（Flow area）阀进口端到关闭件密封面之间流道的最小截面积。亦称喉部面积。13. 流道直径（Flow diameter）对应于流道面积的直径。亦称喉径。14. 开启高度（Lift）阀瓣离开关闭位置的实际行程。15. 帘面积（Curtain area）当阀瓣在阀座上方升起时，在它们的密封面之间形成的圆柱面形或圆锥面形通道面积。16. 排放面积（Discharge area）阀门排放时流体通道的最小截面积。对于全启式安全阀，排放面积等于流道面积；对于微启式或中启式安全阀，排放面积等于帘面积。17. 理论排量（Theoretical flowing capacity）一个流
13、道截面积与安全阀流道面积相等的理想喷管的计算排量。计算理论排量时，假定喷管无阻力，介质作等熵流动，喷管前压力为额定排放压力。18. 实际排量（Measured flowing capacity）当阀前压力为额定排放压力时由试验测定的实际通过安全阀的排量。由于安全阀的流道与喷管的流道有差别，由于实际上存在流动阻力，所以实际排量小于理论排量。19. 排量系数（Coefficient of discharge）实际排量与理论排量的比值。20. 额定排量（Certified capacity）实际排量中允许作为安全阀应用基准的那一部分。其值为实际排量乘以减低系数（通常取0.9）。21. 额定排量系数（
14、Rated coefficient of discharge）额定排量与理论排量的比值。通常把几次测定的排量系数的平均值乘以减低系数作为额定排量系数。22. 机械特性（Mechanical characteristics）指安全阀机械动作的特性。包括回座特性是否良好，有无频跳、颤振和卡阻等现象。23. 频跳（Chatter）阀瓣迅速、异常地来回运动，在运动中阀瓣接触阀座。24. 颤振（Flutter）阀瓣迅速、异常地来回运动，在运动中阀瓣不接触阀座。2.3 安全阀的主要性能指标性能指标是对安全阀性能要求的具体化。这些指标在安全阀的技术标准及有关锅炉和压力容器的规范中作了规定。以下所列是一些主要
15、的标准和规范：GB/T 12241 安全阀一般要求GB/T 12243 弹簧直接载荷式安全阀GB/T 12242 压力释放装置 性能试验规范劳动部压力容器安全技术监察规程劳动人事部蒸汽锅炉安全技术监察规程ZBJ 98013 电站安全阀技术条件ISO 4126-1 安全阀 第一部分 一般要求ASME锅炉和压力容器规范：第卷动力锅炉建造规则，第卷核动力装置设备建造规则 ，第卷压力容器建造规则ASME PTC 25 压力释放装置 性能试验规范API RP 520 炼厂压力释放装置的选型、确定通径及安装API Std. 527 压力释放阀的阀座密封性JIS B8210 蒸汽及气体用弹簧安全阀BS 11
16、23 空气储器及压缩空气装置用的安全阀、仪表和其他安全附件规范BS 6759 第一部分 蒸汽及热水用安全阀技术规范德国压力容器规范AD-A2 防超压安全装置安全阀德国蒸汽锅炉技术规范TRD 421 压力释放装置用于、和组蒸汽锅炉的安全阀安全阀的主要性能指标包括排放压力、启闭压差、整定压力偏差等动作性能指标，以及用密封试验压力和允许泄漏率来表示的密封性能指标。表2-1至表2-4列出了一些标准和规范中对安全阀主要性能指标的规定。表2-1 蒸汽用安全阀动作性能指标表2-2 气体用安全阀动作性能指标表2-3 液体用安全阀动作性能指标表2-4 安全阀密封性能指标3 安全阀的种类及其特点安全阀的种类颇多，
17、其分类方法不一而足。现择其主要者分述如下。3.1 按作用原理分类3.1.1 直接作用式安全阀也称直接载荷式安全阀（Direct-loaded safety valve）。是在工作介质的直接作用下开启的。即依靠工作介质压力产生的作用力来克服弹簧或重锤等加于阀瓣的机械载荷（直接载荷），使阀门开启。它具有结构简单、反应快速、可靠性好等优点。但因为依靠机械加载，其载荷大小受到限制，也就限制了口径和压力的范围。同时，这类安全阀关闭件密封面上的密封力决定于阀门整定压力与系统正常运行压力之差，是一个不大的值，所以要达到良好的密封就比较困难。尤其对于金属密封面的情形更是如此。为了达到密封，需要采取特殊的结构形
18、式和进行精细的加工与装配。在直接作用式安全阀中有一类特殊的形式，即带补充载荷的安全阀（Supplementary loaded safety valve）。图3-1是这类安全阀的一个例子。这种安全阀除依靠弹簧加载外，在其进口压力达到整定压力之前还始终保有一个由外部能源（气力的、电磁力的等等。图3-1中为作用在活塞上方的压缩空气）提供、用来增强密封的补充载荷。该补充载荷在介质压力达到整定压力时应可靠地释放掉，否则就会阻碍安全阀的正常开启。图3-13.1.2 非直接作用式安全阀这种安全阀不是或不完全是在工作介质的直接作用下开启的。它们又可区分为下列两种形式： 先导式安全阀 (Pilot opera
19、ted safety valve)先导式安全阀由主阀和导阀组成。导阀随设备介质压力的变化而动作，主阀则由导阀的驱动或控制而动作。导阀本身通常是一个直接作用式安全阀。但有时也采用其他形式的阀门例如电磁安全阀作为导阀，或者把它与直接作用式导阀并用，即对同一主阀设置多重导阀控制。先导式安全阀的主阀可以不依靠机械加载，所以其口径和压力不受限制。它的主阀还可以设计成依靠工作介质压力来密封的形式，因而具有良好的密封性。此外，它的动作很少受背压变化的影响。由于上述这些原因，先导式安全阀同直接作用式安全阀一样得到了广泛的应用。这种安全阀的缺点在于它的可靠性同主阀和导阀两者有关，而且结构比较复杂。在一些特别重要
20、的应用场合为了提高可靠性往往需要采用多重导阀控制，这就更增加了其结构的复杂程度。 带动力辅助装置的安全阀 (Assisted safety valve)在这种安全阀中，借助一个动力辅助装置，可以在低于正常开启压力的情况下强制使阀门开启。如果辅助装置失灵，阀门仍能如直接作用式安全阀一样动作。图3-1所示的阀门，当压缩空气是从活塞下方进入时，就是一个带动力辅助装置的安全阀。这种安全阀适用于需要开启压力很接近工作压力的场合，需要定期开启安全阀以吹除粘着、冻结的介质的场合。同时也为运行人员提供了一种在紧急情况下强制开启安全阀的手段。3.2 按动作特性分类3.2.1 比例作用式安全阀即泄放阀（Relie
21、f valve）如图3-2所示，这种阀门的开启高度（h）系随压力（P）的升高而逐渐变化，即具有开启高度同压力升高值大体成比例的特点。这种安全阀适合用于液体介质的场合，因为其开启和关闭过程比较平稳，不致引起被保护系统内液体压力很大波动。它也适用于系统的必需排量不是固定值的情形，因为其开启高度可在一定范围内随系统排量和压力的不同而变化。图3-23.2.2 两段作用式安全阀或突跳动作式安全阀即安全阀（Safety valve）如图3-3所示，这种安全阀的开启过程分为两个阶段：其前一阶段，阀瓣是随压力的升高而比例开启的；而在压力升高一个不大的数值之后，阀瓣的开启即进入第二阶段，就是在压力几乎不再升高的
22、情况下急速地开启到规定的开启高度。这种安全阀适用于气体介质。气体在排放时伴随着很大的体积膨胀，如果没有突然的急速开启过程就难以保证在压力升高不多的条件下快速地释放介质。两段作用式安全阀由于具有突开动作，因而能在规定的升压限度内达到较大的开启高度。但这种安全阀不能用于液体介质。因为其急速开启，特别是急速关闭的动作会引起被保护系统内液体压力很大的波动，甚至造成水击。图3-33.2.3 安全泄放阀（Safety relief valve）依其工作介质不同（气体或液体），这种阀门的动作特性可为突跳动作式，或为比例作用式。3.3 按开启高度分类3.3.1 微启式安全阀我国生产的微启式安全阀主要有开启高度
23、大于等于1/40流道直径和开启高度大于等于1/20流道直径的两种。微启式安全阀的动作特性是比例作用式的。3.3.2 全启式安全阀其开启高度大于等于1/4流道直径。此时，帘面积大于流道面积。这种安全阀的动作特性属于两段作用式。3.3.3 中启式安全阀开启高度介于微启式与全启式之间。其动作特性通常相当于安全泄放阀。3.4 按有无背压平衡机构分类如图3-4所示，当安全阀不带背压平衡机构时，背压对阀瓣产生一个向下的合力。如果背压是变化的，背压对阀瓣产生的向下合力也是变化的。这一变化就会导致安全阀开启压力的变化。图3-43.4.1 背压平衡式安全阀在这种安全阀中设置了诸如波纹管、活塞或膜片之类平衡背压作
24、用的元件。这些元件的有效面积等于安全阀关闭件密封面积，所以在阀门开启之前，背压（附加背压）对阀瓣上下两侧的作用力相互平衡。附加背压的变化不会影响到开启压力的大小。背压平衡式安全阀适用于下列情形： 附加背压是变化的，且其变化量（相对于开启压力而言）较大时。此时为避免附加背压的变化对开启压力产生过大的影响，必须采用背压平衡式安全阀。例如，当开启压力的允许偏差为3%时，如果附加背压的变化量超过整定压力的6%，则仅仅由于附加背压变化造成的开启压力偏差就会超过允许值了。 排放背压超过允许的超过压力，例如当允许超过压力为10%整定压力而排放背压超过10%整定压力时。对于常规式安全阀，过高的排放背压会使阀瓣
25、升力减小，导致阀门动作不稳定，产生频跳或颤振。而对于平衡式安全阀，排放背压对阀瓣升力的影响则较小。产生% 总背压（附加背压加排放背压）通常不超过整定压力的50%。应当指出，背压平衡式安全阀虽然能够避免阀门开启之前背压（即附加背压）的变化对开启压力的影响，但却无法完全消除背压对阀门开启后动作性能的影响，所以应对总背压值给予限制。即便在上述限制范围内，由于背压会对阀瓣的未平衡部分产生一个关闭力，从而可能导致开高减小而使排量减少，因此还应进行对排量的背压修正。3.4.2 常规式安全阀常规安全阀是相对于背压平衡式安全阀而言的。它不带背压平衡机构，适用于下列情形： 排放背压不超过允许的超过压力。例如当允
26、许的超过压力为整定压力的10%时，排放背压应不超过整定压力的10%。 附加背压为固定值，或者附加背压相对于开启压力而言变化量不大的场合。但对于气体介质，如果在背压力作用下阀门的排放处于亚临界流动状况（当背压力与排放压力之比大于临界压力比时），则应进行对排量的背压修正。3.5 按出口侧是否密封分类3.5.1 封闭式安全阀这类安全阀的出口侧是对大气密封的。当用于有毒、有害、易燃等介质时为了防止介质向周围环境逸出，或为了回收排放的介质，以及当存在附加背压时，都应采用封闭式安全阀。3.5.2 开放式安全阀安全阀的出口侧向大气开放。当介质可以向周围环境释放时，当用于高温蒸汽等介质，为了降低弹簧腔室的温度
27、时，可采用开放式安全阀。4安全阀的主要结构型式4.1 不带调节圈的微启式安全阀如图4-1所示。阀门不带调节圈，不能对排放压力和启闭压差进行调节。4.2 带调节圈的微启式安全阀如图4-2所示。在阀座上设有一个调节圈，可对排放压力和启闭压差进行调节。 图4-1 图4-24.3 反冲盘加调节圈的全启式安全阀如图4-3所示。由于反冲盘使排放的气流发生折转而产生较大的阀瓣升力，使阀门达到大的开启高度。调节圈可用来对排放压力和启闭压差进行调节。图4-3 图4-44.4 带双调节圈的全启式安全阀如图4-4所示。在阀门的导向套和阀座上各设置了一个调节圈（亦称上、下调节圈），通过上、下调节圈位置的不同组合来对气
28、流作用在阀瓣上的力进行调节，从而调节阀门的排放压力和启闭压差。4.5 带背压控制套的全启式安全阀如图4-5所示。除上、下调节圈外，在其阀杆上还设置了一个背压控制套，并在阀瓣上方腔室设置了节流阀。利用背压控制套和节流阀可对阀瓣上方腔室中的背压力进行调节，从而达到对排放压力和启闭压差的进一步调节。4.6 弹性密封结构如图4-6所示。阀瓣带有弹性密封唇, 密封唇上方介质压力能产生一定的自紧密封作用。密封面被分为内、外两个部分。正常运行时，仅有较窄的内密封面相互接触，产生较高的密封比压； 图4-5而在阀门排放后关闭时，弹性使较宽的外密封面也发生接触，从而承受较大的冲击载荷，对内密封面起到保护作用。4.
29、7 内装式安全阀如图4-7所示。这种安全阀安装到被保护容器上时，其露出容器之外的高度受到限制，因而必须将阀门的大部分置于容器之中。图4-6 图4-7 4.8全喷嘴和半喷嘴结构安全阀的阀座通常采用类似喷嘴的形状，所以也称为喷嘴。全喷嘴结构采用整体喷嘴式阀座，独立构成安全阀进口侧通道，一般用螺纹固定到阀体内。半喷嘴结构的阀座为喷嘴的一部分，通常焊接到阀体内，并同阀体一起构成安全阀的进口侧通道。全喷嘴结构具有流畅的进口侧通道，有利于降低流阻、提高排量系数。4.9 提升板手和试验压杆按照ASME锅炉和压力容器规范的规定，用于空气、温度超过140F（60C）的水或用于蒸汽的每一压力释放阀应具有一个提升装
30、置，当压力释放阀受到至少等于75%整定压力的压力时，可利用该提升装置释放作用在阀瓣上的密封力，使阀门开启。提升装置的主要作用是验证阀门运动件动作的灵活性。提升装置一般为提升板手。有的安全阀要求带试验压杆作为附件。当装有安全阀的设备或系统需进行水压强度试验时，将试验压杆装在保护罩上顶住阀杆，以防止安全阀在系统水压试验时开启。5 安全阀的选用安全阀能否正常工作，以及其性能的好坏，不仅同它的设计、制造有关，而且同选用安全阀是否得当有直接关系。如果不是按照被保护设备或系统的工作条件来正确地选用安全阀，安全阀的性能就得不到正确发挥，甚至不能起到安全保护作用。选用安全阀涉及两个方面的问题。一方面是被保护设
31、备或系统的工作条件，例如工作压力、允许超压限度、防止超压必需的排放量（即安全泄放量）、工作介质的性质、工作温度等；另一方面则是安全阀本身的性能参数、动作特性、排放能力、结构形式等。以下主要从安全阀的角度来说明选用的要点。选用安全阀可归结为确定型号和确定公称通径两个方面。5.1 安全阀型号编制方法安全阀的型号按规定的编制方法反映了安全阀的类型、连接形式、结构形式、公称压力、密封面材料和阀体材料等要素，是选用安全阀的主要依据之一。按照JB308阀门型号编制方法，安全阀的型号由下列六个部分组成：1 2 3 4 5 6第1部分为类型代号。用“A”表示安全阀。对于特殊类型的安全阀，在A的前面附加字母表示。如附加“D”表示低温（低于-40），附加“B”表示保温（带蒸汽夹套），附加“W”表示带波纹管，附加“K”表示抗硫（抗硫化氢应力腐蚀）。第2部分为连接形式代号，如表5-1所列。表5-1连接形式内螺纹外螺纹法兰焊接代号1246第3部分为结构形式代号，如表5-2所列。第4部分为密封面
