淺談安全閥以及安全閥選用設計

中圖分類號：TK223.6+2 文獻標識碼：C文章編號：1008-925X(2012)02-0138-02

摘要：介紹了安全閥的種類及其選用要求，分析了不同結構形式的安全閥的工作原理和性能差異，并總結了在石油化工管道設計中，安全閥的一些選型和安裝設置經驗。

關鍵詞：安全閥；安全閥的選用；安全閥的安裝設置

1 概述

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓力設備上重要的安全附件。其動作可靠性和性能好壞直接關系到設備和人身的安全，并與節能和環境保護緊密相關。在石油化工企業的生產過程中，由于操作失誤、儀表失靈、機械故障等原因，致使設備或管道內的介質壓力升高，就有可能造成設備、管道的損壞，甚至對人員造成生命危害。在設備或管道上設置安全閥后，當壓力超過規定值時安全閥自動開啟，并向系統外排放介質，從而防止了設備或管道內的壓力超過其安全值所導致的生產事故。因此，安全閥廣泛運用于石油化工生產裝置中，它對人員安全和生產的正常運行起到重要的保護作用。

2 分類

安全閥是一種安全保護用閥，屬于自動閥類。按安全閥閥瓣開啟高度可分為微啟式安全閥和全啟式安全閥， 微啟式安全閥的開啟行程高度為: ≤0.105d0 (最小排放喉部口徑) ，一般用于排量不大的流體管路;全啟式安全閥開啟高度為: ≤0. 25d0 (最小排放喉部口徑) ，排放量大;按閥體構造來分，可分為封閉式和不封閉式兩種。封閉式安全閥即排除的介質不外泄，全部沿著出口排泄到指定地點，一般用在有毒和腐蝕性介質中。對于空氣和蒸汽用安全閥，多采用不封閉式安全閥; 安全閥按結構形式來分，可分為下列4種:

2.1 重垂式。以重垂為荷載，直接加在閥瓣上。目前已逐漸淘汰。

2.2 杠桿重垂式。通過杠桿使重垂的載荷作用在閥瓣上。一般適用于泄壓為0. 6MPa、溫度在250℃以下的蒸汽或空氣。由于杠桿式安全閥體積龐大往往限制了選用范圍。

2.3 彈簧式。彈簧式安全閥主要依靠作用在閥瓣上的彈簧力控制閥的啟閉，具有結構緊湊、體積小、重量輕和啟閉動作可靠的優點。工藝設備、管道上的安全閥一般采用彈簧式，閥體小、靈敏度好，適用于各種氣、液體的泄壓。彈簧式安全閥中又有封閉和不封閉的，一般易燃、易爆或有毒的介質應選用封閉式，蒸汽或惰性氣體等可以選用不封閉式，在彈簧式安全閥中還有帶扳手和不帶扳手的。扳手的作用主要是檢查閥瓣的靈活程度，有時也可以用作手動緊急泄壓用。

2.4 先導式(脈沖式)。利用導閥與主閥連在一起，通過導閥的脈沖作用驅動主閥動作。適用于大口徑、大排量及高壓系統。先導式安全閥與導閥采用無縫管接通，由先導閥來感測被控壓力信號并控制主閥的啟閉。其動作過程是：當安全閥的閥前壓力低于整定壓力時，先導閥整定彈簧將閥芯推向閥座密封面，氣體介質經導閥進口進入主閥閥芯上腔，使閥芯下移貼緊閥座，導閥和主閥都處于無泄漏的關閉狀態；當閥前壓力達到或高于整定壓力時，介質壓力克服整定壓力，彈簧將導閥閥芯推向上移，導閥受力面積由閥芯面積轉化為活塞受力面積，受力面積增加上升力增大，導閥開啟。主閥閥套上腔內的氣體從導閥出口排出，主閥打開，介質迅速排放，活塞行程到最大位置。當介質壓力排放到一定壓力時，通過活塞阻尼孔的介質壓力使活塞上下兩端產生面積壓差平衡，啟閉壓差由活塞上下兩端面積壓差平衡實現，當閥前壓力降回到工作壓力以下時，在較小彈簧力作用下，閥芯下移實現其密封。導閥關閉，主閥也就隨之而關閉。

3 安全閥的安裝設置

在石油化工裝置的設計中，隨著涉及到的中、高壓壓力等級的設備與管道的增多，安全閥的使用也相應多了起來。因此，安全閥正確、合理的布置就尤為重要。

3.1 設備或管道上的安全閥一般應垂直安裝，并盡量靠近被保護的設備或管道。但對設置的液體管道、換熱器或容器等處的安全閥，當閥門關閉后，可能由于熱膨脹而使壓力升高的場所，可水平安裝。

3.2 安全閥一般應安裝在易于檢修和調節之處，周圍要有足夠的工作空間。如:立式容器的安全閥， DN80以下者，可安裝在平臺內靠外側; DN100以上者安裝在平臺外靠平臺處，借助平臺可以對閥門進行維修和檢修。且不應安裝在長的水平管道的死端，以免積聚固體物或液體。

3.3 管道上安裝的安全閥，應位于壓力比較穩定，距波動源有一定距離的地方，見圖1及表1。

3.4 安全閥向大氣排放時，對于一般無害介質(如空氣等) 排放管口要高出以排放口為中心的715m半徑范圍內的操作平臺、設備或地面2.5m以上。而對有腐蝕性、易燃或有毒的介質，排放口要高出15m半徑范圍內的操作平臺、設備或地面3m以上。

3.5 安全閥出口接往泄壓總管時，要由上部順著流向以45°角插入總管，以免總管內的凝液倒入支管，并可減少安全閥的背壓。當安全閥定壓大于710MPa時，必須采用45°插入，如圖2中圖a所示。

3.6 濕氣體泄壓系統排放管內不應有袋形積液處，安全閥的安裝高度應高于泄壓系統。若安全閥出口低于泄壓總管或排出管需要抬高接入總管時，應在低處易于接近的地方設液體儲罐和液位計或手動放液閥，并定期排放至密閉系統以免袋形管段積液。另外在寒冷地區，袋形管段需要蒸汽伴熱防凍。蒸汽伴熱管也可使袋形管內的冷凝液氣化，避免積液。但即使采用伴熱管，手動放液閥仍是必須的。

3.7 安全閥出口管的設計應考慮背壓不超過安全閥定壓的一定值。對于彈簧式安全閥，普通型其背壓一般不宜超過閥定壓的10%，波紋管型(平衡型)其背壓一般不宜超過安全閥壓的30%;對于先導式安全閥，其背壓不超過安全閥定壓的60%。具體數值應查閱制造廠樣本，經工藝計算決定。

3.8 由于氣體或蒸汽由安全閥出口排入大氣時，在出口管中心線上產生于流向相反的作用力，稱為安全閥的反作用力。在進行安全閥出口管道設計時，應考慮此作用力的影響。如:安全閥出口管應設固定支架;當安全閥入口管段較長時，壓力容器壁應補強。

4 結語

安全閥設置的正確與否對整個裝置系統的安全生產起著舉足輕重的作用，安全閥的設計和選型對于壓力容器和壓力管道的設計和使用也是至關重要的環節，因此應引起設計工作者的高度重視，否則安全生產就成為一句空話。

參考文獻

[1] 文昱舜.淺談安全閥在石油化工及管道上的安裝設置[J].貴州化工，2006

[2] 畢明樹.化工過程安全泄壓裝置的概念設計[J].石油化工設備，2003