某閃蒸罐上安全閥的計算和選型

唐芳珍

摘 要：安全閥是壓力容器重要的保護性裝置，廣泛應用于受壓容器和管道系統上。本人按照API-520的計算公式，計算出某閃蒸罐上安全閥的最小泄放面積，往上圓整到API-520 的喉徑截面積和計算出管徑。根據閃蒸罐的工作溫度和工作壓力，最終正確選出安全閥的型號。

關鍵詞：安全閥；API-520；最小泄放面積；喉徑截面積

中圖分類號：TH134 文獻標識碼：A

1 概述

安全閥是受壓設備（如：容器、管道）上的超壓保護裝置。當設備壓力升高達到預定值時，安全閥自動開啟泄壓，防止設備壓力繼續升高。當壓力降低到規定值時，安全閥及時自動關閉，防止設備內介質大量流失。安全閥的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態，當設備或管道內的介質壓力升高超過規定值時，通過向系統外排放介質來防止管道或設備內介質壓力超過規定數值。安全閥屬于自動閥類，主要用于鍋爐、壓力容器和管道上，控制壓力不超過規定值，對人身安全和設備運行起重要保護作用。

在安全閥計算中，有采用API與ASME計算，兩者的區別是泄放系數Kd的取值不同。對于氣相排放，API 520 取Kd=0.975，ASME 選取的是具體安全閥的實測值 。本文采用API-520的計算公式對某閃蒸罐上的安全閥進行計算和選型。

2 安全閥的分類和選型

安全閥按結構形式分為彈簧式安全閥和杠桿式安全閥、脈沖式安全閥，其中彈簧式安全閥應用最為普遍；按連接方式分為螺紋安全閥和法蘭安全閥。

安全閥的形式依據不用介質選用不同的形式。排放氣體或蒸汽時，選用全啟式安全閥；排放液體時，選用全啟式或微啟式安全閥；排放水蒸汽或空氣時，可選用帶扳手的安全閥；對設定壓力大于3MPa，溫度超過235℃的氣體用安全閥，則選用帶散熱片的安全閥，以防止泄放介質直接沖蝕彈簧等。

3 火災工況下的泄放壓力

不同情況下被保護系統設置安全閥的最大泄放壓力、最大設定壓力與被保護容器的設計壓力（或最大允許工作壓力）的比例不同。火災用安全閥的最大泄放壓力為容器設計壓力（或最大允許工作壓力）的121%，非火災用輔助安全閥的最大泄放壓力為容器設計壓力（或最大允許工作壓力）的116%。

4 安全閥選型程序

（1）計算確定安全閥的公稱直徑。安全閥的排放能力必須大于等于設備的安全泄放量。

（2）根據設備的設計壓力和設計溫度確定安全閥的壓力等級和材質。

5 安全閥的計算

某6bar閃蒸罐上設置一安全閥，閥前無爆破片，工況為火災工況，泄放介質為水蒸汽，泄放量為24000kg/h，設定壓力0.75MPa，泄放溫度為220℃，絕 熱 指 數k=1.324 ，安全閥出口去大氣。

方法一：

（1）臨界條件的判斷

所以，流體為臨界流動。

臨界流體的判斷也可以根據有關經驗進行判斷。一般安全閥的背壓≤臨界流壓力時，流體為臨界流動，否則為亞臨界流動。查相關文獻可得，水蒸汽臨界壓力為22.13MPa，此處的背壓為大氣壓，依據此判斷流體為臨界流動。

（2）蒸汽在臨界流動條件下的最小泄放面積

方法二：

水蒸汽的最小泄放面積：

方法一和方法二計算出的最小泄放面積相差不大，兩者數值的差別主要在于壓縮因子取值引起的。所以水蒸汽安全閥的最小泄放面積采用方法二計算更簡單。

根據計算出的最小泄放面積，往上圓整到API-526的喉徑截面積，本安全閥需要選擇喉徑截面積為7192mm2的Q型安全閥。根據安全閥形式的選擇原則：排放氣體或蒸汽時，選用全啟式安全閥，所以本安全閥選用全啟式。

全啟式安全閥喉徑與泄放面積之間的關系為：

根據經驗，全啟式安全閥的喉徑d1與公稱直徑DN之比約為0.625，故該安全閥的進口管徑為DN150。安全閥的泄放面積和喉徑的選擇也可以應用API安全閥計算軟件進行。

根據上述計算和介質操作溫度和壓力，本安全閥選DN150xDN200的A42Y-16C型安全閥。

結語

安全閥是閥門家族比較特殊的一個分支，因為它不同于其它閥門僅僅起到開關的作用，更重要的是起到保護設備的安全。隨著我國經濟建設的快速發展，在帶有壓力操控的設備項目工程越來越多。所以要對安全閥進行正確的計算和選型。

參考文獻

[1] HG/T 20570 95，工藝系統工程設計技術規定[S].

[2]國家勞動總局.壓力容器安全監察規程[S].

[3]GB12241- 2005，安全閥一般要求[S].