安全閥培訓(xùn)講義

安全閥培訓(xùn)講義之一

安全閥基本知識

上海申弘閥門有限公司

2014年05月

目錄

1  安全閥的用途和作用原理

2  對安全閥的要求

2.1 對安全閥的基本要求

2.2 有關(guān)安全閥性能的術(shù)語

2.3 安全閥的主要性能指標(biāo)

2.4 對核電站安全閥的特殊要求

3  安全閥的種類及其特點(diǎn)

3.1 按作用原理分類

3.2 按動作特性分類

3.3 按開啟高度分類

3.4 按有無背壓平衡機(jī)構(gòu)分類

3.5 按出口側(cè)是否密封分類

4  安全閥的主要結(jié)構(gòu)型式

5  安全閥的選用

5.1 安全閥型號編制方法

5.2 如何選擇安全閥類型

5.3 如何確定安全閥的流道直徑和公稱通徑

5.4 選用安全閥所需的數(shù)據(jù)

6  安全閥的安裝和試驗(yàn)要求

6.1 安全閥的安裝要求

6.2 安全閥的試驗(yàn)要求

• 安全閥的用途和作用原理

安全閥是鍋爐、壓力容器和其他受壓設(shè)備的保護(hù)裝置，用來防止受壓設(shè)備中的壓力超過設(shè)計(jì)允許值，從而保護(hù)設(shè)備及其運(yùn)行人員的安全。

由于安全閥可以不依賴任何外部能源而動作，所以常常作為受壓設(shè)備的后一道保護(hù)裝置。從這個(gè)意義上說，它的作用是不能用其他保護(hù)裝置來代替的。

當(dāng)受壓設(shè)備中介質(zhì)的壓力由于某種原因而異常升高，達(dá)到預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，安全閥自動開啟，繼而全量排放，以防止壓力繼續(xù)升高；當(dāng)介質(zhì)壓力由于安全閥的排放而降低，達(dá)到另一預(yù)定值時(shí)，閥門又自動關(guān)閉，阻止介質(zhì)繼續(xù)排出。當(dāng)介質(zhì)壓力處于正常工作壓力時(shí)，閥門保持關(guān)閉和密封狀態(tài)。

以下分別以彈簧直接載荷式安全閥和先導(dǎo)式安全閥為例，進(jìn)一步說明安全閥的作用原理。

圖1-1是彈簧直接載荷式安全閥的示意圖。當(dāng)被保護(hù)設(shè)備中（即安全閥進(jìn)口處）介質(zhì)處于正常工作壓力時(shí)，彈簧載荷大于介質(zhì)靜壓力對閥瓣的作用力，使閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。上述兩個(gè)作用力的差值產(chǎn)生使閥瓣和閥座（統(tǒng)稱為關(guān)閉件）密封面間相互壓緊的力（即密封力）。只要這個(gè)密封力足夠大（相對于由密封面及介質(zhì)狀況決定的必需密封力而言），就能阻止介質(zhì)泄出，使閥門達(dá)到必要的密封性。如果介質(zhì)壓力升高，超過正常工作壓力時(shí)，密封力就隨之減小。小到一定程度時(shí)，介質(zhì)開始泄出（稱為“前泄”）。隨著介質(zhì)壓力進(jìn)一步升高，當(dāng)介質(zhì)對閥瓣的作用力同彈簧力達(dá)到平衡時(shí)，閥瓣開始脫離閥座而升起，稱為“開啟”。壓力繼續(xù)升高時(shí)，閥瓣達(dá)到設(shè)計(jì)的開啟高度，作全量排放。只要閥門的排量足夠大，設(shè)備中的壓力就會降低。壓力降低到一定程度時(shí)，閥門由于彈簧力的作用而重新關(guān)閉。

圖1-1 彈簧直接載荷式安全閥示意圖

先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥組成。導(dǎo)閥隨設(shè)備介質(zhì)壓力的變化而動作，主閥則由導(dǎo)閥的驅(qū)動或控制而動作。圖1-2是先導(dǎo)式安全閥的動作原理圖。

當(dāng)被保護(hù)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀況時(shí)，導(dǎo)閥閥瓣處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)壓力從主閥進(jìn)口通過導(dǎo)管和導(dǎo)閥傳入主閥閥瓣（活塞）上方氣室。由于活塞面積大于閥瓣密封面面積，系統(tǒng)壓力對閥瓣產(chǎn)生一個(gè)向下的合力，使主閥處于關(guān)閉、密封狀態(tài)。

圖 1-2  先導(dǎo)式安全閥動作原理

當(dāng)系統(tǒng)壓力升高達(dá)到整定壓力時(shí)，導(dǎo)閥開啟，同時(shí)滑閥向上移動封閉導(dǎo)閥的進(jìn)氣通道。主閥閥瓣上方氣室的介質(zhì)經(jīng)由打開的導(dǎo)閥排出，使主閥閥瓣上方壓力降低。主閥閥瓣在進(jìn)口壓力的推動下打開而使系統(tǒng)卸壓。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到一定值時(shí)，導(dǎo)閥回座并帶動頂桿頂開滑閥。系統(tǒng)壓力再次通過導(dǎo)閥傳入主閥閥瓣上方氣室，并推動主閥閥瓣關(guān)閉。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。同時(shí)，公司可按照客戶的要求進(jìn)行非標(biāo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、加工。始終以質(zhì)量為本，一切為滿足用戶的經(jīng)營理念，不斷引進(jìn)*的新技術(shù)，新工藝、新材料，竭誠為用戶提供的閥門產(chǎn)品和更加完善的售后服務(wù)。公司配有車、刨、磨、銑、鉆、焊、自動噴涂等機(jī)械設(shè)備二百六十余臺套，并配有材料分析、理化X線及超聲波探傷儀等專業(yè)檢測設(shè)備八十余臺套，同時(shí)設(shè)有閥門研發(fā)中心、控制閥測控中心、閥門質(zhì)量檢測中心。上海申弘閥門有限公司是集閥門的研發(fā)生產(chǎn)、銷售及技術(shù)服務(wù)于一體的流體控制企業(yè)，其產(chǎn)品和服務(wù)在化工、石化、石油、液化氣、造紙、采礦、電力、食品、制藥、冶金、輕工、樓宇、市政工程、污水處理、環(huán)保、給排水等領(lǐng)域市場處于地位。公司憑著“生命在于運(yùn)動、企業(yè)在與創(chuàng)新”的發(fā)展宗旨，緊跟市場需求，提升產(chǎn)品質(zhì)量，竭誠為新老用戶提供具的產(chǎn)品及服務(wù)，確保用戶滿意。

• 對安全閥的要求

2.1 對安全閥的基本要求

安全閥的功能是通過下列動作過程來實(shí)現(xiàn)的：1. 安全閥處于關(guān)閉密封狀態(tài)；2. 安全閥開啟（或稱初始開啟）；3. 安全閥排放（或稱全開啟）；4. 安全閥關(guān)閉（或稱回座）并恢復(fù)密封。對安全閥的基本要求就是同上述動作過程在一起的，主要有以下幾點(diǎn)：

• 必要的密封性

當(dāng)被保護(hù)設(shè)備處于正常運(yùn)行壓力時(shí)，安全閥應(yīng)保持必要的密封性。安全閥的泄漏意味著介質(zhì)和能量的持續(xù)損耗，過大的泄漏甚至?xí)绊懙皆O(shè)備和系統(tǒng)的正常工作；持續(xù)的泄漏還會造成對安全閥密封面的沖蝕，這將使泄漏加劇，以致發(fā)展到不能正常工作的地步。

對于安全閥來說，使其關(guān)閉件保持良好的密封比起截止類閥門要困難得多。這是因?yàn)榘踩y關(guān)閉件密封面之間相互壓緊的密封力決定于閥門整定壓力（即開啟壓力）同設(shè)備運(yùn)行壓力的差，是一個(gè)不大的值。因此，對于安全閥特別是金屬密封面的安全閥，要達(dá)到*無泄漏是十分困難的。但必須把泄漏率控制在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

• 可靠地開啟

當(dāng)進(jìn)口壓力達(dá)到預(yù)先整定的壓力值時(shí)，安全閥應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確地開啟（初始開啟）。換言之，安全閥的開啟壓力對其整定壓力的偏差應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

• 穩(wěn)定地排放

當(dāng)閥進(jìn)口壓力繼續(xù)升高到超過整定壓力一個(gè)規(guī)定的數(shù)值時(shí)，安全閥應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的開啟高度，進(jìn)入排放狀態(tài)。排放壓力（全開啟壓力）應(yīng)小于或等于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值。排放應(yīng)是穩(wěn)定的，即沒有頻跳、顫振、卡阻等現(xiàn)象。因?yàn)檫@些現(xiàn)象會導(dǎo)致安全閥排放能力降低，并可能損壞關(guān)閉件密封面，還會引起被保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)內(nèi)較大的壓力波動，在液體介質(zhì)的場合甚至可能造成水擊。

• 適時(shí)地關(guān)閉

由于安全閥的排放而使設(shè)備和系統(tǒng)中的壓力降低之后，安全閥應(yīng)適時(shí)地關(guān)閉（亦稱回座）?；刈鶋毫^低意味著介質(zhì)和能量的過多損耗，也會給設(shè)備和系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行增加困難。但回座壓力也不宜過高。如果回座壓力高到接近開啟壓力，容易導(dǎo)致閥門重新開啟，造成閥門頻跳?；刈鶋毫^高也不利于安全閥在關(guān)閉后重新建立密封。在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中對回座壓力的合適范圍也作了規(guī)定。

• 關(guān)閉后的密封

安全閥關(guān)閉后，應(yīng)能有效地阻止介質(zhì)繼續(xù)流出，并重新達(dá)到密封狀態(tài)。但安全閥在開啟之后重建密封要比維持既有的密封狀態(tài)更加困難。多種因素會影響到關(guān)閉后的密封，如介質(zhì)的狀況（是否含有固體顆粒，排放時(shí)是否發(fā)生結(jié)晶或結(jié)焦等），排放過程中閥門零件溫度分布的變化，關(guān)閉過程的動作特性及回座壓力的高低等。

在上述對安全閥的基本要求中，可靠地開啟并穩(wěn)定地排放是首要的要求，因?yàn)榘踩y防超壓的功能正是通過其排放過程來實(shí)現(xiàn)的。回座和密封要求雖然也很重要，但相比之下還是第二位的。

此外，安全閥同爆破片、折斷銷、易熔塞等只能使用一次的壓力釋放裝置不同，是一種可以多次使用的“重閉式”壓力釋放裝置。因而還要求其動作性能具有滿意的重復(fù)性。在有關(guān)安全閥試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)中，通常要求對同一工況下的動作試驗(yàn)至少進(jìn)行三次，就是為了確認(rèn)安全閥動作的重復(fù)性。

2.2 有關(guān)安全閥性能的術(shù)語

對安全閥的基本要求，體現(xiàn)在安全閥的主要性能指標(biāo)中。為了說明這些性能指標(biāo)，有必要了解涉及安全閥性能的一些術(shù)語。

1. 整定壓力（Set pressure）

亦稱開啟壓力或初始開啟壓力，是安全閥閥瓣在運(yùn)行條件下開始從閥座上升起時(shí)的進(jìn)口壓力。從理論上講，在該壓力下，由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的使閥瓣開啟的力同使閥瓣保持在閥座上的力相互平衡。而在實(shí)踐中，所謂閥瓣開始升起，通?？梢杂孟铝蟹椒▉砑右耘袛啵阂皇窃跍y量閥瓣開啟高度的位移傳感器上出現(xiàn)位移指示；二是憑視覺或聽覺感知介質(zhì)開始連續(xù)地排出。

2. 排放壓力（Relieving pressure）

閥瓣達(dá)到設(shè)計(jì)開啟高度時(shí)的閥進(jìn)口壓力。

3. 超過壓力（Over pressure）

排放壓力與整定壓力之差。

4. 額定排放壓力（Rated relieving pressure）

標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范規(guī)定的排放壓力上限值。

5. 回座壓力（Re-seating pressure）

安全閥排放后閥瓣重新與閥座接觸，即開啟高度再變?yōu)榱銜r(shí)的進(jìn)口壓力。

6. 啟閉壓差（Blowdown）

整定壓力與回座壓力之差。

7. 密封試驗(yàn)壓力（Leak test pressure）

進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí)的閥進(jìn)口壓力。在該壓力下測量通過關(guān)閉件密封面的泄漏率。

8. 背壓力（Back pressure）

安全閥出口壓力。

9. 附加背壓力（Superimposed back pressure）

安全閥開啟之前在閥出口處已存在的壓力。是由其他壓力源在排放系統(tǒng)中引起的，也稱為靜背壓。

10. 排放背壓力（Built-up back pressure）

安全閥開啟后，由于介質(zhì)通過排放系統(tǒng)排放而在閥出口處產(chǎn)生的壓力。是由排放系統(tǒng)對排放介質(zhì)的阻力而引起的。也稱為動背壓。

11. 冷態(tài)試驗(yàn)差壓力（CDTP即Cold differential test pressure）

安全閥在試驗(yàn)臺上調(diào)整到開啟時(shí)的進(jìn)口壓力。該壓力包含了對背壓力及溫度等運(yùn)行條件所作的修正。

12. 流道面積（Flow area）

閥進(jìn)口端到關(guān)閉件密封面之間流道的小截面積。亦稱喉部面積。

13. 流道直徑（Flow diameter）

對應(yīng)于流道面積的直徑。亦稱喉徑。

14. 開啟高度（Lift）

閥瓣離開關(guān)閉位置的實(shí)際行程。

15. 簾面積（Curtain area）

當(dāng)閥瓣在閥座上方升起時(shí)，在它們的密封面之間形成的圓柱面形或圓錐面形通道面積。

16. 排放面積（Discharge area）

閥門排放時(shí)流體通道的小截面積。對于全啟式安全閥，排放面積等于流道面積；對于微啟式或中啟式安全閥，排放面積等于簾面積。

17. 理論排量（Theoretical flowing capacity）

一個(gè)流道截面積與安全閥流道面積相等的理想噴管的計(jì)算排量。計(jì)算理論排量時(shí)，假定噴管無阻力，介質(zhì)作等熵流動，噴管前壓力為額定排放壓力。

18. 實(shí)際排量（Measured flowing capacity）

當(dāng)閥前壓力為額定排放壓力時(shí)由試驗(yàn)測定的實(shí)際通過安全閥的排量。由于安全閥的流道與噴管的流道有差別，由于實(shí)際上存在流動阻力，所以實(shí)際排量小于理論排量。

19. 排量系數(shù)（Coefficient of discharge）

實(shí)際排量與理論排量的比值。

20. 額定排量（Certified capacity）

實(shí)際排量中允許作為安全閥應(yīng)用基準(zhǔn)的那一部分。其值為實(shí)際排量乘以減低系數(shù)（通常取0.9）。

21. 額定排量系數(shù)（Rated coefficient of discharge）

額定排量與理論排量的比值。通常把幾次測定的排量系數(shù)的平均值乘以減低系數(shù)作為額定排量系數(shù)。

22. 機(jī)械特性（Mechanical characteristics）

指安全閥機(jī)械動作的特性。包括回座特性是否良好，有無頻跳、顫振和卡阻等現(xiàn)象。

23. 頻跳（Chatter）

閥瓣迅速、異常地來回運(yùn)動，在運(yùn)動中閥瓣接觸閥座。

24. 顫振（Flutter）

閥瓣迅速、異常地來回運(yùn)動，在運(yùn)動中閥瓣不接觸閥座。

2.3 安全閥的主要性能指標(biāo)

性能指標(biāo)是對安全閥性能要求的具體化。這些指標(biāo)在安全閥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)鍋爐和壓力容器的規(guī)范中作了規(guī)定。以下所列是一些主要的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：

GB/T 12241 《安全閥一般要求》

GB/T 12243 《彈簧直接載荷式安全閥》

GB/T 12242 《壓力釋放裝置 性能試驗(yàn)規(guī)范》

勞動部《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

勞動人事部《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

TSG ZF001 《安全閥安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

ZBJ 98013 《電站安全閥技術(shù)條件》

ISO 4126-1 《安全閥 *部分 一般要求》

ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范：第Ⅰ卷《動力鍋爐建造規(guī)則》，第Ⅲ卷《核動力裝置設(shè)備建造規(guī)則 》，第Ⅷ卷《壓力容器建造規(guī)則》

ASME PTC 25 《壓力釋放裝置 性能試驗(yàn)規(guī)范》

API RP 520 《煉廠壓力釋放裝置的選型、確定通徑及安裝》

API Std. 527 《壓力釋放閥的閥座密封性》

JIS B8210 《蒸汽及氣體用彈簧安全閥》

BS 1123 《空氣儲器及壓縮空氣裝置用的安全閥、儀表和其他安全附件規(guī)范》

BS 6759 *部分 《蒸汽及熱水用安全閥技術(shù)規(guī)范》

德國壓力容器規(guī)范AD-A2 《防超壓安全裝置——安全閥》

德國蒸汽鍋爐技術(shù)規(guī)范TRD 421 《壓力釋放裝置——用于Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ組蒸汽鍋爐的安全閥》

安全閥的主要性能指標(biāo)包括排放壓力、啟閉壓差、整定壓力偏差等動作性能指標(biāo)，以及用密封試驗(yàn)壓力和允許泄漏率來表示的密封性能指標(biāo)。表2-1至表2-4列出了一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中對安全閥主要性能指標(biāo)的規(guī)定。

2.4 對核電站安全閥的特殊要求

核電站用安全閥除應(yīng)滿足對安全閥的基本要求外，通常還應(yīng)滿足下列特殊要求：

2.4.1 安全分級要求

核電廠著重關(guān)心的是安全性要求，即在所有運(yùn)行工況和事故工況下限制公眾和廠區(qū)人員輻射照射的要求。根據(jù)系統(tǒng)部件所執(zhí)行的安全功能對安全的重要性對系統(tǒng)部件進(jìn)行安全分級（通常分為安全一級、二級、三級和非安全級）。根據(jù)安全等級并結(jié)合部件的壓力級別來制訂設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等活動所應(yīng)遵守的各項(xiàng)規(guī)則，從而形成不同的規(guī)范等級（如ASME及RCCM中的規(guī)范等級）。

系統(tǒng)部件安全等級通常按下列原則劃分：

安全一級：適用于其故障會引起反應(yīng)堆失水事故的系統(tǒng)部件，包括反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的部件，以及延伸到并包括隔離閥的主要管線。

安全二級：包括為減輕某一事故后果所必需的設(shè)備，以及為防止預(yù)計(jì)運(yùn)行事件發(fā)展為事故工況所必需的設(shè)備。

安全三級：包括對安全一、二、三級的安全功能起支持作用所必需的設(shè)備，且這些支持功能的失效不會直接引起放射性劑量增大的后果。

非安全級：適用于不屬于安全一、二、三級的系統(tǒng)設(shè)備。

2.4.2 抗輻照要求

耐輻照要求為設(shè)備相應(yīng)區(qū)域正常運(yùn)行壽期內(nèi)的累積劑量與事故劑量之和。

2.4.3 LOCA及MSLB要求

反應(yīng)堆廠房內(nèi)與安全有關(guān)的設(shè)備應(yīng)滿足LOCA（主管道失水事故）及MSLB（主蒸汽管道破損事故）工況要求。其電器須按IEEE-382進(jìn)行LOCA試驗(yàn)及MSLB試驗(yàn)（即在規(guī)定的溫度、壓力、濕度和化學(xué)噴淋條件下進(jìn)行試驗(yàn)）。

2.4.4抗震要求

安全級的系統(tǒng)部件必須滿足抗震要求，即在地震條件下保持其壓力邊界完整性及運(yùn)行功能的要求。抗震要求分為抗震1類和抗震2類。

抗震1類：在發(fā)生SSE（安全停堆地震）時(shí)能保持其功能及/或壓力邊界完整性。

抗震2類：在發(fā)生OBE（運(yùn)行基準(zhǔn)地震）時(shí)能保持其功能及/或壓力邊界完整性。

安全級閥門均屬于抗震一類?？拐?類又分為抗震1I類和抗震1A類?？拐?I類閥門在SSE作用下僅要求保證其壓力邊界完整性；而抗震1A類閥門除保證其壓力邊界完整性外，還要求地震時(shí)及/或地震后有滿意的可運(yùn)行性。

為保證滿足抗震要求，應(yīng)進(jìn)行抗震計(jì)算，限制部件自震頻率、進(jìn)行抗震鑒定試驗(yàn)等。

2.4.5對材料的特殊要求

⑴ 承壓材料應(yīng)根據(jù)規(guī)范等級進(jìn)行相應(yīng)的無損檢驗(yàn)。

⑵ 對有焊接要求的奧氏體不銹鋼材料應(yīng)控制鐵素體含量（通常在5~12%范圍內(nèi)），限制硼的殘留量。

⑶ 非金屬材料應(yīng)有耐輻照要求，且不對所接觸金屬材料產(chǎn)生腐蝕（控制氯、氟、硫含量），也不對所接觸的介質(zhì)產(chǎn)生有害影響。

⑷ 限用材料

例如，為避免對介質(zhì)造成污染，對容易分解出污染元素及其化合物的材料作了限制；為防止奧氏體不銹鋼零件受污染而避免與碳鋼零件接觸；對與工作介質(zhì)接觸的表面禁止使用潤滑劑和防咬劑等等。

2.4.6 清潔度要求

為防止污染流體（即限制因流體系統(tǒng)中存在雜質(zhì)微粒而引起的各種危害），對與流體接觸的系統(tǒng)部件規(guī)定了不同的清潔度類別，例如分為A、B、C三類清潔度。

A類清潔度：適用于規(guī)范級不銹鋼閥門中的不銹鋼零件。

B類清潔度：適用于非規(guī)范級不銹鋼閥門中的不銹鋼零件，規(guī)范級不銹鋼閥門中的碳鋼、合金鋼零件，規(guī)范級碳鋼、合金鋼閥門中的零件。

C類清潔度：適用于非規(guī)范級不銹鋼閥門中的碳鋼、合金鋼零件，非規(guī)范級碳鋼、合金鋼閥門中的零件。

對于不同的清潔度類別規(guī)定了相應(yīng)的檢查方法（如目視檢查、白布檢查、表面鈍性檢查、對清洗水的檢查）和驗(yàn)收準(zhǔn)則。

2.4.7 核電安全閥性能指標(biāo)

表2-5中列出了ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范第Ⅲ卷中對安全閥性能指標(biāo)的規(guī)定。

表2-5 核電安全閥動作性能指標(biāo)

注：PS：整定壓力

3  安全閥的種類及其特點(diǎn)

安全閥的種類頗多，其分類方法不一而足?，F(xiàn)擇其主要者分述如下。

3.1 按作用原理分類

3.1.1 直接作用式安全閥

也稱直接載荷式安全閥（Direct-loaded safety valve）。是在工作介質(zhì)的直接作用下開啟的。即依靠工作介質(zhì)壓力產(chǎn)生的作用力來克服彈簧或重錘等加于閥瓣的機(jī)械載荷，使閥門開啟。它具有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)快速、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)橐揽繖C(jī)械加載，其載荷大小受到限制，也就限制了口徑和壓力的范圍。同時(shí)，這類安全閥關(guān)閉件密封面上的密封力決定于閥門整定壓力與系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力之差，是一個(gè)不大的值，所以要達(dá)到良好的密封就比較困難。尤其對于金屬密封面的情形更是如此。為了達(dá)到密封，需要采取特殊的結(jié)構(gòu)形式和進(jìn)行精細(xì)的加工與裝配。

在直接作用式安全閥中有一類特殊的形式，即帶補(bǔ)充載荷的安全閥（Supplementary loaded safety valve）。圖3-1是這類安全閥的一個(gè)例子。這種安全閥除依靠彈簧加載外，在其進(jìn)口壓力達(dá)到整定壓力之前還始終保有一個(gè)由外部能源（氣力的、電磁力的等等。圖3-1中為作用在活塞上方的壓縮空氣）提供、用來增強(qiáng)密封的補(bǔ)充載荷。該補(bǔ)充載荷在介質(zhì)壓力達(dá)到整定壓力時(shí)應(yīng)可靠地釋放掉，否則就會阻礙安全閥的正常開啟。

3.1.2 非直接作用式安全閥

這種安全閥不是或不*是在工作介質(zhì)的直接作用下開啟的。它們又可區(qū)分為下列兩種形式：

⑴ 先導(dǎo)式安全閥 (Pilot operated safety valve)

先導(dǎo)式安全閥由主閥和導(dǎo)閥組成。導(dǎo)閥隨設(shè)備介質(zhì)壓力的變化而動作，主閥則由導(dǎo)閥的驅(qū)動或控制而動作。導(dǎo)閥本身通常是一個(gè)直接作用式安全閥。但有時(shí)也采用其他形式的閥門例如電磁安全閥作為導(dǎo)閥，或者把它與直接作用式導(dǎo)閥并用，即對同一主閥設(shè)置多重導(dǎo)閥控制。

先導(dǎo)式安全閥的主閥可以不依靠機(jī)械加載，所以其口徑和壓力不受限制。它的主閥還可以設(shè)計(jì)成依靠工作介質(zhì)壓力來密封的形式，因而具有良好的密封性。此外，它的動作很少受背壓變化的影響。由于上述這些原因，先導(dǎo)式安全閥同直接作用式安全閥一樣得到了廣泛的應(yīng)用。這種安全閥的缺點(diǎn)在于它的可靠性同主閥和導(dǎo)閥兩者有關(guān)，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在一些特別重要的應(yīng)用場合為了提高可靠性往往需要采用多重導(dǎo)閥控制，這就更增加了其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

⑵ 帶動力輔助裝置的安全閥 (Assisted safety valve)

在這種安全閥中，借助一個(gè)動力輔助裝置，可以在低于正常開啟壓力的情況下強(qiáng)制使閥門開啟。如果輔助裝置失靈，閥門仍能如直接作用式安全閥一樣動作。圖3-1所示的閥門，當(dāng)壓縮空氣是從活塞下方進(jìn)入時(shí)，就是一個(gè)帶動力輔助裝置的安全閥。

這種安全閥適用于需要開啟壓力很接近工作壓力的場合，需要定期開啟安全閥以吹除粘著、凍結(jié)的介質(zhì)的場合。同時(shí)也為運(yùn)行人員提供了一種在緊急情況下強(qiáng)制開啟安全閥的手段。

3.2 按動作特性分類

3.2.1 比例作用式安全閥即泄放閥（Relief valve）

如圖3-2所示，這種閥門的開啟高度（h）系隨壓力（P）的升高而逐漸變化，即具有開啟高度同壓力升高值大體成比例的特點(diǎn)。這種安全閥適合用于液體介質(zhì)的場合，因?yàn)槠溟_啟和關(guān)閉過程比較平穩(wěn)，不致引起被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)液體壓力很大波動。它也適用于系統(tǒng)的必需排量不是固定值的情形，因?yàn)槠溟_啟高度可在一定范圍內(nèi)隨系統(tǒng)排量和壓力的不同而變化。

3.2.2 兩段作用式安全閥或突跳動作式安全閥即安全閥（Safety valve）

如圖3-3所示，這種安全閥的開啟過程分為兩個(gè)階段：其前一階段，閥瓣是隨壓力的升高而比例開啟的；而在壓力升高一個(gè)不大的數(shù)值之后，閥瓣的開啟即進(jìn)入第二階段，就是在壓力幾乎不再升高的情況下急速地開啟到規(guī)定的開啟高度。這種安全閥適用于氣體介質(zhì)。氣體在排放時(shí)伴隨著很大的體積膨脹，如果沒有突然的急速開啟過程就難以保證在壓力升高不多的條件下快速地釋放介質(zhì)。兩段作用式安全閥由于具有突開動作，因而能在規(guī)定的升壓限度內(nèi)達(dá)到較大的開啟高度。但這種安全閥不能用于液體介質(zhì)。因?yàn)槠浼彼匍_啟，特別是急速關(guān)閉的動作會引起被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)液體壓力很大的波動，甚至造成水擊。

3.2.3 安全泄放閥（Safety relief valve）

依其工作介質(zhì)不同（氣體或液體），這種閥門的動作特性可為突跳動作式，或?yàn)楸壤饔檬健?/span>

3.3 按開啟高度分類

3.3.1 微啟式安全閥

我國生產(chǎn)的微啟式安全閥主要有開啟高度大于等于1/40流道直徑和開啟高度大于等于1/20流道直徑的兩種。微啟式安全閥的動作特性是比例作用式的。

3.3.2 全啟式安全閥

其開啟高度大于等于1/4流道直徑。此時(shí)，簾面積大于流道面積。這種安全閥的動作特性屬于兩段作用式。

3.3.3 中啟式安全閥

開啟高度介于微啟式與全啟式之間。其動作特性通常相當(dāng)于安全泄放閥。

3.4 按有無背壓平衡機(jī)構(gòu)分類

如圖3-4所示，當(dāng)安全閥不帶背壓平衡機(jī)構(gòu)時(shí)，背壓對閥瓣產(chǎn)生一個(gè)向下的合力。如果背壓是變化的，背壓對閥瓣產(chǎn)生的向下合力也是變化的。這一變化就會導(dǎo)致安全閥開啟壓力的變化。

3.4.1 背壓平衡式安全閥

在這種安全閥中設(shè)置了諸如波紋管、活塞或膜片之類平衡背壓作用的元件。這些元件的有效面積等于安全閥關(guān)閉件密封面積，所以在閥門開啟之前，背壓（附加背壓）對閥瓣上下兩側(cè)的作用力相互平衡。附加背壓的變化不會影響到開啟壓力的大小。

背壓平衡式安全閥適用于下列情形：

⑴  附加背壓是變化的，且其變化量（相對于開啟壓力而言）較大時(shí)。此時(shí)為避免附加背壓的變化對開啟壓力產(chǎn)生過大的影響，必須采用背壓平衡式安全閥。例如，當(dāng)開啟壓力的允許偏差為±3%時(shí)，如果附加背壓的變化量超過整定壓力的6%，則僅僅由于附加背壓變化造成的開啟壓力偏差就會超過允許值了。

⑵ 排放背壓超過允許的超過壓力，例如當(dāng)允許超過壓力為10%整定壓力而排放背壓超過10%整定壓力時(shí)。對于常規(guī)式安全閥，過高的排放背壓會使閥瓣升力減小，導(dǎo)致閥門動作不穩(wěn)定，產(chǎn)生頻跳或顫振。而對于平衡式安全閥，排放背壓對閥瓣升力的影響則較小。產(chǎn)生