工業鍋爐壓力安全閥選型要點

【資料簡介】

　　特種設備，這一涉及生命安全、危險性較大的設備和設施的總稱，在國際上被稱作“具有潛在危險的設備”、“危險性設備”或“特定危險設備”。其兩大核心特征分別為涉及生命安全和危險性大。為確保這些設備的運行安全，國家設立了相應的監察范圍，主要針對可能造成群體傷害、他人傷害或產生較大社會影響的設備。在生產領域，我國安全監察的特種設備主要包括承壓類設備，如鍋爐、壓力容器和壓力管道。而安全閥，作為鍋爐、壓力容器及其他受壓設備的核心安全附件，其作用在于預防因生產裝置超壓而引發的爆炸事故，因此在化工裝置中占據著舉足輕重的地位。要深入理解安全閥，我們必須從其分類、特性、選型以及安裝要求等多個方面入手。
 

　　一、工業鍋爐壓力安全閥選型要點的分類與特性
 

　　安全閥，作為鍋爐、壓力容器及其他受壓設備的核心安全附件，其分類與特性對于確保生產裝置的安全至關重要。根據不同的分類標準，安全閥可分為多種類型，每一種類型都具有其的特點和適用場景。深入了解這些分類與特性，對于我們更好地理解安全閥的功能和選擇合適的設備具有重要意義。
 

　　根據整體結構及加載機構的不同
 

　　安全閥因其整體結構及加載機構的差異，可被劃分為重錘杠桿式、彈簧式和脈沖式三大類。在現實應用中，彈簧式安全閥因其性能穩定、操作簡便而得到廣泛使用。
 

　　①重錘杠桿式安全閥
 

　　重錘杠桿式安全閥的設計原理在于利用重錘與杠桿的平衡來調控閥瓣的受力。通過杠桿原理，輕質重錘能產生顯著的作用力，其效果通過調整重錘位置或質量來實現對安全閥開啟壓力的靈活把控。
 

　　優點：
 

　　結構簡潔、調整便捷且精準是重錘杠桿式安全閥的亮點。其載荷不會隨閥瓣提升而顯著增加，特別適用于高溫環境，如鍋爐和高溫壓力容器，因此曾被廣泛采用。
 

　　缺點：
 

　　然而，重錘杠桿式安全閥也存在不足。其結構相對笨重，加載機構易受振動影響，可能導致泄漏問題。此外，該類型安全閥的回座壓力較低，開啟后關閉及密封保持具有一定難度。
 

　　②彈簧式安全閥
 

　　彈簧式安全閥的工作原理是通過壓縮彈簧的力來平衡作用在閥瓣上的力。其螺旋圈形彈簧的壓縮量可以通過調整螺母進行靈活調節，從而實現對安全閥開啟壓力的精確控制。
 

　　優點：
 

　　彈簧式安全閥以其輕便緊湊的結構、高靈敏度以及不受安裝位置限制的特點而受到青睞。此外，它對振動的敏感性較低，非常適合用于移動式的壓力容器上。
 

　　缺點：
 

　　然而，彈簧式安全閥也存在一定的不足。隨著閥的開啟，作用在閥瓣上的載荷會發生變化，即彈簧壓縮量的增加會導致作用力的增大，這可能會對安全閥的迅速開啟造成一定影響。同時，長期在高溫環境下工作的彈簧，其彈力可能會逐漸減小，因此在高溫容器上使用時，需要特別考慮彈簧的隔熱或散熱問題，這無疑增加了結構的復雜性。
 

　　③脈沖式安全閥
 

　　脈沖式安全閥的設計包含主閥和輔閥，其工作原理是利用輔閥的脈沖效應來驅動主閥。這種安全閥的結構相對復雜，一般僅適用于需要大量安全泄放的鍋爐和壓力容器。
 

　　2. 根據介質排放方式的不同
 

　　安全閥的介質排放方式各異，據此可分為全封閉式、半封閉式和開放式三種類型。
 

　　①全封閉安全閥
 

　　全封閉式安全閥的設計使得排氣時，所有氣體都通過專門的排氣管進行排放，確保介質不會向外泄漏。這種類型的安全閥特別適用于裝有有毒或的容器。
 

　　②半封閉安全閥
 

　　半封閉式安全閥的設計特點在于，其排放的氣體并非全部通過排氣管，而是有一部分會從閥蓋與閥桿之間的間隙中泄漏出來。這種類型的安全閥通常適用于那些介質不會對環境造成污染的氣體容器。
 

　　③開放式安全閥
 

　　開放式安全閥的設計特點是其閥蓋處于敞開狀態，使得彈簧腔室能夠與大氣直接相連通。這種設計有助于降低彈簧的工作溫度。它特別適用于那些介質為蒸汽或高溫氣體，且對大氣不產生污染的容器。
 

　　3. 根據閥瓣開啟高度與流道直徑之比進行分類
 

　　安全閥可以根據閥瓣開啟的最大高度與安全閥流道直徑之比進行分類，主要分為微啟式安全閥和全啟式安全閥兩大類。
 

　　①微啟式安全閥
 

　　微啟式安全閥的特點在于其開啟高度，它小于流道直徑的1/4，通常維持在流道直徑的1/40至1/20之間。這種安全閥的動作方式屬于比例作用式，適用于液體環境，同時也可用于排放量極小的氣體場合。
 

　　②全啟式安全閥
 

　　全啟式安全閥的開啟高度至少達到流道直徑的1/4，其排放面積與閥座喉部的最小截面積相等。這種安全閥的動作方式為兩段作用式，需借助升力機構才能開啟。全啟式安全閥特別適用于氣體介質的應用場合。
 

　　4. 按作用原理分類
 

　　安全閥可以根據其作用原理進行分類，主要分為直接作用式安全閥和非直接作用式安全閥兩大類。
 

　　①直接作用式安全閥
 

　　直接作用式安全閥是直接受到工作介質壓力的影響而開啟的。它通過工作介質壓力克服加載機構施加于閥瓣的機械載荷，從而驅動閥門開啟。這種安全閥結構簡明，響應迅速，且具有良好的可靠性。然而，由于其載荷能力受限于結構本身，因此不適用于高壓或大口徑的場景。
 

　　②非直接作用式安全閥
 

　　非直接作用式安全閥包括先導式安全閥和帶動力輔助裝置的安全閥。先導式安全閥依賴于導閥排出的介質進行驅動或控制，而導閥通常采用直接作用式安全閥或其他形式的閥門。此類安全閥特別適用于高壓、大口徑的環境。其主閥設計為工作介質密封式，或對閥瓣施加遠大于直接作用式安全閥的機械載荷，從而確保出色的密封性能。此外，先導式安全閥的動作受背壓影響較小。但需注意，其可靠性取決于主閥和導閥的性能，響應速度和可靠性可能略遜于直接作用式安全閥，且結構相對復雜。
 

　　帶動力輔助裝置的安全閥則借助外部動力，在低于正常開啟壓力時強制開啟安全閥。這類安全閥適用于開啟壓力與工作壓力相近的場合，或需定期開啟以檢查、清除粘著、凍結介質的情況。同時，它也為緊急情況提供了強制開啟的選項。
 

　　彈簧選型與計算全攻略
 

　　彈簧的選型和計算是一個涉及多個因素的過程，包括彈簧的剛度、維度、應力和壽命等。首先，彈簧的剛度是彈簧在受力時抵抗變形的能力，其計算需要考慮彈簧的材質、幾何形狀和纏繞方式等因素。其次，彈簧的維度計算涉及到彈簧的公差、線徑、螺旋線圈數、彈簧長度和彈簧直徑等參數，這些參數的選擇需要根據工作條件和受力情況進行合理的匹配。此外，彈簧在承受應力時需要考慮應力和壽命計算，確保彈簧在工作過程中安全可靠，并且能夠預測其使用壽命。
 

　　在選型過程中，需要根據工作條件計算出所需的彈簧參數，如彈簧剛度系數和自由長度，并根據選型公式選擇合適的彈簧材料、線徑、圈數等參數。最后，正確的彈簧安裝方式和使用環境也是保證彈簧正常工作的關鍵因素，需要注意避免彈簧在工作中受到不良影響。
 

　　壓力彈簧的設計數據，除彈簧尺寸外，更需要計算出最大負荷及變位尺寸的負荷；彈簧常數以k表示，當彈簧被壓縮時，每增加1mm距離的負荷(kgf/mm)。彈簧常數公式(單位：kgf/mm)：K=(Gxd4) /(8xDm3xNc)。G=線材的鋼性模數：琴鋼絲G-8000；不銹鋼絲G-7300；磷青銅線G-4500；黃銅線G-3500。
 

　　此外，還需要考慮彈簧的安裝空間和尺寸，如彈簧的長度、直徑、線圈數等參數，以確保彈簧能夠正確地安裝在工作環境中。最后，根據實際工作條件和需求，選擇合適的彈簧材料和規格，確保彈簧能夠滿足實際使用要求。
 

　　二.工業鍋爐壓力安全閥選型要點選型要點
 

　　在選購安全閥時，需綜合考慮工作環境的壓力、口徑大小、介質特性以及安全需求。不同類型的安全閥有其的應用場景和優勢，選擇時需根據實際情況進行權衡。
 

　　安全閥參數的確定
 

　　在選購安全閥的過程中，首先需要確定的是安全閥的公稱壓力。這一參數的選擇，需要綜合考慮閥門所采用的材質、其工作環境下的溫度以及系統能夠承受的最大工作壓力。通過這些因素的權衡，可以選定出合適的公稱壓力，從而確保安全閥能夠滿足實際的工作需求。
 

　　②安全閥工作壓力等級的選定
 

　　在確定安全閥的工作壓力等級時，需參考壓力容器的設計壓力和設計溫度。要注意，安全閥的工作壓力與彈簧的工作壓力級是兩個不同的概念。
 

　　安全閥的工作壓力，即在正常工作時閥前所承受的靜壓力，應與被保護系統或設備的工作壓力保持一致。而彈簧的工作壓力級，則是指特定彈簧所能適用的工作壓力范圍。在這個范圍內，安全閥的開啟壓力(也就是整定壓力)可以通過調整彈簧的預緊壓縮量來進行靈活控制。
 

　　因此，在選擇安全閥時，必須根據實際所需的開啟壓力來精確確定閥門的工作壓力級。
 

　　③安全閥的排放壓力Pd的確定
 

　　安全閥的排放壓力通常設定為整定壓力(即開啟壓力)的1.1倍。對于蒸汽鍋爐而言，其安全閥的排放壓力則需調整為整定壓力的1.03倍。這樣的設定旨在確保在必要時，安全閥能夠有效地進行排放，從而保障系統和設備的安全運行。
 

　　④安全閥通徑的確定
 

　　安全閥的通徑選擇應根據必需排放量來確定，確保安全閥的排放能力至少等于必需排放量。必需排放量是指在系統發生異常超壓時，為防止超壓所必須排除的量，它受到系統或設備的工作條件、容量以及可能引發超壓的因素等多種因素的綜合影響。
 

　　⑤材質的選擇
 

　　在確定安全閥的材質時，必須綜合考慮介質的工作溫度、工作壓力、介質特性，以及材料的工藝性和經濟性等多個因素。這些因素將直接影響所選材質是否能夠滿足安全閥的使用需求。
 

　　2. 工業鍋爐壓力安全閥選型要點特殊結構的選定
 

　　對于那些開啟壓力超過3MPa的蒸汽安全閥，或是介質溫度高于320℃的氣體安全閥，推薦選用帶有散熱器的安全閥，即帶有翅片的安全閥。這是為了確保這些高壓力、高溫度條件下的安全閥能夠穩定工作。
 

　　此外，如果安全閥需要承受額外的背壓，并且背壓的變化量超過了整定壓力的10%，那么就應選用波紋管安全閥。這種安全閥結構能夠有效地隔離介質與彈簧及導向機構，從而防止彈簧和導向機構受到介質的腐蝕。特別對于那些使用腐蝕性介質的安全閥，這種波紋管安全閥更是的選擇。
 

　　③針對易燃且毒性為極度或高度危害的介質，必須選用封閉式安全閥。若需配備提升機構，則應選擇封閉式帶板手安全閥。
 

　　④對于空氣、60℃以上的熱水或蒸汽等非危害介質，適宜采用帶板手安全閥。
 

　　⑤液化槽(罐)車則應選用內置式安全閥。
 

　　⑥在泄放量大的工作條件下，宜選擇全啟式安全閥；而對于工作壓力穩定、泄放量小的工況，微啟式安全閥則更為合適。對于高壓且泄放量大的情況，建議選用非直接起動式安全閥，例如脈沖式安全閥。
 

　　⑦當容器的長度超過6米時，應設置兩個或兩個以上的安全閥。
 

　　⑦對于工作壓力較低的固定式容器，適宜選用靜重式(如高壓鍋)或杠桿重錘式安全閥。而對于移動式設備，則應選擇彈簧式安全閥。
 

　　⑧當介質較為稠厚且容易堵塞時，推薦采用安全閥與爆破片組合的串聯式泄放裝置。
 

　　接下來，我們將探討安全閥的安裝位置及要求。
 

　　工業鍋爐壓力安全閥選型要點的安裝位置有哪些要求？
 

　　①安全閥應垂直向上安裝，確保其正常工作。
 

　　②安裝位置應盡可能靠近被保護的設備或管道，以便及時響應。
 

　　③安裝處需易于檢修和調節，并確保周圍有足夠的空間進行維護。
 

　　④對于壓力容器，安全閥應安裝在容器本體液面以上的氣相空間，或連接點位于氣相空間的管道上。
 

　　⑤若容器、設備盛裝易燃、毒性或黏性介質，可在安全閥前裝設截止閥，但需保證其流通面積不小于安全閥的最小流通面積，并始終保持常開狀態。
 

　　⑥為減少閥門自重力影響，避免應力疲勞和排放振動疲勞，安全閥與截止閥應反向安裝。
 

　　⑦對于可能被物料堵塞或腐蝕的安全閥，應在入口前設置爆破片，并采取防堵措施如反吹掃、伴熱或保溫等。
 

　　⑧在管道上安裝的安全閥，應選擇流體壓力穩定且距波動源適當距離的位置，避免安裝在水平管道的死角處。
 

　　⑨對于液體介質管道、換熱器或壓力容器等可能出現熱膨脹導致壓力升高的場合，安全閥可水平安裝，直接向下排出液體。
 

　　⑩對空緊急排放時，管口應平整無尖銳邊緣，以防靜電放電。
 

　　?安全閥的安裝點背壓值應在規定范圍內，確保其正常工作不受影響。
 

　　?安全閥的閥體應平穩支撐，確保其穩定性。
 

　　?若介質為極度和高度危害或易燃易爆介質，安全閥的排出口應引至安全地點并妥善處理。
 

　　同時，若兩個以上的安全閥共用一根排放管，其截面積應不小于所有安全閥出口截面積的總和，但需注意氧氣或可燃氣體以及其他可能產生化學反應的介質不能共用一根排放管。
 

　　針對不同介質和場合，安全閥的安裝有哪些特殊要求？
 

　　①當介質具有腐蝕性時，為確保安全閥的耐用性，建議與爆破片組合安裝。
 

　　②若介質高毒性，則應選用密封的安全閥，以防止泄漏。
 

　　③對于高溫介質，需注意高溫可能影響彈簧性能，因此宜避免選用彈簧式安全閥。
 

　　④對于關鍵位置或可能遭受火災威脅的安全閥，建議設置噴淋保護，以確保其安全性。
 

　　⑤球罐用的安全閥則應安裝雙安全閥，并確保任一安全閥都能滿足球罐的安全泄壓需求。
 

　　⑥為避免靜電對安全閥的影響，應設置靜電跨線。
 

　　⑦為減少安全閥因反復啟閉而產生的顫振和損壞，應盡量降低安全閥入口管道的壓力降，例如通過增大入口管徑和縮短入口管段來實現。