安全阀计算课件

安全阀计算课件PPT第一章安全阀基础概念什么是安全阀安全阀是保护压力容器和管道系统防止超压事故的关键安全附件当系统压力超过预设值时安全阀能够自动开启进行泄压将过剩压力释放到安全区域从而防止设备损坏和重大,,,安全事故的发生安全阀的主要功能压力限制保护自动泄压功能防止系统压力超过设计极限值避免设实现超压时的自动泄放无需人工干预,,备因超压而发生破裂、爆炸等严重事即可快速降低系统压力至安全范围故安全保障安全阀的分类与结构型式123按加载机构分类按开启高度分类按介质工况选择弹簧式安全阀:利用弹簧预紧力作为加载机全启式安全阀:阀瓣开启高度≥

0.25倍喉径,不同介质和工作条件需要选择相应的安全阀构结构紧凑应用最广泛适用于各种介质和泄放面积大适用于气体、蒸汽等可压缩介类型高温高压蒸汽系统通常选用全启式弹,,,,工况质簧安全阀液体系统可选用微启式安全阀有;;毒有害介质需配备密闭排放系统杠杆式安全阀采用杠杆和重锤加载调节方微启式安全阀阀瓣开启高度为:,:

0.05~

0.25便但体积较大多用于大口径低压场合倍流道直径适用于液体介质或小排量场合,,静重式安全阀直接利用重物加载结构简单:,可靠但反应较慢主要用于储罐等低压容器,,安全阀结构示意图主要部件说明密封与导向系统阀瓣阀芯移动部件控制流道的开启与导向套保证阀瓣运动平稳准确:,:关闭密封面关键接触面决定密封性能:,阀座固定部件与阀瓣形成密封副:,阀盖与铅封保护内部机构防止随意调整:,弹簧提供预紧力决定整定压力:,调整螺杆调节弹簧压缩量设定开启压力排放管接口连接泄放系统:,:第二章安全阀关键参数解析准确理解和掌握安全阀的关键技术参数是进行正确计算和选型的前提本章将详细解析整定压力、开启压力、泄放压力、背压等核心概念及其相互关系整定压力Set Pressure010203定义与确定调整方法重要注意事项整定压力是安全阀阀瓣开始开启时的预定压力通过旋转调整螺杆改变弹簧的预紧力来实现整定严禁在介质压力接近整定压力以上时进行调90%值根据规范要求通常设定为设备最高工作压力压力的调节顺时针旋转增大预紧力提高整定压整此时阀瓣处于微动状态调整操作可能导致密,,,,的倍既保证正常工作时不误动作又能力逆时针旋转降低预紧力降低整定压力调整封面损伤调整完成后必须铅封锁定防止未经授

1.05~

1.10,,;,,在超压时及时开启保护后必须进行校验确认权的改动实践提示整定压力的选择需综合考虑容器设计压力、工作压力、压力波动范围及相关规范要求对于重要场合建议预留的压力裕:,10-15%度开启压力与泄放压力开启压力Pop Pressure泄放压力Discharge Pressure开启压力是安全阀阀瓣实际开始离泄放压力是安全阀完全开启进行充分泄放时的开阀座介质开始泄放的压力点在压力值通常略高于整定压力对于弹簧式安,,理想状态下开启压力应等于整定压全阀泄放压力一般为整定压力的,,

1.03~

1.10力但实际运行中可能存在的偏倍,±3%差泄放压力的设定要确保在此压力下安全阀的,开启压力受多种因素影响包括介质泄放能力能够满足系统的最大泄放需求同时,,特性、背压大小、阀门制造精度系统压力不会继续上升超过允许的最大压力等定期校验可确保开启压力保持值在允许范围内背压的影响静背压动背压总背压影响安全阀出口侧在泄放前就存在的恒定压力如由于介质流动产生的压力损失仅在泄放时存总背压静背压动背压影响阀瓣开启特性和,,=+,排放管道中的静态压力在与流量成正比泄放能力,背压对安全阀性能有显著影响当背压较高时通常指超过整定压力的会影响阀瓣的开启高度和泄放流量必须选用平衡波纹管式安全阀或导阀式安10%,,全阀设计排放系统时应尽量降低背压采用短直管道、减少弯头、增大管径等措施,,对于常规弹簧式安全阀背压建议控制在整定压力的以内对于平衡波纹管式安全阀可允许背压达到整定压力的,10%;,30-50%第三章安全阀计算基础安全阀计算是设计选型的核心环节包括泄放量确定、流动状态判断、泄放面积计算等关键内容本章将系统介绍各类介质的计算方法及相关标准规范,泄放量的确定事故工况分析非火灾与火灾工况计算依据标准确定系统可能发生的各种超压事故场景包括非火灾工况根据具体事故原因计算泄放量国内主要参考,:,:如控制失效时的最大进料速率、反应失控时:《压力容器》附录相关•GB

150.1~

150.4的最大产气速率等外部火灾导致的介质膨胀或气化内容•火灾工况按照容器外表面积计算火灾时的冷却或搅拌系统失效:《安全阀一般要求》••GB/T12241吸热量和介质气化量是储罐类设备的主要考,控制系统失灵导致的进料过量《固定式压力容器安全技术监察••TSG21虑工况规程》化学反应失控或异常放热•火灾工况泄放量计算公式:Q=•换热器管束破裂导致的热媒泄漏国际标准参考API520《Sizing,Selection,其中为环境系数21000×F×A^

0.82W F,Aand Installationof Pressure-relieving需计算每种工况下的最大可能泄放量取其中,为受火面积m²》和《Devices API521Pressure-relieving最大值作为设计依据》and DepressuringSystems气体和蒸汽泄放量计算公式流动状态判断首先需要判断流动状态,根据临界压力比确定:其中P₁为阀门入口压力绝对压力,P₂为阀门出口压力绝对压力临界流动计算亚临界流动计算当r≤r_critical对于空气约为

0.528时,为临界流动状态当rr_critical时,为亚临界流动状态,需考虑背压影响质量流量计算公式:修正后的计算公式:式中:其中F₂为背压修正系数:•W—质量流量kg/h•C—气体特性系数•K_d—排放系数

0.975k为比热比绝热指数•P₁—入口压力MPa abs•A—泄放面积mm²亚临界流动时泄放能力降低,设计时应尽量避免或采用更大的泄放面积•M—分子量•Z—压缩因子•T₁—入口温度K液体泄放量计算方法液体膨胀量计算换热器破裂工况液体安全阀尺寸计算液体受热膨胀导致的超压是常见工况泄放换热器管束破裂是危险工况高压侧介质泄已知泄放量后计算所需泄放面积,,,:量计算公式漏到低压侧可能导致快速超压泄放量等:于管束破裂时的最大泄漏量:其中:式中K_d为排放系数,K_v为粘度修正系数,g通常假设单根管完全断裂或多根管部分破为重力加速度

9.81m/s²,ρ为液体密度泄放量,•Q—kg/h裂为流量系数为破口kg/m³,ΔP为阀进出口压差PaK

0.6-

0.8,A_hole体积膨胀系数•B—1/°C面积,ρ为液体密度,ΔP为压差加热速率•H—kJ/h液体容积•V—L定压比热容•C—kJ/kg·°Cₚ第四章安全阀尺寸与选型计算完成泄放量计算后需要根据计算结果确定安全阀的喉径、阀座口径和公称直径并选择,,合适的弹簧工作压力等级本章介绍详细的尺寸计算方法和选型原则喉径与阀座口径计算全启式安全阀喉径计算微启式安全阀阀座口径计算全启式安全阀的关键尺寸是喉径由最微启式安全阀直接计算阀座口径d₁,d₀:小泄放面积确定A:微启式安全阀开启高度h=

0.05~

0.25×计算得出的喉径需要向上圆整到标准系d₀,流通面积:列常用标准喉径系列,mm:6,8,10,13,16,20,25,32,40,50,65,80,100,125,150,200选型时的安全裕度:阀座口径d₀与喉径的关系:•理论计算面积乘以安全系数

1.1~

1.25考虑制造偏差和运行中的性能衰减对于全启式安全阀,阀座口径d₀≈•避免长期在接近满负荷状态下运行

1.0~

1.2×d₁•阀座口径通常与喉径相同或略大确保流,通能力安全阀公称直径的确定010203查阅阀门样本确定公称直径DN避免常见错误根据计算得出的最小泄放面积和整定压力查阅安全阀的公称直径是连接法兰的尺寸与喉径尺寸过大整定压力下泄放量过大可能导致频繁A,DN,:,安全阀制造商的产品样本找到满足泄放面积要求不同同一公称直径的安全阀可能有不同的喉径起跳影响密封寿命和系统稳定性,chattering,且整定压力在工作压力范围内的安全阀型号规格选择时要确保:尺寸过小泄放能力不足无法有效控制压力存在:,,•阀门实际泄放面积≥计算所需最小泄放面积安全隐患公称压力等级满足系统压力要求•正确选型应使安全阀在设计泄放量下开启度为•接口尺寸与管道匹配60-80%,既保证泄放能力,又避免频跳弹簧工作压力等级选择安全阀弹簧按工作压力范围分为不同等级每个等级覆盖一定的整定压力范围选择合适的弹簧等级对安全阀性能至关重要,确定整定压力验证压力范围根据设备工作压力和规范要求确定整定压力确认弹簧调节范围能够覆盖整定压力留有适当调整余Ps,地1234查找弹簧等级更换与标识在产品样本中查找包含该整定压力的弹簧等级代号弹簧更换后必须更新铭牌数据重新校验并铅封,重要提示弹簧工作压力等级的选择应使整定压力位于弹簧调节范围的中间区域避免在端部位置以保证调节精度和弹簧使用寿命:30-70%,,弹簧是安全阀的核心部件其性能直接影响整定压力的稳定性定期检查弹簧有无腐蚀、裂纹、永久变形必要时及时更换弹簧材料应根据介质温度选,,择高温场合需选用耐高温弹簧材料,第五章安全阀设计选型规范与标准安全阀的设计、选型、安装和维护必须遵循相关国家标准和行业规范本章介绍国内外主要标准体系及其关键要求为工程实践提供依据,国内外主要标准介绍中国国家标准美国石油学会标准国际标准化组织标准《安全阀一般要求》《泄压装置的尺寸确定、选型和安系列标准GB/T12241-2021API520ISO4126装》规定了安全阀的术语定义、分类、技术要国际通用的安全阀标准体系包括,:求、试验方法、检验规则、标志和使用说明石油化工行业广泛采用的标准提供了详细,安全阀一般要求•ISO4126-1:书等基本内容是我国安全阀设计制造的基的泄放量计算方法、安全阀尺寸确定程序、,爆破片安全装置•ISO4126-2:础标准安装要求等包含大量计算图表和实例,泄放面积通用数据•ISO4126-7:《安全阀性能试验方法》《压力释放和泄压系统》GB/T38599-2020API521标准在欧洲及其他国家广泛应用与国内ISO,详细规定了安全阀开启压力、排放压力、回规定了泄压系统的设计原则、泄放量确定方标准在技术要求上基本一致但在试验方法,座压力、密封试验等性能参数的试验方法和法、排放系统设计等内容与配套使,API520和标识要求上存在差异判定准则是产品检验和验收的依据用涵盖整个压力释放系统,,其他相关标准《压力容器》、:GB150TSG《固定式压力容器安全技术监察规程》等21安全阀设置与安装要求安全阀数量与布置原则每台压力容器至少应装设一个安全阀以下情况需要增加安全阀数量:单个安全阀泄放能力不能满足要求时应设置两个或多个安全阀•,有不同操作压力的压力容器应分别设置安全阀•,固定式容器的不同截面如需单独保护应分别装设安全阀•,装有易燃、毒性危险介质的容器应设置备用安全阀•,多个安全阀并联时至少有一个整定压力不大于容器设计压力的倍其他安全阀整定压力可适当提高但不,

1.05,,得超过设计压力的倍

1.15机械连锁装置及铅封要求安全阀与压力容器之间一般应直接连接不得装设截止阀门如因生产需要必须装设截止阀门时应符合以下要求,,:截止阀必须全开并采用铅封锁定保证安全阀随时可用•,应装设可靠的连锁装置确保在截止阀关闭时设备不能投入运行•,安全阀的调整螺杆必须加锁或铅封防止未经授权的调整•,在线检测与定期校验规范安全阀应定期进行校验校验周期一般不超过年对于介质洁净、工况稳定的系统在满足在线监测条件下可适当延长至年校验内容包括整定压力、密封性能、动作灵敏度等校验,1,3合格后应加注铅封并记录校验日期、整定压力等信息,第六章安全阀计算实例解析通过完整的工程实例展示安全阀从工况分析、参数确定、泄放量计算到尺寸选型的全过,程帮助理解理论知识在实际工程中的应用,实例背景介绍某压缩空气储罐安全阀选型计算设备参数介质条件管道系统设备类型压缩空气储罐介质压缩空气安全阀入口管道•:•:•:DN50容积分子量出口排放管道•:5m³•M=29•:DN65设计压力比热比排放至大气背压可忽略•:

1.0MPaG•k=

1.4•,设计温度压缩因子管道长度入口出口•:150°C•Z=

1.0•:2m,8m工作压力临界压力比•:

0.8MPaG•r_critical=

0.528工作温度•:40°C设计工况考虑压缩机出口调节阀失灵导致持续向储罐充气的事故工况需确定安全阀规格确保储罐压力不超过设计压力的倍:,,

1.1泄放压力与泄放量计算第一步:确定安全阀整定压力和泄放压力整定压力P_s=

1.05×设计压力=

1.05×

1.0=

1.05MPaG泄放压力P_d=

1.10×设计压力=

1.10×

1.0=

1.10MPaG=

1.20MPaabs第二步:判断流动状态背压P₂=

0.101MPaabs大气压压力比r=P₂/P_d=

0.101/

1.20=

0.

0840.528→临界流动第三步:确定泄放量第四步:计算最小泄放面积假设压缩机最大输出流量为1000kg/h根据压缩机性能曲线确定使用临界流动公式计算气体特性系数C:考虑

1.2倍安全系数:设计泄放量W=1000×

1.2=1200kg/hC=

0.03948×√[

1.4×2/

2.4^

3.5]=

0.0317计算所需泄放面积:代入数据:T=40+273=313K,K_d=

0.975A=1200/

0.0317×

0.975×

1.20×√29/

1.0×313=310mm²计算喉径:d₁=√4A/π=√4×310/

3.14=

19.9mm安全阀型号与尺寸选定验证泄放能力查阅产品样本根据产品样本提供的泄放系数计算该型号安全阀的实际泄放量,:根据喉径向上圆整到标准系列选择喉径的安全阀查阅某品牌安

19.9mm,,20mmW_actual=

0.0317×

0.975×

1.20×314×√29/

1.0×313=1220kg/h全阀样本找到以下符合要求的型号,:实际泄放量设计泄放量✓满足要求1220kg/h1200kg/h型号•:A48Y-16C公称直径•:DN40喉径•:20mm实际泄放面积•:314mm²公称压力•:

1.6MPa最终选型结果选择弹簧等级安全阀完整型号级弹簧:A48Y-16C DN40E整定压力查产品样本弹簧等级表选择压力范围的弹簧弹簧

1.05MPa,,

0.8-

1.2MPa,配套法兰:HG20592-2009PN16DN40RF代号为级E排放管道建议确保背压整定压力:DN50,10%校核管道压力降及背压影响入口管道压力降校核安全阀入口管道产生的压力降会导致阀门实际入口压力低于容器压力影响泄放能力入口压力降应控制在整定压力的以内,3%采用公式计算排放管道背压校核Darcy-Weisbach:出口管道长度管道计算排放时的动背压8m,DN65,:ΔP_out=

0.02×8/

0.065×5×15²/2≈1400Pa≈

0.014MPa其中:背压占比✓=

0.014/

1.05=

1.3%10%•f=摩擦系数≈

0.02背压影响很小可忽略不需要选用平衡波纹管式安全阀,,管道长度•L==2m管道内径•D==

0.05m•ρ=气体密度

1.2MPa,313K≈14kg/m³•v=流速=W/ρ×A=1220/14×

0.00196×3600≈

12.5m/sΔP_in=

0.02×2/

0.05×14×

12.5²/2=437Pa≈

0.0044MPa压力降占比✓=

0.0044/

1.05=

0.42%3%实际应用反馈该安全阀安装运行后表现良好在一次压缩机调节阀故障时安全阀及时开启泄压将储罐压力控制在成功防止了超压事故安全阀开启后平稳泄放无频跳现象压力降低至,,,

1.08MPa,,,后准确回座密封良好定期校验显示整定压力稳定在范围内性能符合设计要求

0.95MPa,

1.05±

0.02MPa,第七章安全阀维护与检验安全阀的可靠运行离不开规范的维护保养和定期检验本章介绍安全阀的检测方法、校验程序及维护要点确保安全阀始终处于良好工作状态,在线检测与离线校验目视检查泄漏检测功能测试与离线校验定期检查安全阀外观重点关注在线检测安全阀密封性能定期进行离线校验通常年,::1:阀体有无腐蚀、裂纹、变形采用超声波检测仪检测微小泄漏拆卸安全阀送至专业校验台•••弹簧有无锈蚀、断裂观察出口法兰或排放管是否有介质痕迹测试整定压力、密封性能•••密封面有无损伤、积垢监测系统压力波动情况检查回座压力、频跳特性•••铅封、标牌是否完好发现泄漏应及时处理严重时需更换必要时进行研磨、更换密封件••,•连接螺栓有无松动校验合格后重新铅封标识••延长校验周期的条件满足以下条件时可将校验周期延长至年,2-3:介质洁净无腐蚀性不易结垢

1.,,工况稳定压力波动小未曾开启动作

2.,,安装在线监测装置实时监控密封状态

3.,有完善的维护记录历次校验结果良好

4.,经安全管理部门批准

5.但对于有毒、易燃、易爆介质的安全阀不得延长校验周期必须严格按规定进行年度校验,,维护注意事项123避免频跳及密封面损伤弹簧及阀瓣更换周期记录与标记管理要求频跳是安全阀快速连续开启关弹簧正常使用年应考虑更换高温或腐建立完善的安全阀技术档案和维护记录chattering:5-8,:闭的现象会导致阀瓣和阀座密封面快速磨蚀环境应缩短周期弹簧出现裂纹、永久变,记录安全阀型号、参数、安装位置•损严重影响使用寿命和密封性能形、严重锈蚀时必须立即更换,记录每次校验日期、整定压力、密封试•预防措施阀瓣与阀座密封面出现划痕、点蚀、腐蚀::验结果时应研磨修复磨损严重无法修复时更换,•正确选型,避免安全阀尺寸过大•记录维修保养内容、更换部件清单每次大修应检查密封面状况轻微缺陷可研,•控制背压,确保排放管道畅通•在安全阀上挂牌标识下次校验日期磨深度超过应更换,

0.5mm•避免系统压力长期接近整定压力运行•建立安全阀台账,实施全生命周期管理更换部件后必须重新校验整定压力和密封性发现频跳现象应立即查找原因并处理•铅封应使用专用铅封钳标注校验单位代号能确保符合要求后方可投用,,和日期任何拆卸、调整、维修后必须重新铅封未经授权破坏铅封属于违规操作应,追究责任总结与展望安全阀计算选型的重要性安全阀是压力系统安全运行的最后一道防线其正确计算、合理选型、规范安装和有效维护对保障生产安全具有决,定性意义通过本课程的学习我们系统掌握了安全阀的基础理论、计算方法、选型原则和维护要求,标准规范持续更新与技术进步随着工业技术的发展安全阀相关标准规范不断更新完善新型安全阀产品和在线监测技术不断涌现设计人员应,,持续关注标准动态学习新技术新方法将最新的技术成果应用到工程实践中,,提升设计与维护水平,保障生产安全安全阀工作看似简单实则涉及流体力学、材料科学、机械设计等多学科知识只有深入理解其工作原理严格遵,,循计算规范精心选型配置认真维护管理才能确保安全阀在关键时刻可靠动作有效保护设备和人员安全,,,,章30+7100%专业知识点系统化内容安全保障涵盖安全阀全生命周期从理论到实践完整体系守护压力系统安全运行感谢学习本课程让我们共同为工业安全贡献力量!!。