海川hcbbs安全阀计算示例要点.docx
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海川hcbbs安全阀计算示例要点
安全阀计算实例
陈桦
安全阀系压力容器在运行中实现超压泄放的安全附件之一，也是在线压力容器定期检验中必检项目。
它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面则为吸入外部介质以防止容器刚度失效。
凡符合《容规》适用范围的压力容器按设计图样的要求装设安全阀。
一．安全阀的选用方法
a）根据计算确定安全阀.公称直径.必须使安全阀的排放能力≥压力容器的安全泄放量
b）根据压力容器的设计压力和设计温度确定安全阀的压力等级;
c）对于开启压力大于3MPa蒸汽用的安全阀或介质温度超过320℃的气体用的安全阀,应选用带散热器（翅片）的形式;
d）对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式安全阀,如需采用带有提升机构的,则应采用封闭式带板手安全阀;
e）当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%开启压力时,应选用带波纹管的安全阀;
f）对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,则应采用带板手安全阀
g）液化槽（罐）车,应采用内置式安全阀.
h）根据介质特性选合适的安全阀材料:
如含氨介质不能选用铜或含铜的安全阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的安全阀.
i）对于泄放量大的工况,应选用全启式;对于工作压力稳定,泄放量小的工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大的工况,宜选用非直接起动式,如脉冲式安全阀.对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀.
j）工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式（高压锅）或杠杆重锤式安全阀.移动式设备应采用弹簧式安全阀.
k）对于介质较稠且易堵塞的,宜选用安全阀与爆破片的串联组合式的泄放装置.
l）根据安全阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级.安全阀公称压力与弹簧工作压力关系,见表1
m）
安全阀公称压力PN与弹簧工作压力关系表
表1
PN
弹簧工作压力等级
1.6
0.06～0.1
>0.12
>0.16～0.25
>0.25～0.4
>0.4～0.5
>0.5～0.6
>0.6～0.8
>0.8～1.0
>1.0～1.3
>1.3～1.6
2.5
>1.3～1.6
>1.6～2.0
>2.0～2.5
只能用于大于1.3MP
6.4
->1.3～1.6
>1.6～2.0
>2.0～2.5
>2.5～3.2
>3.2～4.0
>4.0～6.4
只能用于大于1.3MPa
10
>4～5
>5～6.4
>6.4～8
>8～10
只能用于
大于4.0MPa
安全阀应动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣应及时开启和完全上升,以顺利排放;同时应具有良好的密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封;在排气压力下阀瓣应达到全开位置,无震荡现象,并保证排出规定的气量。
二．安全阀计算实例
我们在压力容器设计和定期检验中均要求对安全阀的安全排放能力进行选型或校验计算。
基于以往资料不齐全,往往以大代小,造成不必要的浪费。
现拟以GB150附录B-B5.1b）为依据，用不同介质、压力、温度对安全阀的安全排放量进行选型计算。
例1：
有一空气储罐,DN1000㎜，容积V=5m3最高工作压力为0.8MPa，工作温度为30℃进口管为φ57X3.5,确定安全阀尺寸.
解1）确定气体的状态条件
设Po—安全阀出口侧压力（绝压）0.103MPa（近似为0.1MPa）
则Pd—安全阀泄放压力（绝压）为
Pd=1.1Pw+0.1+10%P=1.068MPa（GB150附录B4.2.1）
当安全阀出口侧为大气时:
Po/Pd=0.103/1.068=0.0936
而（2/（k+1））k/（k-1）=（2/（1.4+1））1.4/（1.4-1）=0.53
∴Po/Pd＜（2/（k+1））k/（k-1）是属于临界状态条件,安全阀排放面积A按（B5）计算
A≥
mm（B5）
式中:
C气体特性系数,查表B1或C=520√k（2/（k+1）（k+1）/（k-1））
K—安全阀额定泄放系数,K=0.9倍的泄放系数（泄放系数由制造厂提供,一般为0.75）;或按《容规》附件五第二节有关规定中选取.
2）容器安全泄放量的计算:
盛装压缩气体或水蒸汽的容器安全泄放量,按下列规定来确定
a.对压缩机贮罐或水蒸汽的容器,分别取压缩机和水蒸汽发生器的最大产气量;
b.气体储罐等的安全泄放量按（B1）式计算
Ws=2.83×10-3ρυd2㎏/h（B1）
式中ρ为排放压力下的气体密度.
ρ=M（分子量）×Pw’（排放绝对压力）×273/（22.4×（273+t））
空气M=28.95
排放绝对压力Pw’=10.68㎏/㎝2
代入上式得ρ=28.95×10.68×273/22.4×303=12.44㎏/m3
υ—容器在工作压力下的进口管的气体流速m/s;查表2得υ=10～15m/s
一些常用气体流速范围
表2
流体名称/输送压力MPa
流速范围m/s
流体名称/输送压力
MPa
流速范围
m/s
压缩空气0~0.1
＞0.1~＜0.6
＞0.6~＜1.0
＞1.0~＜2.0
＞2.0~＜3.0
一般气体（常压）
氧气＜0.6
0.05~0.6
饱和水蒸汽（主管）
（支管）
低压蒸汽＜1.0
低压蒸汽＜1.0
低压蒸汽＜1.0
10~15
10~20
10~15
8~10
3.0~6.0
10~20
5.0~10.0
7.0~8.0
30~40
20~30
15~20
20~40
40~60
饱和水蒸汽（主管）
（支管）
煤气（初压）2KPa
（初压）6KPa
氨气≤0.6
1.0~2.0
液氨
氮气5~10
乙炔气
氢气
自来水（主管）
（支管）
易燃气体
40~60
35~40
0.75~3.0
3~12
10~20
3.0~8.0
0.3~1.0
2.0~5.0
2.0~8.0
≤8.0
1.5~3.5
1.0~1.5
≤1.0
取υ=10m/s.
将上述ρ、ν、d代入得
Ws=2.83×10-3×12.44×15×502=1320.2㎏/h
则A=
=205.4mm2
若采用带板手全启式安全阀
A=0.785d02=205.4mm2d0=（205.4/0.785）1/2=16.2㎜
根据统计概算,全启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.625,而微启式安全阀的喉径d0与公称直径DN之比约为0.8.
∴选用公称直径DN32的全启式带板手安全阀.
安全阀公称直径与喉径关系
表3
安全阀公称压力\公称直径
DN15、20、25、32、40、50、80、100
全
启
式
PN（MPa）1.0、2.5、4.0、6.4
do20、25、32、50、65
PN（MPa）10.0
20、25、32、40、50
PN（MPa）16、32
12、20
微
启
式
PN（MPa）1.6、2.5、4.0、6.4
do12、16、20、25、32、40、65、80
PN（MPa）16、32
do812
PN（MPa）16、32
14/16
例2.将例题1的介质改为蒸汽。
解：
在压力容器中，绝大多数安全阀的出口侧压力与它的泄放压力之比即Po/pd都小于理论值0.528。
（此值由空气作试验介质求得Po/pd=0.528）属于临界状态。
Pd——安全阀的泄放压力（绝压）
Pd=1.1×P＋0.1MPa=1.1×1.1Pw＋0.1=1.21×0.8＋0.1=1.068MPa
查得ρ=5.388Kg/m3.K=455°（t=182℃）
∴WS=2.83×10-3ρνd2=2.83×10-3×5.388×25×502=953Kg
最小排放面积A
A=
其中蒸汽在工作温度和压力下的压缩系数Z。
可根据高鸿华主编《压力容器安全技术问题》第71问中的公式进行计算：
（注1）
Z=
=
=0.93
式中：
R——848Kg·m/Kmol·K
T——蒸汽绝对温度K
ν——蒸汽比容
M——分子量。
蒸汽k=1.135
∴A=
=245.7mm2
do=
=
=17.7㎜
取DN=32的安全阀。
（do=20㎜）
注1、介质压缩系数可按GB150附录B章进行计算，一些常用介质的临界特性，由表4查得
某些气体的主要物理特性
表4
名称
分子量
临界温度t℃
临界压力Patm（绝压）
K=Cp/Cv
氢H2
2.02
-239.9
12.8
1.407
氧O2
32
-118.8
49.71
1.4
空气
29
-140.8
37.25
1.4
氧化氮NO
30
-94
67.2
1.4
二氧化碳CO2
44
31.1
72.9
1.30
水蒸汽H2O
18.2
374.1
225.4
1.3（过热）1.135
氨NH3
17.03
132.4
111.5
1.29
硫化氢H2S
34.09
100.4
88.9
1.3
氟-12CF2Cl2
120.09
111.7
39.6
1.14
氯Cl2
70.91
144.0
76.1
1.36
丙烷C3H8
44.09
96.84
42.01
1.133
丁烷C4H10
58.12
152.01
37.47
1.094
苯C6H6
78.11
287.6
48.7
1.18
乙炔H2C2
26.04
36.3
61.6
1.238
异丁烷
58.12
58.12
36.00
1.079
上述的工况。
同样可以用（B7）式进行计算。
该式在计算时略去繁锁系数Z的计算，当Pd≤10Mpa时
A=
=
=242.8mm2
do=
=
=17.6㎜
众所周知，压缩系数Z是反映了真实气体在压力、温度和比容之间的关系上和理想气体的差异。
在常温及压力不太高的情况下，真实气体与理想气体的差异不大。
即压缩系数
Z≈1，而一般常用的二原子气体，如空气、氧、氮、氢及一氧化碳等气体的绝热指数K均为1.4。
因此，安全阀排量计算公式简化为下式：
W=27KPdA
用例题1的工况，代入后即得
A=
=205.4mm2
Do=
=
=16.2㎜
与例题1的详细计算相差极小，另一方面应注意的是，如合成氨的循环机的安全阀，由于出口侧的压力很大。
因而压力比Po/Pd>（2/（k+1））k/（k-1）属于处在亚临界状态，则应用式（B6）来计算安全阀泄放量。
但锅炉系统的安全阀选型计算要以《锅规》所给出的公式及系数进行计算。
例3：
液化石油气贮罐，筒体内径Di=1600㎜,长度L=6000㎜，壁厚δn=16㎜,V=13.3m3,封头形式为椭圆，介质组分为:
丙烯50%、丙烷15%、正异丁烯15%、正异丁烷15%、残液5%.液化石油气组分见表5。
液化石油气单一成分组分及汽化潜热
表5
重量组分X1
丙烷C3H8
丙烯C3H6
正异丁烯
正异丁烷
残液
50℃汽化潜热kJ/kg
285.5
285.96
343.7
317.8
337
液化石油气贮罐，一般不设保温且夏日均配备水喷淋予以冷却。
解：
对无绝热材料保冷层的压力容器其安全泄放量按（B3）计算。
W=2.55×105FAt×0.82/qkg/h
式中：
F—系数，对于地面上的容器，F=1
At—容器受热面积，椭圆封头的卧式贮罐
At=πD0（L+0.3D0）=3.14×1.632（6.916+0.3×1.632）=37.9㎡
50℃汽化潜r=∑Xiri=285.5×0.15＋285.96×0.5＋343.7×0.15＋317.8×0.15
＋337×0.05=301.9KJ/㎏
∴安全泄放量W’=
=
=16640㎏/h
安全阀的泄放能力计算
对于贮罐的筒体长度≥6m时，应设置两个安全阀。
在一般情况下分半值来计算较为合理。
这样才不致于使安全阀选得过于大型而造成浪费。
安全阀的最小排气面积A为
A=
=
=577.3mm2
式中Pd=1.1P＋0.1=1.1×1.8＋0.1=2.08MPa
M分子量=44（以主要成分丙烷）
∴do=
=
=27.12㎜
选用DN40A42H—4.0的全启式安全阀两只。
（此档安全阀最小公称直径为40）
由两台或两台以上的装置集中输气到一个贮罐（集中罐）。
或由一台设备分别输气到几个贮罐（分气罐）时。
贮罐的安全泄放量的计算见例4。
例4、由两台空气压缩机同时向体积为V=100m3的集气罐输气。
其输气压力为Pw=1.0MPa；t为常温。
进气管为φ108×4。
此时贮罐的安全泄放量。
∵在Pw=1.0Mpa；t=20℃时，ρ=12.87㎏/m3。
取进气管的气体流速为ν=15m/s
∴贮罐的安全泄放量W为
W‘=7.55（ρo）Vd2
=7.55×1.293×15×1002×
=6.55×103㎏/h
式中：
ρo——气体在标准状态下的密度㎏/m3；空气在标准状态下的P=12.87㎏/m3
Pd——容器的排放压力MPa（绝对）
T——容器的排放温度（绝对）K
d——容器的总进气管内径㎜
实际上W＇=7.55ρoVd2
与W=28×10-3ρVd2是等效的，不同处在于不用去求取气体在排放状态下的密度ρ（㎏/m3）。
除上述的一些常见的贮罐外，我们还遇到如蒸发器、反应器之类由于器内液体受热蒸发而增大压力，或由于化学反应而使介质气化。
体积增大内压升高，其安全泄放量应分别根据输入载热体的放出热量或器内化学反应可能生成的最大气量，以及反应所需的时间来决定。
另外,JB/T4750－2003《制冷装置用压力容器》B.4安全阀及爆破片口径中介绍了配备在容器上的安全阀口径计算方法，我们可以在设计中参考选用。
d=C1
（B.1）
式中C1=35
（B.2）
D0－－容器外径m
L——容器长度m
P——为设计压力MPa
两个以上容器连通时，其安全阀口径是将各自容器的D0L值之和代入（B.1）式进行计算。
参考资料
《压力容器安全技术监察规程》
《压力容器安全技术问答》劳动人事出版社
GB150—1998《钢制压力容器》学苑出版社
《锅炉压力容器安全工程学》北京经济学院出版社
《燃气压力容器》中国建筑工业出版社
《化工工艺设计手册》上海科学技术出版社
JB/T4750－2003《制冷装置用压力容器》国家经济贸易委员会
阀门型号编制方法、命名、代码说明
2011-7-1522:
21:
00来源：
冈野集团有限公司
1范围
本标准规定了通用阀门的型号编制、类型代号、驱动方式代号、连接形式代号、结构形式代号、密
封面材料代号、阀体材料代号和压力代号的表示方法。
本标准适用于通用中闸阀、截止阀、节流阀、蝶阀、球阀、隔膜阀、旋塞阀、止回阀、安全阀、减
压阀、电站阀门、蒸汽疏水阀、排污阀、柱塞阀的型号编制。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的
修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究
是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T1048管道元件公称压力
3型号编制和代号表示方法
3.1阀门的型号编制方法
3.1.1阀门型号由阀门类型、驱动方式、连接形式、结构形式、密封面材料或衬里材料类型、压力代号
或工作温度下的工作压力、阀体材料七部分组成。
3.1.2编制的顺序按：
阀门类型、驱动方式、连接形式、结构形式、密封面材料或衬里材料类型、公称
压力代号或工作温度下的工作压力代号、阀体材料。
JB/T308—2004
3.2阀门类型代号
3.2.1阀门类型代号用汉语拼音字母表示，按表l的规定表示。
表1阀门类型代号
阀门类型
代号
阀门类型
代号
弹簧载荷安全阀
A
排污阀
P
蝶阀
D
球阀
Q
隔膜阀
G
蒸汽疏水阀
S
杠杆式安全阀
GA
柱塞阀
U
止回阀和底阀
H
旋塞阀
X
截止阀
J
减压阀
Y
节流阀
L
闸阀
Z
3.2.2当阀门还具有其他功能作用或带有其他特异结构时，在阀门类型代号前再加注一个汉语拼音字
母，按表2的规定。
表2具有其他功能作用或带有其他特异结构的阀门表示代号
第二功能作用名称
代号
第二功能作用名称
代号
保温型
B
排渣型
P
低温型
Da
快速型
Q
防火型
F
（阀杆密封）波纹管型
W
缓闭型
H
—
—
a低温型指允许使用温度低于—46℃以下的阀门。
3.3驱动方式代号
3.3.1驱动方式代号用阿拉伯数字表示，按表3的规定。
表3阀门驱动方式代号
驱动方式
代号
驱动方式
代号
电磁动
0
锥齿轮
5
电磁—液动
1
气动
6
电—液动
2
液动
7
蜗轮
3
气—液动
8
正齿轮
4
电动
9
注：
代号1、代号2及代号8是用在阀门启闭时，需有两种动力源同时对阀门进行操作。
3.3.2安全阀、减压阀、疏水阀、手轮直接连接阀杆操作结构形式的阀门，本代号省略，不表示。
3.3.3对于气动或液动机构操作的阀门：
常开式用6K、7K表示；常闭式用6B、7B表示；
3.3.4防爆电动装置的阀门用9B表示；
3.4连接形式代号
3.4.1连接形式代号用阿拉伯数字表示，按表4规定的。
3.4.2各种连接形式的具体结构、采用标准或方式（如：
法兰面形式及密封方式、焊接形式、螺纹形式
及标准等），不在连接代号后加符号表示，应在产品的图样、说明书或订货合同等文件中予以详细说明。
表4阀门连接端连接形式代号
连接形式
代号
连接形式
代号
内螺纹
1
对夹
7
外螺纹
2
卡箍
8
法兰式
4
卡套
9
焊接式
6
3.5阀门结构形式代号
阀门结构形式用阿拉伯数字表示，按表5～15规定。
表5闸阀结构形式代号
结构形式
代号
阀杆升降式（明杆）
楔式闸板
弹性闸板
0
刚性闸板
单闸板
1
双闸板
2
平行式闸板
单闸板
3
双闸板
4
阀杆非升降式（暗杆）
楔式闸板
单闸板
5
双闸板
6
平行式闸板
单闸板
7
双闸板
8
表6截止阀、节流阀和柱塞阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
阀瓣非平衡式
直通流道
1
阀瓣平衡式
直通流道
6
Z形流道
2
角式流道
7
三通流道
3
—
—
角式流道
4
—
—
直流流道
5
—
—
表7球阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
浮动球
直通流道
1
固定球
直通流道
7
Y形三通流道
2
四通流道
6
L形三通流道
4
T形三通流道
8
T形三通流道
5
L形三通流道
9
—
—
半球直通
0
表8蝶阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
密封型
单偏心
0
非密封型
单偏心
5
中心垂直板
1
中心垂直板
6
双偏心
2
双偏心
7
三偏心
3
三偏心
8
连杆机构
4
连杆机构
9
表9隔膜阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
屋脊流道
1
直通流道
6
直流流道
5
Y形角式流道
8
表10旋塞阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
填料密封
直通流道
3
油密封
直通流道
7
T形三通流道
4
T形三通流道
8
四通流道
5
—
—
表11止回阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
升降式阀瓣
直通流道
1
旋启式阀瓣
单瓣结构
4
立式结构
2
多瓣结构
5
角式流道
3
双瓣结构
6
—
—
—
蝶形止回式
7
表12安全阀结构形式代号
表13减压阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
薄膜式
1
波纹管式
4
弹簧薄膜式
2
杠杆式
5
活塞式
3
—
—
表14蒸汽疏水阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
浮球式
1
蒸汽压力式或膜盒式
6
浮桶式
3
双金属片式
7
液体或固体膨胀式
4
脉冲式
8
钟形浮子式
5
圆盘热动力式
9
表15排污阀结构形式代号
结构形式
代号
结构形式
代号
液面连接排放
截止型直通式
1
液底间断排放
截止型直流式
5
截止型角式
2
截止型直通式
6
—
—
截止型角式
7
—
—
浮动闸板型直通式
8
3.6密封面或衬里材料代号
3.6.1除隔膜阀外，当密封副的密封面材料不同时，以硬度低的材料表示。
阀座密封面或衬里材料代号
按表16规定的字母表示。
表16密封面或衬里材料代号
3.6.2隔膜阀以阀体表面材料代号表示。
3.6.3阀门密封副材料均为阀门的本体材料时，密封面材料代号用“W”表示。
3.7压力代号
3.7.1阀门使用的压力级符合GB/Tl048的规定时，采用GB/T1048标准10倍的兆帕单位（MPa）数
值表示。
3.7.2当介质最高温度超过425℃时，标注最高工作温度下的工作压力代号。
3.7.3压力等级采用磅级（1b）或K级单位的阀门，在型号编制时，应在压力代号栏后有lb或K的单
位符号。
3.7.4公称压力小于等于1.6MPa的灰铸铁阀门的阀体材料代号在型号编制时予以省略。
3.7.5公称压力大于等于2.5MPa的碳素钢阀门的阀体材料代号在型号编制时予以省略。
3.8阀体材料代号
阀体材料代号用表17的规定字母表示。
表17阀体材料代号
3.
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