1、剪切式安全阀设计说明书 Prepared on 22 November 2020剪切式安全阀设计说明书摘 要 安全阀是保障石油化工设备正常运行的重要组成部分,它的启闭件受外力作用下处于常闭的状态,当设备或管道内的介质压力升高,超过规定值时,它会自动开启,通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀属于类,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,由此对人身安全和设备运行起重要的保护作用。安全阀在系统中起安全保护作用。当系统压力超过规定值时,安全阀打开,将系统中的一部分气体/流体排入大气/管道外,使系统压力不超过允许值,从而保证系统不因压力过高而发生事故。安全阀
2、结构主要有三大类:剪销式、弹簧式和式。弹簧式是指阀瓣与的密封靠弹簧的作用力。杠杆式是靠杠杆和的作用力。随着大容量的需要,又有一种脉冲式安全阀,也称为先导式安全阀,由主安全阀和辅助阀组成。此外,随着使用要求的不同,有封闭式和不封闭式。关键词 : 安全阀,剪销,密封,限压,石油钻井 1. 引言-1 简介-2 剪切式安全阀的工作原理-2剪切式安全阀的优点-2剪切式安全阀安装前应注意事项-22 .剪切式安全阀设计计算-2安全阀的受力计算 -2安全阀的零件强度计算 -2安全阀的使用规格-23 剪切式安全阀的结构设计-3安全销的结构设计- - -3法兰盘设计-5阀杆设计-7组合密封圈结构设计-8阀体设计-
3、9接头设计-9压紧螺母设计-9缓冲垫圈设计-9保护盖设计-9钢套设计-94.安全阀开启压力的调整-105.安全阀常见故障及消除方法-116.补充说明-12参考文献- -13 1.引言随着全球经济的发展,整个世界对于能源的要求与日俱增,供需矛盾也日益突出。我国地大物博,石油资源原本非常丰富,但随着国民经济的飞速发展,我国的能源形势已变得越来越严峻,目前对石油的勘探和开发已经达到相当广泛的程度,因此正日益向海洋区域开采。海洋采油法规规定;在油气开采过程中,凡具有自喷或自溢能力的井都必须安装井下安全阀。油气井安装井下安全阀系统后,一旦采油气平台出现火灾或遭受其他重大灾害,油气井就能够自动关闭,从而避
4、免严重的人员伤亡、井喷和海洋污染等恶性事故的发生。而我国井下安全阀大多依赖于进口,现有的技术还处于初始研究阶段。简介 剪切式安全阀在石油钻井机械中有非常重要的作用。剪销被剪断时的应力, 随控制泥浆压力的升高而上升,。当由泥浆所产生的的压力推压阀杆,穿过阀杆的剪切销所受到的剪切里越来越大,最终达到剪切销的最大剪切应力,剪切销被剪断。阀杆向上运动,最终打开泄压阀泄流。在阀杆剪切剪切销的时候,阀杆对剪切销的剪切力可近似处理为等于泥浆对阀杆底部的推力,忽略摩擦和自身阀杆重力进行计算。 剪切式安全阀的工作原理安全阀由阀杆, 阀体、箱体、剪销及护罩等组成。泥浆压力作用在阀体下端面, 阀体就受到一个向上的推
5、力, 该推力由阀杆传剪切销, 使剪销受到剪切。当推力达到使剪销受到的剪切应力大于剪销材料的剪切强度极限时, 剪销便被剪断。当活塞的直径的直径确定之后,通过剪切销的不同直径,可以控制不同的泥浆压力。 因此在施工中,只要根据施工技术要求, 确定泥浆压力后, 把不用直径的剪销插入相应的孔中即可。安全阀的优点(1)开闭灵活(2)承压活塞面积小(3)复位简单(4)通用性好,可与多种泵联接。安全阀安装前应注意事项(1)各种安全阀都应垂直安装。(2)安全阀出口处应无阻力,避免产生受压现象。(3)安全阀在安装前应专门测试,并检查其管密封性。(4)对使用中的安全阀应作定期检查。 2安全阀设计计算 安全阀的受力计
6、算 通过剪切式安全阀的整体设计,安全阀局部受力分析如下:1.活塞承受压力 F=P*A=1/4D2PP-泥浆泵压力 mpaD-活塞直径 mm不同缸套直径下活塞承受压力如下表:缸套直径, mm180170160150140130泵压(mpa)活塞压力(N)43332433322.阀体受力计算阀体承受水平拉应力: =阀体承受垂直方向应力: =2则 满足= 取=10mm,即取阀体壁厚为10mm。 安全阀的零件强度计算销的强度采用Q215,正火处理,b=400mpa,活塞直径D=40mm则:阀杆产生的推力 (公式1) 剪切销剪切应力 (公式2) 剪切销直径 (公式3) 表1 缸套直径, mm180170
7、160150140130泵压(mpa)剪切应力(N)2166621666剪切销直径(mm)8阀杆强度计算 采用40Cr,表面调质处理,其强度30-35HRC,S=345mpa,安全系数s= ,【】=S/s=345/=230mpa其中直径设为20mm则: (公式4) 满足要求。安全阀的使用规格经过安全阀的受力计算以及整体的强度理论计算,通过以上公式1-4,算的安全阀的使用规格如下:3NB-1600泥浆泵安全阀使用规格 缸套直径, mm180170160150140130泵压(mpa)剪切应力(N)2166621666剪切销直径(mm)83 剪切式安全阀的结构设计安全销的结构设计剪切销是剪切销式安
8、全阀最关键的部件。通过剪切销的理论强度计算,现在剪切销采用Q215,正火处理,结构图如下:法兰盘设计由于法兰盘承受高压载荷,为满足设计需要,法兰盘选用环联接面对焊钢制管法兰,结构图如下:公称通径|DN: 150法兰焊端外径(管子外径)|A: 联接尺寸|法兰外径|D: 485联接尺寸|中心圆直径|K: 联接尺寸|螺栓孔径|L: 55联接尺寸|螺栓|数量 n: 8联接尺寸|螺栓|螺纹 Th.: M52密封面|槽号: R47密封面|dmin: 密封面|P: 密封面|E: 密封面|F: 密封面|Rmax: 法兰厚度|C: 法兰高度|H: 273法兰颈|N: 235法兰内径|B: 两法兰间距离(近似值)
9、: 4阀杆设计通过阀杆的理论强度计算, 现采用40Cr,表面调质处理,阀杆经过精加工光洁度较高。结构图如下:密封圈的结构设计由于要求密封性能非常高,所以使用O型密封圈,使其密封性得到加强。图中材料采用聚氨酯,更使其密封性和其耐酸碱腐蚀性得到很大提高。 阀体设计材料采用合金工具钢2Cr13,阀体与法兰盘连接部分采用管螺纹连接,采用调质处理,硬度28-32HRC。阀体内腔经过精加工光洁度较高,维修保养方便。1.阀体中部2.下阀体3.右端管道接头设计材料采用合金工具钢2Cr13,阀体与接头连接部分采用管螺纹连接,采用调质处理,硬度28-32HRC。接头内腔经过精加工光洁度较高,维修保养方便。压紧螺母
10、设计螺纹规格D=M10,性能等级为8级,不经表面处理,A级的I型六角螺母。 缓冲垫圈设计由于要求密封性能不高,主要起缓冲作用。图中材料采用聚氨酯。 保护盖设计由于保护盖受力不大,对材料的强度要求不高,因此材料选用Q195。保护盖外表面涂漆。 衬套设计 材料采用20Mn2,渗碳淬火后硬度56-62HRC。钢套与阀体采用过盈连接,钢套内表面经过精加工光洁度较高。4安全阀的安全使用及调整(1)安全阀出厂前,应逐台调整其开启压力到用户要求的整定值。若用户提出安全销工作,则按一般应按压力级的下限值调整出厂。(2)使用者在将安全阀安装到被保护设备上之前或者在安装之前,必须在安装现场重新进行调整,以确保安全
11、阀的值符合要求。(3)在铭牌注明的安全销工作压力级范围内,通过剪销的不同位置,即可对开启压力进行调节。(4)为保证开启压力值准确,应使调整时的介质条件,如介质种类、温度等尽可能接近实际运行条件。介质种类改变,特别是当介质聚积态不同时(例如从液相变为气相),开启压力常有所变化。工作温度升高时,开启压力一般有所降低。故在常温下调整而用于高温时,常温下的整定压力值应略高于要求的开启压力值。高到什么程度与阀门结构和材质选用都有关系,应以的说明为根据。(5)常规安全阀用于固定附加背压的场合,当在检验后调整开启压力时(此时背压为),其整定值应为要求的开启压力值减去附加背压值。(6)密封性试验密封性试验时,
12、试验压力为最大公称压力45MPa,持续时间5分钟(GB50243)。4.安全阀常见故障及消除方法(1)排放后阀杆不回座 这主要是阀杆安装位置不正或被卡住造成的。应重新装配。 (2)泄漏在设备正常工作压力下,密封件与阀座密封面之间发生渗漏。 其原因有:密封件与阀座密封面之间有脏物。可重新安装前清洗;如果还泄露,看密封件是否损伤。若密封件损伤,应该更换;阀杆弯曲、倾斜或者是杠杆与支点有偏斜而造成,使阀芯与座孔错位。应重新装配或者是更换;看看销是否有损伤,若有损伤应更换。(3)到规定的压力时却不开启定压不准是造成这种情况的原因。看看销的直径、材料及其摇臂孔的位置是否正确。 (4)不到规定的压力而开启
13、主要原因的是定压不准;销的疲劳、材料及其摇臂孔的位置是否正确。应及时调整。5.以上内容的几点补充说明(1)铸件应进行时效处理,清砂,修毛刺。(2)与箱盖合箱后,分箱面边缘分析,每边错位不超过2mm。(3)装配前所有零件清洗,而摇臂表面镀铬处理。(4)各密封处不许漏气、液体或固液混合物,尤其是法兰盘与管道,活塞处密封性能会影响产品的性能以及其他因素。(5)安全销件数6个,装配时安装装一个,其他备用放在塑料袋中。参考文献1 杨前驱.石油矿用泵销轴式安全阀的计算方法J.石油钻采机械通讯,1980 年第一期.2 王金蒲.安全阀的安装、校验和试验J.劳动保护, 1981年12期.3 蔡尔辅.安全阀的选用
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