安全设施之安全阀【工作原理版】

作为关键的控制安全设施，安全阀在防止压力过高带来的潜在危害方面发挥着巨大作用。了解其工作原理，能够进行正确的选型、维护、巡查和故障排除，是确保企业内部设备达到四懂三会标准、并保证其正常运行的重要步骤。

安全阀

• 四、安全阀失效模式及应对措施
  • 01不正常开启
    • 低于整定压力开启，即不到整定压力开启。
      • (1)整定压力不准。应对措施：重新调整弹簧的压缩量；
      • (2)弹簧老化弹力下降。由于长期使用或者介质腐蚀，导致弹簧老化，进而弹力下降。应对措施：适当旋紧调整螺杆或更换弹簧。
      • (3)工作温度升高，导致开启压力降低。应对措施：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。
      • (4)因泄漏等原因，安全阀使用环境高于弹簧允许工作温度造成弹簧弹力下降。应对措施：及时研磨密封面消除泄漏并更换新弹簧。
      • (5)安全阀倾斜，由于安装或者触碰挤压，导致安全阀倾斜。应对措施：安全阀尤其是静重式安全阀和杠杆式安全阀须垂直安装，并设置坚固防护圈。
    • 超整定压力开启，即超过设备最高允许工作压力才开启。这就失去了安全阀的过载保护功能，造成这种情况的原因及应对措施如下
      • (1)整定压力不准，整定压力调得过高。应对措施：重新调整弹簧的压缩量。
      • (2)阀瓣与阀座粘住。因安全阀在长时间运行中未曾动作，又未作定期检查、维修而造成生锈，导致阀瓣与阀座粘连。应对措施：定期对安全阀作手动放气或放水试验，在使用过程中注意防湿防潮。
      • (3)内部异物卡阻，阀瓣不能克服障碍物上升，导致开启压力增大或者无法开启。应对措施：检查清除异物。
      • (4)外部异物卡阻，静重式或者杠杆式安全阀外部人为加重或者其他原因阻碍阀瓣正常开启。应对措施：检查清除异物。
      • (5)工作温度降低，导致开启压力升高。应对措施：在常温下调整而用于低温时，常温下的整定压力值应略低于要求的开启压力值。
  • 02安全阀泄漏
    • 在设备正常工作压力下，阀瓣与阀座密封面之间发生超过允许程度的渗漏
      • (1)阀瓣与阀座密封面之间有杂质。应对措施：可使用提升扳手将阀开启几次，把杂质或者赃物冲洗掉；
      • (2)密封面损伤。由于密封面的材质、硬度、装配等原因，安全阀起跳回座过程致使密封面变形、错位，或者因密封介质温度变化引起密封面膨胀变形，都可能导致介质泄漏。应对措施：根据密封介质的性质、可能的温度变化等选用合适材质的安全阀，对安全阀密封面的缺陷或者损伤，应视情形不同而采用研磨、车削后研磨的方法加以修复，同时注意研磨方式，以防止出现沟槽。
      • (3)密封垫损伤。因杂质或者硬物卡、挤、压等致使密封垫损伤，更换合格密封垫，同时注意安放密封垫时首先清洁安装位置及安装物件；
      • (4)阀杆弯曲、倾斜，使阀瓣与阀座错位。应对措施：重新装配或更换；
      • (5)弹簧弹性降低或失去弹性，因弹簧被介质腐蚀或者介质温度升高导致弹簧变软，预紧力减小，发生渗漏。应对措施：加强弹簧防锈蚀和隔热措施，及时更换弹簧或者重新调整开启压力。
      • (6)弹簧断裂。应对措施：重新更换弹簧。
      • (7)装配不当或有关零件尺寸不合适，装配过程中阀芯阀座未完全对正或结合面有透光现象，原因是阀芯阀座密封面过宽不利于密封。应对措施：检查阀芯周围配合间隙大小及均匀性，保证阀芯顶尖孔与密封面同正度；检查各部间隙不允许抬起阀芯；图纸要求适当减小密封面宽度实现有效密封。
      • (8)阀体结合面渗漏，结合面螺栓拴紧力不够或紧偏，造成结合面密封不好；阀体结合面密封垫不符合标准。应对措施：调整螺栓紧力，紧螺栓时一定要按对角把紧方式进行，最好是边紧边测量各处间隙，将螺栓紧到紧不动为止，并使结合面各处间隙一致，其次，应采用合乎标准的密封垫。
      • (9)阀杆与阀瓣接触处锈蚀，造成阀瓣自就位能力丧失，在外露阀杆受到扰动时，阀瓣随着偏移，造成密封失效，发生泄漏。应对措施：定期检查阀杆与阀瓣接触槽，采取合理的防锈措施。
      • (10)整定压力与设备工作压力过于接近，由于设备工作压力波动范围接近或者超过安全阀的密封压力，可能引起泄漏。应对措施：选用适当的安全阀，合理设定安全阀整定压力。
  • 03安全阀瓣不稳
    • 瓣频跳或颤振。频跳指的是安全阀回座后，待压力稍一升高，安全阀又将开启，反复几次出现，这种现象称为安全阀的“频跳”。发生频跳现象对安全阀密封极为不利，极易造成密封面泄漏。安全阀在排放过程中出现的抖动现象，称其为安全阀的颤振，颤振现象发生极易造成金属疲劳，使安全阀机械性能下降，造成严重设备隐患。其不稳主要是：
      • (1)弹簧刚度太大，阀瓣上升不到开启高度，排放量过小，安全阀开启后压力继续上升，导致重新开启。应对措施改用刚度适当的弹簧；
      • (2)调节圈调整不当，通道面积过大，安全阀开启后，压力急剧下降到工作压力以下，阀门将随着阀瓣对阀座的剧烈撞击而关闭，由于压力升高根源并未消除，阀瓣再次开启，形成频跳。应对措施：重新调整调节圈位置。
      • (3)排放管道阻力过大，流出的介质动量急剧减小，造成过大的排放背压。应对措施：减小排放管道阻力，清除排放管道障碍。
      • (4)阀门使用不当，选用阀门排放能力太大。应对措施：使选用的阀门额定排量尽可能接近设备必需的排放量。
    • 安全阀动作后回座不正常
      • 排气后压力继续上升。这主要是：
      • (1)选用的安全阀排量小于设备的安全泄放量，安全阀开启后，来不及将超压部分介质排掉，压力容器压力继续上升。应对措施：重新选用合适的安全阀。
      • (2)阀杆中线不正或弹簧生锈，使阀瓣不能升到应有的高度，使得安全阀排放量减小。应对措施：重新装配阀杆或更换弹簧，并注意弹簧的防锈措施；
      • (3)排气管截面不够，使得安全阀排量小于设备的安全泄放量。应对措施：采用符合安全排放面积的排气管。
      • (4)弹簧级别不符合要求，由于刚度过小，调整时弹簧压缩量过大，造成开启高度不够。应对措施：更换相应级别的弹簧，弹簧的刚度要适当。
      • 排放后阀瓣不回座。这主要是：
      • (1)弹簧弯曲阀杆、阀瓣安装位置不正或被卡住。应对措施：应重新装配，认真检验运动部件是否有碰伤、拉毛、铁锈或者毛刺等缺陷，并及时清除。
      • (2)安全阀弹簧在使用过程中断裂，开启后，断裂处错位，造成阀瓣不能正常回座。应对措施：及时更换新弹簧。
• 三、安全阀安装须知
  • 1、安装要求
    • ①对于高毒性介质，要选用密封性良好的安全阀类型。
    • ②对于腐蚀性介质，安全阀要与爆破片组合安装。
    • ③对于重要安全阀，或者易受火灾影响的安全阀，要设置喷淋保护。
    • ④对于高温介质安全阀，高温对弹簧影响较大，应避免选用弹簧式安全阀。
    • ⑤安全阀要设置静电跨线。
    • ⑥为了防止安全阀反复启闭，产生颤振，损坏阀门，要减少安全阀入口管道的压力降，即加大入口管径、缩短入口管段。
    • ⑦对于球罐用安全阀，要安装双安全阀，且其中任何一个安全阀的泄压能力，都能满足球罐安全泄压要求。
  • 2、安装位
    • ①安装位置，尽量靠近被保护的设备或管道。
    • ②垂直向上安装。
    • ③安装在易于检修和调节之处，周围有足够空间。
    • ④对于盛装易燃、毒性、黏性介质的容器、设备，可在安全阀前装截止阀，但截止阀的流通面积，不得小于安全阀的最小流通面积，并加装铅封，保证截止阀处于全开、常开状态。
    • ⑤压力容器的安全阀，安装在容器本体液面以上气相空间，也可以安装在连接点位于压力容器气相空间的管道上。
    • ⑥对于可能被物料堵塞或腐蚀的安全阀，在其入口前设爆破片，并在安全阀与爆破片之间，加装检查阀，在其入口管道上采取反吹扫、伴热或保温等防堵措施。
    • ⑦安全阀要与截止阀反向安装，减少阀门自重力影响，避免出现应力疲劳和排放振动疲劳。
    • ⑧在管道上安装的安全阀，应设置在流体压力比较稳定且距波动源有一定距离的地方，不能安装在水平管道的死角处。
    • ⑨对空紧急排放，管口要平整、不尖锐，没有毛刺，以防产生静电放电。
    • ⑩对于液体介质的管道、换热器或压力容器等，当阀门关闭可能会出现热膨胀，造成压力憋高的问题时，设置的安全阀可水平安装，直接向下排出液体。
    • ⑪安全阀的阀体，要支撑平稳。
    • ⑫安全阀安装点，不能使安全阀承受过大的背压值，应在规定允许范围内。
    • ⑬介质为极度和高度危害或易燃易爆介质的容器，安全阀的排出口应引至安全地点，并进行妥善处理。
    • 两个以上的安全阀若共用一根排放管时，排放管的截面积应不小于所有安全阀出口截面积的总和，但氧气或可燃气体以及其他能相互产生化学反应的两种气体不能共用一根排放管。
• 二、安全阀选型须知
  • 1、安全阀各种参数的确定
    • ①确定安全阀公称压力
      • 根据工作温度、阀门材料和最大工作压力选定公称压力。
    • ②确定安全阀的工作压力等级
      • 根据压力容器的设计温度和设计压力选定工作压力等级，弹簧的工作压力级与安全阀的工作压力有着不同的含义。弹簧的工作压力级则是指某一根弹簧所允许使用的工作压力范围，在该压力范围内，安全阀的开启压力（即整定压力）可以通过改变弹簧的预紧压缩量进行调节。而安全阀的工作压力是指安全阀正常运行时阀前所承受的静压力，它与被保护系统或设备的工作压力相同。同一公称压力的安全阀，根据弹簧设计要求，可以分为多种不同的工作压力级。选用安全阀时，应根据所需开启压力值确定阀门的工作压力级。
    • ③确定安全阀的排放压力Pd
      • 蒸汽锅炉安全阀的排放压力为整定压力的1.03倍，安全阀的排放压力一般为整定压力（开启压力）的1.1倍。
    • ④材质的确定
      • 选用安全阀的材质应考虑介质的工作温度、工作压力，介质性能以及材料的工艺性，经济性等多种因素。
    • ⑤确定安全阀的通径
      • 根据必需排放量来确定，安全阀的排放能力≥必需排放量。被保护系统所必需的排放量是指系统发生异常超压时为防止超压所必须排除的量，它是由系统或设备的工作条件、容量以及可能引起超压等因素决定的。
  • 2、安全阀特殊结构的确定
    • ①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)的安全阀。
    • ②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。
    • ③对承受附加背压力的安全阀，而且其背压力变化量超过整定压力10％时，应选用波纹管安全阀。另外对使用有腐蚀性介质的安全阀，为防止弹簧及导向机构受介质腐蚀，也应选用波纹管安全阀。
    • ④液化槽(罐)车，应采用内置式安全阀。
    • ⑤对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质，应采用带板手安全阀。
    • ⑥工作压力低的固定式容器，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。
    • ⑦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；对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上安全阀；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。
    • ⑧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。
• 一、安全阀分类及特点
  • 1、按整体结构及加载机构分类
    • ①重锤杠杆式安全阀
      • 重锤杠杆式安全阀是利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力。根据杠杆原理，它可以使用质量较小的重锤通过杠杆的增大作用获得较大的作用力，并通过移动重锤的位置(或变换重锤的质量)来调整安全阀的开启压力。
      • 优点
        • 重锤杠杆式安全阀结构简单，调整容易而又比较准确，所加的载荷不会因阀瓣的升高而有较大的增加，适用于温度较高的场合，过去用得比较普遍，特别是用在锅炉和温度较高的压力容器上。
      • 缺点
        • 但重锤杠杆式安全阀结构比较笨重，加载机构容易振动，并常因振动而产生泄漏；其回座压力较低，开启后不易关闭及保持严密。
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    • ②脉冲式安全阀
      • 脉冲式安全阀由主阀和辅阀构成，通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作、其结构复杂，通常只适用于安全泄放量很大的锅炉和压力容器。
      • 优点：
        • 弹簧式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度也比较高，安装位置不受限制，而且因为对振动的敏感性小，所以可用于移动式的压力容器上。
      • 缺点：
        • 所加的载荷会随着阀的开启而发生变化，即随着阀瓣的升高，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力也跟着增加。这对安全阀的迅速开启是不利的。另外，阀上的弹簧会由于长期受高温的影响而使弹力减小。用于温度较高的容器上时，常常要考虑弹簧的隔热或散热问题，从而使结构变得复杂起来。
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    • ③弹簧式安全阀 （较为普遍）
      • 弹簧式安全阀是利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力。螺旋圈形弹簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺母来调节，利用这种结构就可以根据需要校正安全阀的开启(整定)压力。
      • 优点：
        • 弹簧式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度也比较高，安装位置不受限制，而且因为对振动的敏感性小，所以可用于移动式的压力容器上。
      • 缺点：
        • 所加的载荷会随着阀的开启而发生变化，即随着阀瓣的升高，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力也跟着增加。这对安全阀的迅速开启是不利的。另外，阀上的弹簧会由于长期受高温的影响而使弹力减小。用于温度较高的容器上时，常常要考虑弹簧的隔热或散热问题，从而使结构变得复杂起来。
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  • 2、介质排放方式的不同分类
    • ①开放式安全阀
      • 开放式安全阀的阀盖是敞开的，使弹簧腔室与大气相通，这样有利于降低弹簧的温度，主要适用于介质为蒸汽，以及对大气不产生污染的高温气体的容器。
    • ②半封闭安全阀
      • 半封闭式安全阀所排出的气体一部分通过排气管，也有一部分从阀盖与阀杆间的间隙中漏出，多用于介质为不会污染环境的气体的容器。
    • ③全封闭安全阀
      • 全封闭式安全阀排气时，气体全部通过排气管排放，介质不能向外泄漏，主要用于介质为有毒、易燃气体的容器。
  • 3、按阀瓣开启的最大高度和流道之比分类
    • ① 全启式安全阀
      • 全启式安全阀的开启高度大于或等于流道直径的1/4。全启式安全阀的排放面积是阀座喉部最小截面积。其动作过程是属于两段作用式，必须借助于一个升力机构才能达到全开启，全启式安全阀主要用于气体介质的场合。
    • ② 微启式安全阀
      • 微启式安全阀的开启高度小于流道直径的1/4，通常为流道直径的1/40一1/20。其动作过程是比例作用式的，主要用于液体场合，有时也用于排放量很小的气体场合。
  • 4、按作用原理分类
    • ①非直接作用式安全阀
      • 这类安全阀可以分为带动力辅助装置的安全阀、先导式安全阀。
      • 带动力辅助装置的安全阀：借助于一个动力辅助装置，在低于正常开启压力的情况下强制安全阀开启。适用于开启压力很接近于工作压力的场合，或需定期开启安全阀以进行检查或吹除粘着、冻结的介质的场合。同时，也提供了一种在紧急情况下强制开启安全阀的手段。
      • 先导式安全阀：依靠从导阀排出的介质来驱动或控制的，而导阀本身是一个直接作用式安全阀，有时也采用其他形式的阀门。适用于高压、大口径的场合。先导式安全阀的主阀还可以设计成依靠工作介质来密封的形式，或者可以对阀瓣施加比直接作用式安全阀大得多的机械载荷，因而具有良好的密封性能。同时，它的动作很少受背压的影响。这种安全阀的缺点在于它的可靠性同主阀和导阀有关，动作不如直接作用式安全阀那样迅速、可靠，而且结构较复杂。
    • ②直接作用式安全阀
      • 直接作用式安全阀是在工作介质的直接作用下开启的，即依靠工作介质压力的作用克服加载机构加于阀瓣的机械载荷，使阀门开启。