工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)教材.ppt

工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn) 安全閥的設(shè)置與選用2005 09 目錄 第一部分概述第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合第三部分安全閥的結(jié)構(gòu)型式和分類第四部分安全閥的選擇第五部分安全閥的定壓 積聚壓力和背壓的確定第六部分安全閥需要排放量的計(jì)算第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算第八部分安全閥的安裝要求 第一部分概述 安全閥的定義安全閥由彈簧作用或由導(dǎo)閥控制的安全閥 目的是為了保護(hù)化工裝置的設(shè)備和管道等 保證裝置的安全生產(chǎn)運(yùn)行 當(dāng)入口處?kù)o壓超過設(shè)定壓力時(shí) 閥瓣上升以泄放被保護(hù)系統(tǒng)的超壓 當(dāng)壓力降至回座壓力時(shí) 可自動(dòng)關(guān)閉的安全泄放閥 第一部分概述 安全閥圖解 第一部分概述 安全閥的實(shí)物 第一部分概述 安全閥的適用范圍在石油化工生產(chǎn)過程中 為了防止由于其他生產(chǎn)事故 造成生產(chǎn)系統(tǒng)壓力超過容器和管道的設(shè)計(jì)壓力 而發(fā)生爆炸事故 應(yīng)在容器或管道上設(shè)置安全閥 本此安全閥的設(shè)置和選用原則 僅適用于石油化工生產(chǎn)裝置中壓力大于0 2MPa的壓力容器 壓力管道上 為防超壓所設(shè)置的安全閥 不包括壓力大于100MPa的超高壓系統(tǒng) 不適用于其它行業(yè)的壓力容器上用的安全閥 如各類槽車 各類氣瓶 鍋爐系統(tǒng) 非金屬材料容器 以及核工業(yè) 電力工業(yè)等 第一部分概述 安全閥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局質(zhì) 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 技監(jiān)局鍋發(fā) 1999 154號(hào)化學(xué)工程學(xué)會(huì) 工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定 HG T20570 2 1995第2篇安全閥的設(shè)置和選用 3 APIRP520 SizingSelectionandInstallationofPressureRelievingDevicesinRefineriesPartI SizingandSelection煉油廠泄壓裝置的定徑 選擇和安裝第一部分 定徑和選擇4 GB 12243 89彈簧直接載荷式安全閥5 API 526 FlangedSteelSafety ReliefValves 鋼制法蘭安全閥 泄放閥6 API AmericanPetroleumInstitute美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)7 ASME AmericanSocietyofMechanicalEngineers美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì) 第一部分概述 安全閥的專業(yè)名詞a 實(shí)際排放面積 流體經(jīng)過安全閥的最小流通面積 b 有效排放面積 用公式或圖表計(jì)算的泄放面積 有效泄放面積要小于實(shí)際泄放面積 c 喉徑面積 安全閥噴嘴中最小橫截面積 d 環(huán)隙面積 安全閥的閥瓣與閥座之間的圓柱形面積 e 入口尺寸 除特別說明外 均指安全閥進(jìn)口的公稱管道尺寸 f 出口尺寸 除特別說明外 均指安全閥出口的公稱管道尺寸 g 開啟高度 當(dāng)安全閥排放時(shí) 閥瓣離開關(guān)閉位置的實(shí)際行程 第一部分概述 安全閥的專業(yè)名詞a 最大允許工作壓力 系指在設(shè)計(jì)溫度下 容器頂部所允許承受的最大表壓力 b 安全閥的設(shè)定壓力 安全閥入口處的靜壓達(dá)到該值時(shí) 安全閥將動(dòng)作 設(shè)定壓力要求不大于被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)最低的設(shè)計(jì)壓力c 整定壓力 開啟壓力 安全閥的閥瓣開始升起 物料連續(xù)流出時(shí)的壓力 數(shù)值與設(shè)定壓力相同 d 背壓 動(dòng)背壓 靜背壓 作用在安全閥出口處的壓力 靜背壓是指安全閥未起跳時(shí)閥出口處的壓力 動(dòng)背壓是指安全閥起跳后 由于流體的流動(dòng)引起的磨擦壓力降值 第一部分概述 安全閥的專業(yè)名詞e 超壓 在泄放過程中 安全閥入口處的壓力超過設(shè)定壓力的部分 通常以百分?jǐn)?shù)表示 f 泄放壓力 安全閥的閥芯升到最大高度后閥入口處的壓力 泄放壓力等于設(shè)定壓力加超壓 f 回座壓力 安全閥起跳后 隨著被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)壓力的下降 閥芯重新回到閥座時(shí)的壓力 g 冷態(tài)試驗(yàn)壓力 是安全閥在試驗(yàn)臺(tái)上調(diào)整到開啟時(shí)的進(jìn)口壓力 第一部分概述 安全閥與容器有關(guān)的壓力關(guān)系表 第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合 設(shè)置安全閥的場(chǎng)合安全閥適用于清潔 無顆粒 低粘度流體 凡必須安裝安全泄壓裝置而又不適合安裝安全閥的場(chǎng)所 應(yīng)安裝爆破片或安全閥與爆破片串聯(lián)使用 第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合 凡屬下列情況之一的容器必須安裝安全閥 1 獨(dú)立的壓力系統(tǒng) 有切斷閥與其它系統(tǒng)分開 該系統(tǒng)指全氣相 全液相或氣相連通 2 容器的壓力物料來源處沒有安全閥的場(chǎng)合 設(shè)計(jì)壓力小于壓力來源處的壓力的容器及管道 容積式泵和壓縮機(jī)的出口管道 由于不凝氣的累積產(chǎn)生超壓的容器 加熱爐出口管道上如設(shè)有切斷閥或控制閥時(shí) 在該閥上游應(yīng)設(shè)置安全閥 第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合 凡屬下列情況之一的容器必須安裝安全閥 7 由于工藝事故 自控事故 電力事故 火災(zāi)事故和公用工程事故引起的超壓部位 8 液體因兩端閥門關(guān)閉而產(chǎn)生熱膨脹的部位 9 凝氣透平機(jī)的蒸汽出口管道 10 某些情況下 由于泵出口止回閥的泄漏 則在泵的入口管道上設(shè)置安全閥 11 其它應(yīng)設(shè)置安全閥的地方 第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合 設(shè)置安全閥的場(chǎng)合壓力容器 所有的壓力容器都需要設(shè)置泄壓設(shè)施 換熱器 a 預(yù)熱用的換熱器常設(shè)計(jì)成可承受泵關(guān)閉壓力 故一般不設(shè)置安全閥 若泵關(guān)閉壓力可能超過換熱器設(shè)計(jì)壓力的110 則需設(shè)置安全閥 b 換熱器進(jìn)出口設(shè)有閥門 若在操作時(shí)低溫側(cè)閥門可能全部或部分關(guān)閉 則低溫側(cè)需設(shè)置安全閥 c 冷凝器出入口設(shè)有閥門 若被冷凝液體在常溫下的蒸汽壓力可能超過設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的110 需設(shè)置安全閥 d 當(dāng)換熱器兩側(cè)的壓差很大時(shí) 要考慮換熱管破裂后低壓側(cè)的壓力保護(hù) 需設(shè)置安全閥 第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合 設(shè)置安全閥的場(chǎng)合3 加熱爐 加熱爐只在工藝物料出口裝有調(diào)節(jié)閥或其他可能造成出口背壓時(shí) 才考慮設(shè)置安全閥 4 機(jī)械設(shè)備 a 往復(fù)泵出口閥門關(guān)閉時(shí)的壓力可能超過泵體能承受的最高壓力時(shí) 要設(shè)置安全閥 定壓至少應(yīng)高于泵高峰壓力的110 b 一般情況下 往復(fù)泵的安全閥的定壓為泵體的最大允許工作壓力 同時(shí)不超過下游管系最大允許工作壓力的121 泵安全閥出口一般與泵吸入口相接 c 往復(fù)式壓縮機(jī)各級(jí)出口都要設(shè)置安全閥 并排往同級(jí)的吸入口 d 冷凝式汽輪機(jī)常在出口管線或冷凝器上設(shè)置安全閥 以保護(hù)汽輪機(jī)的低壓側(cè)和冷凝側(cè)在冷卻水出現(xiàn)故障時(shí)不超壓 第二部分設(shè)置安全閥的場(chǎng)合 設(shè)置安全閥的場(chǎng)合5 管道系統(tǒng) a 裝置內(nèi)的一般管道不需要考慮由于液體膨脹造成超壓 制冷劑管道 當(dāng)兩端的閥門可能被切斷 且常溫下制冷劑蒸汽壓力可能超過管道最大允許壓力的133 時(shí) 需設(shè)置安全閥 b 裝置外的架空管道 當(dāng)DN 200 長(zhǎng)度超過30m 且可能被切斷閥兩端切斷時(shí) 要設(shè)置液體膨脹泄壓安全閥 安全閥的入口DN 20 定壓為工作溫度下管線法蘭所允許的最高工作壓力 c 液化石油氣管道兩端可能被切斷時(shí) 要設(shè)置安全閥 第三部分安全閥的結(jié)構(gòu)型式和分類 安全閥的型式重力式安全閥利用重錘的重力控制定壓的安全閥 第三部分安全閥的結(jié)構(gòu)型式和分類 安全閥的型式2 彈簧式安全閥由彈簧作用的安全閥 其定壓由彈簧控制 其動(dòng)作受背壓的影響 第三部分安全閥的結(jié)構(gòu)型式和分類 安全閥的型式3 先導(dǎo)式安全閥由導(dǎo)閥控制的安全閥 其設(shè)定壓力由導(dǎo)閥控制 其動(dòng)作性能基本上不受背壓的影響 當(dāng)導(dǎo)閥失靈時(shí) 主閥仍能在不超過泄放壓力時(shí)自動(dòng)開啟 并排出全部額定泄放量 第三部分安全閥的結(jié)構(gòu)型式和分類 安全閥的型式4 全啟式安全閥當(dāng)安全閥入口處的靜壓達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí) 閥瓣迅速上升至最大高度 最大限度地排出超壓的物料 一般用于可壓縮流體 閥瓣的最大上升高度不小于喉徑的1 4 5 微啟式安全閥當(dāng)安全閥入口處的靜壓達(dá)到其設(shè)定壓力時(shí) 閥瓣位置隨入口壓力的升高而成比例的升高 最大限度地減少應(yīng)排出的物料 一般用于不可壓縮流體 閥瓣的最大上升高度不小于喉徑的1 20 1 40 第三部分安全閥的結(jié)構(gòu)型式和分類 安全閥的型式6 背壓平衡式安全閥由彈簧作用的安全閥 其設(shè)定壓力由彈簧控制 用活塞或波紋管減少背壓對(duì)其動(dòng)作性能的影響 7 主安全閥主安全閥是被保護(hù)系統(tǒng)的主要安全泄放裝置 其泄放面積是基于最大可能事故工況下的泄放量 8 輔助安全閥輔助安全閥 有時(shí)多于一個(gè) 是主安全閥的輔助裝置 提供除主安全閥以外的附加泄放面積 用于非最大可能事故工況下的超壓泄放 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則1 排放不可壓縮流體時(shí) 應(yīng)選用微啟式安全閥 2 排放可壓縮流體時(shí) 應(yīng)選用全啟式安全閥 排放水蒸汽或空氣時(shí) 可選用帶扳手的安全閥 3 對(duì)介質(zhì)溫度超過235 的氣體用安全閥 則選用帶散熱片的安全閥 以防止泄放介質(zhì)直接沖蝕彈簧 排放介質(zhì)允許泄漏至大氣的 選用開式閥帽安全閥 不允許泄漏至大氣的 選用閉式閥帽安全閥 排放有劇毒 有強(qiáng)腐蝕 有極度危險(xiǎn)的介質(zhì) 選用波紋管安全閥 高背壓的場(chǎng)合 選用背壓平衡式安全閥或?qū)чy控制式安全閥 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則在某些重要的場(chǎng)合 有時(shí)要安裝互為備用的兩個(gè)安全閥 兩個(gè)安全閥的進(jìn)口和出口切斷閥宜采用機(jī)械聯(lián)鎖裝置 以確保在任何時(shí)候 包括維修 檢修期間 都能滿足容器所要求的泄放面積 在石油 石化生產(chǎn)裝置中一般只選用法蘭連接的彈簧式安全閥和先導(dǎo)式安全閥 除用于水 蒸汽 空氣 氮?dú)獾陌踩y外 所有安全閥都應(yīng)選用封閉彈簧式結(jié)構(gòu) 安裝在處理易燃 易爆 有害 有毒介質(zhì)的設(shè)備 管道上的安全閥 宜選用API標(biāo)準(zhǔn)制造的安全閥 對(duì)于公用工程 設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間少于一年或要求較低的場(chǎng)合 宜選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制造的安全閥 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則下列情況應(yīng)選用平衡波紋管式安全閥安全閥的背壓大于其整定壓力的10 而小于30 時(shí) 當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性 易結(jié)垢 易結(jié)焦 會(huì)影響安全閥彈簧的正常操作時(shí) 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則平衡波紋管式安全閥 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則下列情況應(yīng)選用先導(dǎo)式安全閥安全閥的背壓大于其整定壓力的30 以上時(shí) 對(duì)于要求安全閥的密封性能特別良好的場(chǎng)合 對(duì)于有毒 有害的介質(zhì) 應(yīng)選用不流動(dòng)式導(dǎo)閥 即導(dǎo)閥打開時(shí) 它不向外排放介質(zhì) 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則先導(dǎo)式安全閥 開放式 第四部分安全閥的選擇 安全閥的選擇原則先導(dǎo)式安全閥 密閉式 第五部分安全閥的定壓 積聚壓力和背壓的確定 安全閥的定壓 積聚壓力和背壓的確定定壓 安全閥的定壓應(yīng)不大于被保護(hù)設(shè)備和管道的設(shè)計(jì)壓力 積聚壓力 非火災(zāi)工況 壓力容器允許的最大積聚壓力為設(shè)計(jì)壓力的10 火災(zāi)工況 壓力容器允許的最大積聚壓力為設(shè)計(jì)壓力的20 管道允許的最大積聚壓力為設(shè)計(jì)壓力的33 第五部分安全閥的定壓 積聚壓力和背壓的確定 安全閥的定壓 積聚壓力和背壓的確定3 背壓 通用式安全閥的允許背壓 非火災(zāi)工況時(shí) 動(dòng)背壓不可超過定壓的10 火災(zāi)工況 動(dòng)背壓不可超過定壓的20 波紋管平衡式安全閥 火災(zāi)及非火工況的總背壓 動(dòng)背壓 靜背壓 不高于定壓值的30 背壓對(duì)安全閥泄放能力的影響 第五部分安全閥的定壓 積聚壓力和背壓的確定 安全閥背壓對(duì)泄放能力的影響 第六部分安全閥需要排放量的確定 泄放量計(jì)算考慮的各種事故工況我國(guó) 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 中對(duì)安全閥在不同工況下的排放量有著明確的規(guī)定 在規(guī)定之外的內(nèi)容可參加API520 521的有關(guān)部分內(nèi)容規(guī)定 第六部分安全閥需要排放量的確定 泄放量計(jì)算考慮的各種事故工況 共12種工況 出口堵塞BlockedOutlet循環(huán)冷卻水故障CoolingWaterFailure回流和出料故障RefluenceandOutputFailure電力故障PowerFailure換熱管破裂RupturedTube儀表空氣中斷 控制閥故障 InstrumentAirFailure過度熱量輸入ExcessHeatInput液體膨脹LiquidExpand反應(yīng)失控RunawayReactions外部火災(zāi)ExternalFire冷劑中斷RefrigerantFailure內(nèi)部爆炸InternalExplode 第六部分安全閥需要排放量的確定 泄放量計(jì)算 外部火災(zāi) 根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā) 1999 154號(hào)中規(guī)定 容器在地面上無保溫時(shí) 第六部分安全閥需要排放量的確定 泄放量計(jì)算 外部火災(zāi) 根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā) 1999 154號(hào)中規(guī)定 容器在地面上有保溫層時(shí) 第六部分安全閥需要排放量的確定 泄放量計(jì)算 外部火災(zāi) 容器的濕潤(rùn)面積 A 容器內(nèi)液面之下的面積統(tǒng)稱為濕潤(rùn)面積 外部火焰?zhèn)魅氲臒崃客ㄟ^濕潤(rùn)面積使容器內(nèi)的物料氣化 不同型式設(shè)備的濕潤(rùn)面積計(jì)算方法不同 容器外壁校正系數(shù) F 容器壁外的設(shè)施可以阻礙火焰熱量傳至容器 用容器外壁校正系數(shù) F 反映其對(duì)傳熱的影響 1 容器在地面上無保溫 F 1 02 容器在地面下用砂土覆蓋 F 0 33 容器頂部設(shè)有大于10l m2 min 水噴淋裝置 F 0 64 保冷材料一般不耐燒 因此 保冷容器的外壁校正系數(shù) F 為1 0 第六部分安全閥需要排放量的確定 泄放量計(jì)算 外部火災(zāi) 根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API 520中規(guī)定 容器有足夠的消防保護(hù)措施和有能及時(shí)排走地面上泄漏的物料措施時(shí) 容器的泄放量為 當(dāng)容器沒有合適的消防設(shè)施和良好的下水系統(tǒng)時(shí) 第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算 最小泄放面積 計(jì)算的最小泄放面積為物料流經(jīng)安全閥時(shí)通過的最小截面積 對(duì)于全啟式安全閥為喉徑截面積 對(duì)于微啟式安全閥為環(huán)隙面積 根據(jù)計(jì)算的最小泄放面積 按制造廠產(chǎn)品資料選擇安全閥 原則是所選安全閥的實(shí)際泄放面積不得小于最小泄放面積 美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API 526中規(guī)定了安全閥的喉徑截面積及其代號(hào) 根據(jù)計(jì)算的最小泄放面積 喉徑截面積 按表向上圓整選取喉徑代號(hào) 再根據(jù)喉徑代號(hào)按制造廠產(chǎn)品資料 選擇安全閥 第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算 最小泄放面積 根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā) 1999 154號(hào)中規(guī)定 對(duì)于氣體 蒸汽在臨界條件下的最小泄放面積為 第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算 最小泄放面積 流量系數(shù) C0 由制造廠提供 若沒有制造廠的數(shù)據(jù)時(shí) 對(duì)于全啟式安全閥 C0 0 6 0 7 對(duì)于帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥 C0 0 4 0 5 對(duì)于不帶調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥 C0 0 25 0 35 氣體特性系數(shù) X 由公式計(jì)算或查表部分物料的絕熱指數(shù) k 查表 若沒有k的數(shù)據(jù) 則X 315氣體壓縮因子 Z 查圖可得 第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算 最小泄放面積 氣體或蒸氣在亞臨界條件下的最小泄放面積簡(jiǎn)便計(jì)算彈簧式安全閥在亞臨界流動(dòng)條件下的最小泄放面積時(shí) 可先按臨界流動(dòng)條件下公式計(jì)算 再將計(jì)算結(jié)果除以查得的背壓修正系數(shù) Kb 即為亞臨界條件下的最小泄放面積 背壓修正系數(shù) Kb 僅用于波紋管背壓平衡式安全閥 查圖可得 臨界流動(dòng)條件下 對(duì)于彈簧式安全閥Kb 1 0 第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算 最小泄放面積 臨界條件的判斷如果背壓滿足公式要求 則為臨界流動(dòng) 否則為亞臨界流動(dòng) 第七部分安全閥最小泄放面積的計(jì)算 其他相關(guān)計(jì)算內(nèi)容 兩相流體最小泄放面積的計(jì)算儲(chǔ)存氣體容器的安全閥最小泄放面積的計(jì)算背壓平衡式安全閥在亞臨