安全阀泄压阀减压装置简介规范标准

当锅炉或压力容器等设备内部压力超过规定值时，超压可能导致灾难性故障

这就是为什么减压装置被称为加压设备的“最后一道防线”。在很大程度上，由于泄压装置本身无法执行其设计功能而导致事故。尽管如此，这些基本设备往往被它们旨在保护的行业中的人们忽视或不完全理解。



开始

在美国，从 1905 年到 1911 年，发生了 1,700 次锅炉爆炸，导致 1,300 人死亡，促使人们使用此类设备。 到 1915 年，美国机械工程师协会 (ASME) 发布了第一个锅炉规范，即固定式锅炉的建造规则允许工作压力，包括锅炉安全阀的构造和安装规则。

自从引入第一个 ASME 锅炉规范以来，在泄压装置的设计和建造方面发生了许多技术发展。该国和加拿大的大多数司法管辖区都采用了基于国家规范和标准的减压装置规则。

规范和标准

ASME 锅炉和压力容器规范 I 至 XII – 2015 版中的八个认证标志是：

V      蒸汽锅炉安全阀

NV   核部件安全阀

  供暖锅炉用高压安全泄压阀

  压力容器用紫外线安全泄压阀

UV3  安全泄压阀，用于最大允许工作压力超过 10,000 psi 的压力容器

UD    压力容器用爆破片

TV    运输罐安全阀

   运输罐用TD防爆片

ASME 锅炉和压力规范豁免了设定压力小于 15 psi 的压力释放装置。这些被称为非 ASME 泄压装置，它们可以使用 ASME 以外的规范和标准进行设计。

泄压装置的性能由 ASME 压力测试规范 (PTC) 25-2014 泄压装置确定。此外，本规范还对泄压装置的类型和部件进行了标准定义。

美国石油协会 (API) 还发布了有关泄压装置的尺寸、选择、安装和检查的规范和标准。例如，API RP 520, Part I-2014 广泛用于石油工业中压力释放装置的选型和选择。

装置和阀门的类型

压力释放装置由入口静压驱动。它被设计为在紧急或异常情况下打开，以防止内部流体压力升高超过指定值或设定压力。

这些设备用于从热水器到发电设备的所有类型的加压设备，甚至用于航天器。这些装置的目的是防止容器过压，尽管它们也可能被设计成防止内部真空度过高。当容器暴露在异常条件下时，例如火灾引起的高温，它们不能防止结构故障。

当今市场上有许多类型的减压装置。泄压装置的主要类型有：重合闸和非重合闸泄压装置。

重合泄压装置

泄压阀的主要目的是打开以释放过压，在恢复正常条件后重新关闭并防止流体进一步流动（图 5）。第二个目的是通过泄压阀本身的操作最大限度地减少对其他系统组件的损坏。根据 ASME 锅炉和压力容器规范设计的泄压阀带有认证标志和认证代号之一：V、NV、HV、UV、UV3 或 TV。

• 当它们的尺寸和操作正确时，它们是可靠的。

• 它们用途广泛，可用于许多服务。

• 减压阀的缺点是：

• 泄压受背压（存在于安全泄压阀出口处的压力）的影响。

• 如果形成的背压太高，它们会产生颤动。

现有的许多类型的泄压阀基于不同的设计和构造。一般分为：安全泄压阀、泄压阀和安全阀。

安全泄压阀可用于泄压阀或安全阀，具体取决于应用。安全泄压阀分为：

1. 常规安全泄压阀

2. 平衡波纹管

3. 先导操作

4. 动力驱动

5. 温度和压力驱动

6. 常规安全泄压阀

传统的安全泄压阀是一种弹簧加载的泄压阀，其特点是具有快速打开的弹跳动作。传统的安全泄压阀用于系统中不存在过多可变或累积背压的应用。这些阀门的操作特性直接受阀门背压变化的影响。

• 连接到要保护的容器或系统的入口喷嘴

• 控制通过喷嘴的流量的可移动圆盘

• 控制磁盘位置的弹簧

传统弹簧式安全泄压阀的工作原理是基于力的平衡。当系统压力处于阀门的设定压力时，弹簧载荷预设为等于入口流体施加在封闭盘上的力。

当入口压力低于设定压力时，阀瓣保持在关闭位置的喷嘴上。当入口压力超过设定压力，克服弹簧力时，阀门打开。当入口压力降低到低于设定压力的水平时，阀门重新关闭。

一旦阀门打开，C 处就会产生额外的压力。在 C 处的这个额外力导致磁盘在弹出时大幅提升。当入口压力下降到低于设定压力时，阀门关闭。阀门复位时的压力称为关闭压力。设定压力和关闭压力之间的差值是排污量。

在传统阀门的设计中，一个重要的考虑因素是阀座泄漏。这种泄漏会导致系统流体持续流失，并可能导致阀座表面逐渐损坏。根据阀座材料，传统阀门分为：

• 金属密封阀门。金属对金属阀座通常由不锈钢或其他硬质合金钢制成，通常用于高温应用，例如蒸汽和腐蚀性介质应用，以处理各种化学品。

• 软座阀。金属的替代品是弹性盘，它可以固定在需要更紧密关闭的一个或两个座面上。它们通常用于气体或液体应用。这些嵌件可由多种不同材料制成，但最常见的是 Vinton、腈或 EPDM（乙烯丙烯二烯单体）。

平衡波纹管安全泄压

当背压可变且超过设定压力的 10% 时，建议使用平衡式波纹管安全泄压阀。

• 平衡波纹管安全泄压阀的优点是：

• 泄压不受背压影响。

• 它们可以处理更高的累积背压。

• 它们保护弹簧免受腐蚀。

• 它们具有良好的化学和高温能力。

平衡波纹管安全泄压阀分为两大类：

• 平衡波纹管。除了增加了波纹管外，该阀与传统安全泄压阀设计相同。

• 带辅助平衡活塞的平衡波纹管。使用该阀，平衡波纹管将阀体和流体流与阀盖和工作部件密封。辅助平衡活塞在波纹管失效时通过补偿背压来确保适当的阀门性能。

先导式安全泄压阀

先导式安全泄压阀与弹簧式泄压阀的主要区别在于，先导式安全阀使用过程压力而不是弹簧来保持阀门关闭。先导阀用于感应过程压力并对圆顶压力室加压或排气，后者控制阀门的打开或关闭。

先导式安全泄压阀由主阀、浮动不平衡活塞组件和外部先导阀组成。先导控制主阀不平衡移动室顶部的压力。弹性座通常连接到下端。

在低于设定水平时，移动部件相对两侧的压力相等。当达到设定压力时，先导阀打开并减压顶部的腔体，使不平衡部件向上移动，从而导致主阀泄压。当过程压力降低到预定压力时，先导阀关闭，活塞上方的腔体减压，主阀关闭。

先导式安全泄压阀的优点是：

• 阀门的设定压力不受背压的影响。

• 阀门在较高的操作压力与设定压力比下操作气密，允许操作员在非常接近容器最大允许工作压力的情况下运行。

• 较大的阀门尺寸可以降低成本。

• 对喋喋不休的敏感性较低。

先导式安全泄压阀分类如下：

基于移动成员的类型

• 活塞式使用活塞作为不平衡移动部件。

• 隔膜式使用柔性隔膜为圆顶容积提供压力密封，而不是活塞和滑动活塞密封。

基于飞行员类型

• 弹出式先导阀使主阀在设定压力下完全提升而不会超压。

• 调节作用的先导阀打开主阀仅足以满足所需的泄放能力。

基于飞行员的流量

• 当导阀打开时，跟随型导阀允许过程流体连续流过导阀。

• 当主阀打开时，非流动型先导不允许过程流体连续流动。

动力驱动安全泄压阀

阀门打开或关闭的运动完全由电力、蒸汽或水（液压）等动力源控制。阀门可以排放到大气中或排放到处于较低压力的容器中。放电容量会受到下游条件的影响。

动力驱动安全泄压阀主要用于没有固定蒸汽或水线的强制流动蒸汽发生器。它们也用于核电站。

T&P 安全泄压阀

温度和压力驱动的安全泄压阀（也称为 T&P 安全泄压阀）是一种泄压阀，可由入口侧的温度或压力驱动（图 10）。

这种阀门是为双重目的而设计的。首先，T&P 阀可防止容器内的温度升至高于指定限值（通常为 210°F 或 98°C）。其次，T&P 阀可防止容器中的压力升至高于指定值。

该阀门包含两个主要控制元件，一个弹簧和一个热探头。

通常，T&P 安全泄压阀用于饮用水加热器和供暖系统。

泄压阀

溢流阀由入口静压和逐渐升程启动，该升程通常与压力增加超过开启压力成正比。这种阀可以配备封闭式弹簧外壳，适用于封闭式排放系统应用。

安全阀通常用于液体系统，特别是对于低容量和热膨胀应用。它们也可用于泵系统。

泄压阀分类如下：

• 可调泄压阀可通过出口方便地调节压力设置。它们适用于化工、石化和高纯气体行业中的无排气或排气的在线应用。

• 电子溢流阀 (ERV) 是先导式溢流阀，可提供零泄漏。ERV 套件将零泄漏隔离阀与电动控制装置相结合，以监测和调节系统压力。这些阀门在容量释放功能或仅在过压保护应用中提供保护。

安全阀

安全阀通常用于锅炉超压保护和其他应用，例如减压控制的下游。这些阀门安装在可能超过锅炉最大允许工作压力的地方。安全阀也用于可压缩气体，特别是蒸汽和空气。

安全阀按升程分类。术语“升程”是指阀门从其关闭位置移动到产生认证排放能力所需的位置时所经历的行程量。

安全阀可分为低升程、高升程和全升程，这会影响阀门的排放能力。

• 低升程是安全阀，其中阀门升程为孔径的 1/24。由于阀门的扬程小，容量远低于其他类型。

• 高升程是安全阀，其中阀门的升程距离至少为孔径的 1/12。高升程阀用于可压缩流体，它们的作用更成比例。

• 全升程是安全阀，其升程距离至少为孔径的 1/4。全升程阀被认为是一般蒸汽应用的最佳选择。

减压阀配件

减压阀有许多对其操作至关重要的附件，包括：

• 测试堵头用于在设备进行水压测试时保持安全阀关闭。为避免损坏主轴和/或阀座，需要小心不要拧紧堵头螺钉。

• 当阀盘下的压力低于设定压力时，采用升降机构打开泄压阀。这些机构分为三种基本类型：普通杠杆、组合杠杆和气动升降装置。

• 除了螺帽外，还为标准泄压阀提供螺栓帽。

• 阀位指示器是一种微型开关装置，用于远程指示泄压阀的开度。

• 尽管泄压的选项多种多样，但了解哪些选项适合哪些应用对所有最终用户行业都至关重要。本文为读者提供了重合闸选项的背景知识，但它只涵盖了一半的内容。有关等式非重合侧的背景知识，请查看本文的第 2 部分。