1、安全阀API标准、ASME规范,引言泄压装置定径程序参考文献附录,API RP 520 Part I,适用于炼油厂和相关工业最大允许工作压力15 psig（0.103 MPa）无火压力容器和相关设备的泄压装置,API RP 520 Part I 引言,引言1.1 范围,1.2.1 14条是关于泄压装置1.2.2 9条是关于泄压装置的尺寸特性1.2.3 29条是关于操作特性,API RP 520 Part I 引言,1.2 术语,API RP 520 Part I 引言,泄压装置 pressure relief device 泄压装置是靠进口静压驱动，在出现事故或工况不正常时开启，以防止内部流体2、压力的上升超过规定数值。该装置也能设计成防止过量的内部真空。泄压阀 pressure relief valve 非重新闭合泄压装置 non-reclosing pressure relief device 真空泄放阀 vacuum relief valve,泄压阀 pressure relief valve 泄放阀 relief valve 比例式，不可压缩流体 安全阀 safety valve 快开特性或突跳动作，可压缩流体 安全泄放阀 safety relief valve 依用途可用作安全阀或泄放阀,API RP 520 Part I 引言,常规式泄压阀 conventional pre3、ssure relief valve平衡式泄压阀 balanced pressure relief valve先导式泄压阀 pilot operated pressure relief valve,API RP 520 Part I 引言,有效排量系数 effective coefficient of discharge 额定排量系数 rated coefficient of discharge 额定排量 rating relieving capacity,API RP 520 Part I 引言,整定压力 set pressure开启压力 opening pressure冷态试验差压力 co4、ld difference test pressure背压 back pressure附加背压 superimposed back pressure排放背压 built-up back pressure,API RP 520 Part I 引言,关闭压力 closing pressure启闭压差 blowdown前泄 simmer泄漏试验压力 leak-test pressure超过压力 overpressure积聚 accumulation,API RP 520 Part I 引言,API RP 520 Part I 引言,2 泄压装置,本章阐述了单独或组合使用的泄压装置 基本原理 操作特性5、 应用场合 选择,API RP 520 Part I 泄压装置,常规式泄压阀,API RP 520 Part I 泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,热膨胀泄压阀结构,用于可压缩介质的动作过程的力分析,API RP 520 Part I 泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,用于液体的弹簧载荷式泄压阀 超压10%ASME（1986年开始）和其它 国际标准要求 10%额定排量 超压25%不要求排量鉴定（历史）25%全开、稳定工作,API RP 520 Part I 泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,用于不可压缩介质的动作过程的力分析,A6、PI RP 520 Part I 泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,先导式泄压阀,API RP 520 Part I 泄压装置,控制主阀的导阀 按动作特性，分为：突开作用式和调制作用式,API RP 520 Part I 泄压装置,按开启后介质是否流过导阀的情况，分为：流动型和非流动型,按上述分类情况，常见的先导阀有：突开动作流动型先导阀 突开动作非流动型先导阀 调节动作流动型先导阀 调节动作非流动型先导阀,API RP 520 Part I 泄压装置,先导式泄压阀一个工作循环的动7、画演示,突开动作型,调节动作型,API RP 520 Part I 泄压装置,爆破片装置非重新闭合泄压装置,工作特点：,API RP 520 Part I 泄压装置,动作反应快，足以泄放有些类型的压力脉冲爆破压力可随着爆破片装置的温度不同而有 很大的变化。随着爆破片温度的增加，爆破 压力通常减小,爆破片装置非重新闭合泄压装置,爆破片装置的应用：,API RP 520 Part I 泄压装置,安装在泄压阀进口 安装在泄压阀出口 强腐蚀性环境 高黏性环境中,爆破片的类型：,API RP 520 Part I 泄压装置,1）正拱型，承受拉伸载荷。正拱型实心金属爆破片 正拱型刻痕爆破片 正拱型复合爆破8、片2）反拱型，承受压缩载荷。3）石墨型，承受剪切载荷。,安装要求：,API RP 520 Part I 泄压装置,爆破片装置非重新闭合泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,安装在泄压阀进口,销动式装置非重新闭合泄压装置,API RP 520 Part I 泄压装置,3 定径程序,3.1 确定排放要求3.2 API有效排放面积和有效排量系数3.3 背压3.4 冷态试验差压力3.5 排放压力3.6 气体和蒸气排放的定径3.7 蒸汽排放的定径3.8 液体泄放的定径：泄压阀要求排量认证3.9 液体泄放的定径：泄压阀不要求排量认证3.10 液/气两相的定径3.11 爆破片装置的定径,A9、PI RP 520 Part I 定径程序,3.1 确定排放要求,API RP 520 Part I 定径程序,在确定某一用途的泄压装置的口径和设计方案前，必须首先确定需要提供超压保护的各种工况。API RP 521中列出了许多通常可能需要超压保护的工况。,3.2 有效排放面积和有效排量系数,API RP 520 Part I 定径程序,3.3 背压,背压：泄压阀出口存在的压力。附加背压：泄压阀在线运行时出口存在的背压，恒定的或变动的。排放背压：泄压阀开启后排放系统中产生的背压。,API RP 520 Part I 定径程序,背压对泄压阀操作的影响：,开启压力变化排量下降动作不稳定或同时出现以10、上三种情况,API RP 520 Part I 定径程序,附加背压对泄压阀开启的影响：,1.对于常规式泄压阀，如果附加背压是恒定的，弹簧的实际设定值应减去附加背压的数值，作为补偿。2.如果附加背压是变动的，应该使用平衡式泄压阀或先导式泄压阀。3.如果变动附加背压的数值很小，也可以使用常规式泄压阀，但是要注意：,对于正常存在的所有附加背压，要对整定压力进行补偿；b.排放时的最大压力不能超过规范允许的被保护设备的积聚压力。,API RP 520 Part I 定径程序,背压对常规式泄压阀工作和排量的影响：,1.过大的排放背压可能导致阀门处于不稳定工作状态频跳、颤 振、开高不够 2.使用常规式泄压阀11、，排放背压不能超过允许超过压力。如果背压 预计要超过此规定的限制，则应采用平衡式或先导式泄压阀。3.平衡式阀门尤其适用于总背压近似不超过整定压力的50%的工况下。4.对于平衡式阀门，高的背压将在阀瓣的不平衡区产生一个关闭。这 个力将导致开高减小，排放量也将随之减小。因此，针对排量的下 降，制造商要提供排量修正系数（称为背压修正系数）。,API RP 520 Part I 定径程序,3.4 冷态试验差压力（CDTP）,1.泄压阀的实际工况与在试验台上设定时的工况可能是不同的。为了补偿这一影响，在试验台上要按CDTP调整阀门的整定压力。CDTP可能包括对实际工况下背压和/或温度的修正。2.当排放温12、度超过121时，考虑到阀门零件热膨胀和弹簧材料性能改变而引起的弹簧力的变化，需要有温度修正系数。当温度低于-59时，也需要补偿。3.常规式泄压阀，工作时如果存在一个恒定的附加背压，则通常需要一个修正系数以补偿背压。4.如果CDTP包括对背压和温度的修正，则应计算差压，并乘上温度修正，以确定CDTP。,API RP 520 Part I 定径程序,3.5 排放压力 排放压力=整定压力+超过压力 允许超过压力是根据适用规范所允许的积聚压力确定的。,API RP 520 Part I 定径程序,3.6 气体和蒸气排放的定径,喷嘴流动的临界流动特性,API RP 520 Part I 定径程序,理想气13、体的临界流动压力比,喷嘴下游的压力低于或等于临界流动压力，则会发生临界流动；超过临界流动压力，则会发生亚临界流动。,API RP 520 Part I 定径程序,临界流动的定径,API RP 520 Part I 定径程序,常规式泄压阀（仅适用蒸气和气体）的恒定背压修正系数,Kb,API RP 520 Part I 定径程序,图30平衡波纹管式泄压阀（蒸气和气体）的背压修正系数，Kb,API RP 520 Part I 定径程序,常规式和先导式泄压阀亚临界流动的定径,第一种方法,API RP 520 Part I 定径程序,常规式和先导式泄压阀亚临界流动的定径,另一种方法,API RP 52014、 Part I 定径程序,平衡式泄压阀亚临界流动的定径,平衡式泄压阀应采用临界流动的公式定径。在这种情况下使用背压修正系数是考虑流速为亚临界，且阀瓣有下落到低于全开启高度的趋势（仅当达到全开启高度的情况才适合使用亚临界流动的公式）。背压修正系数Kb应由制造商提供。,API RP 520 Part I 定径程序,3.7 蒸汽排放的定径,API RP 520 Part I 定径程序,3.8 液体泄放的定径：泄压阀要求排量认证,API RP 520 Part I 定径程序,图31 用于液体的平衡波纹管式泄压阀因背压导致的修正系数，Kw,API RP 520 Part I 定径程序,图36粘度的排量修15、正系数,Kv,API RP 520 Part I 定径程序,3.9 液体泄放的定径：泄压阀不要求排量认证,API RP 520 Part I 定径程序,图37 未取得排量认证的泄压阀用于液体时针对超压的排量修正系数，Kp,API RP 520 Part I 定径程序,3.10 液/气两相泄放的定径,如果泄压装置的介质是处于气液平衡的液体或多相的流体，则当流体流过装置时，将发生闪蒸，并产生气体。气体的生成，会降低装置的有效排量。附录D中给出了一种推荐的两相流工况泄压装置的定径方法。但应该知道的是，现今还没有任何泄压装置获得两相流排量认证，因为还没有认证的试验方法。有关饱和水的内容，见ASME规范16、第卷附录11。,API RP 520 Part I 定径程序,闪蒸和两相流工况会导致背压的增加，如果增加值过高或无法准确预测，则必须选用平衡式或先导式泄压阀。如果在喷嘴（阀座）处没有达到平衡，则装置的实际流量将增大数倍。设计者还应研究在液体闪蒸时可能发生的任何自冷作用所造成的影响。结构的材料应适用于出口温度。此外，安装必须排除因水合物或可能的固体生成而发生流动阻塞的可能性。,API RP 520 Part I 定径程序,是否有软件帮助选型？,API RP 520 Part I 定径程序,需要完成阀门的规格书,API RP 520 Part I 定径程序,附录A 爆破片装置规格清单附录B 用于气17、体或蒸气介质的泄压阀定径 流量公式的评述 附录C 泄压阀规格清单 附录D 气、液两相流泄放的定径 附录E 爆破片及100%蒸汽流、恒管径的 管道系统的流量评估,API RP 520 Part I 附录,API RP 520 Part I 附录B,附录B 用于气体或蒸气介质的泄压阀定径流量公式的评述,公式基本上是基于泄压阀喷嘴附近流体的质量平衡和能量平衡，主要假设条件为：,理想气体 喷嘴与外界没有热量交换（即是绝热流动）蒸汽膨胀是等熵过程,附录D 气、液两相流泄放的定径,本附录中介绍的两相流定径方法，是若干现在正在应用的技术和随着时代的前进还在逐步发展的新方法之中的一种方法。要强调的是，两相流计18、算需要使用特殊的方法，这一问题已经为人们完全认识。要指出的是，本附录中介绍的方法还没有通过试验验证，现在也没有一个被承认的泄压阀两相流排量的验证程序。气/液两相流排放有许多不同的情况，要采用不同的方法。,API RP 520 Part I 附录D,API RECOMMENDED PRACTICE 520Sizing,Selection,and Installation of Pressure-Relieving Devices in Refineries炼油厂泄压装置的定径、选择和安装第部分安装第5版 2003年8月,1 范围 本推荐方法为最大允许工作压力（MAWP）15 psig（1.03 19、barg或103 kPA)的设备用泄压装置的安装提供了指导方法。2 参考标准 3 术语定义按API RP 520 第部分,API RP 520 Part II,4 泄压装置的进口管线4.1 一般要求 需考虑到流动、应力以及振动等的影响。4.2 进口管线压降的限制和管线的结构 泄压阀进口过大的压力损失将导致阀门快速的开启、关闭甚至频跳 在被保护设备和泄压阀之间的总的不可恢复的压力损失不应超过阀门整定压力的3%压力损失应按泄压阀的额定排量来计算 进口管线的名义尺寸必须大于等于泄压阀进口连接的名义尺寸,API RP 520 Part II,API RP 520 Part II,API RP 520 20、Part II,API RP 520 Part II,先导式泄压阀的远程感应 先导式泄压阀的远程感应可以使用在进口管线压力损失过大，或者由于主阀所限使得主阀安装的压力源和导阀感应点必须分开的情况下。对于流动式导阀，远程感应管线的尺寸应保证在110%整定压力、流过导阀的流量为最大的情况下，其压力损失为不大于整定压力的3%。对于非流动式导阀，由于主阀开启和排放时没有系统介质流过导阀，所以远程感应管线的过流面积为0.07in(45mm)就足够了。,API RP 520 Part II,API RP 520 Part II,4.3 在排放管线内的静负荷产生的进口应力 这些应力可以导致泄压阀的泄漏、故障21、 热应力 机械应力,API RP 520 Part II,4.4 排放反力产生的进口应力 确定敞开排放系统中的排放反力,API RP 520 Part II,确定敞开排放系统中的排放反力 蒸气排放,两相排放,API RP 520 Part II,确定封闭排放系统中的排放反力 泄压装置在稳定流动状态排放向一个封闭系统的情况下，通常不会对入口管线产生大的反力和弯矩，因为在封闭系统内压力和流速的变化是小的。仅仅是在那些突然膨胀的地点存在着排放反力的计算。对于封闭排放系统，无法提供简化分析方法。4.5 进口管线中的隔离阀 设置按第6章的指南,API RP 520 Part II,4.6 与泄压阀组合使22、用的爆破片装置,API RP 520 Part II,当爆破片装置使用在泄压阀和被保护容器之间时，在爆破片和泄压阀之间应有一个泄出孔、压力表、试验用旋塞阀或其他适当的报警指示器。在泄压阀前面只能采用无碎片型爆破片装置。5 泄压装置的排放管线5.1 一般要求 排放管线的安装必须保证泄压装置正常的性能和足够的泄出。5.2 排放流体的安全处置,API RP 520 Part II,5.3 背压限制和管线的尺寸 在进行泄压阀排放管线的设计时，应当考虑到附加背压和排放背压对于泄压阀动作特性的共同影响。排放管线的设计应使得系统中任何泄压装置的背压都不超过允许值。5.4 对于先导式泄压阀的注意事项 当先导式23、泄压阀的附加背压超过入口压力时，能够导致主阀的开启产生回流。需要使用特殊的附件（回流保护器）来防止这种回流。,API RP 520 Part II,5.5 泄放过程中的排放管线应力 当系统内管线突然扩张或当泄压装置刚开始动作而产生了不稳定流动时，会产生较大的作用力。5.6 排放管线中的隔离阀 按第6章的指南5.7 安装在泄压阀出口的爆破片 进行泄压阀的设计时，应考虑到即使有背压积聚在泄压阀和爆破片之间时，阀门也应在正确的定压值开启。,API RP 520 Part II,6 压力排放管线中的隔离（截断）阀,API RP 520 Part II,6.1 概述 隔离阀的设计、安装和管理必须认真对待24、，以确保工厂安全。6.2 应用 如果泄压装置存在着泄漏、堵塞或其他严重影响动作性能的问题，就要提供泄压装置的隔离和备份。这样设计的目的就是在工艺装置不停车的情况下能对泄压装置进行检测、维护和修理。然而，隔离阀的使用存在着潜在的危险因素。,API RP 520 Part II,6.3 隔离阀的要求 1，阀门应为全孔流道式。隔离阀的最小流通面积应等于或大于泄压阀的进口面积；为了将出口背压减至最小，建议出口隔离阀的最小流通面积等于或大于泄压阀的出口面积。2，阀门应符合相应管线压力级。3，阀门应具备锁闭或铅封于开启状态的功能。除非进口隔离阀首先关闭使进口隔离阀和泄压阀之间的压力充分泄压，否则当被保护压25、力容器在使用过程中时绝对不能关闭出口隔离阀。,API RP 520 Part II,4，当进口隔离阀使用闸阀时，应使阀杆水平安装，或者与水平位置偏转最大不超过45的位置，以防止闸板掉落而阻塞流体流动。5，隔离阀和泄压装置之间应装有泄出阀以便在完成维修之前能够安全地泄放掉系统压力。6，为使进口隔离阀和出口隔离阀之间能正确操作，应在其间采用联锁系统。当出口隔离阀和进口隔离阀联合使用，在泄压装置投入使用时应首先将出口隔离阀先于进口隔离阀完全开启。7，隔离阀应涂上特别的颜色或作特殊的标识。,API RP 520 Part II,备份泄放能力的安装 在具有腐蚀和污秽的工况下，或者是泄压装置必须经常进行检26、查和校验的情况下，建议应安装有一个附加的泄压装置，无论哪套泄压装置处于非工作状态，都要保证达到100%的设计泄放能力。当采用备份的泄压装置时，要采用机械的联锁或管理控制使隔离阀处于正确的开关位置，以确保容器或设备超压保护的安全。,带有双泄压装置的三通切换阀的安装 可以选择三种型式的三通切换阀：通过进出口管线连接的三通球阀、往复阀型式和旋转阀型式。1,安装泄压阀的三通切换阀，在定径时应确保其进口损失满足4.2节的要求。一些三通切换阀的设计是使其最小流通面积等于或大于为那一管线所设计的泄压阀的进口面积，而另一些的设计则不得不使管线的尺寸大于泄压阀以减小进口压力损失。,2,三通切换装置设计时应防止在27、切换过程中的任何时候两台泄压装置被同时隔离开。3,三通切换阀应附带有一明确的指示标记，以确定是哪一台泄压装置处于工作中。4,在进口隔离阀和被隔离的泄压装置之间应安装有泄出阀，以便在被隔离的泄压装置完成维修之前安全地泄放掉其进口的压力。5，在安装于进口三通切换阀上的泄压装置的出口一侧可以使用单独的隔离阀。6，三通阀也可以用于出口隔离。7，隔离阀应具备锁闭或铅封于固定位置的功能。,6.4 隔离阀安装的例子6.5 对于隔离阀的管理控制 需要专门授权人来执行；不断更新的记录；定期检查。,7 阀盖或导阀泄出管,根据泄压阀的类型，要求阀盖或导阀有正确的泄出方式以确保阀门正常的动作性能 常规式阀门（无特殊要求）平衡波纹管式阀门 阀盖泄出孔必须敞开，以保证阀门的正常功能。若介质易燃、有毒或者具有腐蚀性，应将阀盖泄出孔用管子引至一个安全的地点。平衡活塞式阀门 阀盖泄出口应始终在一个安全的位置通向大气。先导式阀门 泄出孔通常通向大气或通过管线引至安全地点。若导阀不是平衡式的设计，应尽可能避免背压对于导阀的影响。,