安全阀的进口管和排放管介绍

1 安全阀的安装位置
安全阀的安装位置应当符合以下要求:
①在设备或者管道上的安全阀竖直安装;
②一般安装在靠近被保护设备,安装位置易于维修和检查;
③蒸汽安全阀装在锅炉的锅筒、集箱的最高位置,或者装在被保护设备液面以上气相空间的最高处;
④液体安全阀装在正常液面的下面。

2 安全阀进口管的要求
安全阀的进口管道应当符合以下要求。
①安装安全阀的进口接管应短而直。安全阀的进口管道直径不小于安全阀进口直径,如果几个安全阀共用一条进口管道时,进口管道的截面积不小于这些安全阀的进口截面积总和。对于高压和大排量的场合,进口管在入口处应有足够大的圆角半径或者具有锥形通道,锥形通道的入口截面积近似为出口截面积的两倍。
②当安全阀排放时,在进口管中即在被保护设备同安全阀之间的压力降应尽可能小。在任何情况下,该压力降都不得超过整定压力的3%或最大允许启闭压差的1/3（以两者中的较小值为准）,压力降过大会导致安全阀频跳或颤振。
③进口接管应具有足够的强度和/或加适当的支撑,以承受由介质压力、温度以及安全阀排放反作用力等共同作用产生的应力,同时应避免设备的振动传递到安全阀,影响安全阀的密封。
④安全阀的进出口管道一般不允许设置截断阀,必须设置截断阀时,需要加铅封并且保证锁定在全开状态,截断阀的压力等级需要与安全阀进出口管道的压力等级一致,截断阀进出口的公称尺寸不小于安全阀进出口法兰的公称尺寸。

3 安全阀排放管的要求
安全阀的排放管道（图13-4）应当符合以下要求。

①安全阀的排放管道直径不小于安全阀的出口直径,安全阀的出口管道接向安全地点。当多台安全阀向一个总管排放时,排放总管的截面积应保证能够接受所有可能同时向其排放的安全阀的总排放量。
②由于排放管对流体的阻力而产生的压力降应尽可能小,通常应小于整定压力的10%。当阻力压降过大时,特别对常规式安全阀会迅速减小阀瓣提升力,从而影响安全阀的动作性能和排量。
③排放管的安装和支撑方式应能防止管道应力附加到安全阀上。
④应防止出现任何可能导致排放管道阻塞的条件,必要时应设置排泄孔,以防止雨、雪、冷凝液等积聚在排放管中。
⑤安全阀的排放及疏液应导至安全地点,应特别注意危险介质的排放及疏液。
⑥安全阀出口的排放管上如果装有消音器,必须有足够的流通面积,以防止安全阀排放时所产生的背压过高而影响安全阀的正常动作及其排放量。
安全阀安装前,应先对安全阀进行外观检查、整定压力试验及密封试验,有特殊要求时,还应当进行其他性能试验。

4 排放管道的管径(气相)

1）在背压允许的范围内,应保持排放管内的物料具有最高的流速,使之经济、合理。

2）排放管道内物料的流速可按式(5.3-1)计算,并最终确定排放管道直径。

            U=Ma·Uo       (式5.3-1)

其中

5 安全阀排放反作用力的计算
对于气体或蒸汽介质的安全阀在排放时,由于大量气体的排出,会给安全阀巨大的排放反力,这一排放反力将会传至安全阀内部、安装的阀座及其相邻支撑的容器壁上,对安全阀及被保护装置连接处产生很大的力矩。计算安全阀与被保护装置连接部位的强度时,必须考虑到上述排气的反作用力。
安全阀在稳定流动状态排放向一个封闭系统的情况下,通常不会对进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,同时对于封闭排放系统,无法提供简化分析方法,只有经过对管线系统长时间的复杂分析才能得到传至进口管线系统真实的排放反力和相应的弯矩。
对于敞开排放系统即安全阀出口通过一个弯头排向大气的场合,API RP 520《炼油厂泄压装置的定径、选择和安装》的PART Ⅱ《安装》部分中和国内1992年编纂的《阀门设计手册》中分别给出了计算公式,在这里分别进行介绍。

①API RP 520的计算方法

a.气相排放。

以下公式是基于可压缩流体的临界稳定流动,流体通过一个弯头和一个垂直排放管排向大气的情况。反作用力F既包含了冲量的因素也包含了静压的因素,适用于各种气体、蒸气和水蒸气的场合。

式中 F-排向大气点的反作用力,N;
W-气体或蒸汽的流量,kg/s;
k-出口处的绝热系数,k=Cp/Cv;
Cp-等压比热容;
Cv-等容比热容;
T-出口温度,K;
M-流体的摩尔质量;
A-在排放点的出口面积,mm² ;
p-在排放点出口内部的静压力(表压),bar。

b.两相排放。

以下公式用于确定以两相流形态敞开排放时对于进口管线产生的反作用力,公式假定两相混合物处于均匀流动状态。

式中

F-排向大气点的反作用力,N;
W-流量,kg/h;
χ-在出口条件下气相所占的质量分数;
ρg-在出口条件下的气相密度,kg/m³;
ρl-在出口条件下的液相密度,kg/m³;
A-在排放点的出口面积,mm²;
pe-管线出口的绝对压力,kPa;
pa-周围大气的绝对压力,kPa。

②1992年版本的《阀门设计手册》的计算方法 排放反作力的计算分三步,如下。

a.判断排放管道出口截面处的压力:

式中

pC-排放管出口截面处绝对压力,Pa;
p-排放时安全阀进口绝对压力,Pa;
Kdr-安全阀额定排量系数;
A-安全阀流道面积,m² ;
Ac-排放管出口截面积,m² ;
k-绝热系数;
Z-气体压缩系数。