閥門(mén)知識

API 規范平安閥的開(kāi)發(fā)與應用如何？

答：引見(jiàn) API （American Petroleum Institute 美國石油學(xué)會(huì )）規范平安閥的標準和特性，闡述了在開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品中所停止的性能實(shí)驗和流場(chǎng)仿真方面的研討工作。提出了推行應用的倡議。

1）概念：我國的平安閥根本上是依照機械行業(yè)規范停止設計制造。20 世紀 70 年代以后，隨著(zhù)我國變革開(kāi)放和國名經(jīng)濟疾速開(kāi)展，從國外引進(jìn)了大量石油、化工、能源、冶金和紡織等安裝及設備，同時(shí)隨機進(jìn)口了大量國外平安閥。這些平安閥大局部是依照 API 規范設計、制造、實(shí)驗和驗收。由于 API 規范平安閥與 JB 平安閥相比，具有顯著(zhù)的特性和先進(jìn)性，因此近幾年來(lái)，一些企業(yè)請求，裝置在易燃、易爆、有害或有毒介質(zhì)的設備及管道上的平安閥，宜選用 API 規范平安閥。為了順應各類(lèi)安裝對平安閥的需求，對 API 規范平安閥停止了討論和研討。

（2）特性

1）相關(guān)規范：與 API 規范平安閥相關(guān)的常用規范和標準如下。

API RP 520 煉油廠(chǎng)泄壓安裝的定徑、選擇和裝置

第Ⅰ局部 定徑和選擇

第Ⅱ局部 裝置

API Std526 鋼制法蘭泄壓閥

API Std527 泄壓閥閥座的密封性

API RP 576 泄壓安裝的檢查

ASME 鍋爐與壓力容器標準第 Ⅷ 卷

第一冊 壓力容器泄壓安裝

ASME PTC25 泄壓安裝—性能實(shí)驗標準

2）名詞術(shù)語(yǔ)：API 規范的某些名詞術(shù)語(yǔ)與我國國內習氣用語(yǔ)不分歧，故予以闡明。

①泄壓安裝（Pressure Velief Device）。泄壓安裝是避免工藝系統或承壓容器由于事故或不正常工況期間流體壓力升高而超越預定壓力值。常有的有彈簧直接載荷式泄壓閥、先導式泄壓閥和爆破片等。

②泄壓閥（Pressure Relief Valve）。泄壓閥是一種泄壓安裝，在系統超壓時(shí)閥門(mén)開(kāi)啟，而當系統壓力恢復到正常后閥門(mén)關(guān)閉，從而避免介質(zhì)繼續外流。常見(jiàn)有的平安閥、泄放閥、先導式泄壓閥等。

③平安閥（Safety Valve）。平安閥是一種由入口靜壓力驅動(dòng)，并以快速開(kāi)啟或突跳動(dòng)作為特征的泄壓閥。其應用與可緊縮流體。

④泄放閥（Relief Valve）。泄放閥是一種由入口靜壓力驅動(dòng)的泄壓閥，其開(kāi)啟通常與超越壓力的壓力升高成比例。其應用于不可緊縮流體。

⑤平安泄放閥（Safety Relief Valve）。平安泄壓閥是一種依應用狀況而作為平安閥或泄放閥的泄壓閥。

3）根本請求：

①平安閥的流道面積（代號）、進(jìn)出口通徑、壓力級（磅級）、根本資料、壓力-溫度范圍和進(jìn)出口裝置尺寸按 API Std 526 規則。

②平安閥的整定壓力（Pa）允許偏向與整定壓力有關(guān)。當 Pa≤0.5MPa 時(shí)，允許偏向為 ±0.015MPa。當 Pa＞0.5時(shí)，允許偏向為 ±3%Pa。

③平安閥的設計和制造按 ASME《鍋爐與壓力容器標準》第 Ⅷ 卷規則。其根本條件包括機械動(dòng)作，資料選擇、制造及裝配的檢查制造廠(chǎng)及裝配廠(chǎng)的產(chǎn)品實(shí)驗、設計、焊接及其他等七個(gè)方面。

如對閥瓣、閥座、彈簧、導套、提升安裝的構造設計和資料選擇請求，對制造廠(chǎng)及裝配廠(chǎng)的制造、實(shí)驗設備和質(zhì)量控制程序的請求，如受壓件的強度和氣密實(shí)驗請求、對實(shí)驗安裝、容器和實(shí)驗辦法的請求等。

④標以 ASME《鍋爐與壓力容器標準》第 Ⅷ 卷標志的泄壓閥的排量考證實(shí)驗應在不超越開(kāi)啟壓力的 10% 或 0.02MPa 壓力下停止。

4）規范比擬：JB、GB 和 API 規范平安閥的比擬見(jiàn)表 1-8。

5）條款特性：

①規則。API 規范對平安閥的構造設計、排量計算、規格、壓力級、資料、制造、實(shí)驗、運輸、裝置、運用、檢查及維修，均有完好和全面的根本請求。

API RP 520、576 引見(jiàn)了各品種型平安閥的機構及其特性。

API RP 520 第Ⅰ局部列出各種流體介質(zhì)（氣體、水蒸氣、液體及兩相流）排量下所需流道面積的計算辦法，并給出相關(guān)修正系數。

API Std 526 規則了 14 種流道直徑（喉徑）再不用溫度和壓力下的各種規格、壓力級及根本資料請求，并規則必需執行 AMSE 標準的相應制造和實(shí)驗請求。

API Std 527 規則了泄壓閥的密封性實(shí)驗辦法和請求。

API RP 520 第Ⅱ局部列出有關(guān)裝置發(fā)面的一些請求。

API RP 576 列出泄壓安裝的檢查和維修請求。

ASME PTC 25 為泄壓安裝的實(shí)驗安裝、實(shí)驗辦法和實(shí)驗報告提供了規范。

②規格和種類(lèi)。API 規范平安閥規格和種類(lèi)較多。

彈簧載荷式平安閥的公稱(chēng)尺寸為 1~8in.（25~200mm），有 14 種（D~T）流道直徑（d0=9.5~146mm），21 種規格，6 種壓力級（150~2500lb），-268~260℃ 的溫度范圍。

API 規范范圍閥規格、種類(lèi)多，便于選擇合理規格的平安閥。

③溫度—壓力級。API 規范平安閥依據所需排量計算肯定留到面積后，依照該流道面積表中的溫度范圍和允許的最高整定壓力，肯定合適的壓力等級。

④資料。閥瓣、閥座及導向零件應是耐蝕資料制成，應能滿(mǎn)足溫度和運用條件。按照運用的溫度，選用合適的閥體、閥蓋及彈簧資料。閥體和閥蓋的資料能夠不同，但必需滿(mǎn)足最低的壓力—溫度請求，規范中規則了閥體、閥蓋和彈簧資料的最低等級牌號。

⑤制造廠(chǎng)和實(shí)驗安裝請求。制造廠(chǎng)的工藝配備、實(shí)驗配備以及質(zhì)量控制程序可以保證所消費平安法的性能分歧性。平安閥性能實(shí)驗安裝和容器應有足夠尺寸和容量。

⑥運輸和裝置。平安閥運輸中應有維護堵蓋（塞）。平安閥人口管道的壓力損失 Δp≤3%pa。

（3）研制

由于依照 API 規范消費平安閥與依照 JB 消費平安閥存在差別，因此產(chǎn)品制造過(guò)程中常呈現許多問(wèn)題。如構造設計不合理，資料選用不當，整定壓力過(guò)高或實(shí)踐排放量不滿(mǎn)足請求等。

為了完好全面的理解、熟習和控制 API 規范（AMSE 標準）相關(guān)內容和請求，有必要對 API 規范平安閥停止深化研討，以顯現其特性和先進(jìn)性。對 API 規范平安閥主要研討包括實(shí)驗研討和建模研討。

1）性能實(shí)驗研討：

①實(shí)驗安裝。為了停止平安閥的性能及排量實(shí)驗研討，依照 ASME PTC 25《泄壓安裝—性能實(shí)驗標準》的請求建立了平安閥全性能實(shí)驗安裝。改實(shí)驗安裝主要由大量空氣緊縮機、儲氣罐、流量調理閥、控制閥、實(shí)驗容器及工位、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、計算機數據采集及處置系統等組成。

實(shí)驗安裝共設三個(gè)實(shí)驗工位。最大實(shí)驗閥通徑 8in.（200mm），最高實(shí)驗壓力 23MPa，最高實(shí)驗流量 100t/h（空氣）。實(shí)驗工位的實(shí)驗容器的容積分別為 4.5m³、1.5m³、0.014m³。

為了更好地比擬實(shí)驗安裝才能對平安閥性能的影響，隨后又建造了容積為 0.5m³的實(shí)驗安裝。典型平安閥的實(shí)驗結果曲線(xiàn)如圖 1-6~1-8。

圖 1-6 入口壓力與開(kāi)啟高度曲線(xiàn)

圖 1-7 開(kāi)啟高度與流量曲線(xiàn)

圖 1-8 平安閥發(fā)證顫振時(shí)的開(kāi)啟高度曲線(xiàn)

②性能及排量實(shí)驗。平安閥的流道構造設計對其性能及排量有重量影響。API Std 526 規范規則了平安閥的凈出口及流道尺寸，其出口面積與流道面積的比例為 64.26~3.02，與 JB 規則的 4.13~3.06 相比范圍及比例均較大，特別關(guān)于通徑較小者有顯著(zhù)差異，停止了性能和排量實(shí)驗。大量實(shí)驗標明：a.實(shí)驗安裝性能對平安閥的性能有重要影響。經(jīng)過(guò)對五種規格（II/2h4、2J3、3K4、3L4、4M6）的平安閥在不同實(shí)驗安裝上比照實(shí)驗構造能夠得出，實(shí)驗安裝的容量對平安閥整定壓力和啟跳壓力根本無(wú)影響。只要實(shí)驗安裝容量足夠大時(shí)，才干斷定平安閥的回座壓力及機械特性能否契合請求。b.與 API Std 526 規范平安閥相比，出口面積較小的 JB 平安閥其排量系數較小。在實(shí)驗安裝上對 API 和 JB 兩種規范的平安閥停止了排量實(shí)驗。實(shí)驗標明，JB 平安閥的出口面積較小者，影響到其排量系數減小。普通 JB 平安閥的排量系數為 0.8~0.9。而按 API 規范的平安閥其排量系數可達 0.98。

③ 背壓實(shí)驗。平安閥的出口背壓時(shí)其性能有較大影響。較高的被壓會(huì )影響到平安閥的動(dòng)作性能及其排量。平安閥背壓實(shí)驗系統如圖 1-9 所示。

圖 1-9 平安閥背壓實(shí)驗系統

背壓經(jīng)過(guò)背壓發(fā)作器產(chǎn)生，調理背壓主要是經(jīng)過(guò)改動(dòng)背壓器中背壓調理器孔板尺寸來(lái)調理發(fā)作閥出口排放背壓。經(jīng)過(guò)背壓實(shí)驗，得出兩點(diǎn)經(jīng)歷：a.排放背壓存在臨界值，超越允許值后，會(huì )招致平安閥機械性能遭到毀壞，惹起平安閥顫振等現象，排放過(guò)程不穩定。b.平安閥開(kāi)啟高度隨排放背壓的升高而減少，排放背壓的存在，惹起開(kāi)啟高度的降低，招致平安閥的實(shí)踐排量降低。

2）流場(chǎng)仿真：固然借助于先進(jìn)的性能實(shí)驗安裝，在平安閥動(dòng)作特性和排量等方面上取得了許多成果，但是實(shí)驗研討卻存在著(zhù)投入大、周期長(cháng)、辦法有局限的問(wèn)題。所以將計算流膂力學(xué)（CFD）應用到平安閥的根底理論研討中。應用計算流膂力學(xué)軟件，樹(shù)立了一些平安閥內部流場(chǎng)的三維模型。經(jīng)過(guò)實(shí)驗考證，這些模型具有足夠的精度和牢靠性，完整能夠用于工程研討，其中兩個(gè)算例所得到的排量數值與實(shí)驗數據的比照見(jiàn)表 1-9。

經(jīng)過(guò)對平安閥內部流場(chǎng)研討，對平安閥的內部活動(dòng)有了全新的認識。在平安閥整個(gè)流道中，發(fā)作的喉部是最小的幾何流通截面。所以在平安閥的工程計算和設計過(guò)程中，這個(gè)流道面積就被假定為整個(gè)流道中的實(shí)踐最小氣動(dòng)流通面積，假如該流場(chǎng)處于臨界或超臨界活動(dòng)狀態(tài)，則在閥座喉部處到達音速。

以往經(jīng)過(guò)實(shí)驗辦法，曾經(jīng)證明這個(gè)假定存在問(wèn)題，平安閥的臨界界面不在閥座喉部，而是在其下游。但是終究是什么樣的流場(chǎng)形態(tài)，產(chǎn)生這一現象的機理是什么，這些實(shí)驗很難解答的問(wèn)題若經(jīng)過(guò)流場(chǎng)仿真就能夠很容易地解答。

圖 1-10 為某規格平安閥內部流場(chǎng)中音速和超音速區域的馬赫數等值線(xiàn)圖。從圖中能夠看出，介質(zhì)在閥座喉部的活動(dòng)是亞聲速的，實(shí)踐的氣動(dòng)臨界截面位于閥座與閥瓣之間構成的圓柱側面上。

圖 1-10 平安閥內部流場(chǎng)中的馬赫數等值線(xiàn)圖

（4）結語(yǔ)

由于 API 規范平安閥與 JB 平安法相比，具有顯著(zhù)的特性和先進(jìn)性。因此近年來(lái)，API 規范平安閥在我國得到越來(lái)越普遍的應用。從目前現狀剖析，提出幾點(diǎn)倡議：

1）平安法制造廠(chǎng)、檢驗單位以及運用部門(mén)需全面、完好地理解、熟習和控制 API 規范（ASME 標準）相關(guān)內容和請求。

2）設計單位與制造廠(chǎng)商嚴厲遵照 API 規范（ASME 標準）請求停止平安法的設計選型、選材和制造。

3）各制造廠(chǎng)對消費的 API 規范平安閥應展開(kāi)充沛的性能研討工作，以顯現 API 規范平安閥的特性。各制造廠(chǎng)應經(jīng)過(guò)具有資質(zhì)的檢測部門(mén)肯定平安閥的排量系數以供用戶(hù)選型時(shí)運用。

4）目前國內平安閥制造廠(chǎng)的消費手腕和實(shí)驗條件較國外廠(chǎng)家有較大差距，特別在實(shí)驗條件方面。因此，倡議平安法制造廠(chǎng)和檢驗單位應發(fā)明條件滿(mǎn)足平安閥性能實(shí)驗的請求。例如，關(guān)于實(shí)驗安裝和容器應有足夠尺寸和容量。這觸及回座壓力的精確性以及力學(xué)性能的判別。

5）平安閥運用單位應向供貨單位（制造廠(chǎng)）提出平安閥的明白訂貨請求，并在收貨時(shí)索要相關(guān)文件（例如合格證、質(zhì)量證明書(shū)、實(shí)驗報告等）以及停止必要項目的驗收。