安全阀的设计和制造

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几大类。

第二章 安全阀的设计

自从法国工程师1707年发明第一台重锤式安全阀以来，现在安全阀结构已有了很大

的发展，主要有弹簧直接载荷式、重锤式、静重式、电磁辅助加载或卸载式、导阀控制式等

安全阀是一种自动阀门，不借助任何外力而是利用介质本身的压力，当压力超过预定值时，自动排出一定数量的介质，以防止系统内压力超过额定的安全值，当恢复正常压力后，阀门再自行关闭，阻止介质继续流出。所以，安全阀的设计是一个系统性问题，既要考虑安全阀本身的有关因素，又要考虑被保护系统的各种情况对最终的产品的影响。因此，在设计时需要对引起超压的各种因素进行综合分析、判断，只有这样才能确保安全阀设计的合理、安全和可靠。

系统对安全阀的基本要求是准确开启、适时全开、稳定排放、及时回座和可靠密封。 安全阀的设计主要考虑结构、材料和性能等方面内容。结构设计包括阀体结构、密封结构、阀座结构、阀瓣结构、背压平衡结构、紧急提升机构；材料方面主要考虑介质的可燃性、易爆性、有毒性和腐蚀性以及低温、高温、高压对材料的影响；性能设计包括阀座（喷嘴）、阀瓣、导向套、调节圈、弹簧的优化组合，以及被保护系统的各种情况。

第一节 设计依据和原则

一、设计依据

1．设计标准

安全阀相关标准是安全阀设计的基本依据。在表2-1中列出了国内和国外相关的安全阀标准。

表2-1 安全阀的相关标准 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 / 72

标 准 代 号 GB/T12241-2005 GB/T12242-2005 GB/T12243-2005 JB/T9624-1999 JB/T6441-1992 ISO4216-1：1991 ISO4216-2：1991 ASME锅炉及压力容器规范Ⅰ ASME锅炉及压力容器规范Ⅱ ASME锅炉及压力容器规范Ⅷ DIN3320 TRD421 BS6759 BS6759第四部分 标 准 名 称 安全阀 一般要求 压力释放装置 性能试验规范 弹簧直接载荷式安全阀 电站安全阀 技术条件 压缩机用安全阀 安全阀 第一部分 一般要求 安全阀 第二部分 可控制的压力泄放系统 动力锅炉 核动力设备 压力容器 安全阀 安全关闭阀 压力泄放装置-用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组蒸汽锅炉的安全阀 蒸汽及热水用安全阀技术规范 安全阀及安全阀弹簧 安全阀培训教材

15 16 17 18 18 19 JIS B8210-1994 API 520.1-2000 API520.2-2003 API521-1997 API 526-2002 API 527-1991

2．动作性能指标

(1)用于气体介质安全阀见表2-2

蒸汽及气体用弹簧安全阀 精炼厂泄放装置尺寸、选用和安装-设计计算和选用 精炼厂泄放装置尺寸、选用和安装-设计计算和选用 泄压和降压系统指南 钢制法兰端泄压阀 泄压阀的阀座密封度

表2-2 用于气体介质安全阀动作性能指标 Mpa 标准 项目 排放压力pd 启闭压差 Δpb1 0.2 ﹥0.2 ps △pb1 （不可调） △pb1 (可调) △pb1（不可调） GB/T12243 ≤1.10ps ISO4126 ASME标准第Ⅷ卷压力容器 ≤1.10ps JIS B8210 ≤1.10ps ps △pb1 ≤0.03 ≤15% ps （2.5%～7%）ps(d0≤15mm时△pb1≤15% ps ps﹤0.3时 △pb1≤0.03) ≤15% ps ≤0.2 ﹥0.2 ≤0.03 ≤15% ps 整定压力的允许偏差δps ps ﹤0.5 δps ±0.015 ps ﹤0.5 δps ±0.015 ps ≤70%ps ﹥70%ps δps ±2%ps ±3%ps ps ≤0.1 ≤0.2 ≤0.3 ﹥0.3 δps ≤0.02 ≤0.025 ≤0.03 ≤15%ps ≥0.5 ±3%ps ≥0.5 ±3%ps 注：ps-整定压力；p-工作压力；do-流道直径

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(2) 用于蒸汽介质安全阀见表2-3

表2-3 用于蒸汽介质安全阀动作性能指标 Mpa 标准 项目 排放压力pd 启闭压差 Δpb1 ps △pb1 蒸汽动力锅炉用安全阀 直流锅炉、再热器等用安全阀 ≤0.4 ＞0.4 ≤0.03 ≤7% ps (≤4% ps) ≤0.04 ≤10% ps 4%ps且≥2po(直流蒸汽发生器及高温热水锅炉安ps) GB/T12243 ≤1.03ps ASME标准第Ⅰ卷动力锅炉 ≤1.03ps ps≤0.1时： pd≤ ps+0.02 ps ﹥0.1时： pd≤1.03ps ps≤0.1时：Δpb1≤0.02 0.1＜ps≤0.2时：Δpb1≤0.025 0.2＜ps≤0.4时：Δpb1≤0.03 0.1＜ps≤1.1时：Δpb1≤0.05 ps﹥1.1时：Δpb1≤4% ps 直流锅炉、再热器等用安全阀 ps≤0.1时：Δpb1≤0.02 0. 1＜ps≤0.2时：Δpb1≤0.025 0.2＜ps≤0.3时：Δpb1≤0.03 ps﹥0.3时：Δpb1≤10% ps 整定压力的允许偏差δps ps≤0.5时： ±0.015 2.3＜ps≤7.0时：≤±0.07 ps﹥7.0时： ≤1% ps ps≤70psi时： 70＜ps≤300psi时：≤±3% ps 300≤ps≤1000psi时：≤±10 psi ps﹥1000psi时：≤±1% ps

注：ps-整定压力；p-工作压力；do-流道直径；

ps≤0.7时：±2psi 0.7≤ps＜2.3时：≤±3% ps 2.3≤ps＜7.0时：≤±0.07 ps≥7.0时：≤±1% ps 0.5≤ps≤2.3时：≤±3% ps ±2psi JIS B8210 全阀△pb1≤10% 0.4＜ps≤0.7时：Δpb1≤ 0.04 ﹡ ﹡供需双方可协商采用本表中括号内的数值 (3)用于液体介质安全阀见表2-4

表2-4用于液体介质安全阀动作性能指标 Mpa 标 准 项 目 排放压力pd 启闭压差 Δpb1 整定压力 允许偏差δps GB/T12243 ≤1.20 ps ps≤0.3时：Δpb1≤0.06 ps＜0.5时：±0.015 ps≥0.5时：±3% ps ps＜0.3时：Δpb1≤0.06 ps ps＜0.5时：±0.015 ps≥0.5时：±3% ps 3 / 72

ISO4126 API RP 520 ≤1.25 ps ≤10% ps ps﹥0.3时：Δpb1≤20% ps ps≥0.3时：Δpb1≤20% ps 安全阀培训教材

3．密封性能指标

(1)用于气体介质安全阀见表2-5

表2-5用于气体介质安全阀动作性能指标 Mpa 标 准 项 目 密封试验压力 pt GB/T12243 ps≤0.3时：pt＝ps －0.03 ps≤0.345时：pt＝ps －ps﹥0.3时：pt＝0.9ps 0.035 ps﹥0.345 时：pt＝0.9ps 取0.9 ps或回座压力二者中较小值 API 527 JIS B8210 4 / 72

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最大允许泄漏率 气泡数/min do≤7.8mm Ps≤6.9时： Ao≤0.307in2 Ps≤6.9时： 40 20 do≤7.8mm Ps＞6.9～10.3时：60 do﹥7.8mm Ps＞6.9～10.3时：30 d0≤7.8mm Ps＞ 10.3～13.0时：80 do﹥7.8mm Ps＞10.3～13.0时：40 d0≤7.8mm Ps＞13.0～17.2时：100 do﹥7.8mm Ps＞13.0～17.2时：50 d0≤7.8mm Ps＞17.2～20.7时：100 do﹥7.8mm Ps＞17.2～20.7时：60 d0≤7.8mm Ps＞20.7～27.6时：100 do﹥7.8mm Ps＞20.7～27.6时：80 d0≤7.8mm Ps＞27.6～38.5时：100 do﹥7.8mm Ps＞27.6～38.5时：100 d0≤7.8mm Ps＞38.5～41.4时：100 do﹥7.8mm Ps＞38.5～41.4时：100 (2)用于蒸汽介质安全阀

GB/T12243标准中规定蒸汽用安全阀的密封试验压力，当整定压力小于等于0.3Mpa时，

40 时：20 Ao≤0.307in2 Ps＞6.9～10.3时：60 Ao﹥0.307in2 Ps＞6.9～10.3时：30 Ao≤0.307in2Ps＞ 10.3～13.0时：80 Ao﹥0.307in2 Ps＞10.3～13.0时：40 Ao≤0.307in2 Ps＞13.0～17.2时：100 Ao﹥0.307in2 Ps＞13.0～17.2时：50 Ao≤0.307in2 Ps＞17.2～20.7时：100 Ao﹥0.307in2 Ps＞17.2～20.7时：60 Ao≤0.307in2 Ps＞20.7～27.6时：100 Ao﹥0.307in2 Ps＞20.7～27.6时：80 Ao≤0.307in2 Ps＞27.6～38.5时：100 Ao﹥0.307in2 Ps＞27.6～38.5时：100 Ao≤0.307in2 Ps＞38.5～41.4时：100 Ao﹥0.307in2 Ps＞38.5～41.4时：100 20 do﹥7.8mm Ps≤6.9时： Ao﹥0.307in2 Ps≤6.9比整定压力低0.03；当整定压力大于0.3Mpa时，为90%整定压力或回座压力（取较小值）。试验介质为饱和蒸汽，如未发现泄漏现象，则认为合格。

（3）用于水或其他液体介质安全阀

GB/T12243标准中规定水或其他液体用安全阀的密封试验压力，当整定压力小于等于0.3Mpa时，比整定压力低0.03；当整定压力大于0.3Mpa时，为90%整定压力。试验介质为水，最大允许泄漏率, 当DN小于25mm时，最大允许泄漏率小于等于10cm3/h；当DN大

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