安全阀
一种安全保护用阀
安全阀是压力容器重要的保护性装置,广泛用于受压容器和管道系统上。安全阀作为一种安全释放装置,在整个压力容器中发挥了重要作用,其内部结构较为简单,使用起来更加方便和快捷,因此在压力容器方面实现了广泛应用。安全阀的启闭件受外力作用下处于常闭状态,当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时自动开启,通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,对人身安全和设备运行起重要保护作用。
安全阀最初由法国著名物理学家、工程师巴本(Denis Papin)在1680年发明。中国在半个世纪以来,阀门行业取得了突飞猛进的发展。1980年后,中国阀门标准得到了极大的完善,制订了基础标准、材料标准、产品标准和方法标准等。
安全阀的种类很多,有多种分类方法,主要以结构形式等分类,分为杠杆式重锤安全阀、弹簧式安全阀脉冲式安全阀、电动式安全阀。
简史
外国
1680年,法国著名物理学家、工程师巴本(Denis Papin)在发明带有活塞的蒸汽泵之后,考虑到蒸汽压力过大可能会使气缸爆炸,因此发明了安全阀。在 1840 年,英国议会正式将安全阀 的运用以法律的形式确定的下来, 并纳入工业承压设备的安全技术管理系统中。美国在1875 年发表了第一篇针对安全阀泄放研究的论文。随着 21 世纪进 入现代化大工业时代, 许 多国家已经形成了一个单独的阀门行业系统,有了阀门学术组织和行业组织,如:美国、东欧、英国就有阀门协会; 苏联和东欧有独立的阀门设计研究院;日本有阀门研究会和工业会。这些阀门组织和协会的存在便是为了提高阀门的技术制造水平和抵制对外竞争。
国外在安全阀理论方面的研究比中国起步早。俄国科学家康德拉契娃最先研究安全阀稳定性问题。从上世纪 80 年代开始,国外采用数值模拟与仿真技术相结合的方法针对安全阀泄放动力方面进行了研究,从最开始研究液体阀口流动介 质的层流问题,到现在利用三维软件对流场的数值进行仿真研究 。1982 年美国学者 Avtar  Singh 发表了针对弹簧安全阀稳定性和动力学的研究。国内从上世纪 90 年代末开始利用软件对安全阀泄放流动介质的数值进行研究,现阶段对安全阀内部流场问题早已开始了研究并应用 Fluent 软件对安全阀内部三维流场问题进行研究。
中国
半个世纪以来,中国阀门行业取得了突飞猛进的发展,阀门企业和产值实现了千百倍的突破。企业规模也不断做大做强, 产品规格和质量也不断增加, 技术上取得了一个又一个的突破, 国民经济建设中用的阀门多为国产阀门。很多地区借助本身的地域优势和国外企业合作, 逐渐形成的完整的阀门生产产业链,这有利于精确 控制成本、生产、质量等,中国阀门行业朝着高精尖的规模化方向发展。1980年后,中国阀门标准得到了极大的完善, 制定了基础标准、材料标准、产品标准和方法标准等 。
中国的阀门技术与世界先进水平相比还是有较大的追赶空间的,中国大部分企业只能生产中、低端的产品, 缺乏具有核心竞争力的高端产品。制约着中国阀门行业发展的因素较多, 由于中国政府在政策上的扶持, 可以确信的是中国阀门行业有巨大的发展空间。随着中国政府着重发展装备制造业和阀门市场的强劲需求,阀门市场的兴 起是可以预期的。而面对现代工业化时代的到来,冶金、石化、化工、电力和城建等行业对阀门有着大量的需求。而伴随着世界经济结构的调整,中国成为了世界最大的代加工基地,为阀门加工制造业提供了更为广大的空间。面对机遇,企业也需提高科研能力,力争在高端阀门市场做出成绩,不断提高产品的质量和核心竞争力,只有这样, 在未来的市场竞争中占据主动地位。
功能原理与构造
安全阀利用压缩弹簧来达到力的均衡,并且能够通过螺丝螺母来有效地控制弹簧的压缩量,它的内部结构非常简洁,易于操作,具有良好的稳定性和耐久性。通过对安全阀进行正确操控,可以有效地改变其内部的压力,当弹簧被打开时,安全阀的结构就会发生改变,变得更加紧凑、灵活。因此,在实际安装时,可以根据需要自由调整位置,无需考虑任何外部因素,然而,对于震动所带来的影响,也会存在明显差异,具有较小的敏感度。
通常,安全阀都配备了独立的控制系统,它的主要功能是通过自我防御来确保安全。当压力超出预期时,安全阀将自动打开,以有效地清理内部的介质,确保压力处于一个稳定的水平,避免超出预期的最大值,采取这一措施可以有效防止各种事故的发生。
安全阀的结构大致可以分为两种:第1种是弹簧式,第2种是杠杆式,它们的结构都相对简单。第一种结构是最常见的,它能够在封闭空间中通过弹簧产生有效的力,而杠杆则是利用杠杆的力量来进行工作。此外,脉冲式安全阀也较为常用,它又被称作先导式安全阀,它的安全性更高,此种安全阀主要由安全阀和辅助阀两部分构成,相比而言,自身安全性要比其他方式更高更明显。
分类
安全阀的种类很多,有以下几种。
按适用介质分
1、气体用安全阀,适用介质为气体。如蒸汽、空气及其他气体。
2、液体用安全阀,适用介质为液体。如水、油及其他液体。
按公称压力分
1、低压安全阀 公称压力PN\u003c2.45MPa。
2、中压安全阀 公称压力PN2.49~4.9MPa。
3、高压安全阀 公称压力PN5.9~9.8MPa。
4、超高压安全阀 公称压力PN11.8~14.7MPa。
5、亚临界安全阀 公称压力PN15.7~19.6MPa。
6、超亚临界安全阀 公称压力PN\u003e22.0MPa。
按适用温度分
1、超低温安全阀 工作温度 t ≤ -100℃。
2、低温安全阀 工作温度 -100℃ ≤ t ≤ 40℃。
3、常温安全阀 工作温度 -40℃ ≤ t ≤ 120℃。
4、中温安全阀 工作温度120℃ ≤ t ≤ 450℃。
5、高温安全阀 工作温度 t \u003e450℃。
按连接方式分
1、法兰连接安全阀,其入口端与容器连接方式为法兰连接。
2、螺纹连接安全阀,其入口端与容器连接方式为螺纹连接。
3、焊接连接安全阀,其入口端与容器连接方式为焊接连接。
按排放量分
1、微启式安全阀,开启高度在d1/40~d1/20。适用于介质为水、油及其他液体。
2、全启式安全阀,开启高度不小于d1/4。适用于介质为蒸汽、空气及其他气体。
3、半启式安全阀,开启高度介于微启式和全启示之间。适用于介质为气、液混合且温度不高的混合物。
按排放形式分
1、封闭式安全阀,即介质排放在封闭的管道内回收进容器内(一般用于油系统或其他化工企业)。
2、敞开式安全阀,即介质排放在大气中,介质不回收。
按结构形式分
1、杠杆式重锤安全阀,单、双杠杆式。
2、弹簧式安全阀,螺旋弹簧式安全阀、外加负载盘形弹簧式安全阀、背压式弹簧安全阀。
4、电动式安全阀。
按作用原理分
1、非直接作用式安全阀,主安全阀的开启是依靠脉冲源的驱动来完成的,如脉冲式安全阀。
2、直接式安全阀,安全阀的开启是直接依靠介质压力的作用来完成的,如弹簧式安全阀等。
应用领域
石化生产设备
安全阀作为压力容器、压力管等特殊设备的重要组成部分,在生产过程的安全性中发挥着重要作用,广泛用于石化企业。在石油化工厂的设计中,安全阀的使用随着中压和高压水平下设备和管道的增加而增加。所以安全阀的设置是一个很重要的过程。随着石化企业生产方式、技术、设备和规模的不断发展,企业安全生产问题越来越受到重视。安全阀作为锅炉、压力容器和压力管道的关键安全控制,在石化企业的安全管理中发挥着举足轻重的作用。灵活运用安全阀,以防止错过检查,提高设备管理的专业性和生产力。
核电站
核级稳压器安全阀是核电站一回路部分系统中最重要的阀门之一,是保证反应堆冷却系统及其相连管道和设备的关键设备,在维持一回路压力边界完整下为一回路系统提供了超压保护。核级稳压器安全阀是全封闭弹簧加载式安全阀,利用压缩弹簧的弹力来平衡作用在阀瓣上的内力,通过调节弹簧的压缩量来调节安全阀的开启压力。
相关标准
动作性能
中国与国外安全阀标准对动作性能的定义有所不同,其中,ADMerkblattA2为液体、蒸汽、空气与气体,启闭压差分别是10%、10%与20%,超过压力为10%、标准10%,全启式5%、标准10%,全启式5%。ASMEI流体是蒸汽,3%-6%的启闭压差,3%的超过压力,而ASMEVIII流体为液体、蒸汽、空气与气体,启闭压差都是7%,超过压力是10%。BS67591Part、BS67592Part以及BS67593Part的流体分别是蒸汽、空气与气体以及液体,前两种是10%的启闭压差,第三种则为2%~20%,超过压力分别是标准10%,全启式5%、10%及10%~20%蒸汽介质,安全阀中蒸汽介质的动作性能指标可见下图。
液体介质,安全阀中液体介质动作性能指标分析
液体介质用安全阀动作性能指标中,GB/T12243排放压力Pd是≤1.20Pz,启闭压差Pb中,Pz分别是≤0.2与\u003e0.2,Pb分别是≤0.06与≤20%Pz,整定压力允许偏差Pz的Pz是\u003c0.5与≥0.5,0.015与3%Pz。而ISO4126则无排放压力Pz的项目,在启闭压差Pb方面Ps分别是≤0.2与\u003e0.2,Pb分别是≤0.06与≤20%Pz,整定压力允许偏差Pz的Pz是\u003c0.5与≥0.5,0.015与3%Pz。API520排放压力Pd为≤1.25Pz启闭压差Pb为≤10%Pz,但无整定压力允许偏差Pz。
密封性能
相比于动作性能来说,密封性能是以蒸汽介质为主导的性能指标,该性能是依据流道直径与整定压力值来确定,分别以密封试验压力Pm和最大允许泄漏率气泡数/min来界定中国与国外安全阀的密封性能。其中,GB/T12243的密封试验压力Pm为:Pz≤0.3,Pm=Pz-0.03Pz\u003e0.3Pm=0.9ps或最低回座压力(取最小值),最大允许泄漏率气泡数/min是用目视或听音方法检查出口端,未发现泄漏现象,则合格;APIStd527密封试验压力Pm为Pz≤0.345,Pm=Ps-0.0345;Pz\u003e0.345,Pm=0.9Ps,金属阀座和软密封阀座,1min内应无可听到地或可见的泄漏;JISB8210则取0.9ps或回座压力二者中较小值,最大允许泄漏率气泡数/min为20min。
阀门发展趋势
中国阀门产业链众多,但非阀门强国。总体上去看中国已经迈入了世界阀门大国的行列,但从产品质量来看中国离阀门强国仍有很长的一段差距。行业的生产集中度低、高端产品相配套的阀门研发能力低、阀门行业制造技术水平低等现象仍然存在,国际贸易逆差不断扩大。
未来几年将是阀门行业的高速震荡期,这种高速震荡带来的直接后果是导致阀门橱柜品牌阵营中两极分化的趋势扩大。真正能够在市场上存活的阀门企业绝对没这么多。但阀门行业的这种高速震荡将带来巨大的机会,震荡的结果将会使市场运作更加理性。
高端阀门的国产化之路异常“坎坷”。目基础件已经成为制约中国制造业向高端化发展的短板,十二五期间中国政府将继续加大对高端装备零部件的国产化力度。此处我们选取《实施方案》里提及的几个重点发展行业具有代表性的阀门进行进口替代的可行性分析(如石油、电站、冶金、机械、电子、矿山、化工、建材、电力、能源、污水处理等)。从分析我们可以看出各子行业阀门进口替代可行性差别很大,高端阀门亟待更多的政策引导及科研扶持。
阀门行业在国民经济发展中,作为准备制造业的一个重要环节,起到非常重要的作用。由于中国国内阀门制造业水平与国际先进水平相比仍有一定差距,好多高参数、高温高压、高磅级的关键阀门原一直依赖进口,为了力促阀门国产化,在中国国务院下达的《关于加快振兴装备制造业的若干意见》后,中国有关部门根据国家作出的重大装备国产化的要求,先后作出了一系列重大部署,并由中国中华人民共和国国家发展和改革委员会牵头,中国机械工业联合会和中国通用机械工业协会一起,部署制订了相关领域重大装备的阀门国产化方案,并多次与有关部门协调,如今阀门国产化在中国国内阀门行业已形成共识。
积极采用国际标准进行产品设计;吸收国外优秀的设计结构(包括专利技术);产品试验、性能检验严格按国际标准进行;吸收国外先进生产工艺经验重视新材料的研究及推广应用;弄清进口的高参数阀门产品的技术参数和工况条件等是加快国产化进程,推进阀门产品不断更新,全面实现阀门的国产化的唯一途径。
随着阀门行业重组步伐的加快,未来行业将是阀门产品质量安全和产品品牌之间的竞争,产品向高技术、高参数、耐强腐蚀、高寿命方向发展,只有通过不断的技术创新,开发新产品,进行技术改造,才能逐步提高产品技术水平,满足中国国内装置配套,全面实现阀门的国产化。中国阀门制造行业在庞大的需求环境下,必将呈现出更好的发展前景。
参考资料
阀门行业.豆丁网.2023-11-21
目录
概述
简史
外国
中国
功能原理与构造
分类
按适用介质分
按公称压力分
按适用温度分
按连接方式分
按排放量分
按排放形式分
按结构形式分
按作用原理分
应用领域
石化生产设备
核电站
相关标准
动作性能
液体介质,安全阀中液体介质动作性能指标分析
密封性能
阀门发展趋势
参考资料