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【摘 要】 安全阀在承压设备，例如锅炉压力容器、压力管道等系统中得到广泛的应用，它是一种用来防止压力超过允许的极限值，确保生产系统正常运行的安全装置。工业生产的各个行业中都广泛应用了安全阀，其正常动作对于带压设备的安全运行起着十分重要的作用。从安全阀的运行经验可知，安全阀在使用过程中会出现各种各样的故障，如整定压力随着使用时间的推移会发生某些偏差，或者造成泄漏，阀瓣受粘，弹簧刚度过硬或软化，阀杆不对中等，从而引起严重的后果。即使超压时安全阀正常动作，如果排量不足以泄压，也会对设备安全造成危害。所以对安全阀的流量测量非常重要。
【关键词】 工业动力管道；安全阀应用
一、安全阀简介
如图1所示为常见的弹簧式安全阀，安全阀作为一种保障承压设备安全运转的自动阀门，当受保护装置的内压达到安全阀设定的整定压力时，阀芯能够及时打开以泄放压力；设备内压达到设备的最大许用工作压力时阀门的开启高度达到全开启以上的高度，并目‘排放量大于等于设备内持续产生的介量增量；在排放介质的过程中安全阀应稳定而无振荡；在受保护装置的系统压力下降到工作压力以下时，安全阀能及时有效地关闭，使得受保护介质压力迅速回复到容器的工作压力；阀芯回座以后继续保持开启之前的密封作用。由于安全阀除了利用介质本身的作用力外不借助任何外力来排出超压介质，防止超压可能出现的事故，因此安全阀又被称为承压设备系统的最终保护装置。
安全阀的内部结构：
如图2所示为弹簧式安全阀的内部结构，主要由阀杆、调整螺母、上压紧（支撑）圈、压紧弹簧、下压紧（支撑）圈、导向套、反冲盘、阀芯和阀座组成。安全阀的预紧力是通过调整螺母传递给上压紧（支撑）圈，上压紧（支撑）圈压缩弹簧，弹簧将压缩力传递给下压紧（支撑）圈，再通过阀杆及反冲盘传递至阀芯处。
二、安全阀分类
1、按作用原理分类
可分为直接作用式安全阀和非直接作用式安全阀。
1）直接作用式安全阀利用工作介质压力产生的作用力克服加载机构施加于阀芯的机械载荷来使阀门开启。直接作用式安全阀是在工作介质的直接作用下开启的，它的优点很多，例如动作迅速、结构简单、可靠性好等。
2）非直接作用式安全阀不是或不完是在工作介质的直接作用下开启的。主要分为先导式安全阀和带动力辅助装置的安全阀这两种形式：先导式安全阀用导阀排出介质来驱动控制主阀的动作。先导式安全阀的导阀本身是一个直接作用式安全阀，但是有时也采用其它形式的阀门。
2、按开启高度分类
可分为微启式安全阀、全启式安全阀和中启式安全阀。
1）微启式安全阀的分为两类，分别是阀芯开启高度大于等于1/40阀道直径d0和大于等于1/20阀道直径d0的两类。微启式安全阀主要用于液体介质或排气量很小的气体场合，它的动作过程是比例作用式的，排放面积为开启的高度围成的帘面积。
2）全启式安全阀的阀芯开启高度大于等于1/4阀道直径d0全启式安全阀主要用于排放量很大的气体场合，它的作用是两段式的，前一段是比例作用式，后一段则需要借助反冲盘辅助达到开启高度，排放面积为阀道面积。
3）中启式安全阀的阀芯开启高度介于微启式安全阀与全启式安全阀之间，中启式安全阀可以做成比例作用式或两段作用式的形式，但是由于其特点不明确，在我国的应用比较少。
三、安全阀工作基本要求
1）可靠的密封性能。
当受保护的设备在正常的工作压力下运行时，安全阀应保持关闭状态，并且要求密封面有可靠的密封性能。因为受保护的介质有时是很危险或很贵重的介质，如果发生泄漏，会对周围环境靠成污染或增加生产成本。如果泄漏的量过大，要维持稳定的工作压力势必需要增加能量消耗，甚至使设备无法保持正常的工作压力，导致停车事故。而目持续的泄漏会损伤安全阀的密封面。
2）迅速灵敏的开启性能。
当受保护设备的内压达到安全阀预先设定的整定压力时，安全阀应迅速及时地开启。安全阀排放过程中设备的压力不應超过最大允许工作压力，同时开启高度必须达到全开启高度。安全阀的动作性能若不够迅速灵敏，则会造成受保护设备超压损坏的情况，危及人身安全。对于固定式压力容器的整定压力的设定值不应超过容器的设计压力，同时应确保容器达到整定压力时，安全阀迅速灵敏地开启。
3）及时、稳定的排放性能。
安全阀迅速开启并达到全开启的高度时，能够排放出额定量的介质，不使受保护设备的内压继续升高。排放时应保持稳定的排放状态，没有频跳、颤振、卡阻等现象。
4）良好的回座性能。
当安全阀稳定排放一定时间后，受保护设备的介质压力下降到一定值时阀芯落下，在弹簧加载系统的作用下重新形成密封。有效的回座能使生产工作不间断地进行，避免了停车检修造成的损失。
四、在管道上设置安全阀的常见单元模式
在工业及动力管道生产过程中，比较常见的在管道上安装安全阀的情况如下：
1）容积式泵和压缩机的出口管道
2）液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位
五、超压原因和安全泄放量的一般分析
1、判断超压的准则
如果超压原因之间不存在工艺或机械或电气之间的联系，或如果可能相继发生超压的原因所间隔的时间很长，足以对它们进行单独的分类，那么包括外部火源在内的超压原因都被认为是独立的。如果这些原因是独立的，那么能引起超压的两个或多个同时发生的情况将不假定。
2、超压的原因
发生超压的原因很多，如容器出口关闭、止回阀故障、公用工程故障、工艺变化和化学反应、水力膨胀、外部着火，等等。
针对以上两种管道安全阀常见单元进行分析，容积式泵和压缩机的出口管道发生超压的主要原因是出口管道阀门关闭或出口管道发生堵塞，两端阀门关闭的液体管道发生超压的主要原因是由液体受热膨胀引起的。 3、安全泄放量的计算原则
确定需要泄放的液体或蒸气量是根据输人的净能量推算出来的。两种能量输人最普遍的形式就是：（1）热输入即通过汽化或热膨胀过程引起的间接压力输入；（2）来自高压源引起的直接压力输入。超压可能是由其中一个或两个原因引起的。此外，还应考虑压力、温度及组份的影响。
4、泄放量的基础数据的确定
以上两种常见单元模式中的管道安全阀的泄放量基础数据如下：
4.1容积式泵和压缩机的出口管道的泄放量
容积式泵和压缩机的出口管道发生超压的主要原因为出口管道阀门关闭或出口管道发生堵塞引起的超出的物流量应该在进口烩值等于出口焓值时所确定的温度下泄放掉，泄放量应不小于泵和压缩机的输出量。
4.2液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位的泄放量
两端阀门关闭的液体管道发生超压的主要原因为液体受热膨胀引起的。这种情况所需的泄放量是不容易确定的，通常采用尺寸为3/4inxlin（19mmx25.4mm）（NPS3/4xNPS1）”的安全阀。安全阀设定压力设定得足够高，使其只在受热膨胀情况下打开，但不能超过管道及相关阀门的承受压力。当安全阀排放到一个密闭系统时，必须考虑背压的影响。
有时需要尺寸大于3/4in x lin（19mm x 25.4mm）（NPS3/4 x NPS1）”的安全阀，可按下列公式计算：V=BxH/（G1 x CP）
V—泄放量，m3/h；
B—體积膨胀系数，1/℃；
H—正常工作条件下最大传热量，kJ/h；
G1—液相密度，kg/m3
CP—定压比热，kg/（kJ.℃）
在某些情况下，这种计算方法将仅提供短期的保护。如果被堵塞的液体的蒸气压比泄放设计压力高，那么安全阀应能够满足蒸气发生率的要求。
如果在预期的液体汽化发生之前可发现和校正，在确定安全阀尺寸时，不需计算液体的蒸发量。
六、小结及其他应注意的方面
对于泵和压缩机的出口管道，如果不是所有的出口都被堵塞或关闭，可以适当考虑没有堵塞出口的处理量，在有热交换的情况下，出口关闭可能引起热膨胀，也有可能产生汽化。
对于两端封闭的汽-液平衡条件下或是混合相条件下处理液体的安全阀来说，当液体通过该安全阀时，将会因闪蒸产生蒸气。蒸气的产生可能减小阀门的有效质量流量，因此应该进行更加深人的分析。
通过上面的方法，可以解决一般工程的管道安全阀的泄放量的问题，进而可以合理地选择安全阀。
参考文献：
GB/T 12243-2005，弹簧直接载荷式安全阀[S]，2005
GB/T 12242-2005，压力释放装置性能试验规范[S]，2005
GB/T 12241-2005，安全阀一般要求[S]，2005
【关键词】 工业动力管道；安全阀应用
一、安全阀简介
如图1所示为常见的弹簧式安全阀，安全阀作为一种保障承压设备安全运转的自动阀门，当受保护装置的内压达到安全阀设定的整定压力时，阀芯能够及时打开以泄放压力；设备内压达到设备的最大许用工作压力时阀门的开启高度达到全开启以上的高度，并目‘排放量大于等于设备内持续产生的介量增量；在排放介质的过程中安全阀应稳定而无振荡；在受保护装置的系统压力下降到工作压力以下时，安全阀能及时有效地关闭，使得受保护介质压力迅速回复到容器的工作压力；阀芯回座以后继续保持开启之前的密封作用。由于安全阀除了利用介质本身的作用力外不借助任何外力来排出超压介质，防止超压可能出现的事故，因此安全阀又被称为承压设备系统的最终保护装置。
安全阀的内部结构：
如图2所示为弹簧式安全阀的内部结构，主要由阀杆、调整螺母、上压紧（支撑）圈、压紧弹簧、下压紧（支撑）圈、导向套、反冲盘、阀芯和阀座组成。安全阀的预紧力是通过调整螺母传递给上压紧（支撑）圈，上压紧（支撑）圈压缩弹簧，弹簧将压缩力传递给下压紧（支撑）圈，再通过阀杆及反冲盘传递至阀芯处。
二、安全阀分类
1、按作用原理分类
可分为直接作用式安全阀和非直接作用式安全阀。
1）直接作用式安全阀利用工作介质压力产生的作用力克服加载机构施加于阀芯的机械载荷来使阀门开启。直接作用式安全阀是在工作介质的直接作用下开启的，它的优点很多，例如动作迅速、结构简单、可靠性好等。
2）非直接作用式安全阀不是或不完是在工作介质的直接作用下开启的。主要分为先导式安全阀和带动力辅助装置的安全阀这两种形式：先导式安全阀用导阀排出介质来驱动控制主阀的动作。先导式安全阀的导阀本身是一个直接作用式安全阀，但是有时也采用其它形式的阀门。
2、按开启高度分类
可分为微启式安全阀、全启式安全阀和中启式安全阀。
1）微启式安全阀的分为两类，分别是阀芯开启高度大于等于1/40阀道直径d0和大于等于1/20阀道直径d0的两类。微启式安全阀主要用于液体介质或排气量很小的气体场合，它的动作过程是比例作用式的，排放面积为开启的高度围成的帘面积。
2）全启式安全阀的阀芯开启高度大于等于1/4阀道直径d0全启式安全阀主要用于排放量很大的气体场合，它的作用是两段式的，前一段是比例作用式，后一段则需要借助反冲盘辅助达到开启高度，排放面积为阀道面积。
3）中启式安全阀的阀芯开启高度介于微启式安全阀与全启式安全阀之间，中启式安全阀可以做成比例作用式或两段作用式的形式，但是由于其特点不明确，在我国的应用比较少。
三、安全阀工作基本要求
1）可靠的密封性能。
当受保护的设备在正常的工作压力下运行时，安全阀应保持关闭状态，并且要求密封面有可靠的密封性能。因为受保护的介质有时是很危险或很贵重的介质，如果发生泄漏，会对周围环境靠成污染或增加生产成本。如果泄漏的量过大，要维持稳定的工作压力势必需要增加能量消耗，甚至使设备无法保持正常的工作压力，导致停车事故。而目持续的泄漏会损伤安全阀的密封面。
2）迅速灵敏的开启性能。
当受保护设备的内压达到安全阀预先设定的整定压力时，安全阀应迅速及时地开启。安全阀排放过程中设备的压力不應超过最大允许工作压力，同时开启高度必须达到全开启高度。安全阀的动作性能若不够迅速灵敏，则会造成受保护设备超压损坏的情况，危及人身安全。对于固定式压力容器的整定压力的设定值不应超过容器的设计压力，同时应确保容器达到整定压力时，安全阀迅速灵敏地开启。
3）及时、稳定的排放性能。
安全阀迅速开启并达到全开启的高度时，能够排放出额定量的介质，不使受保护设备的内压继续升高。排放时应保持稳定的排放状态，没有频跳、颤振、卡阻等现象。
4）良好的回座性能。
当安全阀稳定排放一定时间后，受保护设备的介质压力下降到一定值时阀芯落下，在弹簧加载系统的作用下重新形成密封。有效的回座能使生产工作不间断地进行，避免了停车检修造成的损失。
四、在管道上设置安全阀的常见单元模式
在工业及动力管道生产过程中，比较常见的在管道上安装安全阀的情况如下：
1）容积式泵和压缩机的出口管道
2）液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位
五、超压原因和安全泄放量的一般分析
1、判断超压的准则
如果超压原因之间不存在工艺或机械或电气之间的联系，或如果可能相继发生超压的原因所间隔的时间很长，足以对它们进行单独的分类，那么包括外部火源在内的超压原因都被认为是独立的。如果这些原因是独立的，那么能引起超压的两个或多个同时发生的情况将不假定。
2、超压的原因
发生超压的原因很多，如容器出口关闭、止回阀故障、公用工程故障、工艺变化和化学反应、水力膨胀、外部着火，等等。
针对以上两种管道安全阀常见单元进行分析，容积式泵和压缩机的出口管道发生超压的主要原因是出口管道阀门关闭或出口管道发生堵塞，两端阀门关闭的液体管道发生超压的主要原因是由液体受热膨胀引起的。 3、安全泄放量的计算原则
确定需要泄放的液体或蒸气量是根据输人的净能量推算出来的。两种能量输人最普遍的形式就是：（1）热输入即通过汽化或热膨胀过程引起的间接压力输入；（2）来自高压源引起的直接压力输入。超压可能是由其中一个或两个原因引起的。此外，还应考虑压力、温度及组份的影响。
4、泄放量的基础数据的确定
以上两种常见单元模式中的管道安全阀的泄放量基础数据如下：
4.1容积式泵和压缩机的出口管道的泄放量
容积式泵和压缩机的出口管道发生超压的主要原因为出口管道阀门关闭或出口管道发生堵塞引起的超出的物流量应该在进口烩值等于出口焓值时所确定的温度下泄放掉，泄放量应不小于泵和压缩机的输出量。
4.2液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位的泄放量
两端阀门关闭的液体管道发生超压的主要原因为液体受热膨胀引起的。这种情况所需的泄放量是不容易确定的，通常采用尺寸为3/4inxlin（19mmx25.4mm）（NPS3/4xNPS1）”的安全阀。安全阀设定压力设定得足够高，使其只在受热膨胀情况下打开，但不能超过管道及相关阀门的承受压力。当安全阀排放到一个密闭系统时，必须考虑背压的影响。
有时需要尺寸大于3/4in x lin（19mm x 25.4mm）（NPS3/4 x NPS1）”的安全阀，可按下列公式计算：V=BxH/（G1 x CP）
V—泄放量，m3/h；
B—體积膨胀系数，1/℃；
H—正常工作条件下最大传热量，kJ/h；
G1—液相密度，kg/m3
CP—定压比热，kg/（kJ.℃）
在某些情况下，这种计算方法将仅提供短期的保护。如果被堵塞的液体的蒸气压比泄放设计压力高，那么安全阀应能够满足蒸气发生率的要求。
如果在预期的液体汽化发生之前可发现和校正，在确定安全阀尺寸时，不需计算液体的蒸发量。
六、小结及其他应注意的方面
对于泵和压缩机的出口管道，如果不是所有的出口都被堵塞或关闭，可以适当考虑没有堵塞出口的处理量，在有热交换的情况下，出口关闭可能引起热膨胀，也有可能产生汽化。
对于两端封闭的汽-液平衡条件下或是混合相条件下处理液体的安全阀来说，当液体通过该安全阀时，将会因闪蒸产生蒸气。蒸气的产生可能减小阀门的有效质量流量，因此应该进行更加深人的分析。
通过上面的方法，可以解决一般工程的管道安全阀的泄放量的问题，进而可以合理地选择安全阀。
参考文献：
GB/T 12243-2005，弹簧直接载荷式安全阀[S]，2005
GB/T 12242-2005，压力释放装置性能试验规范[S]，2005
GB/T 12241-2005，安全阀一般要求[S]，2005