安全阀和爆破片计算方法(ASME)
(完整word版)API520-安全阀计算PART1(中文版)
炼油厂泄压装置的定径、选择和安装第Ⅰ部分定径和选择1引言1.1范围本推荐方法适用于炼油厂及相关工业中最大允许工作压力为15psig（103kPag）或更高的设备所用泄压装置的定径与选择。
本方法所涉及泄压装置是对无火压力容器和相关设备进行保护，防止因操作故障和火灾而出现超压。
本方法包括基本定义、各种泄压装置的操作特性和应用方面的资料以及基于牛顿型流体稳态流动时泄压装置的定径程序和方法。
泄压装置仅用于容器的超压保护，对极端高温环境如火灾情况下容器的结构故障并不提供保护。
参阅API RP 521中有关降压及限制热输入的相应资料。
API Std 2000所涉及的常压、低压储罐及用于运输散装产品的压力容器或集装箱不在本方法内容之列。
受火压力容器超压保护规范的相关内容在ASME《锅炉与压力容器规范》第Ⅰ卷及ASME B31.1中，本方法并不涉及此内容。
1.2术语1.2.1至1.2.3对本方法中有关泄压装置及其尺寸特性和操作特性的术语予以定义。
确切的讲，这些术语是出现在各节正文和相应的说明中。
1.2.1泄压装置1.2.1.1泄压装置( pressure relief device )：是靠进口静压驱动，在出现事故或工况不正常时开启，以防止内部流体压力的上升超过规定数值。
该装置也能设计成防止过量的内部真空。
该装置可以是泄压阀、非重新闭合泄压装置或真空解除阀。
1.2.1.2泄压阀( pressure relief valve )：是一种能开启泄压后关闭以防止工况恢复正常后流体继续流出的泄压装置。
a.泄放阀( relief valve )是一种由阀上游的静压驱动的弹簧载荷式泄压阀。
阀的升程，通常与超过开启压力的压力增加值成正比。
泄放阀主要用于不可压缩流体。
【液体】b.安全阀( safety valve )是一种由阀上游的静压驱动，具有快速开启或突跳特性的弹簧载荷式泄压阀。
安全阀通常用于可压缩流体。
【气体】c.安全泄放阀( safety relief valve )是一种根据用途之不同，可用作安全阀，亦可用作泄放阀的弹簧载荷式泄压阀。
安全阀的选择计算方法
安全阀的选择计算方法
嘿，咱今儿个就来唠唠安全阀的选择计算方法！这可不是个小事儿啊，就好比给机器找个合适的保护罩。
你想想看，安全阀就像是个忠诚的卫士，时刻守护着设备的安全。
要是选得不好，那可就麻烦啦！就好像给大力士穿了件小尺码的衣服，根本施展不开呀。
那怎么选呢？首先得考虑压力这一关键因素。
设备运行时的压力情
况可得摸得透透的，不然怎么给它配个刚刚好的安全阀呢？这就跟咱
挑鞋子一样，得合脚才行啊，大了不跟脚，小了挤得难受。
然后呢，还得看看介质。
不同的介质有不同的特性，这可不能马虎。
就像不同的人有不同的脾气，得区别对待不是？
再说说计算，这可真不是随便算算就行的。
要综合各种数据，精确
得很呢！好比是在给一件珍贵的艺术品估值，得细致入微，一点差错
都不能有。
流量也是个重要考量点。
就如同水管的粗细决定了水流的大小，安
全阀的流量得能应对设备可能出现的最大情况呀。
咱还得考虑温度，高温低温对安全阀的要求可不一样。
这就好像冬
天穿棉袄，夏天穿短袖，得应时应景。
选对了安全阀，那设备就能安心运行，咱也能放心。
要是选错了，哎呀，那后果可不堪设想啊！说不定哪天就出大问题啦。
所以啊，在选择安全阀的时候，咱可不能掉以轻心。
得认真对待每一个细节，每一个参数。
这可不是闹着玩的事儿，这是关乎安全的大事呀！大家可得长点心，别嫌麻烦，多花点时间和精力在这上面，绝对是值得的。
就把它当成给自家宝贝选个最可靠的保镖，得用心，得负责！总之，安全阀的选择计算方法可太重要啦，大家千万不能马虎啊！。
安全阀的工艺计算
安全阀的工艺计算1各种事故工况下泄放量的计算1.1阀门误关闭1.1.1出口阀门关闭，入口阀门未关闭时，泄放量为被关闭的管道最大正常流量。
1.1.2管道两端的切断阀关闭时，泄放量为被关闭液体的膨胀量。
此类安全阀的入口一般不大于DN25。
但对F大口径、长距离管道和物料为液化气的管道，液体膨胀量按式（1.1-1）计算。
•1.1. 3换热器冷侧进出口阀门关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算，计算公式见式（1. 1-1）1.1.4充满液体的容器，进出口阀门全部关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算。
按式（1.1-1）计算液体膨胀工况的泄放量：V=B • H/（G1 - Cp）式中：V—体积泄放量流量，m3/h； B-体积膨胀系统，1/°C；H—正常工作条件下了大传热量，KJ/h： G1 —液相密度，kg/m3： Cp—定圧比热，KJ/（❷K • °C）。
1.2循环水故障1.2.1以循环水为冷媒的塔顶冷凝器，当循环发生故障（断水）时，塔顶设置的安全阀泄放量为正常工作工况下进入冷凝器的最大蒸汽量。
1.2.2以循环水为冷媒的其它换热器，当循环水发生故障（断水）时，应仔细分析影响的范围，确定泄放量。
1.3电力故障1.3.1停止供电时，用电机驱动的塔顶回流泵、塔侧线回流泵将停止转动，塔顶设置的安全阀的泄放量为该事故工况进入塔顶器的蒸汽量。
1.3.2塔顶冷凝器为不装白叶的空冷器时，在停电情况下，塔顶设置的安全阀的泄放量为正常工作工况下，进入冷凝器的最大蒸汽量的75%。
四川省化工设计院安全阀的匸艺计算1.3. 3停止供电时，要仔细分析停电的影响范围，如泵、圧缩机、风机、阀门的驱动机构等，以确定足够的泄放量。
1.4不凝气的积累1.4. 1若塔顶冷凝器中有较多无法排放的不凝气，则塔顶设置的安全阀的泄放量与1.2规定。
1.4.2其它积累不凝气的场合，要分析其影响范围，以确定泄放量。
1.5调节阀故障1.5.1安装在设备出口的调节阀，发生故障时若处于全闭位置，则所设安全阀的泄放量为流经此调节阀的最大正常流量。
阀门阀体强度计算
阀门阀体强度计算阀门阀体强度计算１．概述目前设计常规阀门（非核级阀门）阀体的主要承压部分时，一般只考虑内压一种载荷。
设计的方法可以称为规则设计，即按相关阀门标准（如B16.34、API600）结合经验进行阀体设计。
按规则设计原则设计出来的阀体是安全可靠的，因为标准是不断改进的，是不断被实践使用验证的。
但是按规则设计原则设计出来的阀体在载荷条件下其强度到底如何，相关标准没有给出理论公式进行计算。
一个形状复杂的阀体可以看成是由一种或几种规则形状的几何体组成，比如筒形、球形、椭圆形等，各规则形状几何体可以通过通用的计算公式进行壁厚计算，这样计算的得来的结果一般为非等壁厚，然而因为铸造等原因，一般不采用不等壁厚设计，所以最后需要统一各处的壁厚。
相关标准也是采用这样的思想，利用规则模型计算一个壁厚，增加适当的余量后，规定为阀体的最小壁厚。
然而，几种规则形状几何体组成一个形状复杂的阀体时，某个或某些规则形状的几何体的整体性必然遭到破坏，比如，两个圆筒相贯后，必有一个圆筒被挖去一部分。
按压力容器设计的观点，规则容器的开孔达到一定尺寸，已不能保证容器完整时的承载能力，必须要对开孔处进行补强计算，以保证容器开孔前后的承载能力不发生变化。
阀门的阀体作为承压部件，也属于压力容器的一种，完全可以适用这个观点，目前在常规阀门阀体在按规则设计原则设计的过程中，较少考虑通过理论计算阀体的强度。
基于上述问题，本文在下节介绍ASME第Ⅲ册NB卷中用于计算核一级阀门阀体由内压引起的一次薄膜应力的计算方法。
2．原理简介在仅考虑内压时，压力容器壳体（阀体）一般承受均匀的薄膜应力，即一次总体薄膜应力，压力容器壳体开孔补强后可引起另外三种应力：局部薄膜应力、二次应力和峰值应力，这四种应力对容器有着不同的破坏形式。
容器在压力载荷下产生的一次总体薄膜应力是最基本的应力，是为平衡压力载荷所产生的，这种应力如超过材料的许用应力达到材料屈服点，则容器产生很大的变形（径向膨胀），如不计壳体材料的应变强化效应，则壳体材料会发生塑性流动，导致容器爆破。
爆破片与安全阀技术
内容1. 安全阀、爆破片的特性比较2. 安全阀、爆破片的应用3. 相关标准、条例4. 中石化新安全规范简介安全阀特点压力泄放装置，排放高于规定部分的压力ý优点：能自动关闭，开启压力可调节，可重复使用á缺点：密封性差，开启滞后，易堵塞－不适用于高温，有毒，粘着，聚合，有颗粒介质，必须定期校验安全阀的分类按整体结构及加载机构分类：â重锤杠杆式（较少）â弹簧式（较多）â先导式（用的较少）重锤杠杆式b工作原理：杠杆原理b优点：结构简单载荷随阀瓣升高变化不大动作性能受高温影响小重锤杠杆式缺点：b结构笨重——特别是在高压设备上b对震动敏感——产生泄漏b密封性不好——泄漏较大b回座力低——≈70％的正常工作压力弹簧式（应用最广）b工作原理：弹力与系统压力平衡b优点：结构紧凑,灵敏度高方位不受限,对震动不敏感b缺点：载荷随阀瓣升高变化大性能动作受高温影响大先导式（使用很少）b工作原理：导阀（先开）＋主阀（后开）b优点：排放量很大b缺点：结构相当复杂（用于大型电站，水库）安全阀的选用b考虑因素：工艺条件、工作介质b一般情况：工作温度：200≤℃，≥200℃需散热装置（片）；≥450℃不适用b介质：污染（易燃、有毒、制冷剂等）物质必须保证密封安全阀的日常维护b保持阀清洁：无垢、无粘着、无锈蚀等b有泄漏时：不得以增加载荷方式减漏b必须定期检验及清洗、研磨、试验、调整b定义:在预定压力下打开，不可闭合的泄压装置平板形薄片安装在标准法兰之间.爆破压力不能精确预订.b保护下游管线但不准确b材料破裂压力不能可靠预测.BS&B在1931年制造的第一块商业爆破片.爆破片特点压力泄放装置，一定压力值时破裂,排放介质而泄压ý优点：密封性好无泄漏，破裂速度高滞后少，性能不受介质物性影响，适于高、低温工况á缺点：不能重复使用，质量不好时易疲劳而导致失效爆破片分类rupture diskb平面b拱面b拱面：按爆破片所受压力方向分为：反拱型——指向拱面曲率中心正供型——离开拱面曲率中心爆破片装置组成b爆破片b夹持器•专为爆破片设计的正确的夹持装置.•爆破片仅用于正确的夹持器中时才保证准确打开.什么是夹持器(安全头)?b爆破片的固定器.b爆破片和夹持器合称爆破片装置.b ASME标准将爆破片装置定义为:•受压部件•固定爆破片的部件.正供型特点b作用力：b拉应力（Tension load）b——离开拱面曲率中心正拱型爆破片举例B型金属爆破片正拱型爆破片举例b业内称为“单片金属”b1931获得专利b单片结构b材料的拉伸强度决定爆破压力b可用于气相或液相介质技术参数b尺寸•1/8英寸到44英寸(3.18 到1120mm)b压力•5 磅到100, 000磅b温度•-420°F 到1000°F （-251°C 到538°C ）第一块反拱型爆破片•RB-90–反拱型–工作压力是爆破压力的90%受压b压力作用于爆破片的凸面.•减小疲劳•允许系统运行到爆破压力的90%•爆破片和夹持器的接触面是平面正、反拱爆破片的主要区别应用举例b油/汽产品-连续（过程）b油/ 汽精炼-连续b石化产品-连续b聚合体（树脂）-连续、间歇b精细化工-连续的、间歇b制药-连续的、间歇b连续的过程通常使用爆破片以隔离安全阀油/ 汽产品b天然气b油/ 天然气b爆破片主要用于气体处理和运输天然气处理b气体原料（Raw gas）•甲烷•乙烷*•丙烷*•丁烷*•硫化氢*b一个工厂可以有50个爆破片和防爆板的位置以处理固体•主要用途–热交换器–聚合反应釜–分离器–挤压–除气–存储(防爆板)b选择爆破片型号时应考虑的问题•操作压力•介质•碎片b选择爆破片型号应考虑的问题•操作范围•碎片•介质•腐蚀•产物积累b厂房可能只有几个或许多反应釜b其它应用•原料储存•产物抽吸火炬（Flares）系统b在下述地方燃烧废气或毒气•石油精炼厂•石油和气体平台•化学工厂b系统内无气体或少量气体流动b 安全阀可能会被粘住或开启不够及时b 爆破片爆破，介质从安全阀旁流过–操作范围–背压–波动/跳动–腐蚀–碎片–更换速度è选择爆破片型号应考虑泵b 浆液和高粘度流体可被正位移泵移动。
2.安全阀选型计算书(蒸发器)
A
M
C K dr P dr K b K c 56
W r A s C K dr P dr K b K c Z T
13.160 M
Pdr：额定排放压力
Kdr：额定排量系数 Kb：背压修正系数 Kc：爆破片修正系数
C：绝热指数K的系数
T：排放温度
.
2.7413 Mpa(A) 0.805 1.00 1.00
Z
1.000
24 附加变动
17 粘 度
μ
25 排放背压
18 工作温度
t
℃
26 总 背 压
Pb
19 排放温度
t
160
℃
27 所需排量
W
计 算 和 选 择 CALCULATION AND SELECTION
28 计算面积
A
29 选择面积
As
30 面积代号
572.555
2
mm
572.555
2
mm
H
34 流道直径 35 开启高度 36 冷态试验差压力
Mpa(G) 2.400 Mpa(G)
10% %
0
Mpa(G)
Mpa(G)
Mpa(G)
0.000 Mpa(G)
17737.0 kg/h
27.00 mm 6.8 mm
2.400 Mpa(G) %
有 PTFE 无
55 备 注 NOTES
计算公式 CALCULATION FORMULA
Z T
13.160 W
332.09 433.0 K
设计 PREPARED BY
校对 CHECKED BY
批准 APPROVED BY
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2-安全阀计算详解
安全阀计算、选型与设置主讲：袁天聪教授级高工1 目的在石油化工生产过程中，为了防止由于生产事故等造成生产系统压力超过设备和管道的设计压力而发生爆炸事故，应在设备或管道上设置安全阀。
安全阀为一种自动阀门。
它不借助任何外力，而是利用介质本身的力来排出额定数量的流体，以防止系统内压力超过预定的安全值。
当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出。
在工艺和工艺系统专业的设计中，安全阀的设计内容，主要指安全阀的排放量计算和安全阀的设置两个方面。
按照国际惯例安全阀的喷嘴面积的计算和选型是由制造商来完成的，所以有关这方面的内容列入附录中。
1.2 名词对于安全阀的描述在国际上多遵循美国的ASME标准，在该标准中“安全阀”指仅用于蒸汽或气体工况的泄压设施，而用“安全泄压阀”表示包含安全阀、泄压阀、安全泄压阀在内的全部泄压设施。
由于历史的原因，在我国是用“安全阀”代表了ASME的安全泄压阀的含义。
本规定仍按现行的国家标准来命名，以安全阀代表ASME的安全泄压阀的全部含义，不再区分安全阀、泄压阀、安全泄压阀。
2 术语、符号2.1 安全阀几何尺寸特性2.1.1实际排放面积（排放面积）(The actual discharge area) 实际排放面积是实际测定的决定阀门流量的最小净面积。
对微启式安全阀即为帘面积；对全启式安全阀即为喷嘴面积。
2.1.3喷嘴面积(The nozzle area) 也称喷嘴喉部面积，是指喷嘴的最小横截面积。
2.1.6开启高度(lift) 是当安全阀排放时，阀瓣离开关闭位置的实际升程。
2.2 安全阀的动作特性2.2.1工作压力P (MPa.G) (operating pressure)：设备及管道在正常工作运行期间经常承受的压力；2.2.2 最高允许工作压力Pm(M P a.G)（maximum allowable working pressure）：在指定的相应温度下，容器顶部所允许承受的最大压力，该压力是根据容器受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。
安全阀计算
平安阀计算实例平安阀系压力容器在运行中实现超压泄放的平安附件之一，也是在线压力容器定期检验中必检工程。
它包括防超压和防真空两大系列，即一为排泄容器内部超压介质防止容器失效，另一方面那么为吸入外部介质以防止容器刚度失效。
凡符合?容规?适用范围的压力容器按设计图样的要求装设平安阀。
一．平安阀的选用方法a〕根据计算确定平安阀.公称直径.必须使平安阀的排放能力≥压力容器的平安泄放量b〕根据压力容器的设计压力和设计温度确定平安阀的压力等级;c〕对于开启压力大于3MPa蒸汽用的平安阀或介质温度超过320℃的气体用的平安阀,应选用带散热器(翅片)的形式;d〕对于易燃、毒性为极度或高度危害介质必须采用封闭式平安阀,如需采用带有提升机构的,那么应采用封闭式带板手平安阀;e〕当平安阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%开启压力时,应选用带波纹管的平安阀; f〕对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质,那么应采用带板手平安阀g〕液化槽(罐)车,应采用内置式平安阀.h〕根据介质特性选适宜的平安阀材料:如含氨介质不能选用铜或含铜的平安阀;乙炔不能选用含铜70%或紫铜制的平安阀.i〕对于泄放量大的工况,应选用全启式;对于工作压力稳定, 泄放量小的工况,宜选用微启式;对于高压、泄放量大的工况, 宜选用非直接起动式,如脉冲式平安阀.对于容器长度超过6m的应设置两个或两个以上平安阀.j〕工作压力Pw低的固定式容器,可采用静重式〔高压锅〕或杠杆重锤式平安阀.移动式设备应采用弹簧式平安阀.k〕对于介质较稠且易堵塞的, 宜选用平安阀与爆破片的串联组合式的泄放装置.l〕根据平安阀公称压力大小来选择的弹簧工作压力等级. 平安阀公称压力与弹簧工作压力关系,见表1m〕平安阀公称压力PN与弹簧工作压力关系表表1PN弹簧工作压力等级只能用于10>4～5>6.4～8>8～10平安阀应动作灵敏可靠,当到达开启压力时,阀瓣应及时开启和完全上升,以顺利排放;同时应具有良好的密封性能,不仅正常工作时保持不漏,而且要求阀瓣在开启复位后及时关闭且保持密封;在排气压力下阀瓣应到达全开位置,无震荡现象,并保证排出规定的气量。