HG／T20570.2-1995《安全阀的设置和选用》

安 全 阀 的 设 置 和 选 用 HG／T 20570．2—95 1应用范围 1.0.1 本规定仅适用于化工生产装置中压力大于 0.2MPa的压力容器上防超压用 安全阀的设置和计算，不包括压力大于 100MPa的超高压系统。 适用于化工生产装置中上述范围内的压力容器和管道所用安全阀；不适用 于其它行业的压力容器上用的安全阀，如各类槽车、各类气瓶、锅炉系统、非金 属材料容器，以及核工业、电力工业等。 1.0.2 计算方法引自《压力容器安全技术监察规程》和 API一 520（见 2．3节）， 在使用本规定时，应采用同一个规范来进行泄放量和泄放面积的计算。 2 名 词 2.0.1 安全阀 由弹簧作用或由导阀控制的安全阀。当入口处静压超过设定压力时，阀瓣 上升以泄放被保护系统的超压，当压力降至回座压力时，可自动关闭的安全泄放 阀。 2.0.2 导阀 控制主阀动作的辅助压力泄放阀。 2.0.3 全启式安全阀 当安全阀入口处的静压达到其设定压力时，阀瓣迅速上升至最大高度，最 大限度地排出超压的物料。一般用于可压缩流体。阀瓣的最大上升高度不小于喉 径的 1/20~1/40。 2.0.4 微启式安全阀 当安全阀入口处的静压达到其设定压力时，阀瓣位置随入口压力的升高而 成比例的升高，最大限度地减少应排出的物料。一般用于不可压缩流体。阀瓣的 最大上升高度不小于喉径的 1/20~1/40。 2.0.5 弹簧式安全阀 由弹簧作用的安全阀。其设定压力由弹簧控制，其动作特性受背压的影响。 2.0.6 背压平衡式安全阀 由弹簧作用的安全阀。其设定压力由弹簧控制，用活塞或波纹管减少背压 对其动作性能的影响。 2.0.7 导阀式安全阀 由导阀控制的安全阀。其设定压力由导阀控制，其动作性能基本上不受背 压的影响。当导阀失灵时，主阀仍能在不超过泄放压力时自动开启，并排出全部 额定泄放量。 2.0.8 主安全阀 主安全阀是被保护系统的主要安全泄放装置，其泄放面积是基于最大可能 事故工况下的泄放量。 2.0.9 辅助安全阀 辅助安全阀（有时多于一个）是主安全阀的辅助装置，提供除主安全阀以 外的附加泄放面积。用于非最大可能事故工况下的超压泄放。 2.0.10 实际泄放面积 流体经过安全阀的最小流通面积。 2.0. 11 有效泄放面积（最小泄放面积） 用公式或图表计算的泄放面积。有效泄放面积要小于实际泄放面积。 2.0. 12 喉径面积 安全阀喷嘴中最小直径处的截面积。 2.0. 13 环隙面积 安全阀的阀瓣与阀座之间的圆柱形面积。 2.0. 14 最大工作压力 系指容器在正常工作情况下容器顶部可能达到的最大压力。见《设备和管 道系统设计压力和温度的确定》（G／T 20570．1一 95）规定。 2.0. 15 设计压力 系指设定的容器顶部的最高压力，应不小于安全阀的设定压力（开启压力）。 2.0. 16 安全阀的设定压力 安全阀入口处的静压达到该值时，安全阀将动作。设定压力要求不大于被 保护系统内最低的设计压力。 2.0. 17 安全阀的开启压力（整定压力） 安全阀的阀瓣开始升起，物料连续流出时的压力。数值与设定压力相同。 2.0. 18 安全阀的背压 作用在安全阀出口处的压力。背压分为静背压和动背压。静背压是指安全 阀未起跳时阀出口处的压力；动背压是指安全阀起跳后，由于流体的流动引起的 摩擦压力降值。 2.0. 19 安全阀的超压 在泄放过程中，安全阀入口处的压力超过设定压力的部分。通常以百分数 表示。 2.0. 20 安全阀的泄放压力 安全阀的阀芯升到最大高度后阀入口处的压力。泄放压力等于设定压力加 超压。 2.0. 21 安全阀的回座压力 安全阀起跳后，随着被保护系统内压力的下降，阀芯重新回到阀座时的压 力。 2.0. 22 最大允许工作压力 系指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容 器受压元件的有效厚度计算所得，且取其最小值。 3 引用标准 3.0.1 《压力容器安全技术监察规程》（劳动部颁发，1991年 1月 1日施行） 3.0.2 GBI50一 89《钢制压力容器》 3.0.3 API一 520《Sizing Selection and Installation of Pressure一Relieving Devices in Refineries》1992．（美国石油学会标准） 3.0.4 API一 526《Flanged Stee1 Safety一 Relief Valves》（美国石油学会标 准） 4压力关系表 4.0.1 压力关系表 压力关系见表 4.0.1。 安全阀与客器有关的压力关系表 表 4．0．1 容 器 压力百分比 安全阀 121％ 116％ 110％ 105％ 100％ 火灾用安全阀的最大泄放压力 非火灾用辅助安全阀的最大泄放压力 非火灾用主安全阀的最大泄放压力、火灾用 辅助安全阀的最大设定压力 非火灾用辅助安全阀的最大设定压力 93％~97％ 设计压力（或最大允许工作 压力） 主安全阀的最大设定压力 回座压力 表 4.0.1 表明了不同情况下被保护系统设置安全阀的最大泄放压力、最大设 定压力的数值与保护容器的设计压力（或最大允许工作压力）数值的比例关系。 5 安全阀的设置 5.0.1 安全阀适用于清洁、无颗粒、低粘度流体。凡必须安装安全泄压装置而 又不适合安装安全阀的场所，应安装爆破片或安全阀与爆破片串联使用。 5.0.2 凡属下列情况之一的容器必须安装安全阀： 5.0.2.1 独立的压力系统（有切断阀与其它系统分开）。该系统指全气相、全 液相或气相连通； 5.0.2.2 容器的压力物料来源处没有安全阀的场合； 5.0.2.3 设计压力小于压力来源处的压力的容器及管道； 5.0.2.4 容积式泵和压缩机的出口管道； 5.0.2.5 由于不凝气的累积产生超压的容器； 5.0.2.6 加热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，在该阀上游应设置安 全阀； 5.0.2.7 由于工艺事故、自控事故、电力事故、火灾事故和公用工程事故引 起的超压部位； 5.0.2.8 液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位； 5.0.2.9 凝气透平机的蒸汽出口管道； 5.0.2.10 某些情况下，由于泵出口止回阀的泄漏，则在泵的入口管道上设置 安全阀； 5.0.2.11 其它应设置安全阀的地方。 6 安全阀形式的选择 6.0.1 排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀。 6.0.2 排放液体时，选用全启式或微启式安全阀。 6.0.3 排放水蒸汽或空气时，可选用带扳手的安全阀。 6.0.4 对设定压力大于 3MPa，温度超过 235℃的气体用安全阀，则选用带散热 片的安全阀，以防止泄放介质直接冲蚀弹簧。 6.0.5 排放介质允许泄漏至大气的，选用开式阀帽安全阀；不允许泄漏至大气 的，选用闭式阀帽安全阀。 6.0.6 排放有剧毒、有强腐蚀、有极度危险的介质，选用波纹管安全阀。 6.0.7 高背压的场合，选用背压平衡式安全阀或导阀控制式安全阀。 6.0.8 在某些重要的场合，有时要安装互为备用的两个安全阀。两个安全阀的 进口和出口切断阀宜采用机械联锁装置，以确保在任何时候（包括维修，检修期 间）都能满足容器所要求的泄放面积。 7 各种事故工况下泄放量的计算 7.0.1 阀门误关闭 7.0.1.1 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。 7.0.1.2 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。但对于大口径、长距离管道和物料为液化气的管 道，液体膨胀量按式（7.0.1）计算。 7.0.1.3 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（7.0.1）。 7.0.1.4 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（7.0.1）计算液体膨胀工况的泄放量： V=B·H／（Gl·CP） （7．0．1） 式中 V——体积泄放流量，m3/h; B——体积膨胀系数，l/℃; H——正常工作条件下最大传热量，kJ／h; Gl—液相密度，kg／m3； CP——定压比热，kJ／（kg℃）。 7.0.2 循环水故障 7.0.2.1 以循环水为冷媒的塔顶冷凝器，当循环水发生故障（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。 7.0.2.2 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。 7.0.3 电力故障 7.0.3.1 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下进入塔顶冷凝器的蒸汽量。 7.0.3.2 塔顶冷凝器为不装百叶的空冷器时，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%。 7.0.3.3 停止供电时，要仔细分析停电的影响范围，如泵、压缩机、风机、 阀门的驱动机构等，以确定足够的泄放量。 7.0.4 不凝气的积累 7.0.4.1 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 7.0.2 规定相同。 7.0.4.2 其它积累不凝气的场合，要分析其影响范围，以确定泄放量。 7.0.5 控制阀故障 7.0.5.1 安装在设备出口的控制阀，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控制阀的最大正常流量。 7.0.5.2 安装在设备入口的控制阀，发生故障时若处于全开位置时： （1）对于气相管道，如果满足低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的 2／3，则安全阀的泄放量应按式（7.0.5）计算： w=3171.3（CV1一CV2）Ph（Gg／T）1/2 （7．0． 5） 式中 w=质量泄放流量，kg/h; CV1——控制阀的 Cv 值； CV2——控制阀最小流量下的 Cv 值； Ph——高压侧工作压力，MPa； Gg——气相密度，kg／m3； T——泄放温度，K。 如果高压侧物料有可能向低压侧传热，则必须考虑传热的影响。 （2）对于液相管道，安全阀的泄放量为控制阀最大通过量与正常流量之差， 并且要估计高压侧物料有无闪蒸。 7.0.6 过度热量输入 换热器热媒侧的控制阀失灵全开、切断阀误开，设备的加热夹套、加热盘 管的切断阀误开等工况下，以过度热量的输入而引起的气体蒸发量或液体的膨胀 量来计。 7.0.7 易挥发物料进入高温系统 7.0.7.1 轻烃误入热油以及水误入热油等工况下，由于产生大量蒸汽，致使 容器内的压力迅速上升。 7.0.7.2 由于此事故工况下的泄放量无法确定而且压力升高十分迅速，所以， 安装安全阀是不合适的，应设置爆破片。 7.0.7.3 这种工况的保护措施是确保避免发生此类事故。 7.0.8 换热器管破裂 7.0.8.1 如果换热器低压侧的设计压力小于高压侧的设计压力的 2／3 时，则 应作为事故工况考虑。 7.0.8.2 根据 7.0.8.1 的条件，安全阀的泄放量按式（7.0.8）计算出的结果 和高压侧正常流量比较，取二者的较小值。 7.0.8.3 换热器管破裂时的泄放量 w=5.6·d2·（Gl×△P）1／2 （7.0.8） 式中 W——质量泄放流量，kg／h; d——管内径，mm； Gl——液相密度，kg／m3； △P——高压侧（管程）与低压侧（壳程）的压差，MPa。 本公式适用于高压流体为液相。 7.0.9 化学反应失控 7.0.9.1 对于放热的化学反应，如果温度、压力和流量等自动控制失灵，使 化学反应失控，形成“飞温”，这时产生大量的热量，使物料急剧大量蒸发，形 成超压。这类事故工况，安装安全阀无论在反应时间，还是在泄放速率方面均不 能满足要求，应设置爆破片。 7.0.9.2 如果专利所有者能提供准确的化学反应动力学关联式，推算出事故 工况下的泄放量，则可以在专利所有者和建设方的同意下设置安全阀。 7.0.10 外部火灾 7.0.10.1 本规定适用于盛有液体的容器暴露在外部火灾之中。 7.0.10.2 容器的湿润面积（A） 容器内液面之下的面积统称为湿润面积。外部火焰传入的热量通过湿润面 积使容器内的物料气化。不同型式设备的湿润面积计算如下： （1）卧立式容器：距地面 7.5m 或距能形成大面积火焰的平台之上 7.5m 高度范围内的容器外表面积与最高正常液位以下的外表面积比较，取两者中较小 值。 a.对于椭圆形封头的设备全部外表面积为： A。=πD。（L＋0.3×D。） （7.O. 10 一 1） 式中 A。——外表面积，m2； D。——设备直径，m； L 一一设备总长（包括封头），m。 b．气体压缩机出口的缓冲罐一般最多盛一半液体，湿润表面为容器总表面 积的 50。 c.分馏塔的湿润表面为塔底正常最高液位和 7.5m 高度内塔盘上液体部分的 表面积之和。 （2）球型容器：球型容器的湿润面积，应取半球表面积或距地面 7.5m 高度 下表面积二者中的较大值。 （3）湿润面积包括火灾影响范围内的管道外表面积。 7.0.10.3 容器外壁校正系数（F） 容器壁外的设施可以阻碍火焰热量传至容器，用容器外壁校正系数（F）反映 其对传热的影响。 （1）根据劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》（1991 年 1 月：日施 行）中规定： a.容器在地面上无保温：F=1.0 b.容器在地面下用砂土覆盖：F＝0.3 c.容器顶部设有大于 101/(m2·min）水喷淋装置：F=0．6 d.容器在地面上有完好保温，见式（7．0．10 一 4）。 （2）根据美国石油学会标准 API 一 520： a.容器在地面上无保温：F＝1．O b．容器有水喷淋设施：F=1．O c.容器在地面上有良好保温时，按式（7.0.10 一 2）计算： F=4.2×10一 6 0d λ （904.4-t） （7.0.10 一 2） 式中 λ——保温材料的导热系数，kJ／（m·h·℃）； do——保温材料厚度，m； t——泄放温度，℃。 d.容器在地面之下和有砂土覆盖的地上容器，（F）值按式（7.0.10 一 2） 计算，将其中的保温材料的导热系数和厚度换成土壤或砂土相应的数值。 另外，保冷材料一般不耐烧，因此，保冷容器的外壁校正系数（F）为 1.0。 7.0.10.4 安全泄放量 （1）根据劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》（1991 年 1 月 1 日 施行）中规定： a.无保温层 W= lH AF 82.051055.2 ××× （7．0．10 一 3） 式中 W——质量泄放量，kg／h; Hl——泄放条件下气化热，kJ／kg； A——润湿面积 ，m2； F——容器外壁校正系数，取 7.0.10.3（1）值。 b．有保温层 W= lHd At ⋅ ××−× 0 82.0)650(61.2 λ （7.0.10 一 4） (2）根据美国石油学会标准 API 一 520 中规定：对于有足够的消防保护措 施和有能及时排走地面上泄漏的物料措施时，容器的泄放量为： W= lH AF 82.0510555.1 ××× （7.0.10 一 5） 否则，采用式（7.0.10 一 6）计算： W= lH AF 82.051055.2 ××× （7.0.10—6） 式中符号同式（7.0.10 一 3），F取 7.0.10.3（2）值。 8 最小泄放面积的计算 8.0.1 计算的最小泄放面积为物料流经安全阀时通过的最小截面积。对于全启 式安全阀为喉径截面积，对于微启式安全阀为环隙面积。 8.0.2 根据劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》(1991 年 1 月 1 日施 行）中规定： （1）对于气体、蒸汽在临界条件下的最小泄放面积为： a= M ZT PXC W ⋅⋅0 6.13 （8.0.2 一 1） 式中 a——最小泄放面积，mm2； W——质量泄放流量，kg／h X——气体特性系数； P——泄放压力，MPa； Z——气体压缩因子； T——泄放温度，K； M——分子量。 流量系数（C。）由制造厂提供。若没有制造厂的数据时，对于全启式安全 阀：C0=0．6～0.7；对于带调节圈的微启式安全阀：C0＝0.4～0.5；对于不带 调节圈的微启式安全阀：C0=0.25～0.35。 气体特性系数（X）见表 16.0.1。 气体压缩因子（Z）查图 16.0.6。 （2）根据计算的最小泄放面积（a），计算安全阀喉径（d1）或阀座口（D） a.对于全启式安全阀 a= 4 2 1dπ （8.0.2 一 2） b．对于平面密封型微启式安全阀 a=π Dh （ 8.0.2—3 ） c. 对于锥面密封型微启式安全阀 ϕπ sin⋅= Dha （8.0.2 一 4） 式中 d——安全阀喉径，mm； h—— 开启高度，mm； D——安全阀的阀座口径，mm； ϕ一一密封面的半锥角，度。 8.0.3 根据美国石油学会标准 API 一 520 中的规定如下： 8.0.3.1 临界条件的判断 如果背压满足式(8.0.3.1)，则为临界流动，否则为亚临界流动。 Pb≤ 1] 1 2[ −+⋅= k k cf k PP （8.0.3 一 1） 式中 Pb——背压，MPa； Pcf——临界流动压力，MPa； P——泄放压力，MPa； K——绝热指数。 8.0.3.2 气体或蒸气在临界流动条件下的最小泄放面积 M TZ KPXC Wa b⋅⋅⋅ = 0 16.13 （8．0．3 一 2） 式中 a——最小泄放面积，mm2； W——质量泄放流量，kg/h； C0———流量系数； X——气体特性系数； P——泄放压力，MPa； Kb——背压修正系数； T——泄放温度，K； Z——气体压缩因子； M——分子量。 流量系数（C。）由制造厂提供，若没有制造厂的数据，则取 C。=0.975。系 数（X）由式（8.0.3 一 3）计算或查表 16.0.1。 X=520 1 1 1 2 − + ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅ k k k k (8.0.3—3) 背压修正系数（Kb)仅用于波纹管背压平衡式安全阀（查图 16.0．5）临界 流动条件下，对于弹簧式安全阀Kb=1．0。 气体压缩因子（Z）查图 16．0．6 所示。 部分物料的绝热指数（k）见表 16.0.2，若没有 k的数据，则 X=315。 8.0.3.3 气体或蒸气在亚临界条件下的最小泄放面积的计算： （1）式（8.0.3—4）适用于导阀式安全阀和弹簧设定时考虑了静背压的影 响的弹簧式安全阀，在亚临界流动条件下的最小泄放面积的计算： )( 108.1 0 2 bf PPMP ZT KC Wa −⋅×= − （8.0.3—4） 亚临界流动系数（Kf）查图 16.0.7。 流量系数（C0）值由制造厂提供，若没有制造厂数据时，C0＝0.975，其它符号同 前。 （2）简便计算弹簧式安全阀在亚临界流动条件下的最小泄放面积时，可先 按临界流动条件下的式（8.0.3 一 2）计算，再将计算结果除以按图 16.0.8 查得 的背压修正系数（Kb)，即为亚临界条件下的最小泄放面积。 （3）背压平衡式安全阀在亚临界流动时的最小泄放面积按式 8．0．3一 2） 计算，但背压修正系数（Kb)应由制造厂提供。 8.0.3.4 水蒸汽 NshKKPC Wa ⋅⋅= 0 19.0 （8·O·3 一 5） 流量系数（C。）值由制造厂提供，若无制造厂数据时，C0=0.975。 过热蒸汽校正系数（Ksh)查表 16.0.3，对于饱和蒸汽，Ksh=1．0。 Nap1er系数（KN)按下述要求选取： P≤10.44Mpa时，KN=1.0 10.44Mpa