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API 规范平安阀的开发与应用如何?
来源:www.fm058.com作者:上海金沙阀门有限公司日期:2019-03-29 20:34

API 规范平安阀的开发与应用如何?

答:引见 API (American Petroleum Institute 美国石油学会)规范平安阀的标准和特性,阐述了在开发该产品中所停止的性能实验和流场仿真方面的研讨工作。提出了推行应用的倡议。

1)概念:我国的平安阀根本上是依照机械行业规范停止设计制造。20 世纪 70 年代以后,随着我国变革开放和国名经济疾速开展,从国外引进了大量石油、化工、能源、冶金和纺织等安装及设备,同时随机进口了大量国外平安阀。这些平安阀大局部是依照 API 规范设计、制造、实验和验收。由于 API 规范平安阀与 JB 平安阀相比,具有显着的特性和先进性,因此近几年来,一些企业请求,装置在易燃、易爆、有害或有毒介质的设备及管道上的平安阀,宜选用 API 规范平安阀。为了顺应各类安装对平安阀的需求,对 API 规范平安阀停止了讨论和研讨。

(2)特性

1)相关规范:与 API 规范平安阀相关的常用规范和标准如下。

API RP 520 炼油厂泄压安装的定径、选择和装置

第Ⅰ局部 定径和选择

第Ⅱ局部 装置

API Std526 钢制法兰泄压阀

API Std527 泄压阀阀座的密封性

API RP 576 泄压安装的检查

ASME 锅炉与压力容器标准第 Ⅷ 卷

第一册 压力容器泄压安装

ASME PTC25 泄压安装—性能实验标准

2)名词术语:API 规范的某些名词术语与我国国内习气用语不分歧,故予以阐明。

①泄压安装(Pressure Velief Device)。泄压安装是避免工艺系统或承压容器由于事故或不正常工况期间流体压力升高而超越预定压力值。常有的有弹簧直接载荷式泄压阀、先导式泄压阀和爆破片等。

②泄压阀(Pressure Relief Valve)。泄压阀是一种泄压安装,在系统超压时阀门开启,而当系统压力恢复到正常后阀门关闭,从而避免介质继续外流。常见有的平安阀、泄放阀、先导式泄压阀等。

③平安阀(Safety Valve)。平安阀是一种由入口静压力驱动,并以快速开启或突跳动作为特征的泄压阀。其应用与可紧缩流体。

④泄放阀(Relief Valve)。泄放阀是一种由入口静压力驱动的泄压阀,其开启通常与超越压力的压力升高成比例。其应用于不可紧缩流体。

⑤平安泄放阀(Safety Relief Valve)。平安泄压阀是一种依应用状况而作为平安阀或泄放阀的泄压阀。

3)根本请求:

①平安阀的流道面积(代号)、进出口通径、压力级(磅级)、根本资料、压力-温度范围和进出口装置尺寸按 API Std 526 规则。

②平安阀的整定压力(Pa)允许偏向与整定压力有关。当 Pa≤0.5MPa 时,允许偏向为 ±0.015MPa。当 Pa>0.5时,允许偏向为 ±3%Pa。

③平安阀的设计和制造按 ASME《锅炉与压力容器标准》第 Ⅷ 卷规则。其根本条件包括机械动作,资料选择、制造及装配的检查制造厂及装配厂的产品实验、设计、焊接及其他等七个方面。

如对阀瓣、阀座、弹簧、导套、提升安装的构造设计和资料选择请求,对制造厂及装配厂的制造、实验设备和质量控制程序的请求,如受压件的强度和气密实验请求、对实验安装、容器和实验办法的请求等。

④标以 ASME《锅炉与压力容器标准》第 Ⅷ 卷标志的泄压阀的排量考证实验应在不超越开启压力的 10% 或 0.02MPa 压力下停止。

4)规范比拟:JB、GB 和 API 规范平安阀的比拟见表 1-8。

表 1-8 JB、GB 和 API 规范平安阀的比拟
项目 JB GB API(ASME)
设计 规格 8 种   25 种
流道直径 d0/mm ø20~ø125   ø9.5(D)~ø146(T)
面积比(出口/流道) 4.13~3.06   64.26~3.02
压力-温度等级     按流道直径(代号)明白
机械请求   应有导向机构以保证动作和密封的稳定性。阀座应固定在阀体上,以防松动。 思索导向安装以保证工作牢靠及密封性;阀座应紧固在阀体上,以避免阀座升起。
弹簧 负载偏向 ±10% ±10%  
最大负荷下变形量   ≤80% 压并变形量 ≤80% 压并变形量
最大负荷下切应力   ≤80% 极限切应力  
永世变形   实验负荷紧缩 3 次后 ≤0.5%H。 压井三次后 ≤0.5%H。
整定压力调整范围 ≤±15%   ±5%
资料选择 构造资料      
阀座、阀瓣   本体资料的抗腐蚀性能应不低于阀体资料 依据压力—温度范围明白通用构造资料
导套   应具有良好的耐磨与抗腐蚀性能 用耐蚀资料
弹簧 防锈处置 防锈处置 用耐蚀资料或耐蚀涂层
制造       工艺配备、实验设备以及质量控制程序能保证产品性能分歧性
实验 认证     性能和排量考证应在 ASME 认可的实验室停止
动作性能实验 蒸汽介质 饱和蒸汽 用蒸汽实验 用蒸汽实验,才能有限时辰用空气,但应校正
气体介质 空气 用空气、蒸汽或其他已知性质气体 用空气实验
液体介质 用水或其他已知性质液体停止实验 用水或其他适宜的液体停止实验
实验安装     应具有足够尺寸及容量
密封性 压力 按图样规则

0.9P0

0.9P0
实验介质 允许用空气祸患器替代 同工作介质性质
允许走漏率 金属座—按规范
软座—0 泡/min
金属座—按规范
软座—0 泡/min

5)条款特性:

①规则。API 规范对平安阀的构造设计、排量计算、规格、压力级、资料、制造、实验、运输、装置、运用、检查及维修,均有完好和全面的根本请求。

API RP 520、576 引见了各品种型平安阀的机构及其特性。

API RP 520 第Ⅰ局部列出各种流体介质(气体、水蒸气、液体及两相流)排量下所需流道面积的计算办法,并给出相关修正系数。

API Std 526 规则了 14 种流道直径(喉径)再不用温度和压力下的各种规格、压力级及根本资料请求,并规则必需执行 AMSE 标准的相应制造和实验请求。

API Std 527 规则了泄压阀的密封性实验办法和请求。

API RP 520 第Ⅱ局部列出有关装置发面的一些请求。

API RP 576 列出泄压安装的检查和维修请求。

ASME PTC 25 为泄压安装的实验安装、实验办法和实验报告提供了规范。

②规格和种类。API 规范平安阀规格和种类较多。

弹簧载荷式平安阀的公称尺寸为 1~8in.(25~200mm),有 14 种(D~T)流道直径(d0=9.5~146mm),21 种规格,6 种压力级(150~2500lb),-268~260℃ 的温度范围。

API 规范范围阀规格、种类多,便于选择合理规格的平安阀。

③温度—压力级。API 规范平安阀依据所需排量计算肯定留到面积后,依照该流道面积表中的温度范围和允许的最高整定压力,肯定合适的压力等级。

④资料。阀瓣、阀座及导向零件应是耐蚀资料制成,应能满足温度和运用条件。按照运用的温度,选用合适的阀体、阀盖及弹簧资料。阀体和阀盖的资料能够不同,但必需满足最低的压力—温度请求,规范中规则了阀体、阀盖和弹簧资料的最低等级牌号。

⑤制造厂和实验安装请求。制造厂的工艺配备、实验配备以及质量控制程序可以保证所消费平安法的性能分歧性。平安阀性能实验安装和容器应有足够尺寸和容量。

⑥运输和装置。平安阀运输中应有维护堵盖(塞)。平安阀人口管道的压力损失 Δp≤3%pa。

(3)研制

由于依照 API 规范消费平安阀与依照 JB 消费平安阀存在差别,因此产品制造过程中常呈现许多问题。如构造设计不合理,资料选用不当,整定压力过高或实践排放量不满足请求等。

为了完好全面的理解、熟习和控制 API 规范(AMSE 标准)相关内容和请求,有必要对 API 规范平安阀停止深化研讨,以显现其特性和先进性。对 API 规范平安阀主要研讨包括实验研讨和建模研讨。

1)性能实验研讨:

①实验安装。为了停止平安阀的性能及排量实验研讨,依照 ASME PTC 25《泄压安装—性能实验标准》的请求建立了平安阀全性能实验安装。改实验安装主要由大量空气紧缩机、储气罐、流量调理阀、控制阀、实验容器及工位、流量计、压力传感器、温度传感器、位移传感器、计算机数据采集及处置系统等组成。

实验安装共设三个实验工位。最大实验阀通径 8in.(200mm),最高实验压力 23MPa,最高实验流量 100t/h(空气)。实验工位的实验容器的容积分别为 4.5m³、1.5m³、0.014m³。

为了更好地比拟实验安装才能对平安阀性能的影响,随后又建造了容积为 0.5m³的实验安装。典型平安阀的实验结果曲线如图 1-6~1-8。

图 1-6 入口压力与开启高度曲线
图 1-6 入口压力与开启高度曲线

图 1-7 开启高度与流量曲线
图 1-7 开启高度与流量曲线

图 1-8 平安阀发证颤振时的开启高度曲线
图 1-8 平安阀发证颤振时的开启高度曲线

②性能及排量实验。平安阀的流道构造设计对其性能及排量有重量影响。API Std 526 规范规则了平安阀的净出口及流道尺寸,其出口面积与流道面积的比例为 64.26~3.02,与 JB 规则的 4.13~3.06 相比范围及比例均较大,特别关于通径较小者有显著差异,停止了性能和排量实验。大量实验标明:a.实验安装性能对平安阀的性能有重要影响。经过对五种规格(II/2h4、2J3、3K4、3L4、4M6)的平安阀在不同实验安装上比照实验构造能够得出,实验安装的容量对平安阀整定压力和启跳压力根本无影响。只要实验安装容量足够大时,才干断定平安阀的回座压力及机械特性能否契合请求。b.与 API Std 526 规范平安阀相比,出口面积较小的 JB 平安阀其排量系数较小。在实验安装上对 API 和 JB 两种规范的平安阀停止了排量实验。实验标明,JB 平安阀的出口面积较小者,影响到其排量系数减小。普通 JB 平安阀的排量系数为 0.8~0.9。而按 API 规范的平安阀其排量系数可达 0.98。

③ 背压实验。平安阀的出口背压时其性能有较大影响。较高的被压会影响到平安阀的动作性能及其排量。平安阀背压实验系统如图 1-9 所示。

图 1-9 平安阀背压实验系统图 1-9 平安阀背压实验系统

背压经过背压发作器产生,调理背压主要是经过改动背压器中背压调理器孔板尺寸来调理发作阀出口排放背压。经过背压实验,得出两点经历:a.排放背压存在临界值,超越允许值后,会招致平安阀机械性能遭到毁坏,惹起平安阀颤振等现象,排放过程不稳定。b.平安阀开启高度随排放背压的升高而减少,排放背压的存在,惹起开启高度的降低,招致平安阀的实践排量降低。

2)流场仿真:固然借助于先进的性能实验安装,在平安阀动作特性和排量等方面上取得了许多成果,但是实验研讨却存在着投入大、周期长、办法有局限的问题。所以将计算流膂力学(CFD)应用到平安阀的根底理论研讨中。应用计算流膂力学软件,树立了一些平安阀内部流场的三维模型。经过实验考证,这些模型具有足够的精度和牢靠性,完整能够用于工程研讨,其中两个算例所得到的排量数值与实验数据的比照见表 1-9。

表 1-9 计算排量数值预实验数据的比照
序号 规格 实测排量/(kg/h) 计算排量/(kg/h) 计算值与实验值相差百分比(%)
1 2J3 4756.1 4795.9 0.84
2 II/2h4 4987.67 5030.1 0.85

经过对平安阀内部流场研讨,对平安阀的内部活动有了全新的认识。在平安阀整个流道中,发作的喉部是最小的几何流通截面。所以在平安阀的工程计算和设计过程中,这个流道面积就被假定为整个流道中的实践最小气动流通面积,假如该流场处于临界或超临界活动状态,则在阀座喉部处到达音速。

以往经过实验办法,曾经证明这个假定存在问题,平安阀的临界界面不在阀座喉部,而是在其下游。但是终究是什么样的流场形态,产生这一现象的机理是什么,这些实验很难解答的问题若经过流场仿真就能够很容易地解答。

图 1-10 为某规格平安阀内部流场中音速和超音速区域的马赫数等值线图。从图中能够看出,介质在阀座喉部的活动是亚声速的,实践的气动临界截面位于阀座与阀瓣之间构成的圆柱侧面上。

图 1-10 平安阀内部流场中的马赫数等值线图
图 1-10 平安阀内部流场中的马赫数等值线图

(4)结语

由于 API 规范平安阀与 JB 平安法相比,具有显著的特性和先进性。因此近年来,API 规范平安阀在我国得到越来越普遍的应用。从目前现状剖析,提出几点倡议:

1)平安法制造厂、检验单位以及运用部门需全面、完好地理解、熟习和控制 API 规范(ASME 标准)相关内容和请求。

2)设计单位与制造厂商严厉遵照 API 规范(ASME 标准)请求停止平安法的设计选型、选材和制造。

3)各制造厂对消费的 API 规范平安阀应展开充沛的性能研讨工作,以显现 API 规范平安阀的特性。各制造厂应经过具有资质的检测部门肯定平安阀的排量系数以供用户选型时运用。

4)目前国内平安阀制造厂的消费手腕和实验条件较国外厂家有较大差距,特别在实验条件方面。因此,倡议平安法制造厂和检验单位应发明条件满足平安阀性能实验的请求。例如,关于实验安装和容器应有足够尺寸和容量。这触及回座压力的精确性以及力学性能的判别。

5)平安阀运用单位应向供货单位(制造厂)提出平安阀的明白订货请求,并在收货时索要相关文件(例如合格证、质量证明书、实验报告等)以及停止必要项目的验收。

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