高靈敏度高壓安全閥的設計

2013-09-22 柳國慶中國人民解放軍四八一二工廠

　　為保證高壓壓力系統(tǒng)的安全運行，給出一種高靈敏度42MPa 空壓機用安全閥的設計實例。介紹了其技術參數(shù)確定、結構和性能設計的方法，探討了高靈敏度42MPa 空壓機用安全閥設計時應注意的問題，并給出相應對策。試驗結果表明該安全閥靈敏、可靠。

1、前言

　　安全閥是壓力容器、壓力管道和氣體壓縮機———壓力系統(tǒng)中廣泛選用的安全裝置，用以防止系統(tǒng)壓力超過允許的極限值，確保壓力系統(tǒng)的安全運行。為此，要求安全閥工作時動作應靈敏，不出現(xiàn)頻跳、顫振、卡阻等現(xiàn)象，并具有良好的回座特性。然而在實際使用中，安全閥時常出現(xiàn)故障，尤其是空壓機用高壓安全閥，其故障主要有：靈敏度不高、起跳壓力變化大或不起跳———事故隱患、起跳后頻跳、顫振、卡阻、不能回座。綜合分析這些故障，產(chǎn)生故障的主要原因有：安全閥未定期校驗、維護保養(yǎng)質量不能保證、結構設計和性能設計不合理。排除使用中管理方面的因素，難于解決的問題是安全閥的設計。

　　安全閥設計是一個系統(tǒng)性問題，一方面要考慮安全閥本身的各種因素，另一方面還要考慮被保護系統(tǒng)的有關狀況對其的影響。對于高壓壓力系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)運行的安全性和設備制作的經(jīng)濟性，安全閥的設計應按高靈敏度等級設計，這是高壓安全閥設計的重點，也是高壓安全閥設計的難點。

　　為此，本文將給出一種高靈敏度42MPa 空壓機用安全閥的設計實例，介紹其技術參數(shù)的確定、結構和性能設計的方法，并探討設計時應注意的問題和相應的解決對策。

2、技術參數(shù)的確定

　　安全閥相關標準是安全閥設計的基本依據(jù)，技術參數(shù)應在滿足標準要求的前提下，根據(jù)已知條件確定。

2.1、已知條件

　　安全閥適用介質為空氣，安全閥使用溫度t≤100℃，空壓機容積流量Q=480m³ /h，空壓機工作壓力P=40MPa。

2.2、壓力值的確定

　　空壓機通過管道與壓力容器連通，空壓機末級安全閥壓力的設置直接影響到壓力容器或氣瓶的設計壓力，空壓機安全閥與容器各壓力的相互關系見圖1。

安全閥與容器各壓力的相互關系

圖1 安全閥與容器各壓力的相互關系

　　通常情況下，安全閥分為一般的和高靈敏度2 種等級，不同等級的壓力有較大差異，40MPa 壓縮機的末級安全閥其各壓力比較見表1。

表1 整定壓力、排放壓力和回座壓力比較(MPa)

整定壓力、排放壓力和回座壓力比較

　　從安全閥與容器各壓力的相互關系看，容器的設計壓力等于安全閥的排放壓力。而從表1 可以看出，在同樣的工作壓力下，一般等級安全閥的排放壓力為48MPa，高靈敏度等級安全閥的排放壓力僅為44MPa。也就是說，若安全閥設計按一般等級設計，容器、管道和空壓機這些高壓壓力系統(tǒng)的設計壓力為48MPa；若安全閥設計按高靈敏度等級設計，容器、管道和空壓機這些高壓壓力系統(tǒng)的設計壓力為44MPa，比較兩種高壓壓力系統(tǒng)的設計壓力，相差達到10%(以工作壓力40MPa為基準) 。

　　由此可見，對于壓力容器、壓力管道和空壓機，為保證這些高壓壓力系統(tǒng)運行的安全性，同時考慮設備制作的經(jīng)濟性，安全閥的設計應按高靈敏度等級設計，各壓力值按高靈敏度等級選擇如下:密封壓力為40.0MPa ( 表壓) ，整定壓力為42.0MPa( 表壓) ，排放壓力為44.0MPa(表壓) ，回座壓力為38.0MPa(表壓) 。