API 526-2009與API 526-2002對(duì)比分析
分析了API526-2009與API526-2002之間的主要變化內(nèi)容，對(duì)主要的變化內(nèi)容進(jìn)行了歸納，分析了變化原因。
1、概述
安全閥是各種鍋爐、壓力容器和壓力管道等壓力系統(tǒng)中不可缺少的一種安全裝置，在石油、化工和電力等多個(gè)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有安全閥大部分是按照美國石油學(xué)會(huì)(American Petroleum Institute-API)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收。API標(biāo)準(zhǔn)編委會(huì)定期的根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際生產(chǎn)中使用情況對(duì)已有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新再版，每個(gè)版本間都有變化。而API526-2009第6版與API526-2002第5版內(nèi)容相比變動(dòng)較大，不僅包括了規(guī)則說明的變化，附錄說明的變化，還包括了壓力-溫度額定值的變化。真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)發(fā)布此文的目的是介紹API526-2009與API526-2002的內(nèi)容差異。
2、適用性
API526作為法蘭連接安全閥的采購標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了安全閥買賣雙方的職責(zé)，安全閥買方若根據(jù)需求依照此標(biāo)準(zhǔn)確定安全閥的規(guī)格進(jìn)行采購，安全閥制造廠家必須嚴(yán)格按照此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)安全閥。作為采購環(huán)節(jié)中重要的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，API526的變動(dòng)直接關(guān)系到閥門制造廠家關(guān)鍵參數(shù)的選取。
API526-2009版主要從概述、參考出版物、定義、職責(zé)、與標(biāo)準(zhǔn)不一致的要求、流道面積和代號(hào)、設(shè)計(jì)、材料、檢查和工廠試驗(yàn)、標(biāo)識(shí)和裝運(yùn)準(zhǔn)備、壓力-溫度表格等章節(jié)對(duì)安全閥的采購過程中涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。其中壓力-溫度表格占主要內(nèi)容，表格給出了彈簧載荷式安全閥和先導(dǎo)式安全閥兩種類型，不同的流道類型在不同溫度，不同進(jìn)、出口通徑和壓力級(jí)，不同基體材料下的最高整定壓力和最大出口壓力值等參數(shù)。
3、主要內(nèi)容變化
3.1、彈簧選用規(guī)則
在API526-2002版中，針對(duì)彈簧載荷式安全閥的彈簧選用要求是體現(xiàn)在壓力-溫度表中。在API526-2009版第8節(jié)材料要求中，對(duì)彈簧的材料選用情況進(jìn)行了單獨(dú)的論述。其具體要求為彈簧材料應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)介質(zhì)的工作溫度選擇(表1)，除非環(huán)境條件和排放工況指明需要彈簧選擇另一種材料。工作溫度大于450℉時(shí)，API526-2002版中規(guī)定使用的彈簧材料只有高溫合金鋼，而API526-2009版中又加入了鉻合金鋼。
表1 API526-2009版彈簧材料選用表格
3.2、壓力-溫度表格
3.2.1、數(shù)據(jù)來源
在API526-2009版中，特別加入專為壓力-溫度表格說明的一節(jié)內(nèi)容，主要從材料、溫度、最大入口法蘭壓力值和最大出口法蘭壓力值4個(gè)方面對(duì)每項(xiàng)數(shù)據(jù)詳細(xì)說明。其中關(guān)于最大入口法蘭壓力值提出了詳細(xì)的說明。
(1)表中的最大入口法蘭壓力依照ASMEB16.34得到，加括號(hào)的數(shù)值比ASMEB16.34中規(guī)定的數(shù)值略低。
在API526-2009版中壓力-溫度值出現(xiàn)了加括號(hào)的值，指明了在括號(hào)中的數(shù)值較ASMEB16.34規(guī)定的數(shù)值略低。API526標(biāo)準(zhǔn)編委會(huì)在新版本中對(duì)于壓力-溫度值進(jìn)行了明確的劃分，對(duì)有些無法確認(rèn)的整定壓力數(shù)據(jù)做了更新，根據(jù)安全閥制造廠
商提供的實(shí)際整定壓力數(shù)據(jù)制定的，而非API526-2002版中完全按照ASMEB16.34中規(guī)定的壓力-溫度額定值，這樣使得新版本中的壓力-溫度表格比上一版更加細(xì)致，嚴(yán)謹(jǐn)。
(2)其他溫度的進(jìn)口法蘭壓力極限值使用附表B或者從ASMEB16.34的表格中的值插值計(jì)算，此值不能超過括號(hào)中的限制值，在溫度范圍內(nèi)壓力極限值的變化可能是非線性的。
在API526-2009版中新加入了附錄B壓力-溫度額定值曲線，根據(jù)ASMEB16.34-2004版提供的數(shù)據(jù)，列出了對(duì)于5種閥體材料碳鋼、奧氏體不銹鋼、鎳/銅合金和20號(hào)合金鋼在不同磅級(jí)下的壓力-溫度額定值曲線，對(duì)壓力-溫度表格中的數(shù)據(jù)來源給出了具體的說明。尤其是為了說明安全閥在低溫工況時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力-溫度值來源，閥體材料為奧氏體不銹鋼的壓力-溫度額定值曲線，溫度下限從原有-20℉擴(kuò)展到-450℉。
3.2.2、數(shù)值說明
關(guān)于最大出口法蘭壓力值同樣提出了詳細(xì)的說明。
(1)最大出口法蘭壓力依照ASMEB16.34中100℉對(duì)應(yīng)的壓力極限值得到，加括號(hào)的數(shù)值比ASMEB16.34中100℉對(duì)應(yīng)的數(shù)值略低。
(2)其他溫度的進(jìn)口法蘭壓力極限值使用附表B或者從ASMEB16.34中得到，此值不能超過100℉對(duì)應(yīng)的壓力極限值，在溫度范圍內(nèi)壓力極限值的變化可能是非線性的。
(3)平衡波紋管式安全閥的波紋管設(shè)計(jì)壓力極限是對(duì)應(yīng)100℉時(shí)的壓力-溫度值，對(duì)于其他溫度的波紋管設(shè)計(jì)壓力提出了補(bǔ)償方法。
3.2.3、數(shù)值變化
在閥體材料相同時(shí)，彈簧載荷式安全閥的壓力-溫度表格的變化見表2，先導(dǎo)式安全閥的壓力-溫度表格變化見表3。
表2 彈簧載荷式安全閥壓力-溫度表格變動(dòng)統(tǒng)計(jì)
通過對(duì)兩個(gè)版本的壓力-溫度表格變動(dòng)的分析，可以將主要變動(dòng)歸結(jié)為以下幾種情況。
(1)對(duì)于大部分材質(zhì)的彈簧載荷式安全閥，最大入口法蘭壓力值升高，尤其是較高磅級(jí)下的最大入口法蘭壓力值均升高。
(2)對(duì)于個(gè)別閥體材料的彈簧載荷式安全閥，增加了較高磅級(jí)的規(guī)格。
表3 先導(dǎo)式安全閥壓力-溫度表格變動(dòng)統(tǒng)計(jì)
(3)對(duì)于大部分材質(zhì)的彈簧載荷式安全閥，最大出口法蘭壓力值均有不同程度的增加。
(4)對(duì)于閥體材料為奧氏體不銹鋼的先導(dǎo)式安全閥，在低溫下對(duì)應(yīng)的各磅級(jí)的最大入口法蘭壓力值變化較大，有升高或降低。
(5)對(duì)于閥體材料為鎳/銅合金的先導(dǎo)式安全閥，取消了較高磅級(jí)的規(guī)格。
(6)對(duì)于閥體材料為鎳/銅合金、20號(hào)合金鋼的先導(dǎo)式安全閥，最大出口法蘭壓力值下降。
3.2.4、變化原因
在API526-2009中占變動(dòng)趨勢(shì)大部分的最大入口法蘭壓力值和最大出口法蘭壓力值升高的主要原因是由于ASMEB16.34發(fā)生了變化。API526中的壓力-溫度表格中的數(shù)據(jù)源自ASMEB16.34，而ASMEB16.34中所有壓力-溫度額定值均來源于ASME規(guī)范第Ⅱ卷材料規(guī)范中D性能篇中的數(shù)據(jù)。
壓力-溫度額定值的計(jì)算方法在ASMEB16.34的非強(qiáng)制行附錄B中明確規(guī)定，此方法對(duì)于不同組別的材料有不同的計(jì)算公式，在眾多相關(guān)參數(shù)中，最關(guān)鍵的是材料的許用壓力值，而材料許用壓力值的確定方法來源于ASME規(guī)范第Ⅱ卷材料規(guī)范中D性能篇中強(qiáng)制性附錄10中的規(guī)定。對(duì)于壓力容器的適用材料許用應(yīng)力值一般取min{σs/ns，σb/nb，σD/nD，σn/nn}，其中σs，σb，σD，σn分別代表材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，ns，nb，nD，nn分別代表屈服強(qiáng)度安全系數(shù)、抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)、蠕變強(qiáng)度安全系數(shù)和疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。在ASME規(guī)范中對(duì)于采用ASME第Ⅱ卷材料標(biāo)準(zhǔn)制造的壓力容器，雖然其材料的最大許用應(yīng)力值在不同的溫度下有著不同的選取準(zhǔn)則，但是涉及到的關(guān)鍵參數(shù)都是屈服強(qiáng)度σs、屈服強(qiáng)度安全系數(shù)ns、抗拉強(qiáng)度σb和抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)nb。對(duì)于現(xiàn)有大多數(shù)材料而言，σb/nb均小于σs/ns，所以真正決定材料許用應(yīng)力值的是抗拉強(qiáng)度σb和抗拉強(qiáng)度系數(shù)nb。
隨著對(duì)壓力容器材料的理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷進(jìn)步，在保障安全性前提下，從節(jié)省材料和商業(yè)競爭出發(fā)考慮，國際不同標(biāo)準(zhǔn)體系中的壓力容器標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)均有一定降低。ASME標(biāo)準(zhǔn)第1版中的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)nb為5，此后的抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)nb一直逐步降低，截止2010版已降到2.4。
API526-2009中的壓力-溫度表格數(shù)據(jù)源自ASMEB16.34-2004，ASMEB16.34-2004中所有壓力-溫度額定值均用2004版的ASME規(guī)范第Ⅱ卷材料規(guī)范中D性能篇中的數(shù)據(jù)重新計(jì)算。2004年ASME規(guī)范第Ⅱ卷材料中的D篇性能中抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)nb從上一版的4.0降到3.5，因此導(dǎo)致壓力容器材料最大許用應(yīng)力普遍升高，所以導(dǎo)致API526-2009大部分壓力-溫度額定值升高。
3.3、最大出口法蘭壓力值
在API526-2009中新加入了對(duì)波紋管壓力極限的說明，提出了對(duì)其他溫度下的波紋管設(shè)計(jì)壓力值的修正方法，對(duì)波紋管式彈簧載荷安全閥的采購標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更新。具體要求為波紋管壓力極限在波紋管極限一欄中使用100℉時(shí)波紋管的設(shè)計(jì)壓力來表示。在其他溫度下的波紋管壓力值由在100℉時(shí)的壓力值同附錄C中的因數(shù)乘積決定。在附錄C中給出了不同波紋管材料的安全閥在出口溫度高于100℉時(shí)，安全閥的最大出口法蘭壓力的修正因數(shù)值，并對(duì)修正系數(shù)圖給出了詳細(xì)說明。
4、結(jié)語
(1)API526-2009中，壓力-溫度表格中的大部分?jǐn)?shù)值的提升以及磅級(jí)規(guī)格的更改，對(duì)安全閥制造廠商有著重要實(shí)際意義，能夠在安全閥設(shè)計(jì)制造中大大提高現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的利用率，節(jié)省材料，提高經(jīng)濟(jì)性。
(2)API526-2009中提出了對(duì)于高于100℉溫度時(shí)的波紋管設(shè)計(jì)壓力值的修正方法，對(duì)波紋管材料的選擇提供了明確的設(shè)計(jì)依據(jù)，給出了足夠的波紋管設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償余量，安全性得到了進(jìn)一步的保障。
