先导式安全阀的应用探讨

李 学 华

（中国石油工程建设公司华东设计分公司， 山东 青岛 266071）

1 国内外安全阀技术标准及规范

1.1 美国标准

ASME(American Society of Mechanical Engineering)美国机械工程师学会；

ASME boiling and Pressure Vessel Code(2010年)。

说明：

ASME《锅炉与压力容器规范》中规定了泄压阀的设计和制造要求。包括机械要求、材料选择、制造及装配的检查、制造厂及装配厂的产品试验、设计要求、焊接及其他要求等方面。不同卷，要求不同［1］。

ASME《锅炉与压力容器规范》中还规定了泄压阀的排量验证试验要求及步骤。

ASME PTC 25为泄压装置的试验装置、试验方法和试验报告内容提供了标准。

API RP 520 Sizing ,selection, and installation of pressure-relieving devices in refineries。

PartⅠ Sizing and selection 第 8 版 2008.11（第7版 2000.01）。

介绍了各种类型安全阀的结构及其特点。列出在各种流体介质（气体、水蒸气、液体及两相流）排量下所需流道面积的计算方法，并给出相关修正系数［2］。

API RP 521 Guide for pressure-relieving and depressuring systems(第 4 版 1997.03) 。

API Std 526 Flanged steel pressure relief valves第6版 2009.05（第5版2002.06）。

规定了 14种流道直径在不同温度和压力下的各种规格、压力级、基本材料要求、压力-温度范围、进出口安装尺寸。规定必须执行ASME规范的相应制造和试验要求。并规定了买方和制造商的工作职责、出厂测试内容、铭牌标识和装运等要求［3］。API Std 527 Seat tightness of pressure relief valves第3版 1991.07,2002年3月重新确认。

规定了泄压阀的密封性试验方法及要求。

1.2 国内安全阀技术标准及规范

1.2.1 中国的法律条例

《特种设备安全监察条例》2003年6月1日起实施。

特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含氧气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内专用车辆。其安全附件是指锅炉、压力容器、压力管道等压力设备上用于控制温度、压力、容量、液位等技术参数的测量、控制仪表或装置，通常指安全阀、爆破片、液位计、温度计等及数据采集处理系统［4］。

1.2.2 中国的技术规程

《安全阀安全技术监察规程》TSG ZF001-2006，2007年1月1日起实施。2009年修订，修订后的与2009年8月1日起实施；

《压力容器元件制造许可规范》TSG D2001-2006；

《压力容器定期检验规则》TSG R7001-2004；

《压力管道安全技术监察规程-工业管道》TSG D0001-2009；

《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG R0004-2009；

《移动式压力容器安全技术监察规程》TSG R0005-2010（征求意见稿）；

《锅炉安全技术监察规程》TSG R001-2009（征求意见稿）。

1.2.3 中国国家标准

《安全阀的一般要求》GB/T12241-2005；

《压力释放装置性能试验规范》GB/T12242-2005；

《弹簧直接载荷式安全阀》GB/T12243-2005；

《石化工业用钢制压力释放阀》GB/T24920-2010；

《石化工业用钢制压力释放阀的尺寸确定、选型和安装 第 1部分：尺寸确定和选型》GB/T24921.1-2010；

《石化工业用钢制压力释放阀的尺寸确定、选型和安装 第2部分：安装》GB/T24921.1-2010；

《钢制压力容器》GB150-1998之附录B超压泄放装置。

1.2.4 中国行业标准

《弹簧式安全阀 结构长度》JB/T2203-1999；

《压缩机用安全阀》JB/T6441-92；

《弹簧直接载荷式安全阀 产品质量分等》JB/T53170-1999；

《电站锅炉安全阀应用导则》DL/T959-2005。

1.3 不同制造标准的比较

1.3.1 GB与国外标准

《安全阀的一般要求》GB/T12241-2005，1991年修改采用ISO 4126-1；

《压力释放装置性能试验规范》GB/T12242-2005，1994年修改采用ASME PTC 25；

《弹簧直接载荷式安全阀》GB/T12243-2005，1994年修改采用JIS B 8210-2009；

《石化工业用钢制压力释放阀》GB/T24920-2010，2002年修改采用API Std 526；

《石化工业用钢制压力释放阀的尺寸确定、选型和安装 第 1部分：尺寸确定和选型》GB/T24921.1-2010，2000年修改采用API RP 520-1；

《石化工业用钢制压力释放阀的尺寸确定、选型和安装 第2部分：安装》GB/T24921.1-2010，2003年修改采用API RP 520-2。

1.3.2 JB与ASME（表1）

《弹簧式安全阀 结构长度》JB/T2203-1999。

表1 JB与ASME的比较表Table 1 JB and ASME comparison

2 先导式安全阀的工作原理

先导式安全阀由主阀（通常其内带有一个非平衡浮动式活塞组件）和一个外部导阀组成（见图1）。活塞设计成顶部面积比底部面积大。在达到整定压力以前，活塞的顶部和底部均处于相同的入口操作压力下。由于活塞顶部的面积较大，此净力将活塞 紧紧贴在主阀喷嘴上。

表2 JB与ASME的比较表Table 2 JB and ASME comparison

由于不平衡活塞的密封面积>阀座的密封面积,所以随系统压力的升高,活塞向下压紧喷嘴的力越来越大。当导阀感应到整定压力到了，导阀开启以泄掉活塞上方的压力，使主阀打开。在一个泄放循环，当系统压力降至回座压力，导阀经内部转换，将系统压力加到活塞上方的空间，关闭主阀［5］。

图1 先导式安全阀结构图Fig.1 Pilot operated safety valve structure diagram

3 先导式安全阀的分类及特点

先导式安全阀按照其起跳工作特性的不同可分为突开式先导阀和调制式先导阀。

先导式安全阀的共同特点：

（1）密封性能较好。弹簧式安全阀介质力增加，弹簧力不变，密封力减小；而先导阀开启力和关闭力都增加，密封力增加；

（2）同一口径下，先导阀的高度和重量要小1/3~1/2；

（3）在相同口径的情况下，先导阀整定压力比弹簧直接载荷的大很多；

（4）相对于弹簧式安全阀，先导阀对背压不敏感，动作性能和开启高度不受背压的影响；

（5）允许工作压力接近整定压力；

（6）较小超压就能使安全阀迅速达到全启状态。

突开式先导阀的特点：

（1）允许工作压力接近整定压力；

（2）阀座软密封保证安全阀起跳前后的良好密封性；

（3）安全阀动作性能和开启高度不受背压的影响；

（4）较小超压就能使主阀迅速达到全启状态；

（5）导阀非流动型结构设计减少了有害物质的排放和环境污染；

（6）启闭压差可调；

（7）可在线监测安全阀的整定压力。

调制式先导阀的特点：

（1）允许工作压力接近整定压力；

（2）阀座软密封保证安全阀起跳前后的良好密封性；

（3）安全阀动作性能和开启高度不受背压的影响；

（4）随超压值而比例开启，排量随入口压力的增加逐渐增加，从而减少了有害物质的排放；

（5）降低了阀门动作时对被保护设备的冲击载荷；

（6）导阀非流动型结构设计减少了有害物质的排放；

（7）导阀出口可直接与主阀出口相连而不受背压影响，避免了排放时介质会环境的影响；

（8）可在线监测安全阀的整定压力。

4 先导阀的选用原则及注意事项

4.1 先导阀的选用原则

先导阀的选用原则见表3。

4.2 先导阀选用注意事项

（1）安全阀数据表中一定要写清楚系统介质的特性，如：腐蚀介质含量、是否含有固体颗粒等；

（2）明确工作压力、附加恒定背压、附加变动背压的数值；

工作压力≤附加恒定背压+附加变动背压-0.1 MPa，可以采用先导式安全阀，但必须采用回流保护器；

表3 先导阀的选用原则Table 3 Pilot valve selection

工作压力≥附加恒定背压+附加变动背压+0.1 MPa，可以采用先导式安全阀，而且无需采用回流保护器；

工作压力处于（附加恒定背压+附加变动背压-0.1 MPa）和（附加恒定背压+附加变动背压+0.1 MPa）之间时，不推荐采用先导式安全阀；

工作压力≤0.2 MPa，不推荐采用先导式安全阀，因为该工作状态下密封力不足，难以密封。

（3）安全阀排放介质为可燃或有毒有害介质时，在安全阀数据表中一定要注明，导阀的排放应密闭排放。

5 结 论

（1）国内安全阀在设计、制造、试验及验收方面技术标准及规范均参考了国外相关标准；

（2）API标准主要是安全阀设计方面的规定，而ASME标准则是在安全阀在制造、试验及验收方面的规定；

（3）先导式安全阀的优势比较明显，随着我国越来越重视炼油装置设计的安全性，先导式安全阀的应用将越来越广泛。

［1］ ASME boiling and Pressure Vessel Code[S].2010.

［2］ API RP 520 Sizing ,selection, and installation of pressure-relieving devices in refineries,PartⅠ Sizing and selection 第 8 版2008-11（第7版2000-01）[S].

［3］ API RP 521 Guide for pressure-relieving and depressuring systems(第4版)[S]. 1997-03.

［4］ 特种设备安全监察条例(2003年6月1日起实施)[S].

［5］ 石化工业用钢制压力释放阀的尺寸确定、选型和安装 第2部分：安装 GB/T24921.1-2010[S].