1. 介绍
压力安全阀是一种保护压力设备的工程装置, 管道, 当系统超过预定义的安全极限时，自动打开以释放多余的压力.
他们是最后的, 过程安全架构中的被动防线: 当仪器, 控制系统, 警报和操作员不能或不会阻止超压事件, 压力安全阀必须可靠且可预测地动作.
2. 什么是压力安全阀?
一个 压力 安全阀 是一种自力式机械装置，设计用于当内部压力超过预定安全限值时自动释放设备或管道系统中的多余压力.
一旦超压解除, 阀门重新关闭并将系统恢复到安全运行状态.
与控制阀或操作员动作不同, 它的功能独立于外部电源或信号, 使其成为防止灾难性设备故障的最后保障.
典型装置包括锅炉, 压力容器, 热交换器, 储罐, 管道, 和压缩机——任何意外压力升高可能导致设备损坏或对人员和环境造成风险的地方.
关键功能
- 自动激活: 当压力达到设定压力时无需人工干预即可触发 (通常为 MAWP 的 100–110%), 确保对突发事件做出快速反应.
- 重新安装能力: 一旦压力降至 复位压力 (5– 低于设定压力 15%), 消除非灾难性事件中系统关闭的需要.
- 故障安全设计: 无电, 液压, 或所需的气动动力——即使在停电或控制系统故障时也能正常工作.
- 流通能力: 设计用于以足以防止压力上升到安全极限以上的速率排出流体 (积累), 对于气体通常≤10%设定压力，对于液体≤20% (API 520).
基本操作原则
基本操作原则是力量平衡:
- 闭合力: 由弹簧或先导系统提供, 正常情况下保持阀门关闭.
- 开启力: 由作用在阀盘或阀座区域的系统压力产生.
当系统压力达到 设定压力, 打开力超过弹簧力, 导致阀门升起.
然后阀门排出流体，直到系统压力回落到低于 重新安置 (排列) 压力, 此时弹簧力将阀瓣推回到阀座上, 再次密封阀门.
3. 压力安全阀的类型及其区别
压力安全阀可按其用途大致分类 驱动机构, 反应行为, 和服务适用性.
不同类型可应对不同的操作风险（从突然的气体超压到逐渐的液体积聚），因此正确的选择对于安全性和可靠性至关重要.
| 阀门类型 | 它如何工作 | 最适合 | 关键优势 | 关键限制 | 典型的应用 |
| 弹簧加载 (直接作用) | 弹簧将圆盘保持关闭; 压力克服弹簧力打开. | 一般服务, 中等流量. | 简单的, 成本效益, 广泛可用, 易于维护. | 对背压敏感; 高温下弹簧蠕变. | 锅炉, 空气/气体压缩机, 热水器. |
| 先导式 | 小型先导阀感应压力并控制较大的主阀. | 高容量, 高压精密. | 精确设定 & 重新安置, 稳定的, 受温度漂移影响较小. | 复杂的, 成本更高, 需要清洁的液体以防止先导堵塞. | 炼油厂反应器, LNG终端, 化学植物. |
| 均衡 (波纹管或活塞) | 波纹管/活塞抵消可变的背压力. | 背压波动或恒定的系统. | 尽管背压发生变化，仍能保持准确性. | 波纹管疲劳, 损坏后有泄漏风险. | 火炬系统, 煤气管道, 离岸平台. |
| 调节/比例 | 阀门开度与超压水平成正比. | 液体或逐渐压力增大. | 平滑浮雕, 减少液压冲击, 操作更安静. | 最大容量有限, 尺寸更复杂. | 液压系统, 液体储罐, 过程冷却回路. |
| 全提升 / 流行动作 | 阀门在设定压力下立即打开，实现接近全升程. | 迅速的, 气体/蒸汽中的大量排放. | 即时容量, 在突然超压下可靠. | 嘈杂, 潜在的颤动和振动. | 蒸汽锅炉, 涡轮机系统, 石化燃气服务. |
4. 材料和结构
压力安全阀的有效性不仅取决于其设计，还取决于材料的选择和结构完整性.
常见材料及其适用性
材料选择的指导原则是 流体类型, 温度, 压力, 和腐蚀性暴露.
| 材料 | 典型工作范围 | 关键属性 | 常见应用 |
| 碳钢 (WCB, A216等级) | –29°C 至 ~425°C; 高达 ~100 bar | 强的, 成本效益, 良好的可加工性 | 锅炉, 压缩空气系统, 一般工业气体 |
| 不锈钢 (304, 316, CF8M) | –196 °C 至 ~650 °C; 高达 ~200 bar | 优异的耐腐蚀性, 良好的蠕变强度 | 化学植物, 食物 & 制药设备, 低温服务 |
| 低合金钢 (例如。, 1.25Cr-0.5莫) | 高温高达 ~550 °C | 良好的抗氢脆性能 & 蠕变 | 发电厂, 石化炼油厂, 加氢裂化装置 |
| 镍基合金 (inconel, 莫内尔, Hastelloy) | 极端环境: 到 800 °C; 高腐蚀性 | 卓越的耐海水性能, 酸, 高温蠕变 | 离岸油 & 气体, 液化天然气, 具有腐蚀性液体的化学反应器 |
| 青铜/黄铜 | 温度适中 & 压力 | 良好的耐腐蚀性, 可加工性 | 海洋服务, 热水器, 小型压缩机 |
行业注记: 在发电方面, 不锈钢和铬钼合金在高压蒸汽应用中占主导地位, 尽管成本较高，但海上工业越来越多地使用镍基合金, 由于长寿和安全.
建筑元素
压力安全阀通常包括以下工程部件:
- 身体: 提供结构强度; 投掷, 锻造, 或根据额定值进行精密加工.
- 阀座和阀盘: 精密研磨以实现紧密密封; 通常采用硬化不锈钢或司太莱合金涂层以耐腐蚀.
- 弹簧或先导组件: 确定设定压力; 由高强度钢制成，具有防腐蚀功能.
- 波纹管 (如果适用的话): 薄壁合金结构隔离背压.
- 引擎盖: 容纳弹簧并引导盘运动; 专为方便维护而设计.
5. 压力安全阀常见制造工艺
压力安全阀的制造是 高精度, 安全关键过程, 结合强大的物料处理能力, 精确加工, 和严格的测试.
压力安全阀的阀体制造
这 阀体 是压力安全阀的核心承压元件, 其制造对于确保机械强度至关重要, 维度的准确性, 和长期可靠性.
取决于尺寸, 压力等级, 和材料, 采用不同的制造方法.
常见铸造工艺
| 铸造方法 | 描述 | 优势 | 典型的应用 | 典型线性公差 |
| 沙子铸造 | 将熔融金属倒入阀体形状的砂模中. | 成本效益; 允许复杂的几何形状; 适用于中小型生产运行. | 一般工业阀门, 低至中压应用. | ±0.5–1.5 mm (取决于尺寸) |
| 投资铸造 (迷失的蜡像) | 蜡模涂陶瓷; 蜡融化了; 将熔融金属倒入陶瓷模具中. | 高维精度; 光滑的表面饰面; 非常适合复杂的内部通道. | 腐蚀性或高精度阀门; 不锈钢或镍合金主体. | ±0.1-0.3毫米 |
| 外壳成型 | 涂有树脂的细砂形成薄壳模具; 将熔化的金属倒入其中. | 比砂型铸造更好的表面光洁度; 尺寸更一致; 需要更少的后加工. | 精度要求较高的中小型阀门. | ±0.3–0.8 毫米 |
| 铸造 (对于大型阀门不太常见) | 熔融金属在高压下注入钢模具. | 非常精确; 出色的表面饰面; 小部件的快速生产. | 小部件或先导组件; 由于尺寸/压力限制，很少用于全阀体. | ±0.05–0.2 mm |
锻造
- 描述: 固体金属坯料在高压下经过机械压缩和成型，形成阀体.
- 优势:
-
- 产生高强度, 致密的部件，内部缺陷比铸件少.
- 非常适合高压和高温应用.
- 典型材料: 碳钢, 低合金钢.
- 考虑因素: 锻造体可能需要加工端口, 线程, 以及成型后的密封面.
加工
- 描述: CNC 或传统加工用于精加工阀口, 线程, 和关键的密封表面.
- 优势:
-
- 确保精确的尺寸和光滑的表面，以实现正确的阀座密封.
- 允许定制身体特征和附着点.
- 材料: 适用于铸造或锻造体; 与碳钢兼容, 不锈钢, 和合金.
- 考虑因素: 加工公差对于阀门性能至关重要, 特别是座椅对齐和弹簧组件配合.
内部组件
- 光盘和座椅: 精密研磨以实现密封闭合; 常常面无表情 星际 或者 碳化钨 抵抗侵蚀和高速流体损害.
- 弹簧: 冷成型和热处理可在重复循环下保持一致的设定压力. 合金选择 (铬硅, inconel) 取决于工作温度.
- 指南 & 引擎盖: 按照严格的公差进行加工，以确保稳定的阀盘运动和正确的弹簧对准.
- 波纹管 (如果适用的话): 由薄壁合金管轧制或焊接而成; 消除应力以抵抗疲劳并保持弹簧隔离.
表面处理
- 钝化: 不锈钢部件经过化学处理，去除表面杂质，增强耐腐蚀性.
- 堆焊: 阀座和阀盘采用司太立合金或类似涂层以抵抗侵蚀并延长使用寿命.
- 保护涂料: 外表面可能会涂漆, 环氧树脂, 或电镀以防止恶劣环境中的腐蚀.
集会
- 子组装: 光盘, 座位, 春天, 和导向部件在受控环境中预组装.
- 最终组装: 身体, 引擎盖, 并连接子组件; 紧固件的扭矩符合规格.
- 校准: 调整弹簧压缩或先导阀设置以确保正确的设定压力.
测试 & 质量保证
- 设定压力验证: 每个阀门都在校准测试台上进行测试，以确认在指定的设定压力下发生提升.
- 泄漏测试: 根据 API 检查阀座密封性 527 或同等标准.
- 容量测试: 用于关键应用, 阀门经过测试以确保它们能够释放所需的最大流量.
- 非破坏性测试 (NDT): 射线照相, 超声波, 或染料渗透检查检测铸件或焊缝的内部缺陷.
6. 压力安全阀的主要标准和规范
压力安全阀是安全关键设备, 严格的标准和规范管理着他们的设计, 生产, 测试, 和安装以确保超压条件下的可靠性能.
| 标准 / 代码 | 范围 / 重点 | 典型行业用途 |
| ASME 锅炉和压力容器规范 (聚氯乙烯) 看见八, 分配 1 & 2 | 设计, 建造, 美国压力容器和阀门的认证和认证; 设定设定压力的要求, 容量, 材料, 和测试. | 发电, 石化, 蒸汽系统. |
| ASME B16.34 | 阀门——法兰式, 螺纹, 和焊接端; 涵盖压力-温度额定值, 材料, 和尺寸. | 工业管道, 化学植物, 油 & 煤气管道. |
| API 526 | 法兰钢制泄压阀; 定义尺寸, 孔口尺寸, 和容量要求. | 油 & 气体, 精制, 化工. |
| API 527 | 泄压阀; 建立允许的泄漏率和测试程序. | 精制, 化学, 和燃气服务. |
| 在ISO中 4126 | 防止过压的安全装置; 指定设计, 测试, 及标记要求. | 欧洲行业标准; 发电厂, 化学植物, 工业气体系统. |
| PED 2014/68/EU | 压力设备指令; 支配设计, 制造业, 欧盟压力设备的合规性. | 欧洲装置; 阀, 船只, 管道. |
| ISO 21049 | 消防及安全阀; 专注于安装, 手术, 和测试. | 工业的, 海军陆战队, 和能量部门. |
7. 常见故障模式和根本原因缓解
了解故障机制有助于优先考虑缓解措施:
- 泄漏 (座椅泄漏): 由阀座腐蚀引起, 外来碎片, 或软阀座恶化. 减轻: 过滤, 每次服务时选择聚四氟乙烯或金属阀座, 预定的台架测试.
- 设置漂移 / 弹簧蠕变: 弹簧会随着时间和温度的变化而失去预紧力. 减轻: 定期重新校准, 使用高温弹簧材料, 先导系统具有更好的稳定性.
- 粘着 (卡住的阀门): 由于腐蚀, 存款, 或机械装订. 减轻: 保护涂料, 定期骑自行车, 使用排污装置保持阀杆自由.
- chat不休 / 不稳定: 流路不完善造成的, 尺寸不当, 或背压过大. 减轻: 重新评估尺寸, 先导阀的使用, 添加阻尼孔.
- 重新安装不正确 (不会关闭): 由高背压引起, 两相流, 或座椅损坏. 减轻: 平衡阀设计, 先导控制调整, 更换座椅表面.
- 产能不足: 由于错误的尺寸假设 (例如。, 忽略闪烁或意外故障模式). 减轻: 保守的救济案例定义和独立的尺寸验证.
8. 压力安全阀的行业应用
压力安全阀在各个领域无处不在. 典型例子:
- 油 & 天然气和石化产品: 分离器保护, 储罐, 压缩机, 和照明弹敲击鼓; 阀门通常必须处理两相流, 酸性环境化学物质和火灾案例.
- 发电 (锅炉和涡轮机): 高温锅炉和涡轮机的蒸汽释放需要金属阀座和高温弹簧材料; 检查制度由锅炉规范严格定义.
- 化工厂和加工厂: 腐蚀性化学品和特殊流体需要特殊材料 (双工, 镍合金) 和严格的文件记录.
- 海洋和近海: 空间和重量限制加上盐腐蚀促使选择耐腐蚀合金和紧凑设计.
- 医药及食品: 卫生级阀门采用卫生设计和软阀座，严密关闭和清洁度至关重要.
9. 与其他阀门进行比较
压力安全阀和安全泄压阀是 专门的安全装置, 但工业系统也使用其他类型的阀门, 比如门, 地球, 和控制阀, 用于流量调节和隔离.
了解差异有助于工程师和采购经理为两者选择合适的阀门 操作与安全.
比较表
| 特征 / 阀类型 | 压力安全阀 | 安全泄压阀 | 闸阀 | 地球阀 | 控制阀 |
| 主要功能 | 自动超压保护 | 自动过压保护，具有更高的精度和容量 | 开/关隔离 | 流量节流 / 隔离 | 调节流量, 压力, 或级别 |
| 手术 | 自动的; 自动关闭 | 自动的; 可能包括先导或平衡机制 | 手动或执行器 | 手动或执行器 | 自动的 / 执行器控制 |
| 响应时间 | 非常快 | 快速地; 如果是先导操作则稍慢 | 慢的; 依赖于操作者 | 缓和 | 取决于执行器 |
| 设定压力控制 | 预校准; ±3–5% 准确度 | 高精度; ±1–3%, 适用于关键服务 | 不适用 | 不适用 | 取决于控制系统 |
| 泄漏紧密 | 密封严密，避免压力损失 | 紧的; 排污控制 | 缓和 | 缓和 | 取决于设计 |
| 过压保护 | 是的; 最终安全装置 | 是的; 适用于关键高压系统 | 不 | 不 | 有限的; 可以调节但不安全 |
| 典型的应用 | 锅炉, 压力容器, 管道 | 高压化学反应器, 液化天然气, 石化植物 | 管道隔离 | 生产线中的流量调节 | 过程控制, 节流, 压力调节 |
| 行业标准 / 认证 | ASME, API, 在ISO中, ped | API, ASME, 在ISO中, ped | ASME B16.34 | ASME B16.34 | 伊萨, IEC, API标准 |
关键见解
- 关键安全角色: 压力安全阀和安全泄压阀都是 故障安全装置; 门, 地球, 和控制阀用于操作或流量控制目的，而不是超压保护.
- 自动与. 手动的: 安全装置自动运行且独立于操作员, 确保立即保护.
- 精度和容量: 安全泄压阀通常包括先导式或平衡式设计，用于 更高的设定压力精度和容量, 特别是在可变背压条件下.
- 与其他阀门集成: 旁边安装有安全装置 控制阀和隔离阀, 允许正常过程运行，同时保持紧急保护.
10. 结论
压力安全阀的机械概念很简单，但对于过程安全至关重要.
正确的选择需要了解受保护的设备, 可信的救援情景, 流体特性和相关代码.
良好实践与保守的工程假设相结合, 严格的材料和制造标准, 正确的安装和风险告知测试间隔.
数字技术使阀门健康状况更加可见和易于管理, 实现基于状态的维护，降低风险和成本.
常见问题解答
PSV 应该多久测试一次?
测试频率取决于关键性和服务. 许多组织对关键阀门进行年度台架测试并每季度进行目视检查; 较低临界度的阀门可能有较长的间隔. 使用基于风险的方法.
我可以使用同一个 PSV 进行气体和液体服务吗?
并非没有仔细评估. 液体释放通常涉及两相条件和更高的体积流量——阀门和入口必须进行相应的设计.
PSV 和溢流阀有什么区别?
条款因地区而异; 广泛地, PSV 用于气体/蒸汽，安全阀用于液体.
在实践中，术语“安全阀”通常意味着用于蒸汽的快速弹出动作; “安全阀”意味着比例开度. 始终按规格中的功能定义.
先导阀总是更好吗?
并不总是. 飞行员提供精确的控制和高容量的气体/蒸汽，但更复杂且成本更高. 适用于小型或简单的任务, 直接弹簧阀可能是更好的选择.
