第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
安全阀的选择
由于安全阀的种类繁多，选择一个满足于给定应用下特定要求的安全阀几乎没有什么困难。一旦选择了合适的安全阀，必须确定安全阀正确的排放压力和排量，同时也要确定合适的口径和设定压力。
选择合适的安全阀受下面几个因素的影响：
成本 - 当选择应用于非关键性场合的安全阀时，这是一个最显而易见的考虑因素。进行价格比较时，必须同时考虑安全阀排量和口径。正如前一章节说述，即使相同的安全阀进口连接口径，但不同的行程特性，排量之间也会有很大的差别。
排放系统的类型 - 如果安全阀排放至大气中，而不是连接到排放系统内，开式阀帽的安全阀可用于蒸汽、空气和无毒性气体系统。在这些应用中，通常需要微升杆。
对于不允许泄放到大气中去的气体或液体应用，必须采用闭式阀帽。在这样的应用中，必须使用封闭/气密端盖或填料密封微升杆。
对于存在明显附加背压力的系统（通常在制程行业中排放至集管的情况），需要平衡波纹管或活塞式安全阀。
安全阀的结构型式 - 半喷嘴形安全阀适合于压力适中的无毒、无腐蚀性介质，而全喷嘴形安全阀主要用于腐蚀性介质或系统压力非常高的工艺制程行业。对于腐蚀性流体或高温的应用，还需要一些特殊的材质。
动作特性 - 根据不同的应用，安全阀的性能要求也有所不同，因此必须相应地选择不同的安全阀。蒸汽锅炉用安全阀，通常要求较小的超过压力，一般只有3%或5%。而对于绝大多数其它的应用，10%的超过压力就可以了。根据API 520标准，对于诸如着火保护等特殊应用，大口径的安全阀也允许20%的超过压力。液体系统安全阀的超过压力普遍为10%或25%，启闭压差最大为20%。
认证 - 对于许多安全阀的应用，最终用户都要规定安全阀的结构型式和性能所遵循的规范和标准。通常这需要独立第三方权威机构的认证，以确保满足对应标准的要求。
设定和密封性
为了正确地确定设定压力，必须仔细考虑以下几点：
正常工作压力(NWP) - 在满负载条件下系统内的运行压力。
最大允许工作压力(MAWP) - 有时也称作安全工作压力(SWP)或系统的设计压力。这是正常运行条件下系统可能出现的最大压力（与最高的工作温度有关）。
最大允许积聚压力(MAAP) - 按照系统的设计标准，系统允许达到的最大压力。MAAP通常用MAWP的百分数来表示。
蒸汽用设备的MAAP通常要比MAWP高10%，但也不总是如此。如果MAWP不知道的话，将要联系负责该设备的权威机构。如果MAAP也无法确定的话，它不能考虑高于MAWP。
设定压力(PS) - 也称作整定压力，即安全阀开始启跳的压力。
排放压力(PR) - 安全阀达到最大排量时的压力。这是设定压力(PS)和超过压力(PO)之和。
超过压力(PO) - 超过压力为安全阀设计启跳的设定压力的百分比。
当确定安全阀的设定压力时，必须考虑两个基本的限制因素：
1.设定压力必须足够低，以确保排放压力不会超过系统的最大允许积聚压力(MAAP)。2.设定压力必须足够高，以保证在系统正常工作压力(NWP)以上有足够的余量使安全阀可以自行关闭。但是，设定压力不能超过系统的最大允许工作压力(MAWP)。为了满足第一个限制条件，需要考虑超过压力百分比和MAAP百分比（通常表示为MAWP的百分比）的相对数量。这有两种可能出现的情况： 安全阀超过压力的百分比小于或等于系统MAAP的百分比 - 这就意味着安全阀的设定压力可以等于系统的MAWP，因为排放压力总是低于实际的MAAP。
例如，如果安全阀的超过压力为5%，系统的MAAP超过MAWP的10%，选择的设定压力可以等于MAWP。在这种情况下，排放压力（等于设定压力＋5%超过压力）将低于MAAP，满足条件。
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需要说明的是，如果MAAP的百分比大于超过压力的百分比，设定压力仍是MAWP，这是因为如果设定压力提高至MAWP以上，这将违反这二个限制条件。
安全阀超过压力的百分比大于系统MAAP的百分比 - 此时，设定压力等于MAWP将说明排放压力大于MAAP，因此设定压力必须低于MAWP。
例如，如果安全阀的超过压力为25%，而系统的MAAP只有10%，设定压力等于MAWP的话，排放压力将比MAAP高出15%。此时正确的设定压力应比MAWP低15%。
表9.3.1总结出在第一个限制因素基础上如何确定设定压力。
表9.3.1 根据安全阀超过压力和设备MAAP确定设定压力
设备 MAAP
5% MAWP 95% MAWP 90% MAWP 85% MAWP 80% MAWP
除非明确了工作条件，否则为了满足第二个限制因素，安全阀的设定压力总是要高于正常的工作压力一些，为启闭压差留出一定的余量。安全阀的设定压力仅仅高于正常工作压力将导致安全阀启跳排放后很差的密闭性。
当系统的工作压力和安全阀的设定压力极有可能非常接近时，通常推荐在回座压力和正常工作压力之间至少要有0.1 bar的余量，确保安全阀紧密的关闭力。这也叫做“关闭余量”。此时在加上0.1 bar的余量之前还要考虑系统工作压力的任何波动。当安全阀安装于减压阀（PRV）和其它比例带相对较大的控制阀之后时，就会出现这种压力的波动。
实际应用中，所有的控制系统都会存在一定量的与比例带有关的比例偏差（关于比例偏差的详细
说明，见第五章控制理论）。如果一个自作用PRV是在满负载条件下调节的，无负载时的控制压力将明显高于设定的压力。反之，如果在无负载时调节减压阀，满负载的系统压力将低于设定的压力。
以一个最大比例带仅0.2 bar的先导式PRV为例，满负载时控制压力设定在5.0 bar，没有负载的系统压力将升高至5.2 bar。相应的，如果控制压力5.0 bar是在无负载时设定的，满负载条件下同一个阀门将控制在4.8 bar的压力。
确定安全阀的设定压力时，如果PRV的控制压力是在无负载情况下调节的，那么就不需要考虑比例偏差。但如果PRV是在满负载时调节控制压力的话，就必须考虑PRV比例偏差引起的下游压力的增加（见例
9.3.1）。
压力控制偏差的大小取决于使用的控制阀和压力控制器的类型。因此知道上游控制阀的比例带以及该阀门的调试情况是非常重要的。
例 9.3.1
安全阀安装于PRV之后，其设定压力与PRV的工作压力非常接近。已知下面的参数，确定安全阀最合适的设定压力：
PRV的设定压力: 6.0 bar (满负载条件下)
PRV的比例带: 0.3 bar，PRV工作压力之上
安全阀的启闭压差: 10%
答案：
既然要确保安全阀的设定压力与PRV的工作压力尽可能的接近，就应选择这样的安全阀：回座压力仅高于PRV的工作压力（考虑比例偏差），以及0.1 bar的关闭余量。
首先，要考虑比例偏差的影响，正常的最大工作压力将是：
6.0 bar + 0.3 bar = 6.3 bar (NWP)
再加上0.1 bar的关闭余量，回座压力要比6.4 bar高出10%。本例中，安全阀的设定压力就是：
110
100 x 6.4 bar = 7.04 bar
第9安全阀 安全阀的选择章节
9.3
因此，设定压力选择为7.04 bar，假设这没有超过受保护系统的MAWP。
注意: 如果PRV是在无负载条件下设定在6.0 bar，安全阀的启闭压差为10%时，则安全阀的设定压力将是：
110 x (6.0 + 0.1) = 6.71 bar如果常规安全阀有着固定的排放背压力，其设定压力的有效性将会降低，等效于背压力。为了进行补偿，所需要的设定压力必须增加与背压力等效的部分。冷态试验差设定压力因此为：背压对设定压力的影响
式中：
CDSP
RISP
CBP = 冷态试验差设定压力；= 需要实际安装的设定压力；= 固定的背压力。对于附加背压力变化的情况，设定压力的有效性随着背压力的变化而有所改变。如果这种变化超过了设定压力的10%到15%，就不能应用常规式安全阀，而应该使用平衡式安全阀作为替代。
API 520 推荐实施方法中给出了压力泄放阀的压力等级关系，见图9.3.1。
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3压力容器的要求压力容器安全泄压阀的典型特性
压力百分比
最大允许
积聚压力失火情况下的
（仅失火状态）最大排放压力
多阀安装时
最大允许
积聚压力制程应用时最大
（非失火状态）排放压力
- 单个安全阀
- 多个安全阀
单阀安装时
最大允许带补充载荷安全阀
积聚压力的最大允许设定压力
（非失火状态）（失火状态）
超过压力（最大）
带补充载荷安全阀
的最大允许设定压力
（制程应用）
超过压力（典型）
最大允许工作压力或设计压力（水压试验压力为单个安全阀的
最大允许设定压力
150%NWP）（平均）
开始起跳
等于最大正常
工作压力启闭压差（典型）
回座力
单个安全阀的
回座压力（典型）
标准泄露（密封）
试验压力
±3%
图9.3.1 压力泄放阀的压力等级关系（API 520）
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安全阀的设定
对大多数类型的安全阀来说，允许使用空气或气体进行安全阀的设定。通常使用一个特殊构造的试验平台，可以方便快速的安装安全阀，以便在所需的设定压力下进行安全阀的整定，以及随后的锁定和铅封工作。
除一般性的安全考虑外，对安全阀最重要的要求就是使用质量合格的仪器仪表和经过定期校准的现场系统。所有安全阀的标准都明确规定了整定压力的容许偏差（典型在±3%附近），这一结果必须遵守。此外，试验环境应清洁，没有灰尘，并且相对安静。
整定用流体的来源各不相同，从压缩气体罐一直到增强装置和连接于工业用压缩空气主管的收集容器。对于后者的情况，空气必须干净，不含油和水分。
还应注意的是对排量试验没有什么特别的要求。试验平台只是简单地达到整定压力的要求。通常情况是在整定压力下听是否有“滋滋”的声音。在进行调整时，不管是金属阀座的安全阀，还是软密封阀座的安全阀，阀瓣绝对不允许接触在阀座或喷嘴上旋转，否则会轻易地造成损坏，达不到良好的关闭效果。因此为了防止上述情况的发生应在夹紧阀杆的同时旋转调节螺丝。
符合ASME I蒸汽锅炉安全阀的允许设定程序有着基本的差别，那就是为了获得National Board的认证以及在安全阀阀体上敲‘V’钢印，这些安全阀必须用蒸汽在试验台上进行测试，不但要达到所要求的整定压力，而且要达到足够的排量以显示安全阀的突跳点和回座点。这一过程必须符合已验收的和受控的质量程序。对于ASME VIII安全阀（阀体上‘UV’钢印），如果设定者具有蒸气测试设施，这些安全阀也必须用蒸气在试验台上进行测试。如果没有，也允许用空气或气体进行设定。符合ASME VIII标准的安全阀用于液体系统时，合适的液体，通常为水，必须用于设定目的。
安全阀带有调节环时，应按照制造厂商提供的推荐确立设定位置，密封锁定柱销。
铅封
如果一个安全阀，没有指出适用于特别的标准，铭牌或支持文件上也没有任何的标准参考，对该安全阀的设定人员没有什么限制。这样的阀门通常用来显示某一
已经达到的压力，也不作为安全阀来应用。
如果一个安全阀，已经被权威机构独立地认证过，符合
某一特定的标准，那么安全阀的设定和铅封工作也是认证的
一部分。这种情况下，必须由制造商或是制造商认可的，按
双方同意的质量程序进行工作的代理机构来设定，还必须使
用经过制造商或认证机构审批的测试设备。
为了防止非权威性的更改或是损坏，大多数标准都规定
在安全阀设定之后进行封识。
最普通的封识方法是使用封识金属丝把阀帽和弹簧外罩
（阀盖）以及阀盖和阀体连接起来。也可用封识金属丝锁定
调节环柱销。
接着金属丝被铅封，这样就能在上面标记设定机构的商
标印记。图9.3.2 阀帽上的铅封安全阀的位置
为了确保受安全阀保护的任何系统或设备不会超过其最大允许积聚压力，必须仔细考虑安全阀在系统中的安装位置。由于应用的千差万别，并没有绝对的规则来说明安全阀必须布置在何处，因此每一个应用都需要分别考虑。
普通的蒸汽系统安全阀用来保护减压站下游的工艺设备。两种的可能布置方式如图9.3.3所示。
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安全阀
(a)
安全阀
(b)
图9.3.3 安全阀在减压站中的安装位置
安全阀本身可以布置在减压站以内，即安装在下游截止阀之前，如图9.3.3（a）所示，或更下游的位置，靠近设备，如图9.3.3（b）所示。安全阀安装在下游截止阀前有以下的好处：
通过关闭下游截至阀，安全阀可以在线检测，即使安全阀测试失败，也没有下游设备超压的可能性。当在线测试时，安全阀不需要从系统中拆下来，然后放到试验台上进行测试，这样节省了金钱和时间。
当PRV是在无负载条件下调节压力的，可观察安全阀的运行情况，因为这样的条件下，安全阀最可能发生“频跳”的现象。一旦发生这样的情况，PRV的压力应调整到低于安全阀的回座压力。
任何下游增加的设备本质上也受保护了。只有MAWP较低的设备才需要额外的保护。这具有很大的成本优势。
但有时在实际应用中也需要把安全阀布置于靠近设备蒸汽进口的地方。当PRV为几个设备服务时，确实需要在每个下游设备的进口处安装单独的安全阀。
以下几点可用作指导方针：如果减压阀后只有一个设备，设备的MAWP小于PRV的供汽压力，该设备必须安装安全阀，而且要布置在接近蒸汽进口的地方。
如果PRV后连接了几个设备，而且任何一个设备的MAWP要小于PRV的供汽压力，那么减压站要布置安全阀，其设定压力为连接设备的最低MAWP，或者每一个受影响的设备都必须安装安全阀。
安全阀必须布置在压力不能通过其它途径积聚在设备中的地方，例如，通过单独的蒸汽管道或旁通管。当涉及到安全时是否每一种安装方法都值得特别的考虑还需要讨论，但是以下的应用和情况有些不同寻常，值得考虑：
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失火 - 任何压力容器都应在火灾时受到保护、防止超压。尽管安装的用于运行保护的安全阀也能提供失火条件下的保护，这种情况还需特别的考虑，这一部分的内容超出了本章节的范围。
放热应用 - 安全阀必须安装在接近设备蒸汽进口的地方或直接安装在设备上。没有其它选择。安全阀作为警告设施 - 有时安全阀安装在系统中仅作为警告设施。它们不需要在负载故障时排放，而仅是为了运行的原因发出压力超过正常工作压力的报警。在这样的应用中，安全阀设在报警压力，仅用最小口径的安全阀即可。如果布置这样安全阀的系统还有超过最大允许工作压力的危险，必须按常规的方法安装另外的保护用安全阀。例 9.3.2
为了证明安全阀安装位置的重要性，以用于排除加热容器内冷凝水的自动疏水阀泵（见第14章）为例进行说明。自动疏水阀泵（APT）结合了机械式回收泵，使用蒸汽作为动力源把冷凝水输送至回收系统。安全阀的位置取决于APT的MAWP和其本身所需要的动力蒸汽压力。
如果APT的MAWP大于或等于容器的MAWP，可如图9.3.4所示那样布置。
安全阀‘A’容器
自动疏水阀泵
MAWP 4.5 bar g
图9.3.4 用于自动疏水阀泵和制程容器的减压站布置
如果疏水阀泵的动力蒸汽压力低于0.5 bar（安全阀的设定压力减去0.1 bar的关闭余量），这样的布置是合适的。因为APT和容器的MAWP均高于安全阀的设定压力，只用一个安全阀就可以起到保护系统的作用。
但是，如果疏水阀泵的动力蒸汽压力大于0.5 bar，APT就必须从PRV的上游高压侧取汽，然后再减压至更合适的压力，可仍大于APT 4.5 bar的MAWP。图9.3.5中所示的布置方式适合这样的应用。
此时需要两个单独的减压站，每个布置了单独的安全阀。如果APT的内部件失效，4 bar g的蒸汽进入APT，然后进入容器内，安全阀“A”将释放此压力，保护容器。安全阀“B”不会启跳，因为APT内的压力低于它的设定压力，是可接受的。
安全阀‘A’
容器4 bar g自动疏水阀泵
MAWP
4.5 bar g
图9.3.5 用2个PRV减压站的自动疏水阀泵和压力容器系统
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需要说明的是，安全阀“A”布置在温度控制阀的下游，这是为了安全和运行的原因：
安全 - 如果APT的内部件失效，即使控制阀在关闭状态安全阀仍将泄放容器内的压力。
运行 - 如此安装时很少有安全阀“A”频跳的可能，因为控制阀后的压力要比阀前的低。
此外，如果疏水阀泵的MAWP大于减压阀“A”的上游压力，安全阀“B”可从系统中取消掉，但是安
全阀“A”必须按照同时经过减压阀“B”和减压阀“A”的失效排量来选型。
例9.3.3
制药厂在同一生产线上有12个夹套锅，它们的MAWP都相同。安全阀应安装在什么位置？
其中一个解决方案就是在每一个夹套锅的进口处布置一个安全阀（见图9.3.6）。此例中，每一个安全阀应按减压阀失效开启而同时其余11个夹套锅关闭情况下能流通整个负载流量来选型。等
图9.3.6 使用单独安全阀保护加热锅
由于所有的夹套锅具有相同的MAWP，也可以在减压阀后安装一个安全阀（见图9.3.7）。
等
图9.3.7 仅用一个安全阀保护加热锅
如果系统增加了一个MAWP低于夹套锅的设备（例如一个管壳式换热器），就有必要增加一个安全阀。这个安全阀应设定一个合适的较低的设定压力，按经过温度控制阀的失效流通量来选型（见图9.3.8）。
等
图9.3.8 系统增加设备后安全阀的布置方式
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Questions
1. Which of the following are the most important criteria in determining the set pressure of a safety valve?
i. The MAWP of the system must never be exceededii. The MAAP of the system must never be exceedediii. The NWP of the system must never be exceeded
a| i only b| ii only c| i and ii d| i, ii and iii
2. The manufacturer of a heating vessel states that the maximum allowable working pressure (MAWP) of the vessel is 6.0 bar g, and the maximum allowable accumulation pressure is 6.3 bar g (5% of the MAWP).
If a safety valve used to protect the vessel has an overpressure of 10%, which set pressure would be selected?
a| 5.7 bar b| 6.0 bar c| 6.3 bar d| 6.5 bar
3. Determine the set pressure of a safety valve to be installed in a pressure reducing valve station, given the following conditions and
ensuring that the set pressure is as close to the PRV working pressure as possible:
Normal working pressure PRV proportional band Blowdown
7.4 bar g0.2 bar5%
MAWP of downstream apparatus 8.5 bar g
a| 8.0 bar b| 8.1 bar c| 8.2 bar d| 8.5 bar
4. The required set pressure of a conventional safety valve is 8.5 bar g,
if however, the valve experiences a constant backpressure of 1.0 bar g, at which pressure should the valve be set on the test stand? a| 7.5 bar b| 8.5 bar c| 9.5 bar d| 10.5 bar
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5. Which location would be the most appropriate position for a safety valve installed to protect a single temperature controlled heating vessel?
a| A b| B c| C d| D
6. Who is permitted to adjust the settings of a safety valve approved by a notified body, to a specific standard?
a| Any suitable person provided with the necessary tools b| Only the certifying body c| Only the manufacturer
d| The manufacturer or an agent approved by the manufacturer
1:b, 2: a, 3: b, 4: a, 5: d, 6: d
Answers
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安全阀的选择
由于安全阀的种类繁多，选择一个满足于给定应用下特定要求的安全阀几乎没有什么困难。一旦选择了合适的安全阀，必须确定安全阀正确的排放压力和排量，同时也要确定合适的口径和设定压力。
选择合适的安全阀受下面几个因素的影响：
成本 - 当选择应用于非关键性场合的安全阀时，这是一个最显而易见的考虑因素。进行价格比较时，必须同时考虑安全阀排量和口径。正如前一章节说述，即使相同的安全阀进口连接口径，但不同的行程特性，排量之间也会有很大的差别。
排放系统的类型 - 如果安全阀排放至大气中，而不是连接到排放系统内，开式阀帽的安全阀可用于蒸汽、空气和无毒性气体系统。在这些应用中，通常需要微升杆。
对于不允许泄放到大气中去的气体或液体应用，必须采用闭式阀帽。在这样的应用中，必须使用封闭/气密端盖或填料密封微升杆。
对于存在明显附加背压力的系统（通常在制程行业中排放至集管的情况），需要平衡波纹管或活塞式安全阀。
安全阀的结构型式 - 半喷嘴形安全阀适合于压力适中的无毒、无腐蚀性介质，而全喷嘴形安全阀主要用于腐蚀性介质或系统压力非常高的工艺制程行业。对于腐蚀性流体或高温的应用，还需要一些特殊的材质。
动作特性 - 根据不同的应用，安全阀的性能要求也有所不同，因此必须相应地选择不同的安全阀。蒸汽锅炉用安全阀，通常要求较小的超过压力，一般只有3%或5%。而对于绝大多数其它的应用，10%的超过压力就可以了。根据API 520标准，对于诸如着火保护等特殊应用，大口径的安全阀也允许20%的超过压力。液体系统安全阀的超过压力普遍为10%或25%，启闭压差最大为20%。
认证 - 对于许多安全阀的应用，最终用户都要规定安全阀的结构型式和性能所遵循的规范和标准。通常这需要独立第三方权威机构的认证，以确保满足对应标准的要求。
设定和密封性
为了正确地确定设定压力，必须仔细考虑以下几点：
正常工作压力(NWP) - 在满负载条件下系统内的运行压力。
最大允许工作压力(MAWP) - 有时也称作安全工作压力(SWP)或系统的设计压力。这是正常运行条件下系统可能出现的最大压力（与最高的工作温度有关）。
最大允许积聚压力(MAAP) - 按照系统的设计标准，系统允许达到的最大压力。MAAP通常用MAWP的百分数来表示。
蒸汽用设备的MAAP通常要比MAWP高10%，但也不总是如此。如果MAWP不知道的话，将要联系负责该设备的权威机构。如果MAAP也无法确定的话，它不能考虑高于MAWP。
设定压力(PS) - 也称作整定压力，即安全阀开始启跳的压力。
排放压力(PR) - 安全阀达到最大排量时的压力。这是设定压力(PS)和超过压力(PO)之和。
超过压力(PO) - 超过压力为安全阀设计启跳的设定压力的百分比。
当确定安全阀的设定压力时，必须考虑两个基本的限制因素：
1.设定压力必须足够低，以确保排放压力不会超过系统的最大允许积聚压力(MAAP)。2.设定压力必须足够高，以保证在系统正常工作压力(NWP)以上有足够的余量使安全阀可以自行关闭。但是，设定压力不能超过系统的最大允许工作压力(MAWP)。为了满足第一个限制条件，需要考虑超过压力百分比和MAAP百分比（通常表示为MAWP的百分比）的相对数量。这有两种可能出现的情况： 安全阀超过压力的百分比小于或等于系统MAAP的百分比 - 这就意味着安全阀的设定压力可以等于系统的MAWP，因为排放压力总是低于实际的MAAP。
例如，如果安全阀的超过压力为5%，系统的MAAP超过MAWP的10%，选择的设定压力可以等于MAWP。在这种情况下，排放压力（等于设定压力＋5%超过压力）将低于MAAP，满足条件。
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需要说明的是，如果MAAP的百分比大于超过压力的百分比，设定压力仍是MAWP，这是因为如果设定压力提高至MAWP以上，这将违反这二个限制条件。
安全阀超过压力的百分比大于系统MAAP的百分比 - 此时，设定压力等于MAWP将说明排放压力大于MAAP，因此设定压力必须低于MAWP。
例如，如果安全阀的超过压力为25%，而系统的MAAP只有10%，设定压力等于MAWP的话，排放压力将比MAAP高出15%。此时正确的设定压力应比MAWP低15%。
表9.3.1总结出在第一个限制因素基础上如何确定设定压力。
表9.3.1 根据安全阀超过压力和设备MAAP确定设定压力
设备 MAAP
5% MAWP 95% MAWP 90% MAWP 85% MAWP 80% MAWP
除非明确了工作条件，否则为了满足第二个限制因素，安全阀的设定压力总是要高于正常的工作压力一些，为启闭压差留出一定的余量。安全阀的设定压力仅仅高于正常工作压力将导致安全阀启跳排放后很差的密闭性。
当系统的工作压力和安全阀的设定压力极有可能非常接近时，通常推荐在回座压力和正常工作压力之间至少要有0.1 bar的余量，确保安全阀紧密的关闭力。这也叫做“关闭余量”。此时在加上0.1 bar的余量之前还要考虑系统工作压力的任何波动。当安全阀安装于减压阀（PRV）和其它比例带相对较大的控制阀之后时，就会出现这种压力的波动。
实际应用中，所有的控制系统都会存在一定量的与比例带有关的比例偏差（关于比例偏差的详细
说明，见第五章控制理论）。如果一个自作用PRV是在满负载条件下调节的，无负载时的控制压力将明显高于设定的压力。反之，如果在无负载时调节减压阀，满负载的系统压力将低于设定的压力。
以一个最大比例带仅0.2 bar的先导式PRV为例，满负载时控制压力设定在5.0 bar，没有负载的系统压力将升高至5.2 bar。相应的，如果控制压力5.0 bar是在无负载时设定的，满负载条件下同一个阀门将控制在4.8 bar的压力。
确定安全阀的设定压力时，如果PRV的控制压力是在无负载情况下调节的，那么就不需要考虑比例偏差。但如果PRV是在满负载时调节控制压力的话，就必须考虑PRV比例偏差引起的下游压力的增加（见例
9.3.1）。
压力控制偏差的大小取决于使用的控制阀和压力控制器的类型。因此知道上游控制阀的比例带以及该阀门的调试情况是非常重要的。
例 9.3.1
安全阀安装于PRV之后，其设定压力与PRV的工作压力非常接近。已知下面的参数，确定安全阀最合适的设定压力：
PRV的设定压力: 6.0 bar (满负载条件下)
PRV的比例带: 0.3 bar，PRV工作压力之上
安全阀的启闭压差: 10%
答案：
既然要确保安全阀的设定压力与PRV的工作压力尽可能的接近，就应选择这样的安全阀：回座压力仅高于PRV的工作压力（考虑比例偏差），以及0.1 bar的关闭余量。
首先，要考虑比例偏差的影响，正常的最大工作压力将是：
6.0 bar + 0.3 bar = 6.3 bar (NWP)
再加上0.1 bar的关闭余量，回座压力要比6.4 bar高出10%。本例中，安全阀的设定压力就是：
110
100 x 6.4 bar = 7.04 bar
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9.3
因此，设定压力选择为7.04 bar，假设这没有超过受保护系统的MAWP。
注意: 如果PRV是在无负载条件下设定在6.0 bar，安全阀的启闭压差为10%时，则安全阀的设定压力将是：
110 x (6.0 + 0.1) = 6.71 bar如果常规安全阀有着固定的排放背压力，其设定压力的有效性将会降低，等效于背压力。为了进行补偿，所需要的设定压力必须增加与背压力等效的部分。冷态试验差设定压力因此为：背压对设定压力的影响
式中：
CDSP
RISP
CBP = 冷态试验差设定压力；= 需要实际安装的设定压力；= 固定的背压力。对于附加背压力变化的情况，设定压力的有效性随着背压力的变化而有所改变。如果这种变化超过了设定压力的10%到15%，就不能应用常规式安全阀，而应该使用平衡式安全阀作为替代。
API 520 推荐实施方法中给出了压力泄放阀的压力等级关系，见图9.3.1。
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3压力容器的要求压力容器安全泄压阀的典型特性
压力百分比
最大允许
积聚压力失火情况下的
（仅失火状态）最大排放压力
多阀安装时
最大允许
积聚压力制程应用时最大
（非失火状态）排放压力
- 单个安全阀
- 多个安全阀
单阀安装时
最大允许带补充载荷安全阀
积聚压力的最大允许设定压力
（非失火状态）（失火状态）
超过压力（最大）
带补充载荷安全阀
的最大允许设定压力
（制程应用）
超过压力（典型）
最大允许工作压力或设计压力（水压试验压力为单个安全阀的
最大允许设定压力
150%NWP）（平均）
开始起跳
等于最大正常
工作压力启闭压差（典型）
回座力
单个安全阀的
回座压力（典型）
标准泄露（密封）
试验压力
±3%
图9.3.1 压力泄放阀的压力等级关系（API 520）
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
安全阀的设定
对大多数类型的安全阀来说，允许使用空气或气体进行安全阀的设定。通常使用一个特殊构造的试验平台，可以方便快速的安装安全阀，以便在所需的设定压力下进行安全阀的整定，以及随后的锁定和铅封工作。
除一般性的安全考虑外，对安全阀最重要的要求就是使用质量合格的仪器仪表和经过定期校准的现场系统。所有安全阀的标准都明确规定了整定压力的容许偏差（典型在±3%附近），这一结果必须遵守。此外，试验环境应清洁，没有灰尘，并且相对安静。
整定用流体的来源各不相同，从压缩气体罐一直到增强装置和连接于工业用压缩空气主管的收集容器。对于后者的情况，空气必须干净，不含油和水分。
还应注意的是对排量试验没有什么特别的要求。试验平台只是简单地达到整定压力的要求。通常情况是在整定压力下听是否有“滋滋”的声音。在进行调整时，不管是金属阀座的安全阀，还是软密封阀座的安全阀，阀瓣绝对不允许接触在阀座或喷嘴上旋转，否则会轻易地造成损坏，达不到良好的关闭效果。因此为了防止上述情况的发生应在夹紧阀杆的同时旋转调节螺丝。
符合ASME I蒸汽锅炉安全阀的允许设定程序有着基本的差别，那就是为了获得National Board的认证以及在安全阀阀体上敲‘V’钢印，这些安全阀必须用蒸汽在试验台上进行测试，不但要达到所要求的整定压力，而且要达到足够的排量以显示安全阀的突跳点和回座点。这一过程必须符合已验收的和受控的质量程序。对于ASME VIII安全阀（阀体上‘UV’钢印），如果设定者具有蒸气测试设施，这些安全阀也必须用蒸气在试验台上进行测试。如果没有，也允许用空气或气体进行设定。符合ASME VIII标准的安全阀用于液体系统时，合适的液体，通常为水，必须用于设定目的。
安全阀带有调节环时，应按照制造厂商提供的推荐确立设定位置，密封锁定柱销。
铅封
如果一个安全阀，没有指出适用于特别的标准，铭牌或支持文件上也没有任何的标准参考，对该安全阀的设定人员没有什么限制。这样的阀门通常用来显示某一
已经达到的压力，也不作为安全阀来应用。
如果一个安全阀，已经被权威机构独立地认证过，符合
某一特定的标准，那么安全阀的设定和铅封工作也是认证的
一部分。这种情况下，必须由制造商或是制造商认可的，按
双方同意的质量程序进行工作的代理机构来设定，还必须使
用经过制造商或认证机构审批的测试设备。
为了防止非权威性的更改或是损坏，大多数标准都规定
在安全阀设定之后进行封识。
最普通的封识方法是使用封识金属丝把阀帽和弹簧外罩
（阀盖）以及阀盖和阀体连接起来。也可用封识金属丝锁定
调节环柱销。
接着金属丝被铅封，这样就能在上面标记设定机构的商
标印记。图9.3.2 阀帽上的铅封安全阀的位置
为了确保受安全阀保护的任何系统或设备不会超过其最大允许积聚压力，必须仔细考虑安全阀在系统中的安装位置。由于应用的千差万别，并没有绝对的规则来说明安全阀必须布置在何处，因此每一个应用都需要分别考虑。
普通的蒸汽系统安全阀用来保护减压站下游的工艺设备。两种的可能布置方式如图9.3.3所示。
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
安全阀
(a)
安全阀
(b)
图9.3.3 安全阀在减压站中的安装位置
安全阀本身可以布置在减压站以内，即安装在下游截止阀之前，如图9.3.3（a）所示，或更下游的位置，靠近设备，如图9.3.3（b）所示。安全阀安装在下游截止阀前有以下的好处：
通过关闭下游截至阀，安全阀可以在线检测，即使安全阀测试失败，也没有下游设备超压的可能性。当在线测试时，安全阀不需要从系统中拆下来，然后放到试验台上进行测试，这样节省了金钱和时间。
当PRV是在无负载条件下调节压力的，可观察安全阀的运行情况，因为这样的条件下，安全阀最可能发生“频跳”的现象。一旦发生这样的情况，PRV的压力应调整到低于安全阀的回座压力。
任何下游增加的设备本质上也受保护了。只有MAWP较低的设备才需要额外的保护。这具有很大的成本优势。
但有时在实际应用中也需要把安全阀布置于靠近设备蒸汽进口的地方。当PRV为几个设备服务时，确实需要在每个下游设备的进口处安装单独的安全阀。
以下几点可用作指导方针：如果减压阀后只有一个设备，设备的MAWP小于PRV的供汽压力，该设备必须安装安全阀，而且要布置在接近蒸汽进口的地方。
如果PRV后连接了几个设备，而且任何一个设备的MAWP要小于PRV的供汽压力，那么减压站要布置安全阀，其设定压力为连接设备的最低MAWP，或者每一个受影响的设备都必须安装安全阀。
安全阀必须布置在压力不能通过其它途径积聚在设备中的地方，例如，通过单独的蒸汽管道或旁通管。当涉及到安全时是否每一种安装方法都值得特别的考虑还需要讨论，但是以下的应用和情况有些不同寻常，值得考虑：
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
失火 - 任何压力容器都应在火灾时受到保护、防止超压。尽管安装的用于运行保护的安全阀也能提供失火条件下的保护，这种情况还需特别的考虑，这一部分的内容超出了本章节的范围。
放热应用 - 安全阀必须安装在接近设备蒸汽进口的地方或直接安装在设备上。没有其它选择。安全阀作为警告设施 - 有时安全阀安装在系统中仅作为警告设施。它们不需要在负载故障时排放，而仅是为了运行的原因发出压力超过正常工作压力的报警。在这样的应用中，安全阀设在报警压力，仅用最小口径的安全阀即可。如果布置这样安全阀的系统还有超过最大允许工作压力的危险，必须按常规的方法安装另外的保护用安全阀。例 9.3.2
为了证明安全阀安装位置的重要性，以用于排除加热容器内冷凝水的自动疏水阀泵（见第14章）为例进行说明。自动疏水阀泵（APT）结合了机械式回收泵，使用蒸汽作为动力源把冷凝水输送至回收系统。安全阀的位置取决于APT的MAWP和其本身所需要的动力蒸汽压力。
如果APT的MAWP大于或等于容器的MAWP，可如图9.3.4所示那样布置。
安全阀‘A’容器
自动疏水阀泵
MAWP 4.5 bar g
图9.3.4 用于自动疏水阀泵和制程容器的减压站布置
如果疏水阀泵的动力蒸汽压力低于0.5 bar（安全阀的设定压力减去0.1 bar的关闭余量），这样的布置是合适的。因为APT和容器的MAWP均高于安全阀的设定压力，只用一个安全阀就可以起到保护系统的作用。
但是，如果疏水阀泵的动力蒸汽压力大于0.5 bar，APT就必须从PRV的上游高压侧取汽，然后再减压至更合适的压力，可仍大于APT 4.5 bar的MAWP。图9.3.5中所示的布置方式适合这样的应用。
此时需要两个单独的减压站，每个布置了单独的安全阀。如果APT的内部件失效，4 bar g的蒸汽进入APT，然后进入容器内，安全阀“A”将释放此压力，保护容器。安全阀“B”不会启跳，因为APT内的压力低于它的设定压力，是可接受的。
安全阀‘A’
容器4 bar g自动疏水阀泵
MAWP
4.5 bar g
图9.3.5 用2个PRV减压站的自动疏水阀泵和压力容器系统
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
需要说明的是，安全阀“A”布置在温度控制阀的下游，这是为了安全和运行的原因：
安全 - 如果APT的内部件失效，即使控制阀在关闭状态安全阀仍将泄放容器内的压力。
运行 - 如此安装时很少有安全阀“A”频跳的可能，因为控制阀后的压力要比阀前的低。
此外，如果疏水阀泵的MAWP大于减压阀“A”的上游压力，安全阀“B”可从系统中取消掉，但是安
全阀“A”必须按照同时经过减压阀“B”和减压阀“A”的失效排量来选型。
例9.3.3
制药厂在同一生产线上有12个夹套锅，它们的MAWP都相同。安全阀应安装在什么位置？
其中一个解决方案就是在每一个夹套锅的进口处布置一个安全阀（见图9.3.6）。此例中，每一个安全阀应按减压阀失效开启而同时其余11个夹套锅关闭情况下能流通整个负载流量来选型。等
图9.3.6 使用单独安全阀保护加热锅
由于所有的夹套锅具有相同的MAWP，也可以在减压阀后安装一个安全阀（见图9.3.7）。
等
图9.3.7 仅用一个安全阀保护加热锅
如果系统增加了一个MAWP低于夹套锅的设备（例如一个管壳式换热器），就有必要增加一个安全阀。这个安全阀应设定一个合适的较低的设定压力，按经过温度控制阀的失效流通量来选型（见图9.3.8）。
等
图9.3.8 系统增加设备后安全阀的布置方式
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
Questions
1. Which of the following are the most important criteria in determining the set pressure of a safety valve?
i. The MAWP of the system must never be exceededii. The MAAP of the system must never be exceedediii. The NWP of the system must never be exceeded
a| i only b| ii only c| i and ii d| i, ii and iii
2. The manufacturer of a heating vessel states that the maximum allowable working pressure (MAWP) of the vessel is 6.0 bar g, and the maximum allowable accumulation pressure is 6.3 bar g (5% of the MAWP).
If a safety valve used to protect the vessel has an overpressure of 10%, which set pressure would be selected?
a| 5.7 bar b| 6.0 bar c| 6.3 bar d| 6.5 bar
3. Determine the set pressure of a safety valve to be installed in a pressure reducing valve station, given the following conditions and
ensuring that the set pressure is as close to the PRV working pressure as possible:
Normal working pressure PRV proportional band Blowdown
7.4 bar g0.2 bar5%
MAWP of downstream apparatus 8.5 bar g
a| 8.0 bar b| 8.1 bar c| 8.2 bar d| 8.5 bar
4. The required set pressure of a conventional safety valve is 8.5 bar g,
if however, the valve experiences a constant backpressure of 1.0 bar g, at which pressure should the valve be set on the test stand? a| 7.5 bar b| 8.5 bar c| 9.5 bar d| 10.5 bar
第9安全阀 安全阀的选择章节9.3
5. Which location would be the most appropriate position for a safety valve installed to protect a single temperature controlled heating vessel?
a| A b| B c| C d| D
6. Who is permitted to adjust the settings of a safety valve approved by a notified body, to a specific standard?
a| Any suitable person provided with the necessary tools b| Only the certifying body c| Only the manufacturer
d| The manufacturer or an agent approved by the manufacturer
1:b, 2: a, 3: b, 4: a, 5: d, 6: d
Answers
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