高灵敏度高压安全阀的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国人民解放军四八一二工厂 作者:柳国庆

  为保证高压压力系统的安全运行,给出一种高灵敏度42MPa 空压机用安全阀的设计实例。介绍了其技术参数确定、结构和性能设计的方法,探讨了高灵敏度42MPa 空压机用安全阀设计时应注意的问题,并给出相应对策。试验结果表明该安全阀灵敏、可靠。

1、前言

  安全阀是压力容器、压力管道和气体压缩机———压力系统中广泛选用的安全装置,用以防止系统压力超过允许的极限值,确保压力系统的安全运行。为此,要求安全阀工作时动作应灵敏,不出现频跳、颤振、卡阻等现象,并具有良好的回座特性。然而在实际使用中,安全阀时常出现故障,尤其是空压机用高压安全阀,其故障主要有:灵敏度不高、起跳压力变化大或不起跳———事故隐患、起跳后频跳、颤振、卡阻、不能回座。综合分析这些故障,产生故障的主要原因有:安全阀未定期校验、维护保养质量不能保证、结构设计和性能设计不合理。排除使用中管理方面的因素,难于解决的问题是安全阀的设计。

  安全阀设计是一个系统性问题,一方面要考虑安全阀本身的各种因素,另一方面还要考虑被保护系统的有关状况对其的影响。对于高压压力系统,为保证系统运行的安全性和设备制作的经济性,安全阀的设计应按高灵敏度等级设计,这是高压安全阀设计的重点,也是高压安全阀设计的难点。

  为此,本文将给出一种高灵敏度42MPa 空压机用安全阀的设计实例,介绍其技术参数的确定、结构和性能设计的方法,并探讨设计时应注意的问题和相应的解决对策。

2、技术参数的确定

  安全阀相关标准是安全阀设计的基本依据,技术参数应在满足标准要求的前提下,根据已知条件确定。

2.1、已知条件

  安全阀适用介质为空气,安全阀使用温度t≤100℃,空压机容积流量Q=480m3 /h,空压机工作压力P=40MPa。

2.2、压力值的确定

  空压机通过管道与压力容器连通,空压机末级安全阀压力的设置直接影响到压力容器或气瓶的设计压力,空压机安全阀与容器各压力的相互关系见图1。

安全阀与容器各压力的相互关系

图1 安全阀与容器各压力的相互关系

  通常情况下,安全阀分为一般的和高灵敏度2 种等级,不同等级的压力有较大差异,40MPa 压缩机的末级安全阀其各压力比较见表1。

表1 整定压力、排放压力和回座压力比较(MPa)

整定压力、排放压力和回座压力比较

  从安全阀与容器各压力的相互关系看,容器的设计压力等于安全阀的排放压力。而从表1 可以看出,在同样的工作压力下,一般等级安全阀的排放压力为48MPa,高灵敏度等级安全阀的排放压力仅为44MPa。也就是说,若安全阀设计按一般等级设计,容器、管道和空压机这些高压压力系统的设计压力为48MPa; 若安全阀设计按高灵敏度等级设计,容器、管道和空压机这些高压压力系统的设计压力为44MPa,比较两种高压压力系统的设计压力,相差达到10%(以工作压力40MPa为基准) 。

  由此可见,对于压力容器、压力管道和空压机,为保证这些高压压力系统运行的安全性,同时考虑设备制作的经济性,安全阀的设计应按高灵敏度等级设计,各压力值按高灵敏度等级选择如下:密封压力为40.0MPa ( 表压) ,整定压力为42.0MPa( 表压) ,排放压力为44.0MPa(表压) ,回座压力为38.0MPa(表压) 。

结语

  通过对该安全阀结构和性能进行详细设计,并进行了型式试验,试验结果表明该安全阀达到高灵敏度设计要求; 其中密封结构和弹簧的合理设计是保证高灵敏度的关键。下一步,对于工作压力25 ~ 40MPa、容积流量300~600m3/h 范围内的空压机,该安全阀能否拓展应用,还需进行试验验证。

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