API 526-2009与API 526-2002对比分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京航天动力研究所 作者:鲍鲜宇

  分析了API526-2009与API526-2002之间的主要变化内容,对主要的变化内容进行了归纳,分析了变化原因。

1、概述

  安全阀是各种锅炉、压力容器和压力管道等压力系统中不可缺少的一种安全装置,在石油、化工和电力等多个行业有着广泛的应用,现有安全阀大部分是按照美国石油学会(American Petroleum Institute-API)的标准设计、制造、试验和验收。API标准编委会定期的根据标准在实际生产中使用情况对已有标准进行更新再版,每个版本间都有变化。而API526-2009第6版与API526-2002第5版内容相比变动较大,不仅包括了规则说明的变化,附录说明的变化,还包括了压力-温度额定值的变化。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)发布此文的目的是介绍API526-2009与API526-2002的内容差异。

2、适用性

  API526作为法兰连接安全阀的采购标准,明确规定了安全阀买卖双方的职责,安全阀买方若根据需求依照此标准确定安全阀的规格进行采购,安全阀制造厂家必须严格按照此标准设计生产安全阀。作为采购环节中重要的依据标准,API526的变动直接关系到阀门制造厂家关键参数的选取。

  API526-2009版主要从概述、参考出版物、定义、职责、与标准不一致的要求、流道面积和代号、设计、材料、检查和工厂试验、标识和装运准备、压力-温度表格等章节对安全阀的采购过程中涉及的各个环节进行了详细的规定。其中压力-温度表格占主要内容,表格给出了弹簧载荷式安全阀和先导式安全阀两种类型,不同的流道类型在不同温度,不同进、出口通径和压力级,不同基体材料下的最高整定压力和最大出口压力值等参数。

3、主要内容变化

  3.1、弹簧选用规则

  在API526-2002版中,针对弹簧载荷式安全阀的弹簧选用要求是体现在压力-温度表中。在API526-2009版第8节材料要求中,对弹簧的材料选用情况进行了单独的论述。其具体要求为弹簧材料应该根据系统介质的工作温度选择(表1),除非环境条件和排放工况指明需要弹簧选择另一种材料。工作温度大于450℉时,API526-2002版中规定使用的弹簧材料只有高温合金钢,而API526-2009版中又加入了铬合金钢。

表1 API526-2009版弹簧材料选用表格

API526-2009版弹簧材料选用表格

  3.2、压力-温度表格

  3.2.1、数据来源

  在API526-2009版中,特别加入专为压力-温度表格说明的一节内容,主要从材料、温度、最大入口法兰压力值和最大出口法兰压力值4个方面对每项数据详细说明。其中关于最大入口法兰压力值提出了详细的说明。

  (1)表中的最大入口法兰压力依照ASMEB16.34得到,加括号的数值比ASMEB16.34中规定的数值略低。

  在API526-2009版中压力-温度值出现了加括号的值,指明了在括号中的数值较ASMEB16.34规定的数值略低。API526标准编委会在新版本中对于压力-温度值进行了明确的划分,对有些无法确认的整定压力数据做了更新,根据安全阀制造厂

  商提供的实际整定压力数据制定的,而非API526-2002版中完全按照ASMEB16.34中规定的压力-温度额定值,这样使得新版本中的压力-温度表格比上一版更加细致,严谨。

  (2)其他温度的进口法兰压力极限值使用附表B或者从ASMEB16.34的表格中的值插值计算,此值不能超过括号中的限制值,在温度范围内压力极限值的变化可能是非线性的。

  在API526-2009版中新加入了附录B压力-温度额定值曲线,根据ASMEB16.34-2004版提供的数据,列出了对于5种阀体材料碳钢、奥氏体不锈钢、镍/铜合金和20号合金钢在不同磅级下的压力-温度额定值曲线,对压力-温度表格中的数据来源给出了具体的说明。尤其是为了说明安全阀在低温工况时对应的压力-温度值来源,阀体材料为奥氏体不锈钢的压力-温度额定值曲线,温度下限从原有-20℉扩展到-450℉。

  3.2.2、数值说明

  关于最大出口法兰压力值同样提出了详细的说明。

  (1)最大出口法兰压力依照ASMEB16.34中100℉对应的压力极限值得到,加括号的数值比ASMEB16.34中100℉对应的数值略低。

  (2)其他温度的进口法兰压力极限值使用附表B或者从ASMEB16.34中得到,此值不能超过100℉对应的压力极限值,在温度范围内压力极限值的变化可能是非线性的。

  (3)平衡波纹管式安全阀的波纹管设计压力极限是对应100℉时的压力-温度值,对于其他温度的波纹管设计压力提出了补偿方法。

  3.2.3、数值变化

  在阀体材料相同时,弹簧载荷式安全阀的压力-温度表格的变化见表2,先导式安全阀的压力-温度表格变化见表3。

表2 弹簧载荷式安全阀压力-温度表格变动统计

弹簧载荷式安全阀压力-温度表格变动统计

  通过对两个版本的压力-温度表格变动的分析,可以将主要变动归结为以下几种情况。

  (1)对于大部分材质的弹簧载荷式安全阀,最大入口法兰压力值升高,尤其是较高磅级下的最大入口法兰压力值均升高。

  (2)对于个别阀体材料的弹簧载荷式安全阀,增加了较高磅级的规格。

表3 先导式安全阀压力-温度表格变动统计

先导式安全阀压力-温度表格变动统计

  (3)对于大部分材质的弹簧载荷式安全阀,最大出口法兰压力值均有不同程度的增加。

  (4)对于阀体材料为奥氏体不锈钢的先导式安全阀,在低温下对应的各磅级的最大入口法兰压力值变化较大,有升高或降低。

  (5)对于阀体材料为镍/铜合金的先导式安全阀,取消了较高磅级的规格。

  (6)对于阀体材料为镍/铜合金、20号合金钢的先导式安全阀,最大出口法兰压力值下降。

  3.2.4、变化原因

  在API526-2009中占变动趋势大部分的最大入口法兰压力值和最大出口法兰压力值升高的主要原因是由于ASMEB16.34发生了变化。API526中的压力-温度表格中的数据源自ASMEB16.34,而ASMEB16.34中所有压力-温度额定值均来源于ASME规范第Ⅱ卷材料规范中D性能篇中的数据。

  压力-温度额定值的计算方法在ASMEB16.34的非强制行附录B中明确规定,此方法对于不同组别的材料有不同的计算公式,在众多相关参数中,最关键的是材料的许用压力值,而材料许用压力值的确定方法来源于ASME规范第Ⅱ卷材料规范中D性能篇中强制性附录10中的规定。对于压力容器的适用材料许用应力值一般取min{σs/ns,σb/nb,σD/nD,σn/nn},其中σs,σb,σD,σn分别代表材料的屈服强度、抗拉强度、蠕变强度和疲劳强度,ns,nb,nD,nn分别代表屈服强度安全系数、抗拉强度安全系数、蠕变强度安全系数和疲劳强度安全系数。在ASME规范中对于采用ASME第Ⅱ卷材料标准制造的压力容器,虽然其材料的最大许用应力值在不同的温度下有着不同的选取准则,但是涉及到的关键参数都是屈服强度σs、屈服强度安全系数ns、抗拉强度σb和抗拉强度安全系数nb。对于现有大多数材料而言,σb/nb均小于σs/ns,所以真正决定材料许用应力值的是抗拉强度σb和抗拉强度系数nb。

  随着对压力容器材料的理论研究和科学实验的不断进步,在保障安全性前提下,从节省材料和商业竞争出发考虑,国际不同标准体系中的压力容器标准安全系数均有一定降低。ASME标准第1版中的抗拉强度安全系数nb为5,此后的抗拉强度安全系数nb一直逐步降低,截止2010版已降到2.4。

  API526-2009中的压力-温度表格数据源自ASMEB16.34-2004,ASMEB16.34-2004中所有压力-温度额定值均用2004版的ASME规范第Ⅱ卷材料规范中D性能篇中的数据重新计算。2004年ASME规范第Ⅱ卷材料中的D篇性能中抗拉强度安全系数nb从上一版的4.0降到3.5,因此导致压力容器材料最大许用应力普遍升高,所以导致API526-2009大部分压力-温度额定值升高。

  3.3、最大出口法兰压力值

  在API526-2009中新加入了对波纹管压力极限的说明,提出了对其他温度下的波纹管设计压力值的修正方法,对波纹管式弹簧载荷安全阀的采购标准进行了更新。具体要求为波纹管压力极限在波纹管极限一栏中使用100℉时波纹管的设计压力来表示。在其他温度下的波纹管压力值由在100℉时的压力值同附录C中的因数乘积决定。在附录C中给出了不同波纹管材料的安全阀在出口温度高于100℉时,安全阀的最大出口法兰压力的修正因数值,并对修正系数图给出了详细说明。

4、结语

  (1)API526-2009中,压力-温度表格中的大部分数值的提升以及磅级规格的更改,对安全阀制造厂商有着重要实际意义,能够在安全阀设计制造中大大提高现有结构的利用率,节省材料,提高经济性。

  (2)API526-2009中提出了对于高于100℉温度时的波纹管设计压力值的修正方法,对波纹管材料的选择提供了明确的设计依据,给出了足够的波纹管设计温度补偿余量,安全性得到了进一步的保障。

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