探討ASME I型鍋爐使用ASME VIII泄壓閥的潛在風險

本文討論了在按照ASME第I部分標準設計的鍋爐上安裝ASME第VIII部分泄壓閥是不正確且具有潛在危險的原因，并強調了這兩種閥門之間的重要區別。

滿足ASME規范第I部分的要求

一些行業中常見的錯誤是在按照ASME規范第I部分標準建造的鍋爐上使用按照ASME規范第VIII部分設計的泄壓閥。

根據ASME規范第I部分的要求設計的泄壓閥

與根據ASME規范第VIII章設計的閥門相比，根據ASME規范第I章設計的閥門需要遵守更嚴格的標準。 因此，為滿足這些要求，這些閥門的工程設計更為復雜。

例如，ASME規范第I部分將超壓限制在3%或2psi（以較大者為準），而ASME規范第VIII部分則允許10%或3psi（以較大者為準）。如果泄壓閥的開啟值與鍋爐的最大允許工作壓力(MAWP)相同，則ASME規范第八章允許的較高超壓（10%）將超過ASME規范第一章允許的最大累積壓力（6%）。

與ASME第VIII章節相比，ASME第I章節對另一個參數的要求更為嚴格。雖然最終用戶不再要求提供排氣量值，只有在閥門流量能力認證測試階段才需要制造商提供排氣量值，但ASME第I章還是規定了4%～6%之間的最大排氣量值，具體取決于閥門的調節壓力范圍。

相比之下，ASME第VIII章節對氣體和蒸汽規定了固定的最大吹掃值，即7%或3psi（以較大者為準）。因此，根據ASME第VIII章規范設計的閥門不應安裝在根據ASME第I章標準設計的鍋爐上，其主要原因是ASME第VIII章泄壓閥不符合強制性最低過壓和排污要求。

ASME第I部分規定，最小排氣量為2psi或設定壓力的2%，以確保閥門穩定、無顫動地運行。相比之下，ASME第VIII章節則不要求最低排氣量。在鍋爐閥門中，小于2%或2psi的排氣量會導致閥芯在相同的開啟壓力值下撞擊噴嘴和流向，從而導致閥芯沒有提升行程。

因此，閥門無法釋放所需的流量，進一步增加了鍋爐內部的壓力。抖動會損壞閥門部件、閥門與管道的緊固件以及相鄰管道。

更復雜的鍋爐閥門工程

壓力釋放閥符合ASME規范第八節的要求

在ASME VIII閥門中，10%的超壓或3psi（以較大者為準）可達到最大流量。如果將超壓值降至3%，以滿足ASME第一節的要求，則所需的最小噴嘴面積會增加。因此，ASME第VIII章節閥門無法達到閥瓣的全部提升行程，從而無法在3%超壓時實現最大流量。

與根據ASME規范第VIII章設計和制造的閥門相比，為鍋爐設計的泄壓閥由于工程設計更為復雜，因此可以在較低的超壓值下實現最大流量。

將這兩種設計作進一步比較，考慮一個噴嘴通道面積為2.853平方英寸的L型孔板閥。閥瓣總提升行程相當于噴嘴喉部直徑的25%。當達到該沖程百分比時，噴嘴喉部形成的面積與閥片總提升沖程形成的面積相等。因此，閥門的流量受到噴嘴喉部面積而不是閥瓣提升行程的物理限制。

在此示例中，對于L孔徑相當于48.4毫米的噴嘴，閥瓣25%的提升行程為12.1毫米。換言之，噴嘴喉部面積和閥瓣總提升行程所形成的面積均為1839.9平方毫米。即使閥瓣行程更大，閥門的流量仍會受到噴嘴喉部面積的限制。從理論上講，兩種設計（ASME第I節和ASME第VIII節）都能達到相同的最大閥瓣總提升行程，但超壓值不同，因此流量能力值也不同。

上例中的噴嘴面積值是API標準526規定的有效值，主要適用于保護按照ASME第VIII章建造的壓力容器的閥門。不過，制造商的實際值可能略大于API標準526公布的值。許多鍋爐閥門制造商僅使用API標準526公布的部分孔口面積值作為參考，但輸入和輸出連接的尺寸(NPS)并不遵循API中定義的值。因此，APIStd.526中定義的按照ASME規范第八節建造的閥門的中心到端面尺寸并不是鍋爐閥門的參考值。在鍋爐閥門中，這些中心到端面的尺寸是由閥門制造商單獨標準化的；但是，沒有與API類似的標準來標準化這些尺寸。

超壓和排污

安裝在鍋爐汽包上的兩個安全閥要滿足ASME規范第一節PG67.1段的要求

較高的超壓（根據ASMEVIII標準）加上較高的排污值，會在泄壓過程中造成更大的蒸汽浪費。同時，它還會使鍋爐承受更高的壓力和溫度，從而可能造成熱損壞。因此，更大的排污量要求鍋爐產生更多的蒸汽來替代浪費的蒸汽。與此相反，根據ASME規范I章節要求設計和制造的泄壓閥具有更復雜的工程設計，可提供更低的過壓和更小的排氣量。這樣可以減少鍋爐暴露在壓力和溫度下的時間，最大限度地減少生產蒸汽的浪費。

通過閥門的最大泄壓（10%過壓）也是鍋爐內部的最大壓力。較低的過壓和排污還能防止鍋爐汽包內的水位升高，因為水位升高會導致泄壓閥在運行過程中打開時“帶入”內部部件。

為了進一步說明這一點，我們可以在設定壓力值相同、噴嘴通道孔徑相同，但超壓值不同的情況下比較流量能力值。超出噴嘴孔實際通道面積的泄壓（開啟壓力+過壓）決定了閥門的流通能力。通過改變超壓值，泄壓值也會隨之改變，從而改變閥門在3%或10%超壓時的流量。

例1：

鍋爐泄壓閥設定為在300psig(20.7barg)壓力下打開，超壓3%，閥嘴為“M”(3.6in²)：

—絕對泄壓壓力：323.7psia(22.3bara)

—飽和蒸汽時閥門的額定流量：52,692.27磅/小時（23,887.56千克/小時）

例2：

壓力容器泄壓閥的開啟壓力為300psig（20.7barg），超壓10%，閥嘴為“M”（3.6in²）：

—絕對泄壓壓力344.7psia(23.7bara)

—飽和蒸汽流量56110.7磅/小時（25437.26千克/小時）

規格和尺寸責任

根據泄壓閥安裝責任人的不同，第I節和第VIII節的要求也有所不同。對于新建工程，根據第I節的要求，鍋爐制造商負責通過填寫ASME表格P-7，或偶爾填寫表格P-2、P-3或P-3A（請參閱ASME第I節的第PG-112.2.8段，以及PG-16.2.4和PG-70.1）來確定閥門的規格和尺寸。鍋爐制造商擁有鍋爐汽化能力的相關信息。

相比之下，對于壓力容器，選擇和安裝泄壓閥或其他泄壓裝置（參見2019年版之前的ASME第VIII章中的UG-125(a)1至4段或2023年版中的UG-151(a至c)段）的責任在于最終用戶，因為他們掌握著有關其工藝的信息。不要求容器制造商提供過壓保護。

ASME雙認證閥門

流量通過ASMEVIII章節認證并具有雙重認證（ASMEI章節和ASMEVIII章節）、且銘牌上印有UV代號的閥門（用于非著火壓力容器），不能用于符合ASMEI章節的應用場合。

經批準用于符合ASME第一節（V類代號）和第十三節（UV類代號）應用的安全閥

其中一個保護鍋爐汽包的安全閥應符合ASME規范第一節PG67.1和PG71.1段的要求

為鍋爐安全正確選擇閥門

所有鍋爐都必須使用泄壓閥進行保護，泄壓閥的規格和尺寸必須符合ASME規范第一節的要求，以確保在必要時能夠完美運行。雖然根據ASME規范第八章設計的閥門也能釋放過高的壓力，但它們不能在僅有3%的超壓下提供泄壓，而這正是ASME規范第一章對鍋爐保護的強制性要求。

與根據ASME第VIII章設計的閥門相比，它們的開啟壓力容差也更小。此外，在保護鍋爐的閥門中，內部組件結構所用材料的選擇過程更為嚴格。對于閥體和閥蓋等其他組件，兩種閥門設計中的材料基本相同，且必須符合ASME第I節（2023年版）中的PG-73.3.3段和ASME第XIII節（2023年版）中的3.3.1段。在這兩種情況下，實際應用的材料都要參考ASME第二節。

總之，確保在鍋爐上安裝適當的泄壓閥至關重要，泄壓閥的設計和認證應符合ASME規范第I章的具體要求，以保證鍋爐的安全運行，并保護人員和設備免受與壓力過高相關的潛在危險。