泄壓閥基礎(chǔ)知識(shí)3——安全閥的操作基礎(chǔ)

在前兩期中，探討了彈簧式安全閥和先導(dǎo)式安全閥(POSRV)的基本原理及應(yīng)用場(chǎng)景。作為小編翻譯整理Baker Hughes工程師介紹的三種類(lèi)型的泄壓閥文章的第三篇，這里將聚焦安全閥的核心操作機(jī)制及其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

安全閥(SV)是一種彈簧加載的泄壓裝置，由上游介質(zhì)的靜壓驅(qū)動(dòng)，具備迅速開(kāi)啟或“跳啟”的特性。這類(lèi)閥門(mén)主要用于可壓縮流體，尤其是蒸汽系統(tǒng)。根據(jù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，安全閥能在不超過(guò)系統(tǒng)最大允許工作壓力(MAWP)3%的超壓條件下，有效保護(hù)設(shè)備免受損害。

安全閥的設(shè)計(jì)通常讓彈簧暴露在外，便于檢查和維護(hù)，無(wú)需拆解閥門(mén)。主要分為兩種構(gòu)造：一種是堅(jiān)固的立柱式設(shè)計(jì)(圖1)，適用于高壓和高溫工況；另一種是多用途支架式設(shè)計(jì)(圖2)，適合低壓和低溫應(yīng)用。

Figure 1: Side rod construction.

圖1 立柱式設(shè)計(jì)

Figure 2: Yoke design.

圖2 多用途支架式設(shè)計(jì)

安全閥的操作基礎(chǔ)

如圖3所示，當(dāng)安全閥入口處的工作壓力低于彈簧的向下力時(shí)，閥門(mén)保持關(guān)閉狀態(tài)。為了確保閥座的嚴(yán)密性，工作壓力應(yīng)維持在設(shè)定壓力的95%或以下。

Figure 3: Safety valve in closed position.

圖3：安全閥關(guān)閉狀態(tài)

當(dāng)工作壓力達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，如圖4所示，蒸汽開(kāi)始從閥座面溢入閥腔。在上調(diào)節(jié)環(huán)(G)與下調(diào)節(jié)環(huán)(O)之間形成的間隙中，流體的局部限制造成壓力增加，作用于更大的面積，產(chǎn)生足以克服彈簧力的附加力。此時(shí)，閥芯脫離閥座，安全閥在設(shè)定壓力下“跳啟”。

Figure 4: Safety valve “simmer point.”

圖4：安全閥臨界點(diǎn)

一旦安全閥開(kāi)啟，上調(diào)節(jié)環(huán)(G)的位置引導(dǎo)蒸汽改變流向，增加提升力，促使閥芯達(dá)到全行程。如果上調(diào)節(jié)環(huán)(G)和下調(diào)節(jié)環(huán)(O)的位置調(diào)整得當(dāng)，即可實(shí)現(xiàn)全行程開(kāi)啟(圖5)。到達(dá)全行程時(shí)，限位擋塊(M)接觸蓋板(P)，消除振動(dòng)，增強(qiáng)閥門(mén)穩(wěn)定性。蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)上的排氣孔(J)進(jìn)入閥腔(H)，同時(shí)，主軸套圈(K)上升至浮動(dòng)密封(L)之上固定位置。由于重疊環(huán)上兩個(gè)直徑差異，浮動(dòng)密封和主軸間的工作面積擴(kuò)大。蒸汽(H)通過(guò)主軸與浮動(dòng)密封(L)及套圈(K)形成的次級(jí)間隙進(jìn)入腔體(Q)，隨后經(jīng)由排出口(N)并通過(guò)管道排放接口(R)釋放至大氣中。額外蒸汽則流經(jīng)浮動(dòng)密封(L)與套圈(K)之間的間隙。

Figure 5: Safety valve at full lift position.

圖5：安全閥全行程開(kāi)啟

關(guān)閉時(shí)，如圖6所示，主軸套圈(K)下降至浮動(dòng)密封(L)內(nèi)，有效減小蒸汽從閥腔(H)的排出量。腔室(H)內(nèi)的瞬時(shí)壓力積累，其速率由排出口(N)控制，產(chǎn)生向下的彈簧加載力。壓力與彈簧力的合力確保了閥門(mén)的快速精準(zhǔn)關(guān)閉。碟片夾持器上方殘留的蒸汽壓力輔助彈簧，促使碟片返回閥座。關(guān)閉過(guò)程中的緩沖由下調(diào)節(jié)環(huán)(O)控制。

Figure 6: Safety valve closing.

圖6：安全閥關(guān)閉

安全閥的特征

立柱結(jié)構(gòu)

立柱位于安全閥體外側(cè)，避免直接接觸鍋爐高溫，保持相對(duì)穩(wěn)定的溫度。雙立柱允許閥體隨鍋爐熱脹冷縮，不影響安全閥性能，確保設(shè)定壓力的穩(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性。

熱敏碟片

熱敏碟片(P)置于閥座上，構(gòu)成安全閥的密封面。常用鉻鎳鐵合金制造，具有優(yōu)異的抗腐蝕性，即使在高溫和高壓條件下，也能保持閥座密封性。薄而彈性的邊緣設(shè)計(jì)使碟片溫度快速與蒸汽溫度同步，減少因蒸汽節(jié)流至大氣造成的變形。這種設(shè)計(jì)有助于壓力輔助機(jī)械閉合，提高閥座密封性。熱敏碟片為彈簧力提供低摩擦支點(diǎn)，均勻分布力于閥座區(qū)域，防止傾斜，保持與襯套同心，確保復(fù)位準(zhǔn)確性，避免錯(cuò)位損壞。

蓋板組件

蓋板(P)迅速排出蒸汽，確保全行程開(kāi)啟。在排放過(guò)程中，蓋板引導(dǎo)蒸汽至安全方向，隔絕彈簧與高溫蒸汽，減少?gòu)椈善凇?/p>

重疊環(huán)

調(diào)整上調(diào)節(jié)環(huán)(G)和下調(diào)節(jié)環(huán)(O)可優(yōu)化排放，實(shí)現(xiàn)短暫預(yù)熱和干凈爆裂。適當(dāng)微調(diào)重疊環(huán)(K)可借助壓力輔助實(shí)現(xiàn)3%的排放效率。

常見(jiàn)行業(yè)與應(yīng)用

安全閥廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)，同時(shí)也服務(wù)于煉油/石化、化工、造紙、金屬加工、礦業(yè)以及利用鍋爐生產(chǎn)蒸汽的紡織等行業(yè)。典型應(yīng)用場(chǎng)景包括鍋爐、過(guò)熱器、再熱器、省煤器、給水加熱器等。

綜上所述，我們通過(guò)深入解析泄壓閥的基礎(chǔ)知識(shí)，認(rèn)識(shí)了彈簧式安全閥、先導(dǎo)式安全閥及安全閥在操作與應(yīng)用上的獨(dú)特之處。這些裝置作為防止爆炸、火災(zāi)和意外釋放的最后防線，對(duì)于保障人員安全和財(cái)產(chǎn)保護(hù)至關(guān)重要。

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