壓力容器用安全閥的整定壓力探討

趙貴炎

摘 ?要：只有合理設(shè)置壓力容器用安全閥的整定壓力，才能保證設(shè)備的正常運(yùn)行。針對(duì)工作人員對(duì)壓力容器用安全閥整定壓力設(shè)置的重要性認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題展開(kāi)討論，闡述了國(guó)內(nèi)外一些關(guān)于壓力容器用安全閥整定壓力設(shè)置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并對(duì)比了這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，說(shuō)明了部分標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在的問(wèn)題，給出了設(shè)置安全閥整定壓力的有效策略。

關(guān)鍵詞：壓力容器;安全閥;工作壓力;設(shè)計(jì)壓力

中圖分類(lèi)號(hào)：TH49 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.130

安全閥是壓力容器設(shè)備的重要組成部分之一，在工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，而只有合理設(shè)置安全閥整定壓力，才能充分發(fā)揮安全閥的功能，如果整定壓力設(shè)置不規(guī)范，就會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全造成巨大的影響。因此，如何結(jié)合相應(yīng)的規(guī)范來(lái)對(duì)壓力容器用安全閥整定壓力進(jìn)行設(shè)置成為了工作人員需要解決的問(wèn)題，下面就此進(jìn)行討論分析。

1 ?相關(guān)定義

與安全閥整定壓力設(shè)置有關(guān)的術(shù)語(yǔ)有安全閥的整定壓力ps、安全閥的超過(guò)壓力po、壓力容器設(shè)計(jì)壓力pd、壓力容器工作壓力pw和壓力容器最高允許工作壓力pmax。具體定義如下：①整定壓力ps是工作條件下安全閥被設(shè)定在開(kāi)啟時(shí)的入口表壓;②超過(guò)壓力po是壓力增加超過(guò)泄放裝置的整定壓力，以獲得額定排量的壓力數(shù)值;③設(shè)計(jì)壓力pd是設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為容器的基本設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力;④工作壓力pw是在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力;⑤最高允許工作壓力pmax是在指定的相應(yīng)溫度下，容器頂部所允許承受的最大壓力。

2 ?壓力容器用安全閥的整定壓力設(shè)置

壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中涉及到安全閥整定壓力的標(biāo)準(zhǔn)有《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSGR 0004—2009）、《壓力容器》（GB150.1～150.4—2011，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GB 150”）、《鍋爐與壓力容器規(guī)范》（ASME）第Ⅷ篇《壓力容器建造規(guī)則》（簡(jiǎn)稱(chēng)“ASME B&PVⅧ”）。另外，在一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中也有一些規(guī)定，考慮到應(yīng)用的普遍性和權(quán)威性，后續(xù)的討論內(nèi)容將基于這三部標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 ?TSG R0004—2009的規(guī)定及討論

該規(guī)程為技術(shù)法規(guī)，由國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局組織制定和頒布，關(guān)于安全閥整定壓力設(shè)置規(guī)定如下：①安全閥的整定壓力一般不大于該壓力容器的設(shè)計(jì)壓力。②設(shè)計(jì)圖樣或者銘牌上標(biāo)注有最高允許工作壓力，也可以采用最高允許工作壓力確定安全閥的整定壓力。③某些介質(zhì)為高度、極度危害或者設(shè)計(jì)上不允許有泄漏的壓力容器，需進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)壓力為壓力容器的設(shè)計(jì)壓力，且進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)具有裝配齊全的安全附件。

據(jù)此理解，如果壓力容器需要進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，且試驗(yàn)壓力為容器設(shè)計(jì)壓力，為保證氣密性試驗(yàn)?zāi)軌蛘＿M(jìn)行，其安全閥的整定壓力ps應(yīng)高于容器設(shè)計(jì)壓力，并低于容器最高允許工作壓力。關(guān)于這一點(diǎn)，規(guī)程中并沒(méi)有明確提出，而大部分設(shè)計(jì)單位一般將安全閥的整定壓力設(shè)置得低于容器的設(shè)計(jì)壓力，造成工程技術(shù)人員在開(kāi)展壓力容器的氣密性試驗(yàn)時(shí)存在困擾。

2.2 ?GB 150的規(guī)定及討論

2.2.1 ?規(guī)定一

GB 150為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在制定超壓泄放裝置相關(guān)規(guī)定時(shí)，部分內(nèi)容參考了《煉油廠(chǎng)泄壓裝置的定徑、選擇和安裝》（API RP 520—2008），其關(guān)于超壓泄放裝置的規(guī)定如下：①容器裝有泄放裝置時(shí)，一般以容器的設(shè)計(jì)壓力作為超壓限度的起始?jí)毫?。設(shè)計(jì)圖樣或者銘牌上標(biāo)注有最高允許工作壓力的，可用最高允許工作壓力代替設(shè)計(jì)壓力。②當(dāng)容器上僅安裝1個(gè)泄放裝置時(shí)，泄放裝置的動(dòng)作壓力應(yīng)當(dāng)不大于其設(shè)計(jì)壓力，容器的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力的10%和20.0 kPa中的較大值。③當(dāng)容器上安裝多個(gè)泄放裝置時(shí)，其中1個(gè)泄放裝置的動(dòng)作壓力應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力，其他泄放裝置的動(dòng)作壓力可提高至設(shè)計(jì)壓力的1.05倍。容器的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計(jì)壓力的16%和30.0 kPa中的較大值。

過(guò)程工況是因超壓而在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的事故。火災(zāi)工況是因外部發(fā)生火災(zāi)而產(chǎn)生的超壓事故。壓力容器超壓限度是指標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓力容器在線(xiàn)運(yùn)行時(shí)任何情況都不允許超過(guò)的壓力。

為了更加直觀地反映GB 150中關(guān)于整定壓力的有關(guān)規(guī)定，筆者給出了壓力容器與安全閥壓力標(biāo)尺關(guān)系示意圖，如圖1所示。圖中壓力標(biāo)尺左側(cè)為壓力容器要求，右側(cè)為安全閥要求及典型特性。標(biāo)尺數(shù)值為設(shè)計(jì)壓力或者最大允許工作壓力的百分比。

圖1 ?GB 150中壓力容器與安全閥壓力標(biāo)尺關(guān)系圖

GB 150的規(guī)定與TSGR 0004—2009的規(guī)定相比較，都以pd或者pmax作為安全閥整定壓力的設(shè)置基準(zhǔn)，不同之處是GB 150對(duì)過(guò)程工況、火災(zāi)工況、安裝單閥、安裝多閥多種情況下的安全閥整定壓力上限給出了明確的規(guī)定，其基本要求可以簡(jiǎn)單概括為，不論何種工況，至少有1臺(tái)安全閥的整定壓力低于被保護(hù)壓力容器的pd或pmax，該容器上其他安全閥的整定壓力可以略高于pd或pmax，分別是過(guò)程工況下不高于1.05倍基準(zhǔn)，火災(zāi)工況下不高于1.1倍基準(zhǔn)。

2.2.2 ?規(guī)定二

GB 150附錄B.4.7中又規(guī)定，如果壓力容器上預(yù)裝設(shè)安全閥，則容器的設(shè)計(jì)壓力按照以下步驟來(lái)確定：根據(jù)壓力容器的工作壓力確定安全閥的整定壓力，一般取整定壓力為1.05～1.1倍的工作壓力，取壓力容器的設(shè)計(jì)壓力等于或稍大于安全閥的整定壓力。

規(guī)定二與規(guī)定一的不同之處在于，規(guī)定一是在已明確壓力容器設(shè)計(jì)壓力或者最高允許工作壓力的情況下來(lái)確定安全閥的整定壓力，規(guī)定二是在未明確壓力容器設(shè)計(jì)壓力的情況下，根據(jù)預(yù)期的工作壓力來(lái)確定安全閥的整定壓力和壓力容器的設(shè)計(jì)壓力。

根據(jù)規(guī)定二的要求，如果取整定壓力為1.05～1.1倍的工作壓力，則工作壓力約為安全閥整定壓力的90.9%～95.2%，二者壓差最小僅為4.8%，考慮到安全閥的整定壓力偏差，該壓差可能更小，不利于安全閥的密封性能。

根據(jù)安全閥密封試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)《泄壓閥閥座的密封性》（API std 527）和《彈簧直接載荷式安全閥》（GB/T 12243—2005）中的有關(guān)規(guī)定，一般可以取整定壓力的90%作為考核安全閥密封性能的壓力值，國(guó)內(nèi)外安全閥的制造商大部分都以這個(gè)數(shù)值作為安全閥密封性能的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 ?ASMEB&PVⅧ的規(guī)定

該標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際和國(guó)內(nèi)的實(shí)際運(yùn)用中非常普遍，其中，關(guān)于安全閥整定壓力，以容器的最高允許工作壓力為安全閥整定壓力設(shè)置的基準(zhǔn)，并未提及容器的設(shè)計(jì)壓力，此項(xiàng)與GB 150的規(guī)定不同。同時(shí)，在該規(guī)范的非強(qiáng)制性附錄M-10中推薦了安全閥的操作間隙是ps與pw的壓差。此推薦性規(guī)定可在一定程度上保證不同壓力段的安全閥有足夠大的密封壓力，從而保證安全閥的密封性。

有人認(rèn)為，此規(guī)范關(guān)于ps的規(guī)定過(guò)于冒險(xiǎn)，pmax是容器能夠承受的最大壓力，如果將安全閥ps設(shè)置在pmax上，當(dāng)發(fā)生超壓事故時(shí)，壓力達(dá)到pmax時(shí)安全閥才開(kāi)啟，超過(guò)pmax時(shí)才達(dá)到全開(kāi)，如此大的壓力勢(shì)必會(huì)對(duì)容器造成破壞。筆者認(rèn)為這種觀點(diǎn)存在誤區(qū)，因?yàn)閜max是考慮了各元件承受的所有載荷，根據(jù)材料在相應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力值計(jì)算得到的最小值，且ASME規(guī)定按其要求制造的壓力容器，在制造完成后應(yīng)按約1.3倍的pmax進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)液壓試驗(yàn)，或按照約1.1倍的pmax進(jìn)行氣密試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證才認(rèn)為合格。ASMEB&PVⅧ規(guī)定以pmax為安全閥ps的設(shè)置基準(zhǔn)，雖然表面看起來(lái)有些冒險(xiǎn)，但其實(shí)是通過(guò)明確規(guī)定pmax的計(jì)算方法和嚴(yán)格的出廠(chǎng)試驗(yàn)等一系列措施保證了其強(qiáng)度可靠性，以pmax作為ps的設(shè)置基準(zhǔn)是合理的。

3 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，要保證壓力容器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，就要設(shè)計(jì)好壓力容器用安全閥的整定壓力，結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和實(shí)際的運(yùn)行工況進(jìn)行設(shè)置，確保安全閥的整定壓力滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的要求，防止泄漏情況的發(fā)生，使安全閥處于一個(gè)相對(duì)理想的工況，為工業(yè)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡萬(wàn)明，閆麗明.安全閥整定壓力的探討[J].氯堿工業(yè)，2012.

[2]涂九華.在用壓力容器安全閥整定壓力考核認(rèn)定的幾點(diǎn)意見(jiàn)[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2014.

〔編輯：王霞〕

Discussion on the Setting Pressure of Safety Valve for Pressure Vessel

Zhao Guiyan

Abstract： Only reasonable setting pressure vessel with the safety valve setting the pressure， in order to ensure the normal operation of the equipment. According to the staff on the importance of a pressure vessel safety valve setting pressure setting understanding problem discuss， elaborated the domestic and foreign some about pressure vessel safety valve setting pressure setting of the relevant standards and specifications， and compared these standards and norms， indicating that part of the standard in practical application， and gives the set safety valve setting pressure of effective strategies.

Key words： pressure vessel; safety valve; working pressure; design pressure

文章編號(hào)：2095-6835（2015）14-0132-01