安全阀基础知识，安全阀培训讲义之一

黄光裕编辑

2010 年 9 月

内容

1 安全 阀门的用途和作用

2 安全阀要求

2.1 安全阀的基本要求

2. 2 安全阀性能相关术语

2.3 安全阀主要性能指标

3 安全阀的种类及特点

3.1 按作用原理分类

3.2 按动作特征分类

3.3 按开口高度分类

3.4根据是否有背压平衡机制分类

3.5 按出口侧是否密封分类

4 安全阀的主要结构类型

5安全阀的选择

5.1 如何准备安全阀型号

5.2 如何选择安全阀类型

5.3 如何确定安全阀的流道直径和公称直径

5.4 安全阀选型所需资料

6 安全阀安装及试验要求

6.1 安全阀安装要求

6.2 安全阀试验要求

1 安全阀的用途及作用原理

安全阀是锅炉、压力容器等受压设备的保护装置。用于防止受压设备内的压力超过设计允许值，从而保护设备及其操作人员。安全。

由于安全阀可以独立于任何外部能源而动作，因此常被用作加压设备的最后保护装置。从这个意义上说，它的作用是其他保护装置无法替代的。

当受压设备内的介质压力因某种原因异常升高并达到预设值时，安全阀会自动开启，然后将其全量排出，防止压力继续升高；由于安全阀的排放，压力降低，当达到另一个预定值时，阀门再次自动关闭，阻止介质继续排放。当介质压力处于正常工作压力时，阀门保持关闭和密封状态。

下面以直动式弹簧式安全阀和先导式安全阀为例，进一步说明安全阀的工作原理。

图1-1为弹簧直载式安全阀示意图。当被保护设备内的介质（即安全阀入口处）处于正常工作压力时，弹簧载荷大于介质静压对阀瓣的作用力，使阀门处于正常工作压力。处于关闭状态。上述两个力的差产生了将阀瓣和阀座（统称为封闭件）的密封面相互压靠的力（即密封力）。只要这个密封力足够大（相对于密封面和介质状况所决定的必要的密封力），就可以防止介质的泄漏，使阀门达到必要的密封性。如果介质压力升高并超过正常工作压力，密封力会相应降低。当它足够小时，介质开始泄漏（称为“正向泄漏”）。随着介质压力的进一步升高，当介质对阀瓣的作用力与弹簧力平衡时，阀瓣开始从阀座上升起，称为“开启”。当压力继续升高时，阀瓣达到完全排放的设计开启高度。只要阀门的排量足够大，装置内的压力就会降低。当压力降低到一定程度时，阀门在弹簧的作用下再次关闭。

图1-1 直载式弹簧式安全阀示意图

先导式安全阀由主阀和导阀组成。导阀随着设备介质压力的变化而动作，主阀由导阀的驱动或控制来驱动。图1-2为先导式安全阀的工作原理图。

当被保护系统正常运行时，先导阀盘关闭。系统压力从主阀入口通过导管和导阀传递到主阀盘（活塞）上方的气室。由于活塞的面积大于阀瓣的密封表面积，系统压力对阀瓣产生向下的合力，使主阀处于关闭密封状态。

图1-2 先导式安全阀工作原理

当系统压力上升到设定压力时，先导阀打开，同时滑阀向上移动，关闭先导阀的进气通道。主阀盘上方气室中的介质通过开启的导阀排出，从而降低了主阀盘上方的压力。主阀盘在入口压力的作用下被推开，为系统减压。

当系统压力下降到一定值时，先导阀返回阀座，带动顶杆打开滑阀。系统压力再次通过导阀引入主阀瓣上方的气室，推动主阀瓣关闭。

2 安全阀要求

2.1 安全阀的基本要求

安全阀的功能是通过以下动作过程实现的：1.安全阀关闭密封； 2. 安全阀打开（或初始打开）； 3. 安全阀排放（或全开）； 4. 安全 阀门关闭（或称为后座）并恢复密封。安全阀的基本要求与上述动作过程有关，主要包括以下几点：

①必要的松紧度

当被保护设备处于正常工作压力下时，安全阀应保持必要的密封性。安全阀的泄漏意味着介质和能量的不断损失。泄漏过多甚至会影响设备和系统的正常运行；持续泄漏还会造成安全阀密封面的侵蚀，使泄漏加剧，发展到不能正常工作的地步。

与截止阀相比，安全阀要使其关闭部件保持良好密封要困难得多。这是因为安全阀关闭件密封面之间的密封力是由阀门设定压力（即开启压力）与设备工作压力之差决定的，是一个很小的值。因此，安全阀，尤其是金属密封面的安全阀，要做到完全无泄漏是非常困难的。但泄漏率必须控制在标准或规范允许的范围内。

②可靠开启

当入口压力达到预先设定的压力值时，应及时准确地打开安全阀（初始开启）。也就是说，安全阀开启压力与其设定压力的偏差应在标准或规范规定的范围内。

③稳定放电

当阀门进口压力持续升高到超过设定压力的规定值时，安全阀应达到设计开启高度，进入排放状态。排放压力（全开压力）应小于或等于标准规定的限值。排放应平稳，即无跳频、颤振、卡死等现象。因为这些现象会降低安全阀的排放能力，并可能损坏关闭件的密封面，也会造成较大的压力波动在被保护的设备和系统中，在液体介质的情况下甚至可能引起水锤。

④及时收盘

当设备和系统内的压力因安全阀的排放而降低后，应及时关闭安全阀（也称后座）。再座压力过低意味着介质和能量损失过多，也会使设备和系统难以恢复正常运行。但后座压力不宜过高。如果重座压力高到接近开启压力，容易造成阀门重开，造成阀门频繁跳动。过大的复位压力也不利于在安全阀关闭后重新建立密封。相关标准和规范中也规定了合适的复位压力范围。

⑤关门后密封

安全阀关闭后，应能有效阻止介质继续流出，再次达到密封状态。但在安全阀打开后重建密封比维护现有密封更困难。多种因素会影响关闭后的密封，例如介质的状况（是否含有固体颗粒，排放时是否发生结晶或结焦等），排放过程中阀件温度分布的变化安全阀种类，合闸过程和复位压力的作用特性。等级等等。

在上述对安全阀的基本要求中，可靠开启和稳定排放是首要要求，因为安全阀防止超压的功能是通过其排放过程来实现的。座椅和密封要求虽然也很重要，但相比之下是次要的。

此外，安全阀不同于只能使用一次的泄压装置，例如爆破片、断销和易熔塞。因此，也要求其动作性能具有令人满意的重复性。在相关的安全阀试验标准中，通常要求在相同的工况下进行至少3次动作试验，只是为了确认安全阀动作的重复性。

2.2 安全阀性能相关术语

安全阀的基本要求体现在安全阀的主要性能指标上。为了描述这些性能指标，有必要了解一些与安全阀性能相关的术语。

1.设定压力（Set）

又称开启压力或初始开启压力，是在工作条件下进口压力下安全阀瓣开始从阀座上升时的压力。理论上，在此压力下，介质压力产生的打开阀瓣的力与将阀瓣保持在阀座上的力平衡。在实践中，所谓的阀瓣开始上升，通常可以通过以下方法来判断：首先，在测量阀瓣开启高度的位移传感器上出现第一个位移指示；其次，视觉或听觉感知介质开始不断放电。 .

2.排气压力( )

阀瓣达到设计开启高度时的阀门入口压力。

3.压力过大（Over）

排放压力和设定压力之间的差异。

4.额定排放压力（Rated）

标准或规范规定的排放压力上限。

5.复位压力（Re-）

安全阀放完后，阀瓣再次与阀座接触，即开启高度再次变为零时的入口压力。

6.开闭压差()

设定压力与回油压力之差。

7.泄漏测试压力

泄漏测试期间的阀门入口压力。在此压力下测量通过封盖密封面的泄漏率。

8.背压（背）

安全阀出口压力。

9.附加背压（背）

安全阀打开前阀门出口处已经存在的压力。是由排放系统中的其他压力源引起的，也称为静态背压。

10.内置背压（Built-up back）

安全阀开启后，由于介质通过排放系统排放泰科阀门，在阀门出口处产生的压力。它是由放电系统对放电介质的阻力引起的。也称为动态背压。

11.冷试压差（CDTP为冷试）

安全阀在试验台上打开时调节到入口压力。该压力包括对背压和温度等运行条件的修正。

12.流动区域

阀门进口端与封闭件密封面之间流道的最小截面积。也称为喉部。

13.流道直径（流量）

对应流道面积的直径。也称为喉径。

14.开启高度（提升）

圆盘从关闭位置的实际行程。

15.窗帘面积

当阀瓣上升到阀座上方时，在阀瓣的密封表面之间形成的圆柱形或圆锥形表面通道区域。

16.卸料区

阀门排放时流体通道的最小截面积。对于全启式安全阀，排放面积等于流道面积；对于微启式或中启式安全阀，排放面积等于气帘面积。

17.理论位移( )

流道截面积等于安全阀流道面积的理想喷嘴的计算位移。计算理论排量时，假设喷嘴无阻力，介质流动等熵，喷嘴前的压力为额定排放压力。

18. 实际位移（ ）

阀前压力为额定排放压力时，经试验测得的通过安全阀的实际排量。由于安全阀流道与喷嘴流道存在差异，由于实际流阻，实际排量小于理论排量。

19.位移系数（的）

实际位移与理论位移之比。

20.额定排量( )

实际排量中允许用作安全阀应用参考的部分。它的值是实际位移乘以折减系数（通常取为0.9）。

21.额定位移系数（Rated of ）

额定排量与理论排量之比。通常将多次测得的位移系数的平均值乘以折减系数作为额定位移系数。

22. 机械特性（ ）

指安全阀的机械动作特性，包括回位特性是否良好阀门公司，是否有跳频、颤振和卡死等现象。

23.跳频()

圆盘快速异常地来回移动安全阀种类，期间圆盘与阀座接触。

24.颤振()

阀瓣来回快速异常运动，运动过程中阀瓣不接触阀座。

2.3 安全阀的主要性能指标

性能指标为安全阀性能要求规范。这些指标在《安全阀技术标准》和《锅炉压力容器规范》中有规定。以下是部分主要标准和规范： GB/T 12241《安全阀通用要求》》

GB/T 12243《弹簧直载式安全阀》

GB/T 12242《泄压装置性能试验规范》

劳动部《压力释放装置》集装箱安全技术监督条例

劳动人事部《蒸汽锅炉安全技术监督条例》

ZBJ 98013《电站安全阀技术条件》

ISO 4126-1“安全阀的一般要求第 I 部分”

ASME 锅炉和压力容器规范：第一卷“动力锅炉制造规范”，第三卷“核电站设备制造规范”，第八卷“压力容器制造规范”

ASME PTC 25“泄压装置性能测试规范”

API RP 520“炼油厂减压装置的选择、直径和安装”

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API 标准。 527“泄压阀阀座密封性”

JIS B8210《蒸汽和燃气用弹簧安全阀》

BS 1123“空气蓄能器”压缩空气装置安全阀、仪表和其他安全附件的规范”BS 6759 第 1 部分“蒸汽和热水安全阀技术规范”

德国压力容器规范 AD-A2“安全防过压”装置 - 安全阀”

德国蒸汽锅炉技术规范 TRD 421“泄压装置 - I、III 和 IV 组蒸汽锅炉的安全阀”

安全阀的主要性能指标包括排放压力、启闭压差、设定压力偏差等动作性能指标。以及以密封试验压力和允许泄漏率表示的密封性能指标。表2-1至表2-4列出了部分标准和规范中安全阀的主要性能指标。

表2-1 蒸汽用安全阀操作性能指标

注：Ps——设定压力，未注入压力单位————MPa

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表2-2 燃气安全阀使用性能指标

注：Ps——设定压力，d0——流道直径，未注入压力单位——MPa

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表2-3 液体安全阀性能指标

注：Ps——设定压力，未注入压力单位——MPa

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表2-4 安全阀密封性能指标

注：1. Ps——设定压力； DN——公称直径； d0——流道直径；

2.表中压力单位均为MPa

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3种安全阀及其特点

安全 阀门种类繁多，分类方法也各不相同。主要选择如下。

3.1根据作用原理

3.1.1 直动式安全阀

又称直接负载式安全阀（--阀门）。它在工作介质的直接作用下打开。即依靠工作介质的压力产生的力来克服作用在阀瓣上的机械载荷（直接载荷），如弹簧或重锤，使阀门开启。具有结构简单、响应速度快、可靠性好等优点。但是，由于机械负载，负载的大小受到限制，从而限制了口径和压力的范围。同时，这类安全阀关闭件密封面的密封力是由阀门整定压力与系统正常工作压力的差值决定的，是一个很小的值，所以是很难达到良好的密封效果。对于金属密封表面尤其如此。为了实现密封，需要特殊的结构形式和精细的加工组装。

有一种特殊的直动式安全阀，即带附加负载的安全阀。图 3-1 是此类安全阀的一个示例。除了依靠弹簧加载外，该安全阀始终保持外部能源（气动、电磁等），直到其入口压力达到设定压力。压缩空气作用在图 3-1 中的活塞上，用于加强密封的附加载荷。当介质压力达到设定压力时，应可靠释放附加负载，否则会妨碍安全阀的正常开启。

图 3-1

3.1.2 非直动式安全阀

此安全阀在工作介质的直接作用下不或不完全打开。它们可以分为以下两种形式：

⑴先导阀（Pilot valve）

先导式安全阀由主阀和先导阀组成。导阀随着设备介质压力的变化而动作，主阀由导阀的驱动或控制来驱动。先导阀本身通常是直接作用的安全阀。但有时也将电磁安全阀等其他形式的阀门用作先导阀，或者与直动式先导阀组合使用，即为同一个主阀设置多个先导阀控制。

先导式安全阀的主阀不能依靠机械载荷，因此其口径和压力不受限制。其主阀也可设计成工作介质压力密封，具有良好的密封性能。此外，它的运动很少受到背压变化的影响。由于这些原因，先导式安全阀与直接作用式安全阀一样广泛使用。这种安全阀的缺点是其可靠性与主阀和导阀都有关，结构较复杂。在一些特别重要的应用中，为了提高可靠性，往往需要多个导阀控制，这增加了其结构的复杂性。

(2) 带助力装置的安全阀

这种安全阀，在动力辅助装置的帮助下，可以在低于正常开启压力的情况下强制操作。阀门打开。如果辅助装置发生故障，该阀仍可作为直动式安全阀运行。图3-1所示阀门为压缩空气从活塞下方进入时带动力辅助的安全阀。

该型安全阀适用于开启压力与工作压力非常接近的场合，需要定期开启安全阀，将粘稠、冻结的介质吹走。同时，也为操作人员在紧急情况下强制开启安全阀提供了一种手段。

3.2 按动作特征分类

3.2.1 比例作用安全阀是安全阀（阀）

如图3-2所示，这种阀门的开启高度（h）随着压力（P）的增加而逐渐变化，即具有开启高度与压力大致成正比的特性增加。这种安全阀适用于液体介质的场合，因为它的启闭过程比较平稳，不会引起被保护系统中液体压力的较大波动。它也适用于系统所需排量不是固定值的情况，因为它的开启高度可以随系统排量和压力在一定范围内变化。

图3-2

3.2.2 二级作用式安全阀或反冲式动作安全阀即安全阀（阀）

如图3-3所示，该安全阀的开启过程分为两个阶段：前一阶段，阀瓣随着压力的增加按比例打开；而在压力小幅上升后，阀瓣的开启进入第二阶段，即当压力几乎不再增加时，迅速开启到规定的开启高度。该安全阀适用于气态介质。气体排出时，伴随着较大的体积膨胀。如果没有突然快速的开启过程，在压力上升不大的情况下，很难保证介质的快速释放。两级作用式安全阀由于其突出作用，可在规定的升压范围内实现较大的开启高度。但这种安全阀不能用于液体介质。由于其快速开启，特别是快速关闭动作，被保护系统内的液体压力波动很大，甚至会造成水锤。

图3-3

t

P,h

t

3.2.3 安全泄压阀（阀）

根据其工作介质（气体或液体），该阀的动作特性可以是突然动作或比例动作。

3.3 按开口高度分类

3.3.1个微开安全阀

我国制造的微启式安全阀主要有两种：开启高度大于等于流道直径的1/40，开启高度大于等于1 /20 的流道直径。微开式安全阀的动作特点是比例作用。

3.3.2个全开式安全阀

开口高度大于等于流道直径的1/4。此时，幕布面积大于流道面积。该安全阀的动作特性属于二级动作型。

3.3.3 中开式安全阀

3.4.1 背压平衡式安全阀

在这种类型的安全阀中，波纹管、活塞或隔膜等元件被设置为平衡背压的影响。这些元件的有效面积等于安全阀关闭的密封面积，所以在阀门开启前，背压（附加

背压）迫使圆盘的上下两侧相互平衡。附加背压的变化不会影响开启压力的大小。

背压平衡式安全阀适用于以下情况：

⑴当附加背压变化时，其变化量（相对于开启压力）较大。这时，为了防止附加背压的变化对开启压力产生过大影响，必须使用背压平衡式安全阀。例如开启压力允许偏差为±3%时，如果附加背压的变化超过设定压力的6%，则附加背压变化引起的开启压力偏差将超过允许值。

(2) 排气背压超过允许超压，例如允许超压为设定压力的10%，排气背压超过设定压力的10%时。对于传统的安全阀来说，过大的排放背压会降低阀瓣的升程，导致阀门动作不稳定，从而产生跳频或颤振。对于平衡式安全阀，排放背压对阀瓣升程的影响较小。

⑶总背压（附加背压加排放背压）通常不超过设定压力的50%。需要指出的是，背压平衡式安全阀虽然可以避免背压变化（即附加背压）对阀门开启前开启压力的影响，但并不能完全消除背压的影响。压力对阀门开启后性能的影响，因此总的背压值是有限制的。即使在上述范围内，由于背压会对阀瓣的不平衡部分产生关闭力，从而可能导致开启高度降低和排量减小，因此对排量进行背压修正也应进行。 3.4.2 常规安全阀

常规安全阀是相对于背压平衡式安全阀而言的。它没有背压平衡机制，适用于以下情况：

⑴排放背压不超过允许超压。例如，当允许超压为设定压力的10%时，排气背压不应超过设定压力的10%。

(2)附加背压为固定值，或附加背压相对开启压力变化不大。但是，对于气态介质，如果阀门的排放在背压作用下处于亚临界流动状态（当背压与排放压力之比大于临界压力比时），则背压对排量的修正应该执行。

3.5 按出口侧是否密封分类

3.5.1 关闭安全阀

这种类型的安全阀出口侧是气密的。用于有毒、有害、易燃等介质时，为防止介质逸散到周围环境，或回收排出的介质，且有附加背压时，应采用封闭式安全阀。