API 規(guī)范平安閥的開發(fā)與應(yīng)用如何？

答：引見 API （American Petroleum Institute 美國石油學會）規(guī)范平安閥的標準和特性，闡述了在開發(fā)該產(chǎn)品中所停止的性能實驗和流場仿真方面的研討工作。提出了推行應(yīng)用的倡議。

1）概念：我國的平安閥根本上是依照機械行業(yè)規(guī)范停止設(shè)計制造。20 世紀 70 年代以后，隨著我國變革開放和國名經(jīng)濟疾速開展，從國外引進了大量石油、化工、能源、冶金和紡織等安裝及設(shè)備，同時隨機進口了大量國外平安閥。這些平安閥大局部是依照 API 規(guī)范設(shè)計、制造、實驗和驗收。由于 API 規(guī)范平安閥與 JB 平安閥相比，具有顯著的特性和先進性，因此近幾年來，一些企業(yè)請求，裝置在易燃、易爆、有害或有毒介質(zhì)的設(shè)備及管道上的平安閥，宜選用 API 規(guī)范平安閥。為了順應(yīng)各類安裝對平安閥的需求，對 API 規(guī)范平安閥停止了討論和研討。

（2）特性

1）相關(guān)規(guī)范：與 API 規(guī)范平安閥相關(guān)的常用規(guī)范和標準如下。

API RP 520 煉油廠泄壓安裝的定徑、選擇和裝置

第Ⅰ局部 定徑和選擇

第Ⅱ局部 裝置

API Std526 鋼制法蘭泄壓閥

API Std527 泄壓閥閥座的密封性

API RP 576 泄壓安裝的檢查

ASME 鍋爐與壓力容器標準第 Ⅷ 卷

第一冊 壓力容器泄壓安裝

ASME PTC25 泄壓安裝—性能實驗標準

2）名詞術(shù)語：API 規(guī)范的某些名詞術(shù)語與我國國內(nèi)習氣用語不分歧，故予以闡明。

①泄壓安裝（Pressure Velief Device）。泄壓安裝是避免工藝系統(tǒng)或承壓容器由于事故或不正常工況期間流體壓力升高而超越預定壓力值。常有的有彈簧直接載荷式泄壓閥、先導式泄壓閥和爆破片等。

②泄壓閥（Pressure Relief Valve）。泄壓閥是一種泄壓安裝，在系統(tǒng)超壓時閥門開啟，而當系統(tǒng)壓力恢復到正常后閥門關(guān)閉，從而避免介質(zhì)繼續(xù)外流。常見有的平安閥、泄放閥、先導式泄壓閥等。

③平安閥（Safety Valve）。平安閥是一種由入口靜壓力驅(qū)動，并以快速開啟或突跳動作為特征的泄壓閥。其應(yīng)用與可緊縮流體。

④泄放閥（Relief Valve）。泄放閥是一種由入口靜壓力驅(qū)動的泄壓閥，其開啟通常與超越壓力的壓力升高成比例。其應(yīng)用于不可緊縮流體。

⑤平安泄放閥（Safety Relief Valve）。平安泄壓閥是一種依應(yīng)用狀況而作為平安閥或泄放閥的泄壓閥。

3）根本請求：

①平安閥的流道面積（代號）、進出口通徑、壓力級（磅級）、根本資料、壓力-溫度范圍和進出口裝置尺寸按 API Std 526 規(guī)則。

②平安閥的整定壓力（Pa）允許偏向與整定壓力有關(guān)。當 Pa≤0.5MPa 時，允許偏向為 ±0.015MPa。當 Pa＞0.5時，允許偏向為 ±3%Pa。

③平安閥的設(shè)計和制造按 ASME《鍋爐與壓力容器標準》第 Ⅷ 卷規(guī)則。其根本條件包括機械動作，資料選擇、制造及裝配的檢查制造廠及裝配廠的產(chǎn)品實驗、設(shè)計、焊接及其他等七個方面。

如對閥瓣、閥座、彈簧、導套、提升安裝的構(gòu)造設(shè)計和資料選擇請求，對制造廠及裝配廠的制造、實驗設(shè)備和質(zhì)量控制程序的請求，如受壓件的強度和氣密實驗請求、對實驗安裝、容器和實驗辦法的請求等。

④標以 ASME《鍋爐與壓力容器標準》第 Ⅷ 卷標志的泄壓閥的排量考證實驗應(yīng)在不超越開啟壓力的 10% 或 0.02MPa 壓力下停止。

4）規(guī)范比擬：JB、GB 和 API 規(guī)范平安閥的比擬見表 1-8。

5）條款特性：

①規(guī)則。API 規(guī)范對平安閥的構(gòu)造設(shè)計、排量計算、規(guī)格、壓力級、資料、制造、實驗、運輸、裝置、運用、檢查及維修，均有完好和全面的根本請求。

API RP 520、576 引見了各品種型平安閥的機構(gòu)及其特性。

API RP 520 第Ⅰ局部列出各種流體介質(zhì)（氣體、水蒸氣、液體及兩相流）排量下所需流道面積的計算辦法，并給出相關(guān)修正系數(shù)。

API Std 526 規(guī)則了 14 種流道直徑（喉徑）再不用溫度和壓力下的各種規(guī)格、壓力級及根本資料請求，并規(guī)則必需執(zhí)行 AMSE 標準的相應(yīng)制造和實驗請求。

API Std 527 規(guī)則了泄壓閥的密封性實驗辦法和請求。

API RP 520 第Ⅱ局部列出有關(guān)裝置發(fā)面的一些請求。

API RP 576 列出泄壓安裝的檢查和維修請求。

ASME PTC 25 為泄壓安裝的實驗安裝、實驗辦法和實驗報告提供了規(guī)范。

②規(guī)格和種類。API 規(guī)范平安閥規(guī)格和種類較多。

彈簧載荷式平安閥的公稱尺寸為 1~8in.（25~200mm），有 14 種（D~T）流道直徑（d0=9.5~146mm），21 種規(guī)格，6 種壓力級（150~2500lb），-268~260℃ 的溫度范圍。

API 規(guī)范范圍閥規(guī)格、種類多，便于選擇合理規(guī)格的平安閥。

③溫度—壓力級。API 規(guī)范平安閥依據(jù)所需排量計算肯定留到面積后，依照該流道面積表中的溫度范圍和允許的最高整定壓力，肯定合適的壓力等級。

④資料。閥瓣、閥座及導向零件應(yīng)是耐蝕資料制成，應(yīng)能滿足溫度和運用條件。按照運用的溫度，選用合適的閥體、閥蓋及彈簧資料。閥體和閥蓋的資料能夠不同，但必需滿足最低的壓力—溫度請求，規(guī)范中規(guī)則了閥體、閥蓋和彈簧資料的最低等級牌號。

⑤制造廠和實驗安裝請求。制造廠的工藝配備、實驗配備以及質(zhì)量控制程序可以保證所消費平安法的性能分歧性。平安閥性能實驗安裝和容器應(yīng)有足夠尺寸和容量。

⑥運輸和裝置。平安閥運輸中應(yīng)有維護堵蓋（塞）。平安閥人口管道的壓力損失 Δp≤3%pa。

（3）研制

由于依照 API 規(guī)范消費平安閥與依照 JB 消費平安閥存在差別，因此產(chǎn)品制造過程中常呈現(xiàn)許多問題。如構(gòu)造設(shè)計不合理，資料選用不當，整定壓力過高或?qū)嵺`排放量不滿足請求等。

為了完好全面的理解、熟習和控制 API 規(guī)范（AMSE 標準）相關(guān)內(nèi)容和請求，有必要對 API 規(guī)范平安閥停止深化研討，以顯現(xiàn)其特性和先進性。對 API 規(guī)范平安閥主要研討包括實驗研討和建模研討。

1）性能實驗研討：

①實驗安裝。為了停止平安閥的性能及排量實驗研討，依照 ASME PTC 25《泄壓安裝—性能實驗標準》的請求建立了平安閥全性能實驗安裝。改實驗安裝主要由大量空氣緊縮機、儲氣罐、流量調(diào)理閥、控制閥、實驗容器及工位、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、計算機數(shù)據(jù)采集及處置系統(tǒng)等組成。

實驗安裝共設(shè)三個實驗工位。最大實驗閥通徑 8in.（200mm），最高實驗壓力 23MPa，最高實驗流量 100t/h（空氣）。實驗工位的實驗容器的容積分別為 4.5m³、1.5m³、0.014m³。

為了更好地比擬實驗安裝才能對平安閥性能的影響，隨后又建造了容積為 0.5m³的實驗安裝。典型平安閥的實驗結(jié)果曲線如圖 1-6~1-8。

圖 1-6 入口壓力與開啟高度曲線

圖 1-7 開啟高度與流量曲線

圖 1-8 平安閥發(fā)證顫振時的開啟高度曲線

②性能及排量實驗。平安閥的流道構(gòu)造設(shè)計對其性能及排量有重量影響。API Std 526 規(guī)范規(guī)則了平安閥的凈出口及流道尺寸，其出口面積與流道面積的比例為 64.26~3.02，與 JB 規(guī)則的 4.13~3.06 相比范圍及比例均較大，特別關(guān)于通徑較小者有顯著差異，停止了性能和排量實驗。大量實驗標明：a.實驗安裝性能對平安閥的性能有重要影響。經(jīng)過對五種規(guī)格（II/2h4、2J3、3K4、3L4、4M6）的平安閥在不同實驗安裝上比照實驗構(gòu)造能夠得出，實驗安裝的容量對平安閥整定壓力和啟跳壓力根本無影響。只要實驗安裝容量足夠大時，才干斷定平安閥的回座壓力及機械特性能否契合請求。b.與 API Std 526 規(guī)范平安閥相比，出口面積較小的 JB 平安閥其排量系數(shù)較小。在實驗安裝上對 API 和 JB 兩種規(guī)范的平安閥停止了排量實驗。實驗標明，JB 平安閥的出口面積較小者，影響到其排量系數(shù)減小。普通 JB 平安閥的排量系數(shù)為 0.8~0.9。而按 API 規(guī)范的平安閥其排量系數(shù)可達 0.98。

③ 背壓實驗。平安閥的出口背壓時其性能有較大影響。較高的被壓會影響到平安閥的動作性能及其排量。平安閥背壓實驗系統(tǒng)如圖 1-9 所示。

圖 1-9 平安閥背壓實驗系統(tǒng)

背壓經(jīng)過背壓發(fā)作器產(chǎn)生，調(diào)理背壓主要是經(jīng)過改動背壓器中背壓調(diào)理器孔板尺寸來調(diào)理發(fā)作閥出口排放背壓。經(jīng)過背壓實驗，得出兩點經(jīng)歷：a.排放背壓存在臨界值，超越允許值后，會招致平安閥機械性能遭到毀壞，惹起平安閥顫振等現(xiàn)象，排放過程不穩(wěn)定。b.平安閥開啟高度隨排放背壓的升高而減少，排放背壓的存在，惹起開啟高度的降低，招致平安閥的實踐排量降低。

2）流場仿真：固然借助于先進的性能實驗安裝，在平安閥動作特性和排量等方面上取得了許多成果，但是實驗研討卻存在著投入大、周期長、辦法有局限的問題。所以將計算流膂力學（CFD）應(yīng)用到平安閥的根底理論研討中。應(yīng)用計算流膂力學軟件，樹立了一些平安閥內(nèi)部流場的三維模型。經(jīng)過實驗考證，這些模型具有足夠的精度和牢靠性，完整能夠用于工程研討，其中兩個算例所得到的排量數(shù)值與實驗數(shù)據(jù)的比照見表 1-9。

經(jīng)過對平安閥內(nèi)部流場研討，對平安閥的內(nèi)部活動有了全新的認識。在平安閥整個流道中，發(fā)作的喉部是最小的幾何流通截面。所以在平安閥的工程計算和設(shè)計過程中，這個流道面積就被假定為整個流道中的實踐最小氣動流通面積，假如該流場處于臨界或超臨界活動狀態(tài)，則在閥座喉部處到達音速。

以往經(jīng)過實驗辦法，曾經(jīng)證明這個假定存在問題，平安閥的臨界界面不在閥座喉部，而是在其下游。但是終究是什么樣的流場形態(tài)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的機理是什么，這些實驗很難解答的問題若經(jīng)過流場仿真就能夠很容易地解答。

圖 1-10 為某規(guī)格平安閥內(nèi)部流場中音速和超音速區(qū)域的馬赫數(shù)等值線圖。從圖中能夠看出，介質(zhì)在閥座喉部的活動是亞聲速的，實踐的氣動臨界截面位于閥座與閥瓣之間構(gòu)成的圓柱側(cè)面上。

圖 1-10 平安閥內(nèi)部流場中的馬赫數(shù)等值線圖

（4）結(jié)語

由于 API 規(guī)范平安閥與 JB 平安法相比，具有顯著的特性和先進性。因此近年來，API 規(guī)范平安閥在我國得到越來越普遍的應(yīng)用。從目前現(xiàn)狀剖析，提出幾點倡議：

1）平安法制造廠、檢驗單位以及運用部門需全面、完好地理解、熟習和控制 API 規(guī)范（ASME 標準）相關(guān)內(nèi)容和請求。

2）設(shè)計單位與制造廠商嚴厲遵照 API 規(guī)范（ASME 標準）請求停止平安法的設(shè)計選型、選材和制造。

3）各制造廠對消費的 API 規(guī)范平安閥應(yīng)展開充沛的性能研討工作，以顯現(xiàn) API 規(guī)范平安閥的特性。各制造廠應(yīng)經(jīng)過具有資質(zhì)的檢測部門肯定平安閥的排量系數(shù)以供用戶選型時運用。

4）目前國內(nèi)平安閥制造廠的消費手腕和實驗條件較國外廠家有較大差距，特別在實驗條件方面。因此，倡議平安法制造廠和檢驗單位應(yīng)發(fā)明條件滿足平安閥性能實驗的請求。例如，關(guān)于實驗安裝和容器應(yīng)有足夠尺寸和容量。這觸及回座壓力的精確性以及力學性能的判別。

5）平安閥運用單位應(yīng)向供貨單位（制造廠）提出平安閥的明白訂貨請求，并在收貨時索要相關(guān)文件（例如合格證、質(zhì)量證明書、實驗報告等）以及停止必要項目的驗收。