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3.1關(guān)于先導(dǎo)式安全閥的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本論文設(shè)計(jì)的先導(dǎo)式安全閥是根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)ASME VII以及API 520的標(biāo)準(zhǔn)去進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的運(yùn)算。同時(shí)，本論文還根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對先導(dǎo)式安全閥的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算。通過兩個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出的具體數(shù)據(jù)對比，可以更有針對性地進(jìn)行先導(dǎo)式安全閥的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。本論文在設(shè)計(jì)初期已給出相關(guān)的數(shù)據(jù)要求，所研究優(yōu)化的先導(dǎo)式安全閥為非流動(dòng)調(diào)節(jié)式的，在整個(gè)先導(dǎo)式安全閥的設(shè)計(jì)過程中，都會(huì)根據(jù)以下數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。具體數(shù)據(jù)如下：
3.2先導(dǎo)式安全閥的流道直徑及流道面積的確定
根據(jù)GB進(jìn)行計(jì)算：
1、首先應(yīng)通過排量計(jì)算確定安全閥的額定排量，安全閥的額定排量應(yīng)大于并盡可能接近必要的排放量（即安全泄放量），以確保承壓設(shè)備的安全運(yùn)行。因?yàn)楸驹O(shè)備的工作介質(zhì)為LNG，所以應(yīng)根據(jù)介質(zhì)為液體的公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算： (2-1) 式中 ,LNG的密度一般是,這里取密度為、參考《閥門設(shè)計(jì)手冊》，可查閱表4-110“安全閥額定排量系數(shù)”，確定，表如下表安全閥額定排量系數(shù)
額定排量系數(shù) 式中按下式計(jì)算：式中 —額定排放壓力（Mpa），通常取,經(jīng)查表得 ,取23Kpa。因?yàn)榇税踩y為全啟式安全閥，所以上述各式中的安全閥額定排量系數(shù)取0.7~0.8，初定0.75。從《閥門設(shè)計(jì)手冊》里面的表“ANSI B16、34規(guī)定的鋼制閥門的流道直表一 ANSI B16、34規(guī)定的鋼制閥門的流道直徑徑”查到，若公稱通經(jīng)為DN 12″，公稱壓力為PN 2，則從表中可以查到對應(yīng)的流道直徑為且由式（2-1）已知即流道面積A從上述計(jì)算初步可得，流道直徑流道面積A為。
3、安全密封計(jì)算
當(dāng)被保護(hù)的設(shè)備處于正常運(yùn)行壓力的時(shí)候（相當(dāng)于安全閥的密封壓力）p時(shí)，安全閥密封面上的比壓應(yīng)大于或等于必須比壓力，根據(jù)公式可得：因?yàn)樵谙到y(tǒng)壓力超過正常值的時(shí)候，先導(dǎo)式安全閥是通過介質(zhì)的壓力把主閥的閥瓣壓緊的，所以當(dāng)介質(zhì)壓力為P時(shí)的密封面壓力肯定會(huì)大于或等于必須必壓力，因?yàn)榈膲毫褪峭ㄟ^介質(zhì)提供的，所以一定作用在主閥瓣上的作用力一定大于或等于必須比壓力。
當(dāng)先導(dǎo)式安全閥未進(jìn)行正常工作時(shí)，進(jìn)口并沒有介質(zhì)壓力時(shí)，密封面上的比壓應(yīng)小于或等于許用比壓，即：
4、彈簧式安全閥動(dòng)作特性計(jì)算及彈簧剛度的確定
彈簧式安全閥的動(dòng)作特性，即排放壓力、開啟高度、回座壓力等性能，取決于閥門開啟和關(guān)閉（回座）過程中流體對閥瓣作用的升力與彈簧載荷力的共同作用結(jié)果。上述兩力在閥門動(dòng)作的過程中都是變化的。
閥瓣升力的變化情況可用升力系數(shù)來描述。升力系數(shù)是閥瓣升力與介質(zhì)靜壓力作用在等于流道面積的閥瓣面積上產(chǎn)生的作用力的比值，即：
為達(dá)到規(guī)定的開啟高度h，在高h(yuǎn)下的閥瓣升力應(yīng)大于或等于此時(shí)的彈簧力。根據(jù)此確定彈簧剛度的大值為：
5、安全閥排氣反作用力的計(jì)算
安全閥排放時(shí)，大量氣體或蒸汽以音速或亞音速排出，給予閥門巨大的反作用力，對閥門與設(shè)備連接處產(chǎn)生很大的力矩。計(jì)算安全閥與設(shè)備連接部位的強(qiáng)度時(shí)，必須考慮到上述排氣反作用力。
排放管道出口截面處壓力可按下式計(jì)算：考慮到安全閥排氣反作用力具有沖擊載荷的性質(zhì)，通常還需要對計(jì)算的出的排氣反作用力乘以動(dòng)載荷系數(shù)。動(dòng)載系數(shù)的計(jì)算程序如下：
計(jì)算比值。此處，為安全閥開啟時(shí)間，即安全閥從關(guān)閉狀態(tài)到全開啟的動(dòng)作時(shí)間。 根據(jù)比值從圖查得動(dòng)載系數(shù)。
3.3根據(jù)ASME和API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行先導(dǎo)式安全閥計(jì)算
本論文設(shè)計(jì)的先導(dǎo)式安全閥是根據(jù)《ASME VIII鍋爐壓力容器規(guī)范的組成(第八卷)》和《API RP 520煉油廠泄壓裝置的定徑、選擇和安裝》的標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)的。其中，《ASME VIII鍋爐壓力容器規(guī)范的組成(第八卷)》的標(biāo)準(zhǔn)主要是針對先導(dǎo)式安全閥在試驗(yàn)、制造以及驗(yàn)收等相關(guān)項(xiàng)的規(guī)定。而《API RP 520煉油廠泄壓裝置的定徑、選擇和安裝》的標(biāo)準(zhǔn)則是從先導(dǎo)式安全閥的設(shè)計(jì)方面作出了相關(guān)規(guī)定。
3.3.1計(jì)算的范圍及相關(guān)要求
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，《API RP 520》主要適用在煉油廠以及相關(guān)工業(yè)上面，其規(guī)范里面涉及設(shè)計(jì)的大允許工作壓力時(shí)大于等于15psig（即0.103Mpa），還有，要求是無火壓力容器和相關(guān)設(shè)備的泄壓裝置。本論文所設(shè)計(jì)的先導(dǎo)式安全閥的設(shè)計(jì)壓力為0.023Mpa，符合要求。而《ASME VIII鍋爐壓力容器規(guī)范的組成(第八卷)》主要針對的是保持內(nèi)部或外部壓力的壓力容器，設(shè)計(jì)壓力也是不超過300psi（2070Kpa），也是符合本論文的設(shè)計(jì)要求的。下表給出國外和國內(nèi)相關(guān)安全閥的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如下
表、安全閥的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
序號 | 代號 | 名稱 |
1 | GB/T12241 | 閥門設(shè)計(jì)一般要求 |
2 | GB/T12242 | 壓力釋放裝置 性能試驗(yàn)規(guī)范 |
3 | GB/T12243 | 彈簧直接載荷式安全閥 |
4 | JB/T9624 | 電站安全閥 技術(shù)條件 |
5 | JB/T6441 | 壓縮機(jī)用安全閥 |
6 | ISO4213-1 | 安全閥 *部分 一般要求 |
7 | ISO4216-2 | 安全閥 第二部分 可控制的壓力泄放系統(tǒng) |
8 | ASME | 鍋爐及壓力容器規(guī)范Ⅰ 動(dòng)力鍋爐 |
9 | ASME | 鍋爐及壓力容器規(guī)范Ⅱ 核動(dòng)力設(shè)備 |
10 | ASME | 鍋爐及壓力容器規(guī)范 壓力容器 |
11 | DIN3320 | 安全閥 安全關(guān)閉閥 |
12 | TRD421 | 壓力泄放裝置-用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ組蒸汽鍋爐的安全閥 |
13 | BS6759 | 蒸汽及熱水用安全閥技術(shù)規(guī)范 |
14 | BS6759 | 第四部分 安全閥及安全閥彈簧 |
15 | JIS B8210 | 第四部分 安全閥及安全閥彈簧 |
16 | API RP520 I | 煉廠中壓力泄放裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算、選用和安裝設(shè)計(jì)計(jì)算和選用 |
17 | PAI RP50 II | 煉廠中壓力泄放裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算、選用和安裝-安裝 |
18 | API RP526 | 鋼制法蘭連接安全泄壓閥 |
19 | API RP527 | 泄壓閥的閥座密封 |
參考文獻(xiàn)
客服1號