安全阀培训讲义之一
安全阀基本知识
黄光禹 编
上海安德森·格林伍德·克罗斯比阀门有限公司
2007年11月
目录
1  安全阀的用途和作用原理
2  对安全阀的要求
2.1 对安全阀的基本要求
2.2 有关安全阀性能的术语
2.3 安全阀的主要性能指标
2.4 对核电站安全阀的特殊要求
3  安全阀的种类及其特点
3.1 按作用原理分类
3.2 按动作特性分类
3.3 按开启高度分类
3.4 按有无背压平衡机构分类
3.5 按出口侧是否密封分类
4  安全阀的主要结构型式
5  安全阀的选用
5.1 安全阀型号编制方法
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通径
5.4 选用安全阀所需的数据
6  安全阀的安装和试验要求
6.1 安全阀的安装要求
6.2 安全阀的试验要求
安全阀的用途和作用原理
安全阀是锅炉、压力容器和其他受压设备的保护装置，用来防止受压设备中的压力超过设计允许值，从而保护设备及其运行人员的安全。
由于安全阀可以不依赖任何外部能源而动作，所以常常作为受压设备的最后一道保护装置。从这个意义上说，它的作用是不能用其他保护装置来代替的。
当受压设备中介质的压力由于某种原因而异常升高，达到预先的设定值时，安全阀自动开启，继而全量排放，以防止压力继续升高；当介质压力由于安全阀的排放而降低，达到另一预定值时，阀门又自动关闭，阻止介质继续排出。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。
以下分别以弹簧直接载荷式安全阀和先导式安全阀为例，进一步说明安全阀的作用原理。
图1-1是弹簧直接载荷式安全阀的示意图。当被保护设备中（即安全阀进口处）介质处于正常工作压力时，弹簧载荷大于介质静压力对阀瓣的作用力，使阀门处于关闭状态。上述两个作用力的差值产生使阀瓣和阀座（统称为关闭件）密封面间相互压紧的力（即密封力）。只要这个密封力足够大（相对于由密封面及介质状况决定的必需密封力而言），就能阻止介质泄出，使阀门达到必要的密封性。如果介质压力升高，超过正常工作压力时，密封力就随之减小。小到一定程度时，介质开始泄出（称为“前泄”）。随着介质压力进一步升高，当介质对阀瓣的作用力同弹簧力达到平衡时，阀瓣开始脱离阀座而升起，称为“开启”。压力继续升高时，阀瓣达到设计的开启高度，作全量排放。只要阀门的排量足够大，设备中的压力就会降低。压力降低到一定程度时，阀门由于弹簧力的作用而重新关闭。
图1-1 弹簧直接载荷式安全阀示意图
先导式安全阀由主阀和导阀组成。导阀随设备介质压力的变化而动作，主阀则由导阀的驱动或控制而动作。图1-2是先导式安全阀的动作原理图。
当被保护系统处于正常运行状况时，导阀阀瓣处于关闭状态。系统压力从主阀进口通过导管和导阀传入主阀阀瓣（活塞）上方气室。由于活塞面积大于阀瓣密封面面积，系统压力对阀瓣产生一个向下的合力，使主阀处于关闭、密封状态。
图 1-2  先导式安全阀动作原理
当系统压力升高达到整定压力时，导阀开启，同时滑阀向上移动封闭导阀的进气通道。主阀阀瓣上方气室的介质经由打开的导阀排出，使主阀阀瓣上方压力降低。主阀阀瓣在进口压力的推动下打开而使系统卸压。
当系统压力降低到一定值时，导阀回座并带动顶杆顶开滑阀。系统压力再次通过导阀传入主阀阀瓣上方气室，并推动主阀阀瓣关闭。
对安全阀的要求
2.1 对安全阀的基本要求
安全阀的功能是通过下列动作过程来实现的：1. 安全阀处于关闭密封状态；2. 安全阀开启（或称初始开启）；3. 安全阀排放（或称全开启）；4. 安全阀关闭（或称回座）并恢复密封。对安全阀的基本要求就是同上述动作过程联系在一起的，主要有以下几点：
必要的密封性
当被保护设备处于正常运行压力时，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持续损耗，过大的泄漏甚至会影响到设备和系统的正常工作；持续的泄漏还会造成对安全阀密封面的冲蚀，这将使泄漏加剧，以致发展到不能正常工作的地步。
对于安全阀来说，使其关闭件保持良好的密封比起截止类阀门要困难得多。这是因为安全阀关闭件密封面之间相互压紧的密封力决定于阀门整定压力（即开启压力）同设备运行压力的差，是一个不大的值。因此，对于安全阀特别是金属密封面的安全阀，要达到完全无泄漏是十分困难的。但必须把泄漏率控制在标准或规范允许的范围内。
可靠地开启
当进口压力达到预先整定的压力值时，安全阀应及时准确地开启（初始开启）。换言之，安全阀的开启压力对其整定压力的偏差应在标准或规范规定的范围内。
稳定地排放
当阀进口压力继续升高到超过整定压力一个规定的数值时，安全阀应达到设计的开启高度，进入排放状态。排放压力（全开启压力）应小于或等于标准规定的极限值。排放应是稳定的，即没有频跳、颤振、卡阻等现象。因为这些现象会导致安全阀排放能力降低，并可能损坏关闭件密封面，还会引起被保护设备和系统内较大的压力波动，在液体介质的场合甚至可能造成水击。
适时地关闭
由于安全阀的排放而使设备和系统中的压力降低之后，安全阀应适时地关闭（亦称回座）。回座压力过低意味着介质和能量的过多损耗，也会给设备和系统恢复正常运行增加困难。但回座压力也不宜过高。如果回座压力高到接近开启压力，容易导致阀门重新开启，造成阀门频跳。回座压力过高也不利于安全阀在关闭后重新建立密封。在有关标准和规范中对回座压力的合适范围也作了规定。
关闭后的密封
安全阀关闭后，应能有效地阻止介质继续流出，并重新达到密封状态。但安全阀在开启之后重建密封要比维持既有的密封状态更加困难。多种因素会影响到关闭后的密封，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），排放过程中阀门零件温度分布的变化，关闭过程的动作特性及回座压力的高低等。
在上述对安全阀的基本要求中，可靠地开启并稳定地排放是首要的要求，因为安全阀防超压的功能正是通过其排放过程来实现的。回座和密封要求虽然也很重要，但相比之下还是第二位的。
此外，安全阀同爆破片、折断销、易熔塞等只能使用一次的压力释放装置不同，是一种可以多次使用的“重闭式”压力释放装置。因而还要求其动作性能具有满意的重复性。在有关安全阀试验的标准中，通常要求对同一工况下的动作试验至少进行三次，就是为了确认安全阀动作的重复性。
2.2 有关安全阀性能的术语
对安全阀的基本要求，体现在安全阀的主要性能指标中。为了说明这些性能指标，有必要了解涉及安全阀性能的一些术语。
1. 整定压力（Set pressure）
亦称开启压力或初始开启压力，是安全阀阀瓣在运行条件下开始从阀座上升起时的进口压力。从理论上讲，在该压力下，由介质压力产生的使阀瓣开启的力同使阀瓣保持在阀座上的力相互平衡。而在实践中，所谓阀瓣开始升起，通常可以用下列方法来加以判断：一是在测量阀瓣开启高度的位移传感器上出现首次位移指示；二是凭视觉或听觉感知介质开始连续地排出。
2. 排放压力（Relieving pressure）
阀瓣达到设计开
安全阀基本知识讲义（07.11）.doc