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安全阀工作原理是什么?如何操作?常见问题如何排除?

由于安全阀是为了预防在压力条件下发生灾难性故障的最后装置,因此非常重要,该阀必须始终保持工作状态,即它必须100%可靠。安全阀的主要功能是保护财产和生命安全。安全阀应安装在有可能超过系统或压力容器最大允许工作压力的地方,尤其是在由于系统中另一台设备出现故障而导致事故的情况下。

下列情况有可能导致压力过剩:

冷却系统故障,使蒸气或流体膨胀

压缩空气或电力故障无法控制仪表

意外大火

在工厂启动期间

安全阀的用途和功能

安全阀的设计是用于打开和释放来自容器或设备的过大压力,并在恢复正常状态后重新关闭并防止流体进一步释放。

下图显示了来自英国知名制造商的标准安全阀。每个制造商的操作都略有不同,但是所有基本组件和操作原理都相同。如前所述,安全阀的不同之处在于,一旦达到设定压力,安全阀就会迅速打开。对于相同的进样口尺寸,并且安全阀处于关闭状态时,进样口侧的压力所见的表面积是相同的。当达到设定压力且阀门开始打开时,安全阀上的阀瓣会变大(请参见下图),因此相同的压力会产生更大的表面积,因此作用力大大增加,导致阀门打开快速,因此安全阀具有特有的弹出动作。

安全阀原理

该图以最简单的形式说明安全阀的工作原理。作用在圆盘入口侧的力与弹簧和圆盘顶部的反作用所施加的力相反。

图2-简单的阀门模型

当(PI x Ab)Fs +(PB x At)时阀打开。 At = PI =入口压力,PB =背压,At =圆盘面积的顶部,Ab =圆盘面积的底部。此设计要注意的是,如果PB可变且相对于PI很大,则这将导致阀门打开时的压力发生变化。提供以下两种设计(图3和图4),它们消除了背压对设定压力的影响。

安全阀操作

圆盘通过弹簧固定在喷嘴上,弹簧装在阀盖中。弹簧由压缩螺钉调节,以允许校准打开或设定压力。拧在喷嘴上的可调喷嘴环控制流体出口控制室(也称为集管室)的几何形状。控制室(紧凑室)的几何形状对于控制阀的打开和关闭压力以及操作的稳定性非常重要。喷嘴环通过环销组件锁定到位,如下图所示。

在正常系统操作下,由于弹簧力(Fs)大于作用在内部喷嘴座区域(PA)上的系统压力,因此阀保持在关闭位置。如果系统压力增加到这些力相等时的点,则达到设定压力。阀瓣抬起,流体流经阀门。当系统中的压力恢复到安全水平时,阀门关闭。

即将达到设定点之前,泄压阀会将系统流体泄漏到挤塞腔中。现在,流体作用在挤缩腔(PAh)内的阀瓣的较大区域上,导致阀门的开启力瞬间增大。作用在较大区域上的系统压力会突然快速打开安全阀。

尽管打开迅速而剧烈,但阀门在设定点并未完全打开。系统压力必须增加到高于设定点才能将阀门打开到其最大升程和容量位置。在各种法规和标准规定的允许极限(超压)范围内,可以达到最大升程。所有的泄压阀均允许过压余量,以达到额定最大流量。在未点火的容器和系统上,允许的超压范围从10%到21%不等,具体取决于尺寸基础,阀门数量以及是否遇到火灾。

一旦阀门控制了压力偏移,系统压力将开始降低。由于拥挤的腔室区域现在正在控制出口流体流量,因此在弹簧力能够关闭阀之前,系统压力必须降低到设定点以下。设定压力和关闭压力之间的差称为泄压,通常表示为设定压力的百分比。典型的排污可在行业标准的7%到10%之间变化。

安全阀是一种安全装置,在许多情况下是最后一道防线。重要的是要确保安全阀在任何时候,任何情况下都能够运行。安全阀不是过程阀或压力调节器,因此不应被滥用。它仅应出于唯一一种目的进行操作:过压保护。

容器内压力过大的原因

容器或系统中的压力可以超过预定极限的原因有很多。最常见的是:

放电阻塞

暴露于外部火源,通常称为“火灾案例”

热膨胀

化学反应

换热器管破裂

冷却系统故障

上面列出的每个事件都可以单独发生,也可以彼此分开发生。它们也可能同时发生。每种超压原因也会产生不同的质量流量或体积流量,例如,用于热膨胀的质量流量较小,如果发生化学反应,则质量流量较大。确定合适的泄压装置的尺寸和选择的最坏情况是用户的责任。

安全阀的测试/维护

通常,他们建议每3或6个月进行一次手动测试(假设它有一个提升杆),每12个月进行一次设定压力测试。将这些内容合并到您的维护计划中是明智的,这样就不会错过它们。有时,您的保险企业可能会要求对此进行更定期的测试,即每6个月进行一次。在大多数情况下,测试涉及从系统中删除它们,并在经过批准的车间中对它们进行重新认证。

如果您的系统已关闭进行年度维护,那么这是拆卸安全阀并进行检查和重新认证的理想时机。

对于只能在短时间内关闭的系统,明智的做法是保留备用阀门以进行更换,然后可以检查并重新认证卸下的阀门。

对于无法关闭的系统,您将需要使用一个转换阀,该转换阀允许您在安全阀之间进行互换,从而可以拆下安全阀进行检查和测试。

对于连续运行的系统上的较大安全阀,您可以考虑使用原位测试。但是,此方法确实有一些局限性,因为您无法目视检查阀门的内部,但是它将告诉您阀门是否在正确的设定压力下打开。

安全阀常见故障

安全阀和安全阀非常可靠。但是,大家遇到的最常见问题是:

(a)当阀门应关闭时,阀门在出口侧通过(泄漏)。不管新旧程度如何,阀门都可能发生这种情况,如果介质中的碎屑在阀门升起的某个时刻穿过阀门,并且碎屑夹住或损坏了阀门的内部,则会发生这种情况。在软座阀上,硬颗粒可能将自身嵌入软材料中,从而导致重新密封问题。如果您的阀门有一个提升杆,并且这样做是安全的,那么值得举起手柄几秒钟,这样可以清除所有碎片,使阀门能够正确地重新密封。如果不是这种情况,则需要将阀门卸下并退回,以进行维护和重新认证。大家最常看到的是在系统启动期间出现压力峰值。

(b)腐蚀/磨损通常只是旧阀门或极端恶劣环境中出现。

这两种情况都不包含在制造商在保修范围内。


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