新型先导式安全阀设计.docx

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1、新型先导式安全阀设计目 录1 文献综述11.1 安全阀概述11.1.1 安全阀定义及其应用11.1.2 安全阀部件及原理11.1.3 安全阀分类31.1.4 安全阀选用41.1.5 安全阀研究现状51.2 先导式安全阀61.2.1 先导式安全阀结构与工作原理61.2.2 先导式安全阀研究状况81.3 存在问题及本文设计任务101.3.1 先导式安全阀冻堵案例分析101.3.2 先导式安全阀泄漏问题111.3.3 先导式安全阀存在问题的解决方案121.3.4 本文设计任务122结构方案设计132.1 实际工况132.2 设计标准132.3 结构选型142.3.1 直接载荷式安全阀142.3.2

2、先导式安全阀152.3.3 常规先导式安全阀缺陷162.3.4 改进设计方案162.3.5 最终选型172.4 材料选择172.5 本章小结183设计计算193.1 计算安全泄放量及安全泄放面积193.1.1 实际工况设备及流速计算193.1.3 介质气体特性参数计算203.1.4 安全泄放量计算253.1.5 泄放面积计算263.1.6 计算结果汇总273.2 弹簧刚度计算及强度校核283.2.1 主阀弹簧刚度计算及强度校核283.2.2 导阀弹簧刚度计算及强度校核333.3 阀体强度计算及校核383.4 本章小结394结构设计说明404.1 阀体设计404.1.1 下阀体设计404.1.2

3、 上阀体设计424.2 内部构件设计444.2.1 阀座444.2.2 主阀瓣454.2.3 活塞及活塞缸474.2.4 导阀阀瓣494.2.5 弹簧座与弹簧座套514.2.6 调节套524.2.7 阀杆534.3 阀体外部构件设计544.3.1 阀盖544.3.2 调节螺柱544.4 本章小结555.1 接收、装卸及贮存565.1.1 接收565.1.2 装卸595.1.3 贮存595.2 安装前准备工作595.2.1 安装场地595.2.2 安装条件确认595.3 安全阀的安装605.4 安全阀调试60-III -5.4.1 出厂试验605.4.2 安装后的调试615.5 安全阀维修615

4、.5.1 安全阀常见故障615.5.2 维修方案625.6 本章小结62设计总结63参考文献64-# -1文献综述1.1 安全阀概述1.1.1 安全阀定义及其应用安全阀是一种特殊的自动阀门，其特殊在无需外力开启或关闭，而是通过其内部的介质压力达成其开启与关闭。安全阀的作用在于当系统内部压力超过额定安全值时，安全阀由于内部介质压力的作用而开启，排出一定量的流体使系统的压力恢复到额定安全值一下以此来保护系统安全阀广泛应用于工业过程中的锅炉、压力容器以及压力管道，是最常见的带压装置保护器。1.1.2 安全阀部件及原理化工设备经常会出现超压现象，为维持系统稳定与工艺安全，常用安全阀作为超压泄放装置来进

5、行设备保护，在安全阀出厂会有设定好的开启压力和泄放压力，即当系统介质压力达到开启压力时，安全阀会自动开启，从而进行压力泄放，维持系统平衡，开启压力的偏差不能超过0.03倍的开启压力，否则将有重大安全隐患。表1.1特性比较安全阀爆破片易熔塞结构形式结构复杂结构简单结构简单口径范围较小很大较小压力范围较小很大很大适用介质不适宜粘稠、结晶介质各种介质各种介质重复使用是否否经常超压场合适用无法使用无法使用灵敏性稍差高差密封性差无泄漏无泄漏更换与维护较复杂简单简单安全阀一般使用的预紧压力元件为弹簧，与系统介质直接接触的部件为阀瓣，阀瓣受力传递给弹簧，安全阀的开启即系统介质压力作用到阀瓣上，压力为尸，阀瓣

6、与介质接触面积为A,阀瓣所受介质的力为压力与受压面积的乘积，即QPXA,弹簧的预紧力为R,由此可知，当月略大于R时，安全阀的阀瓣将被顶起，也即安全阀开启，介质在安全阀开启时与安全阀出口连通，若介质无害则一般排放至大气，若介质较为危险则排放至储存容器，可以根据介质类型选择安全阀出口法兰相接装置（或大气）。超压泄放装置不止安全阀这一类泄放装置，还有爆破片、易熔塞等。三者的特点对比如表l.lo由表1.1可知，安全阀拥有其他超压泄放装置唯一不具备的特性，即重复使用性。爆破片原理是当系统超压时，爆破片爆破对系统压力进行泄放，由于爆破片爆破了,因而当系统压力降低至正常工作压力后也无法再次进行密封，系统介质

7、会一直排出，直至介质全部排光。易熔塞类似于爆破片，当温度达到易熔塞熔化温度时，易熔塞不再对系统进行密封,介质同样会一直排出直至排光。由于爆破片与易熔塞的不可重复使用，因而很多情况一旦超压，则会导致：（1）严重污染。（2）介质（工艺成本）大量流失。（3）工艺停止，无生产（或运行）能力，损失生产时间。安全阀由于设计巧妙，可以重复使用，从而避免上述情况。安全阀重复使用的原理即回座的设定，当安全阀出厂后会设定一个回座压力，也即当系统介质压力降低到回座压力时，泄放过程停止，安全阀重新关闭，对系统进行密封。反冲盘图1.1反冲盘安全阀设计巧妙在于安全阀的一个结构一一反冲盘（图1.1）的设计，在安全阀关闭时，

8、系统介质只接触阀瓣，受力面积小，当安全阀阀瓣开启时，介质接触反冲盘，整体受力面积变大，受力变大（起跳原理），因而即使随着介质泄放，压力降低，安全阀依然能稳定的开启，当系统介质压力降低到介质的压力尸与整个受力面积乘积（阀受力）等于弹簧预紧力时，在弹簧的作用下安全阀实现回座动作（回座原理），从而安全阀具有重复使用性，可以用于经常超压的场合。1.1.3 安全阀分类安全阀可按以下多种方式分类（1）安全阀的基本分类川a）直接载荷式安全阀用比如弹簧或重锤这样的机械载荷来克服阀瓣下介质产生的作用力的安全阀，同时直接载荷式安全阀是最常见的安全阀。其优势为价格相较低廉，可以满足大多数要求不高的场合，其劣势为不能

9、保证零泄漏，会出现动作不可靠的现象。b）平衡式安全阀一种通过采取一定措施来降低背压对动作的影响到最低的一种安全阀。c）先导式安全阀一种特殊的安全阀，其部分分为导阀和主阀，主阀的开启是通过导阀排出的介质来控制或驱动的，其中导阀本身同样也为直接载荷式安全阀，同时先导式安全阀又称作脉冲式安全阀。其优势为可以保证零泄漏，可以保证开启、回座的可靠性，可以满足特殊工况下的要求，其劣势为价格昂贵，拆装不便。d）带动力辅助装置的安全阀在借助一个动力装置的情况下使其可以在低于整定压力时开启的安全阀。（2）按开启高度分类还可将安全阀分为微启式、全启式和中启式a）微启式安全阀安全阀开启高度为流道直径的1/20,主要

10、用于介质为液体的工况，同时也可以用于小压力的气体介质工况。b）全启式安全阀安全阀开启高度为流道直径的1/4,主要用于介质为气体的工况，其弹簧可用ANSYS进行强度分析和疲劳分析，可大幅提高效率并降低成本，进行有限元模拟使用Pro/ENGINEER WF3建立弹簧有限元模型。c）中启式安全阀安全阀开启高度在全启式和微启式之间，国内应用较少。(3)按结构分类a)带有扳手(与不带扳手)的安全阀扳手用于紧急泄压，同时可以检查阀瓣灵活度，当介质为空气或水蒸气时可以带有扳手。b)不封闭(与封闭)弹簧式安全阀当介质为空气、水、水蒸气时，可以选用不封闭弹簧式安全阀，介质为其他时只能选用封闭式安全阀。(4)按载

11、荷形式分类a)非直接载荷式安全阀先导式安全阀及带动力辅助装置的安全阀b)直接载荷式安全阀除上述非直接载荷式以外的安全阀(5)按平衡内压的方式分类a)杠杆式安全阀结构为杠杆连接阀瓣与重锤，用重锤的重力来平衡阀瓣所受介质的力的安全阀，调节压力方式为调整重锤在杠杆上的位置，现已很少使用。b)弹簧式安全阀以弹簧压缩力来平衡阀瓣所受介质的力的安全阀，现基本使用的安全阀为弹簧式安全阀或以其改进的安全阀。1.1.4 安全阀选用安全阀在选用时要考虑几个方面：介质特性、工作温度、容器有无震动、工作压力等。同时选用时要注意以下几点：(1)高温低压且容器或管道无振动的工况一般采用杠杆式安全阀。(2) 一般的无特殊条

12、件的工况下一般可以采用弹簧式安全阀。(3)易燃易爆或有毒介质采用先导式安全阀或全封闭式安全阀。(4)压缩空气或蒸汽类介质一般选用半封闭式或开敞式的全启式安全阀。(5)高压容器或安全泄放量较大的工况一般采用全启式安全阀。(6)要求压力平稳或安全泄放量小的工况一般采用微启式安全阀。(7)设定压力大于3.0MPa,温度超过235的气体为介质时，应选用带散热片的安全阀1。(8)介质为强腐蚀或剧毒性这样极度危险的介质，可选用带波纹管安全阀”瞑(9)背压较大的场合使用带波纹管安全阀。-5-1.1.5安全阀研究现状安全阀研究现状如下：（1）直接载荷式（通用式）安全阀图1.2直接载荷式安全阀直接载荷式安全阀结

13、构如图L2所示。其一般用于背压低或非腐蚀性介质的场合，对于允许的背压要小于01倍的开启压力，一般用于排放口连通大气的场合。（2）平衡波纹管式安全阀1.阀帽；2.阀杆；3.伸赞；4.阀h5,导向我；6.反冲盘；7阀噌；8.调方圈；9.阿建；10.阀体；口.微热器；12.波奴管；13.阀盖螺窗孔图1.3平衡波纹管式安全阀口A板介平衡波纹管式安全阀结构如图1.3所示。该类安全阀属于平衡式安全阀，是对于通用式安全阀的改进，将波纹管安装在阀盖与阀瓣之间，将背压的影响降至最低，允许的背压小于0.3倍的开启压力。(3)先导式安全阀详细介绍与1.2节。(4)碟形弹簧安全阀将原本的通用式安全阀的弹簧换为碟形弹簧

14、，改用为碟形弹簧，其弹簧所需空间变小，安全性高，更容易维修更换1。(5)外置微启式等变形并列式组合压缩弹簧安全阀1压盖2弹簧(大)3弹簧(小)4阀解组件5压力表6间体图1.4外置微启式弹簧安全阀结构如图1.4所示。该阀用于罐式集装箱，并列式组合压缩弹簧有效的减少了安装产品露出罐体的部分，而且弹簧不与介质直接接触，使弹簧不会产生断裂，保证了整体安全性。1.2先导式安全阀1.2.1 先导式安全阀结构与工作原理先导式安全阀的组成结构如图1.5,部件有主阀、导阀、泄放阀、导管和接头等。-7-I.阀体 2阀座 a主阀带4.导管5.弹警6阀盖7接头&泄放阀9导阀图15先导式安全阀1四其中导阀结构如图1.6o1.附体2下阀柑&放气接头4项杆5卜.阳藩6弹簧7池放阀图1.6导阀结构“41先导式安全阀的工作原理：正常工况下，系统介质通过导阀达到主阀阀瓣上方气室,主阀阀瓣下侧介质压力与阀瓣上方气室的介质压力相平衡，而主阀弹簧给予主阀瓣预紧力，因而若导阀不开启，则主阀将永远不会开启，当导阀开启时主阀上方气室与系统介