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安全阀临界压力比

2010-04-29

 

正确计算安全阀排量是合理选用安全阀,并判断其可靠性的重要依据。GB 150-89《钢制压力容器》中,根据安全阀流动状态不同,提出了2种排量计算公式,为此,判断安全阀是处于临界流动状态还是亚临界流动状态,是正确选用排量计算公式的前提。目前对安全阀临界压力比数值存在2种观点:各国规范中均认为安全阀临界压力比与喷管临界压力比相同,其数值为0.5281,2]。很多专家和研究人员认为,安全阀临界压力比小于喷管临界压力比,其数值约0.20.33

临界压力比rcr是指在zui小流道截面处,气流流速达到当地音速时的出进口压力之比。喷管的临界压力比在理论上完全可以由公式计算确定。当喷管出进口压力比低于或等于喷管临界压力比时,由于出口截面上已是音速流,出进口压力比的扰动不能超过音速面,所以扰动不能影响喷管内的流动。出口截面上的气流压力维持p2/p1= rcr不变,出口截面上气流仍是音速流,相对排量也维持不变,即W/Wmax=1,此时,喷管处于临界或超临界流动状态[4]。除了喷管以外,其它结构的临界压力比往往需要由试验确定,而以试验确定的临界压力比称第二临界压力比,以资区别。

由于安全阀结构的复杂性,很难测定安全阀zui小流道截面积处气流流速,从而无法根据zui小流道截流面积处是否达到音速而准确确定。目前,判断安全阀是否达到临界流动状态的方法是测定安全阀的排量系数,认为只要排量系数不随压力比变化,安全阀就达到临界流动状态[3]。实测结果是安全阀排量总是随压力比的变化而变化,只不过当安全阀压力比低于0.20.3时,安全阀排量随压力比的变化较小,而人们认为这种较小的变化是由于测量误差引起的,从而判断全启式约为0.20.3。这一试验测定的方法,其理论依据是在临界和超临界流动状态,压力比扰动不能超过音速面,而使喷管相对排量维持不变,即W/Wmax=1。然而,在临界或超临界流动状态,则喷管出口截面的流动已是音速流而使相对排量W/Wmax维持不变,反之,若相对排量维持不变,就判断出口截面的流动已是音速流,安全阀处于临界流动状态则缺乏理论依据和试验证明。
由于安全阀的种类繁多,选择一个满足于给定应用下特定要求的安全阀几乎没有什么困难。一旦选择了合适的安全阀,必须确定安全阀正确的排放压力和排量,同时也要确定合适的口径和设定压力。选择合适的安全阀受下面几个因素的影响:成本 - 当选择应用于非关键性场合的安全阀时,这是一个zui显而易见的考虑因素。进行价格比较时,必须同时考虑安全阀排量和口径。正如前一章节说述,即使相同的安全阀进口连接口径,但不同的行程特性,排量之间也会有很大的差别。排放系统的类型 - 如果安全阀排放至大气中,而不是连接到排放系统内,开式阀帽的安全阀可用于蒸汽、空气和无毒性气体系统。在这些应用中,通常需要微升杆。对于不允许泄放到大气中去的气体或液体应用,必须采用闭式阀帽。在这样的应用中,必须使用封/气密端盖或填料密封微升杆。对于存在明显附加背压力的系统(通常在制程行业中排放至集管的情况),需要平衡波纹管或活塞式安全阀。安全阀的结构型式 - 半喷嘴形安全阀适合于压力适中的无毒、无腐蚀性介质,而全喷嘴形安全阀要用于腐蚀性介质或系统压力非常高的工艺制程行业。对于腐蚀性流体或高温的应用,还需要一些特殊的材质。动作特性 - 根据不同的应用,安全阀的性能要求也有所不同,因此必须相应地选择不同的安全阀。蒸汽锅炉用安全阀,通常要求较小的超过压力,一般只有3%5%。而对于绝大多数其它的应用, 10%的超过压力就可以了。根据API 520标准,对于诸如着火保护等特殊应用,大口径的安全阀也允许20%的超过压力。液体系统安全阀的超过压力普遍为10%25%,启闭压差zui大为20%。认证 - 对于许多安全阀的应用,zui终用户都要规定安全阀的结构型式和性能所遵循的规范和标准。通常这需要独立第三方机构的认证,以确保满足对应标准的要求。

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