安全阀进出口管道水力学计算若干问题的研究

安全阀进出口管道水力学计算若干问题的研究

邓小勇

（华科四维（北京）工程咨询有限公司深圳518000）

摘要：随着电力产业的发展，为了保证电缆等设备在管道、容器等使用过程之中能够平稳运行，设置安全阀成为十分必要的手段。基于此，本文针对安全法进出口管道的设计进行研究，探究其进出口管道水力学计算方面的若干问题，为安全阀进出口管道设计提供有效的参考和依据。

关键词：安全阀；管道；压力；背压

阀门是用于控制各种管道的线路以及管道内部各种介质参数的管路附件，其中安全阀则是一种能够起到保护设备作用的阀门种类，并且广泛应用在多种行业当中。电力企业在进行长途的传送运输过程中，必须要保证管道的质量，保证经济效益不受损失，因此对于安全性的要求十分高，合理设计安全阀也成为了关乎工作安全以及企业利益的要点，根据科学的物理原理进行计算。

1.安全阀尺寸计算

安全阀的尺寸对于整体的阀门设计都是一项具有基础性作用的过程，在进行相关的安全阀尺寸确定过程中存在有多种计算方法，需要设计人员根据具体情况进行选择。一般来说，较为常见进行安全阀尺寸计算过程中设计人员都会把喉径大小作为重要的参考依据，因为在管道当中，安全阀的尺寸受到管道尺寸的影响，还有一部分情况下，设计人员也会根据安全阀的最大排泄量，来选择安全阀的尺寸。如果在一个设备当中，出现了火灾等情况，进而需要通过安全阀来调解，同时由于安全阀泄放过程之中产生了较高的背压。安全阀泄放面积计算公式如下：

(气体、蒸汽在临界条件下）

（气体、蒸汽在亚临界条件下）

（液体）

其中a代表的是最小泄放面积，单位为mm2,，W代表的是质量泄放流量，单位是kg/h，C0代表的是流量系数，X代表的是气体特性系数，P代表的是泄放压力，单位为MPa；KB代表的是被压修正系数，T代表的是泄放温度；Z代表的是气体压缩因子，M代表的是分子量，Kf代表的是亚临界流动系数；Pb代表的是背压，Kp代表的是超压系数，Kw代表的是背压校正系数，Kv代表的是年度修正系数，Gt代表的是液相密度，单位为kg/m3。

利用以上的计算公式来进行相关安全法进出口管道的设计时，还需要注重的是背压的系数大小，如果背压系数的大小与泄放面积之间的关联性没有被良好地应用，那么就会导致阀门出现泄漏。因此在利用以上公式开展安全阀计算的过程当中，先计算不同情况下安全阀的尺寸需求，再进行择优选择，这样能够最大限度地保证安全阀的合理。

2.安全阀背压计算

背压顾名思义，是来自于后端的压力，在安全阀系统当中指的是对于相关的排放系统而言，由于排放系统压力进一步产生的安全阀出口的压力，这两个部位之间的压力是具有关联性的，因此需要宏观角度进行计算与探究。背压在安全阀的计算当中具有十分重要的地位，由于不同的位置和情况，又分为几种：附加背压、积聚背压。计算安全阀的背压，首先需要进行设备层次的安排，根据背压的原理，将相关管道设施进行合理布置。在API12521当中对于一些工况做出了较为详细的规定和要求，一般来说如果在电力企业的工厂当中，为了能够控制局部的地区发生的火情，需要能够将其限定在230m2到460m2面积之间。并且还需要进一步确定全场的泄放管线布置情况以及其具体的尺寸情况。

背压具有一定规范限制，因此也需要在相关的行业标准规定范围之内才能够有效的开展工作。一般来说，根据在API520之中对于背压的限定来讲，允许超压的数值保证不可以超过百分之十，一旦超过百分之十就需要进行安全阀的调解。世界各国对于安全阀规定标准具有一定差异，但是在我国的《安全阀一般要求》当中，明确规定到关于在使用安全阀时，如果在阀出口这一侧出现了会影响到整体压力的背压，需要加以考究。为了能够保证电力企业发展的稳定以及电力传输的安全，就一般使用环境下而言，安全阀应当保证其动背压数值在定压的百分之十以内，如果出现火情，适当可以调整到百分之二十。附加背压是一种可以采取调整冷态试验压力从而达到修正效果的方式，附加背压受到了相关的安全阀厂家调试选型影响，并且一旦弹簧力设定受到了降低，那么也会导致了附加背压对于整体安全阀的影响。

3.安全阀反力计算

在进行安全阀计算的过程当中，不可忽视的一个要素就是关于安全阀反力的计算，在相关的管道内部经由安全阀阀瓣开始进行泄放工作时，管道当中所流动的介质不仅受到管道的约束力，同时也会因为自身的重力、摩擦力等对于管道的本体产生一定的力，这种力也是需要通过力和力矩进行计算，进而确保管道在使用过程当中能够维持在安全的范围之内。

一般来说反力计算的公式为：

其中f所代表的是泄放反力，单位为N，A0所代表的是泄放管出口截面积，单位为mm2，P2代表的是泄放管出口静压力，k代表的是绝热指数。但是在不同的相应标准当中，存在不仅仅以上一个反力计算公式，如何判定使用哪一个公式则需要计算人员的探究。在API520标准当中，所使用的反力计算公式为：

其中，p所代表的是排放点的静压。经过多次对比计算数值，可以发现相对来说API520当中的公式得出的数值结论更加能够符合实际情况。如果采用第一种计算公式，那么得出的结论当中会产生反力较大的现象，这也会引起施工建造过程时对于各项材料的浪费，不仅增加了工程建设的成本，更不利于实现实惠准确的施工成果。所以在进行安全法进出口管道设计时，将API520作为参考公式是较为科学的。

结论

总的来说，安全阀对于进出口的管道设计具有十分重要的意义，是一种保证进出口管道安全的有效手段，也正由于其能够起到的重要作用，因此在设计计算的过程中需要结合力学知识以及丰富的工作经验。合理的安全阀设计能够帮助日后工作顺利便捷，同时也是保证日后检修、维护工作顺利进行的前提，因此必须加以注重。

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