易算云安全阀的设计计算
API 520 — 2014
1. 易算云计算软件简介
安全阀是容器安全泄放装置的一种，主要配备于压力容器上，应对容器可能出现的超压情况。安全阀一般由弹簧作用，当入口处静压超过其设定压力时，阀瓣上升以泄放被保护系统的超压。
本计算适用于安装单个泄放装置，不包括两相流泄放。 2. 易算云计算软件参考标准
API 520, Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving Devices API 521, Pressure-relieving and Depressuring Systems API 526, Flanged Steel Pressure-relief Valves 3. 易算云计算过程 3.1 安全阀设定压力
安全阀设定压力（PS）系指，当安全阀入口处的静压达到该值时，安全阀将动作。
安全阀保护的系统内有可能存在两个以上的压力设备，再考虑到其中的管道和阀门，安全阀的设定压力要求不大于被保护系统内的最低设计压力。
另外，若已知设备或管道的最高允许工作压力（Maximum Allowable Working Pressure, MAWP），可用最高允许工作压力来替代设计压力。 3.2 允许超压与泄放压力
超压指超过泄压装置设定压力的压力，在压力泄放装置排放期间，允许容器内压力超过容器的最大允许工作压力（或者是设计压力），该压力的增值即是允许超压（Accum%），通常用百分数来表示。依据API 520之规定，对于单阀泄放系统而言，火灾事故工况的允许超压为21%，其他为10%。
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泄放压力（P1）系指安全阀阀芯升到最大高度后，阀入口处的压力。泄放压力等于设定压力加允许超压。
P1 = PS X (1 + Accum%) (1)
对于单阀泄压系统，安全阀与容器有关的压力如下：
表1 安全阀与容器的压力关系
容器 系统最低设计压力或MAWP 压力百分比 121% 110% 100% 93% ~ 97% 安全阀 火灾工况的最大泄放压力 非火灾工况的最大泄放压力 安全阀的最大设定压力 回座压力 表1 表明了不同情况下，被保护系统设置安全阀的最大泄放压力、最大设定压力与被保护系统的最低设计压力之间的数值关系。 3.3 安全阀背压与安全阀的类型
安全阀阀嘴的下游压力（P2）即安全阀的背压。安全阀背压由两部分组成：叠加背压（Superimposed Back Pressure, SBP）和积聚背压（Built-up Back Pressure, BBP）。叠加背压即静背压，系指安全阀未起跳时出口处的静压，它可以是来自安全阀排放管系统中的压力源，可能是稳定的也可能是变化的。积聚背压即动背压，系指安全阀起跳时，由于泄放流体流动而在排放管中引起的摩擦压降。
P2 = SBP + BBP (2)
安全阀通常分为三种类型：常规式（Conventional）、平衡波纹管式（Balanced Bellow）和先导式（Pilot-operated）。而安全阀类型的选择与安全阀背压的大小息息相关。
当普通安装的常规式安全阀开启泄放时，流体流经阀门和管道形成积聚背压，背压将产生一个相同的不平衡力从而影响阀门的通过能力。只要积聚背压小于阀开启后的超压，阀就会在流动状态下保持正常状态，流动特性和阀嘴理论上的流动特性类似。而如果积聚背压比超压增加的多，力的平衡将驱使阀门关闭，这样将引起流体的不稳定流动，从而影响阀门的流通能力。
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采用平衡式安全阀的设计可以减少背压对阀门流通能力的影响。
通常来讲，安全阀形式的选择与安全阀背压（P2）与设计压力（PS）的表压之比有关，具体如表2所示：
表2 安全阀背压与安全阀形式选择的关系
安全阀背压与设定压力之比 P2/PS （表压比） (P2/PS) < 10% 10% ≤ (P2/PS) < 30% (P2/PS) ≥ 30% 3.4 气相泄放
3.4.1 临界流动的判断
可压缩气体通过阀嘴、孔板或管线末端发生膨胀，其流速与比容随着下游压力的降低而增加。对于给定的上游条件，通过阀嘴的质量流量不断增加，直到在阀嘴处达到极限。可以证明该极限速度就是在阀嘴处流动介质达到的声速，与极限速度相对应的流量就是临界流量。
在阀嘴处达到声速的压力（Pcf）与入口压力（P1）的绝对压力之比为临界压力比。Pcf就是临界流动压力：
(3)
式(3)中：
Pcf —— 临界流动压力，kPa(a)； P1 —— 上游泄放压力，kPa(a)；
k —— 泄放温度下理想气体的绝热指数，即cP/cV。
用于气体泄放的安全阀，其尺寸计算方程根据流体时临界流动还是亚临界流动分为两大类。如果阀嘴下游的压力小于或者等于临界流动压力Pcf，将会产生
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安全阀形式 常规式 平衡波纹管式 先导式