01 概述

 

 

弹簧直接载荷式安全阀的动作性能主要是通过弹簧来控制的，确切地说弹簧的刚度影响*大，如果弹簧刚度选择不当，可能造成安全阀不能正常地工作。由于这种特殊性，在安全阀弹簧设计时，首先就要确定弹簧的刚度，并力求接近于实际的排放工况。

 

随着现代工业的发展，安全阀面临的工况越来越苛刻，安全阀弹簧处于严苛工况下工作，特别是在高温介质工况下对弹簧是严峻考验。分析安全阀弹簧不同温度对刚度的影响，开展安全阀冷态试验差压力研究，为安全阀设计制造提供重要参考。

 

 

 

02 相关标准对安全阀冷态试验差压力的规定

 

 

API5201-2000[1]标准规定了冷态试验压差（CDTP）包括对实际使用工况下背压和／或温度的修正。当泄压温度超过250（12111℃）时，典型地需要一个温度修正因数（放大系数）。此因数用于补偿因阀门部件热加剧以及弹簧材料性能的变化而引起的弹簧载荷变化。对于-75（-5944℃）以下低温用途时，也需要温度补偿。当需要进行温度补偿时，温度修正因数应从泄压阀制造商处获取。当冷态试验压差包括对背压和温度的修正时，先计算压差，然后用压差乘以温度修正因数以确定冷态试验压差。当在高温或背压下使用时，先导操作式泄压阀也会需要冷态试验压差。关于背压和温度的限制、以及需要的修正因数应向阀门制造商进行咨询。

 

GB/T249211-2010[2]规定冷态试验差压力包含了对温度和背压力等运行条件所作的修正。当常规压力释放阀在室温条件的试验台上进行整定压力试验而用于高温工作条件或用于恒定背压力下时，需要对整定压力进行修正。冷态试验差压力的调整，对于排放温度超过120℃或低于-59℃的压力释放阀，需要一个整定压力的温度修正系数进行修正，应向制造商进行咨询。

 

 

 

03 不同温度对安全阀弹簧刚度的影响

 

 

安全阀在运行条件下，介质温度通过阀门零件会传递到安全阀的各处，对现场安全阀各部件各处设置检测点如图１所示，温度检测记录见表１。

图１ 安全阀检测点位

从图１和表１测得结果分析可知，随着介质温度上升，安全阀弹簧处的温度也随着上升，而且弹簧各处的温度也不同，弹簧上部的温度要低些，愈往下温度愈高，口径愈大的安全阀这种情况愈明显。随着弹簧部位温度上升，其刚度下降，造成安全阀泄漏，甚至整定压力下降，出现安全阀提早开启的现象。

important; word-wrap: break-word !important;">为了减少检测的样本数量，选取安全阀弹簧的常用材料50CrVA和30W4Cr2VA分别进行热态刚度测试。选取检测的弹簧图样见图２，弹簧几何尺寸见表２。

图２ 安全阀弹簧


安全阀弹簧相对刚度随测试温度的数据见表３，弹簧相对刚度曲线见图 ３。从测试数据可知，随着弹簧测试温度提高，弹簧刚度呈下降趋势，温度愈高弹簧刚度下降愈明显。30W4Cr2VA弹簧刚度相比50CrVA弹簧下降幅度要小些。


图３ 弹簧相对刚度曲线

04 安全阀冷态试验差压力确定

important; word-wrap: break-word !important;">安全阀相关标准规定了冷态试验差压力是针对温度运行条件所作的修正，又规定其具体温度修正系数应向制造商进行咨询。根据安全阀各部位测得的温度值和弹簧刚度相对值可以得出不同温度下对应的相对刚度。

important; word-wrap: break-word !important;">根据不同介质温度对应的弹簧温度，依据弹簧刚度相对值检测数据采用内插法得出其不同材料弹簧刚度相对值。从刚度相对值可以得出安全阀不同工作温度的冷态试验差压力。从表４可得出安全阀冷态试验差压力修正值。安全阀冷态试验差压力修正值可参考表５的数值进行修正，冷态试验差压力修正值*大一般不宜超过３％。

高温安全阀弹簧选用50CrVA材料加温强压处理温度宜控制在200~250℃，保温时间24h，其使用温度不宜超过400℃。对于30W4Cr2VA材料加温强压处理温度宜控制在300~350℃，保温时间24h，其使用温度不宜超过540℃。对于工况温度超过540℃ 时，安全阀弹簧材质应选用INCONEL718或INCONEL750等镍基合金材料。

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05 结 语

从不同工况温度对安全阀弹簧刚度影响的分析，结合安全阀冷态试验差压力研究测试，确定安全阀冷态试验差压力修正值与其温度、弹簧材料及设计结构有关。高温安全阀结构设计应考虑介质温度的影响，在介质温度高于３５０℃时阀体与阀盖间应设置隔热架或散热架结构。弹簧腔设计成敞开式结构，便于散热以减低弹簧腔室的温度。对于不同的弹簧材料和不同的介质温度，其修正值也是不同的。