概述

       安全閥是各類承壓設(shè)備(如鍋爐、壓力容器和壓力管道)上普遍使用的安全附件,被廣泛應(yīng)用于石油、化工和電力等多個(gè)行業(yè)。由于其對(duì)于保障設(shè)備正常安全地運(yùn)行具有相當(dāng)重要的作用,因此對(duì)其動(dòng)作性能和可靠性的要求越來越高。本文所要研究的是安全閥出口流道面積對(duì)安全閥性能的影響。出口流道設(shè)計(jì)是否合理的一個(gè)主要指標(biāo)就是介質(zhì)流動(dòng)是否順暢,是否會(huì)發(fā)生流動(dòng)的阻塞。API RP 520中規(guī)定,在進(jìn)行泄壓閥排放管線的設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮到附加背壓和排放背壓對(duì)于泄壓閥動(dòng)作特性的共同影響,排放管線的設(shè)計(jì)應(yīng)使得系統(tǒng)中任何泄壓閥的背壓都不超過允許值。文獻(xiàn)中規(guī)定,安全閥出口管道的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮背壓不超過安全閥定壓的一定值。文獻(xiàn)中要求,安全閥出口接管直徑應(yīng)大于安全閥出口直徑1～3 級(jí),大小頭應(yīng)設(shè)在靠近安全閥的出口處。

計(jì)算模型

       為了研究不同出口流道面積對(duì)安全閥工作特性的影響,建立了6個(gè)計(jì)算模型,包括2個(gè)不同的幾何實(shí)體,3個(gè)入口壓力。其中,2個(gè)實(shí)體除出口流道面積不同以外,其他固壁的尺寸和型面完全相同(圖1)。計(jì)算模型的喉部流道直徑為27mm,進(jìn)口公稱通徑為50mm,出口公稱通徑分別為65mm、80mm,介質(zhì)為理想氣體,入口壓力分別為013MPa(a)、110MPa(a)和510MPa(a),入口溫度和出口溫度為300K,湍流模型采用Realizableκ-ε模型。

圖1 　出口公稱通徑不同的計(jì)算實(shí)體

分析

       表1為6個(gè)算例的排量、升力和背壓力的計(jì)算結(jié)果。表中升力為介質(zhì)對(duì)安全閥運(yùn)動(dòng)零件(閥瓣和反沖盤)的作用力。運(yùn)動(dòng)件背面靜壓力是運(yùn)動(dòng)件背面各作用面上靜壓力的平均值。從表中數(shù)據(jù)可以看出,入口壓力相同,出口公稱通徑不同,其排量變化不大,出口面積小的排量數(shù)值略小于出口面積大的。但是,其升力數(shù)值相差很大。出口面積小的升力數(shù)值小,而且,入口壓力越高,兩者相差越大。造成升力變化的原因在于運(yùn)動(dòng)件背面壓力的變化。背壓力的變化規(guī)律與升力的完全相同, 即相同入口壓力下, 出口面積小的背壓數(shù)值要大于出口面積大的, 而且, 入口壓力越高, 兩者相差越大。因此,升力減小的原因就在于背壓力的增大。雖然表中數(shù)據(jù)表明排放能力并沒有因出口流道面積縮小而削弱, 但這是在安全閥開啟高度不變的情況下。許多研究表明, 安全閥的開啟高度是影響其排放能力的最主要的因素。因此, 安全閥出口流道面積減小后, 排放能力是否會(huì)受到影響, 要看背壓的增加是否引起了安全閥開啟高度的減小。