船舶轮机系统设计中安全阀的运用.pdf

施 工 安 全Maritime Safety 水上安全173作者简介：杨双齐，男，本科，实验师、工程师，研究方向为轮机工程技术及船舶电气与自动控制。船舶轮机系统设计中安全阀的运用杨双齐（武汉船舶职业技术学院，武汉 430050）摘要：在船舶系统设计中，常常出现系统设定压力大于正常运行压力，无形中增加了船舶设计费用。基于此，在达到设备安全运行要求及标准的基础上，在装置系统中安装运用安全阀进而减小系统设置压力，节省设计费用，提升船舶竞争力。关键词：安全阀；选型要求；安装设计；船舶轮机系统；运用0 引言安全阀在轮机系统中，往往用于锅炉及管道方面，能确保压力低于规定值，用来保护设备与系统正常运行。通常情况下会选用弹簧式安全阀，弹簧压缩后形成压力作用于阀板，克服其压力便是设定压力。结构较为简单，便于进行安装施工，经济性较高，因此安全阀被大力推广于船舶系统。本文从减小管系级别与系统设置压力着手，增设安全阀来管控管路运行压力，进而减小系统管系等级。船舶轮机系统中，设置压力是上阀件、法兰和附件，需提供验证书，但设计压力为三级管系系统的管系、附件等可不用提供验证书。在达到系统使用要求的前提下，降成三级管系系统，如此一来，有助于进行系统设计，节省成本，不但是对设备系统的改进，也属于对节能减排设计的贡献。1 安全阀种类对于安全阀来讲，它属于安全泄压保护设备。在管道中的介质压力大于安全生产范围后，智能控制朝外排放介质，使介质压力回到正常状态，在恢复常规数值之后，安全阀能智能闭合，避免介质再排出，对管道或者设备的稳定运行具有关键作用。安全阀瓣高度差异可以分成 2 种，对于全启式阀瓣，其开启高度的最低排放口径 0.25D0，排放比较突出，主要应用于排泄比较突出的场景；对于微启式类型，其运行高度的最低排放口径 0.105D0，排放不明显，主要推广于排量较小、压力比较可靠的场景1。按照阀体构造不同，一般包含以下这几类：对于封闭式类型，通常运用在有害物质释放中，鉴于其封闭性特点，这些物质能朝着路线到达释放位置，进而降低环境影响；对于不封闭式类型，通常运用于蒸汽、锅炉介质释放中。2 安全阀构造分类1）重锤杆杠式。该类阀的运行原理：使用重锤与杠杆来对力进行平衡。调整重锤的位置，或者调整其重量，对开启压力进行优化。它的构造比较简单，易于调整，精准性不受高温限制，但该种阀体积大，密封性容易被干扰，因此通常运用于压力不高、没有震动操作的场合，如锅炉2。2）脉冲式阀。它的主要构造包括主安全阀及先导阀，压力值大于规定值，导阀先工作，借助无缝管接通，朝着导管流入主阀，通过先导阀来管控主阀开启。工作原理：在压力没有达到规定值时，通过弹簧用力，使阀芯移动和阀座紧贴，确保闭合下没有泄漏；在阀前压力大于规定值时，把阀芯朝上推移，延伸到活塞受力区域，区域变大造成上升力提高，导阀跟着运行。气体流入主阀，主阀处于运行状态，活塞开到最大处，物质短时间内排放。在进行到适当程度的情况下，压力转变为正常值，通过弹簧力，阀芯向下运动，导阀不运行，主安全阀也将不运行。值得一提的是，若物质密度比较高，可能出现堵塞时，要在入口前安装爆破片设备，避免干扰作业。3 安全阀的安装设置1）管道上的安装。对于安装在管道上的安全阀，应该是竖向安装，同时和管道的距离要科学。换热器施 工 安 全水上安全 2023 年 第 7 期174等位置的安全阀，在其闭合时，容易发生因为膨胀而造成介质压力变大的情况，此情况下更适合横向安装安全阀。2）因为安全阀的重要性，所以在安装期间，要选取安装在便于检修和调整的位置，附近要保留一定的作业空间3。比如，ND80 之下的安全阀，应该安装于外侧；DN100 之上的安全阀，应该安装于平台外，便于通过平台对安全阀开展维检。3）布设于管道上的安全阀。应该安装于介质状态比较稳定的管段位置，要防止安装于管道死端，这一位置可能发生固体物堆积。可能造成安全阀在运用中出现故障。4）针对不封闭式安全阀，当朝外排放介质时，排管口要高出操作平台，不应朝向设备。因为蒸汽由阀释放时，能形成作用力，属于一种反作用力。出口管道位置，开展布设主阀时，加以重视作用力，出口管位置布设支架。针对封闭式阀，当对其进行安装操作时，排放口也要高出操作平台。5）安全阀出口管的设置，要确保其背压低于规定值。针对弹簧式安全阀，其背压通常低于阀定压的1/10；对于波纹管安全阀，其背压通常低于阀定压的3/10；针对脉冲式类型，其背压通常低于 1/2。其精准数值能够根据样本，利用有关公式获得。6）泄压系统所用的排放管，不宜形成积液，当对安全阀进行安装时，高度要超过泄压系统。若作业环境不能满足这一项要求，需要接入总管时，可选择容易操作区域，布设放液阀，或者布设储罐，以定期或者不定期的形式，把介质排到密闭系统中，避免管道中产生积液。若作业环境温度较低，应该利用蒸汽伴热避免出现冻结情况。4 管子等级划分和管系设计压力1）管子等级分类。按照规范要求，根据管子设置压力与温度，能将管系分成多个级别，从船舶系统来看，经常使用二级管与三级管，管子分类举例：首先，蒸汽用管：设置压力低于 0.7MPa，设置温度低于 170，此时管子是三级管，任一条件超出，均需转变成二级管。其次，滑油用管：设置压力低于0.7MPa，设置温度低于 60，此时管子是三级管，任一条件超出，均要升级成二级管4。2）管系设计压力。主要指管系允许的最大运行压力，需超过阀的最大设定压力。过热器出口引出的压力，选取阀的最大调整压力。管路的设置压力，选取阀最大设置压力；离心泵的设置压力，选取性能曲线上的最大压力，其他场合的设置压力根据另行规定。5 船舶轮机系统设计中安全阀的运用在生产中，一旦出现因为操作不合理或者设备失灵将造成管道中介质压力偏大时容易造成管道受损，有时还会发生人员伤亡的情形。运用安全阀能够处理此问题，安全阀是一种自动阀类，对设备或者管道布设安全阀之后，在压力值大于安全范围时，阀门将智能运行，朝外排放介质，进而切实避免由于管道压力介质难以第一时间排放造成的生产事故的出现。安全阀属于非常关键的部件，所以被大力运用于锅炉、压力容器等。它是一种安全泄压设备，其性能的可靠性对装置与工人具备关键的保护作用。1）滑油泵增加安全阀控制系统压力设定值。船舶泵一般包括油泵、水泵，前者包括螺杆泵、离心泵，后者包括离心泵、容积泵等。对于齿轮泵，通常情况下会布设安全阀，或外部布设用来泄压，系统设置压力选择阀压力，就其设定值来讲，一般是油泵最大压力加 0.05MPa。离心泵未设安全阀，其设计压力是零流量时的压力，最高压力有时大于额定压力，所以泵的设计工况差别很大。针对主机滑油日用系统，常常借助滑油循环来对运动件进行润滑，带走部件形成的热量，发挥润滑及冷却作用。系统运行原理是：滑油运至冷却器，在进行过滤之后，冷却部件，比如增压器和轴承，冷却之后，回到循环舱，循环工作。设计压力和管系等级。现有设计条件：滑油泵是离心泵，排量 170m3/h，压头 0.66MPa；温控阀设置温度 45，滑油 55，针对系统所增设的安全阀，其设计压力 0.68MPa。滑油泵是离心泵，确定额定压力 0.66MPa，查看其设计性能可知，在零流量时压力是 0.8MPa。按照管系设定压力定义得知，设计压力取最高压力，也就是密闭压头是 0.8MPa，此压力便是系统设定压力。按照管系等级定义得知，用于管路设置压力超过 0.7MPa 的管系是二级管。按照对管系的定义，阀件、附件等均应该带证书，在管路生产结束之后，试验压力是设定压力的 1.5 倍而实现 1.2MPa。但就滑油系统而言，入口压力一般介于0.40.6MPa，泵运行压力能够达到系统运行标准，系统管系低于 0.7MPa 是能够达到设计标准的，滑油温度是 55。如此一来，低于 0.7MPa 并且系统温度低于 70的管系可看成三级管路，其可不需检验证书，仅需在被认可的厂家开展采购即可，并且也能够减少工作量。分析可知，根据滑油泵性能选定，应该根据二级管系设置，但从系统具体运行需求来分析，三级管系就能够达到要求。从节省成本上来看，若将管系设成三级管系属于最佳的设计。在管系等级上，滑油施 工 安 全Maritime Safety 水上安全175系统温度 55能够达到三级管系要求，将压力减小至 0.7MPa 以下即可，这个时候，若在离心泵之后布设一个安全阀，确保其压力值低于 0.7MPa，如此一来，就满足了三级管系设计要求，这样的压力又同样达到系统运行需求，因此在所有条件均具有的基础上，可进行系统优化设置。在滑油泵之后增设一个安全阀，其设计压力是 0.68MPa，此时系统设置压力变成0.68MPa，系统低于 0.7MPa 能够根据三级管系来设置。改进MPa 的系统设置根据二级管系送审，最终赢得了批准认可。2）船舶蒸汽系统增设安全阀改进设计。针对蒸汽加热系统，通过锅炉对热水开展加热形成热蒸汽，其温度能够超过 160，将蒸汽由管路送至水舱对其开展热交换，在冷却之后变为冷凝水，返回锅炉加热循环使用，对于船舶系统来讲，锅炉加热蒸汽系统十分重要。系统蒸汽压力多为 0.7MPa 及 0.6MPa，如今大多数船舶系统使用 0.6MPa 蒸汽系统。设定压力和管系等级。现有条件：蒸汽压力 0.6MPa，根据标准要求布设两个安全阀来对锅炉进行保护，其设计压力是 0.8MPa，兆帕本体设定压力是 1.2MPa。增设的安全阀，其设计压力是 0.66MPa，当压力是 0.8MPa 时，蒸汽温度是 170，当压力为 0.66MPa 时，蒸汽温度是163。从锅炉来分析，其本体上面的安全阀，用于保护锅炉及阀件，这属于安全保护措施，也属于标准要求。锅炉设定压力是 0.8MPa，但置于蒸汽系统内，最大设定压力也要取安全阀最大设计压力是 0.8MPa，这时系统设定压力大于 0.7MPa，设置温度也大于170，这时管系设置等级是二级管级。深入分析，蒸汽管系要求设定压力是 0.6MPa，若根据 0.6MPa 运行压力来核实，这时系统设置压力低于0.7MPa，设置温度低于 170，按照管系等级定义可知，系统设置管系应是三级管，但根据标准来明确系统要根据二级管来设置。系统要求管系能够根据三级管系设置，但若根据标准要求管理便是二级管系。若在管路上增设一个安全阀，压力减小到 0.7MPa 以下，这时温度一样减小到 170以下，可以达到三级管系设计标准5。在实际案体中，出口管路上增设一个安全阀，其设计压力是适用压力的 1.1 倍，是 0.66MPa，如此一来，蒸汽阀之后的管路最高设定压力是 0.66MPa，系统设置温度也变成 163，管系级别降到三级管，系统关系根据三级管系开展设置。改进的系统根据三级管系送审，最后赢得了批准认可。可见，合理应用安全阀能够再次定义系统，也能够改变系统设置。3）优化设计压力的综合效应。减小系统设置压力也能减小阀件等设置压力，当进行选择时，低公称压力符合系统设置标准。制作时，压力试验也将降低，对于船舶管系，布设后的压力也将降低，阀件、空船等重量也将下降，因此改进设计压力在诸多层面会形成良好的综合效应，比如提升生产安全性、节省生产费用。从船舶系统来看，主机滑油系统与蒸汽系统是不可缺少的，所有船均要使用。主动增设安全阀，就能够优化管路系统设计压力，节约检验费用，降低了检验标准，节省了资源。6 结束语通过两个典型船舶系统即主机滑油系统与蒸汽系统，举例说明安全阀能够在系统中被灵活运用，通过增设安全阀来减小系统设置压力、降低管路级别，从而影响系统设置，使用灵活的设计思路，转变了安全阀的用法，为其提供了新用途。从建造来看，船舶系统设置属于重要基础，合理的设计除了能达到标准，避免冗余设置，也能节省建造费用，减小危险，增强竞争实力，有效彰显设计是降本增效的有效手段，是确保安全的根本。7 参考文献1 庞加茂,张文江,王金祥.船舶轮机设备故障排除系统优化设计 J.舰船科学技术,2022(16):100-102.2 李放,滕本旺,苏翔.船舶轮机设备管理信息系统的开发 J.山东工业技术,2021(10):155.3 杨靖.安全阀以及安全阀选用设计 J.化工管理,2021(30):180.4 梁兰芳,王金钟.安全阀设计和选用中需注意的几个问题 J.中国特种设备安全,2020(12):13-16.5 韩肇俊,王光华,叶邦全.超临界锅炉安全阀和安全泄放阀设计选用 J.中国特种设备安全,2020(10):58-60,64.