探討ASME I型鍋爐使用ASME VIII泄壓閥的潛在風(fēng)險(xiǎn)(圖文)

探討ASME I型鍋爐使用ASME VIII泄壓閥的潛在風(fēng)險(xiǎn)

本文討論了在按照ASME第I部分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鍋爐上安裝ASME第VIII部分泄壓閥是不正確且具有潛在危險(xiǎn)的原因，并強(qiáng)調(diào)了這兩種閥門之間的重要區(qū)別。

滿足ASME規(guī)范第I部分的要求

一些行業(yè)中常見的錯(cuò)誤是在按照ASME規(guī)范第I部分標(biāo)準(zhǔn)建造的鍋爐上使用按照ASME規(guī)范第VIII部分設(shè)計(jì)的泄壓閥。

根據(jù)ASME規(guī)范第I部分的要求設(shè)計(jì)的泄壓閥

與根據(jù)ASME規(guī)范第VIII章設(shè)計(jì)的閥門相比，根據(jù)ASME規(guī)范第I章設(shè)計(jì)的閥門需要遵守更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。 因此，為滿足這些要求，這些閥門的工程設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。

例如，ASME規(guī)范第I部分將超壓限制在3%或2psi（以較大者為準(zhǔn)），而ASME規(guī)范第VIII部分則允許10%或3psi（以較大者為準(zhǔn)）。如果泄壓閥的開啟值與鍋爐的最大允許工作壓力(MAWP)相同，則ASME規(guī)范第八章允許的較高超壓（10%）將超過ASME規(guī)范第一章允許的最大累積壓力（6%）。

與ASME第VIII章節(jié)相比，ASME第I章節(jié)對(duì)另一個(gè)參數(shù)的要求更為嚴(yán)格。雖然最終用戶不再要求提供排氣量值，只有在閥門流量能力認(rèn)證測(cè)試階段才需要制造商提供排氣量值，但ASME第I章還是規(guī)定了4%～6%之間的最大排氣量值，具體取決于閥門的調(diào)節(jié)壓力范圍。

相比之下，ASME第VIII章節(jié)對(duì)氣體和蒸汽規(guī)定了固定的最大吹掃值，即7%或3psi（以較大者為準(zhǔn)）。因此，根據(jù)ASME第VIII章規(guī)范設(shè)計(jì)的閥門不應(yīng)安裝在根據(jù)ASME第I章標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鍋爐上，其主要原因是ASME第VIII章泄壓閥不符合強(qiáng)制性最低過壓和排污要求。

ASME第I部分規(guī)定，最小排氣量為2psi或設(shè)定壓力的2%，以確保閥門穩(wěn)定、無(wú)顫動(dòng)地運(yùn)行。相比之下，ASME第VIII章節(jié)則不要求最低排氣量。在鍋爐閥門中，小于2%或2psi的排氣量會(huì)導(dǎo)致閥芯在相同的開啟壓力值下撞擊噴嘴和流向，從而導(dǎo)致閥芯沒有提升行程。

因此，閥門無(wú)法釋放所需的流量，進(jìn)一步增加了鍋爐內(nèi)部的壓力。抖動(dòng)會(huì)損壞閥門部件、閥門與管道的緊固件以及相鄰管道。

更復(fù)雜的鍋爐閥門工程

壓力釋放閥符合ASME規(guī)范第八節(jié)的要求

在ASME VIII閥門中，10%的超壓或3psi（以較大者為準(zhǔn)）可達(dá)到最大流量。如果將超壓值降至3%，以滿足ASME第一節(jié)的要求，則所需的最小噴嘴面積會(huì)增加。因此，ASME第VIII章節(jié)閥門無(wú)法達(dá)到閥瓣的全部提升行程，從而無(wú)法在3%超壓時(shí)實(shí)現(xiàn)最大流量。

與根據(jù)ASME規(guī)范第VIII章設(shè)計(jì)和制造的閥門相比，為鍋爐設(shè)計(jì)的泄壓閥由于工程設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，因此可以在較低的超壓值下實(shí)現(xiàn)最大流量。

將這兩種設(shè)計(jì)作進(jìn)一步比較，考慮一個(gè)噴嘴通道面積為2.853平方英寸的L型孔板閥。閥瓣總提升行程相當(dāng)于噴嘴喉部直徑的25%。當(dāng)達(dá)到該沖程百分比時(shí)，噴嘴喉部形成的面積與閥片總提升沖程形成的面積相等。因此，閥門的流量受到噴嘴喉部面積而不是閥瓣提升行程的物理限制。

在此示例中，對(duì)于L孔徑相當(dāng)于48.4毫米的噴嘴，閥瓣25%的提升行程為12.1毫米。換言之，噴嘴喉部面積和閥瓣總提升行程所形成的面積均為1839.9平方毫米。即使閥瓣行程更大，閥門的流量仍會(huì)受到噴嘴喉部面積的限制。從理論上講，兩種設(shè)計(jì)（ASME第I節(jié)和ASME第VIII節(jié)）都能達(dá)到相同的最大閥瓣總提升行程，但超壓值不同，因此流量能力值也不同。

上例中的噴嘴面積值是API標(biāo)準(zhǔn)526規(guī)定的有效值，主要適用于保護(hù)按照ASME第VIII章建造的壓力容器的閥門。不過，制造商的實(shí)際值可能略大于API標(biāo)準(zhǔn)526公布的值。許多鍋爐閥門制造商僅使用API標(biāo)準(zhǔn)526公布的部分孔口面積值作為參考，但輸入和輸出連接的尺寸(NPS)并不遵循API中定義的值。因此，APIStd.526中定義的按照ASME規(guī)范第八節(jié)建造的閥門的中心到端面尺寸并不是鍋爐閥門的參考值。在鍋爐閥門中，這些中心到端面的尺寸是由閥門制造商單獨(dú)標(biāo)準(zhǔn)化的；但是，沒有與API類似的標(biāo)準(zhǔn)來標(biāo)準(zhǔn)化這些尺寸。

超壓和排污

安裝在鍋爐汽包上的兩個(gè)安全閥要滿足ASME規(guī)范第一節(jié)PG67.1段的要求

較高的超壓（根據(jù)ASMEVIII標(biāo)準(zhǔn)）加上較高的排污值，會(huì)在泄壓過程中造成更大的蒸汽浪費(fèi)。同時(shí)，它還會(huì)使鍋爐承受更高的壓力和溫度，從而可能造成熱損壞。因此，更大的排污量要求鍋爐產(chǎn)生更多的蒸汽來替代浪費(fèi)的蒸汽。與此相反，根據(jù)ASME規(guī)范I章節(jié)要求設(shè)計(jì)和制造的泄壓閥具有更復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)，可提供更低的過壓和更小的排氣量。這樣可以減少鍋爐暴露在壓力和溫度下的時(shí)間，最大限度地減少生產(chǎn)蒸汽的浪費(fèi)。

通過閥門的最大泄壓（10%過壓）也是鍋爐內(nèi)部的最大壓力。較低的過壓和排污還能防止鍋爐汽包內(nèi)的水位升高，因?yàn)樗簧邥?huì)導(dǎo)致泄壓閥在運(yùn)行過程中打開時(shí)“帶入”內(nèi)部部件。

為了進(jìn)一步說明這一點(diǎn)，我們可以在設(shè)定壓力值相同、噴嘴通道孔徑相同，但超壓值不同的情況下比較流量能力值。超出噴嘴孔實(shí)際通道面積的泄壓（開啟壓力+過壓）決定了閥門的流通能力。通過改變超壓值，泄壓值也會(huì)隨之改變，從而改變閥門在3%或10%超壓時(shí)的流量。

例1：

鍋爐泄壓閥設(shè)定為在300psig(20.7barg)壓力下打開，超壓3%，閥嘴為“M”(3.6in²)：

—絕對(duì)泄壓壓力：323.7psia(22.3bara)

—飽和蒸汽時(shí)閥門的額定流量：52,692.27磅/小時(shí)（23,887.56千克/小時(shí)）

例2：

壓力容器泄壓閥的開啟壓力為300psig（20.7barg），超壓10%，閥嘴為“M”（3.6in²）：

—絕對(duì)泄壓壓力344.7psia(23.7bara)

—飽和蒸汽流量56110.7磅/小時(shí)（25437.26千克/小時(shí)）

規(guī)格和尺寸責(zé)任

根據(jù)泄壓閥安裝責(zé)任人的不同，第I節(jié)和第VIII節(jié)的要求也有所不同。對(duì)于新建工程，根據(jù)第I節(jié)的要求，鍋爐制造商負(fù)責(zé)通過填寫ASME表格P-7，或偶爾填寫表格P-2、P-3或P-3A（請(qǐng)參閱ASME第I節(jié)的第PG-112.2.8段，以及PG-16.2.4和PG-70.1）來確定閥門的規(guī)格和尺寸。鍋爐制造商擁有鍋爐汽化能力的相關(guān)信息。

相比之下，對(duì)于壓力容器，選擇和安裝泄壓閥或其他泄壓裝置（參見2019年版之前的ASME第VIII章中的UG-125(a)1至4段或2023年版中的UG-151(a至c)段）的責(zé)任在于最終用戶，因?yàn)樗麄冋莆罩嘘P(guān)其工藝的信息。不要求容器制造商提供過壓保護(hù)。

ASME雙認(rèn)證閥門

流量通過ASMEVIII章節(jié)認(rèn)證并具有雙重認(rèn)證（ASMEI章節(jié)和ASMEVIII章節(jié)）、且銘牌上印有UV代號(hào)的閥門（用于非著火壓力容器），不能用于符合ASMEI章節(jié)的應(yīng)用場(chǎng)合。

經(jīng)批準(zhǔn)用于符合ASME第一節(jié)（V類代號(hào)）和第十三節(jié)（UV類代號(hào)）應(yīng)用的安全閥

其中一個(gè)保護(hù)鍋爐汽包的安全閥應(yīng)符合ASME規(guī)范第一節(jié)PG67.1和PG71.1段的要求

為鍋爐安全正確選擇閥門

所有鍋爐都必須使用泄壓閥進(jìn)行保護(hù)，泄壓閥的規(guī)格和尺寸必須符合ASME規(guī)范第一節(jié)的要求，以確保在必要時(shí)能夠完美運(yùn)行。雖然根據(jù)ASME規(guī)范第八章設(shè)計(jì)的閥門也能釋放過高的壓力，但它們不能在僅有3%的超壓下提供泄壓，而這正是ASME規(guī)范第一章對(duì)鍋爐保護(hù)的強(qiáng)制性要求。

與根據(jù)ASME第VIII章設(shè)計(jì)的閥門相比，它們的開啟壓力容差也更小。此外，在保護(hù)鍋爐的閥門中，內(nèi)部組件結(jié)構(gòu)所用材料的選擇過程更為嚴(yán)格。對(duì)于閥體和閥蓋等其他組件，兩種閥門設(shè)計(jì)中的材料基本相同，且必須符合ASME第I節(jié)（2023年版）中的PG-73.3.3段和ASME第XIII節(jié)（2023年版）中的3.3.1段。在這兩種情況下，實(shí)際應(yīng)用的材料都要參考ASME第二節(jié)。

總之，確保在鍋爐上安裝適當(dāng)?shù)男箟洪y至關(guān)重要，泄壓閥的設(shè)計(jì)和認(rèn)證應(yīng)符合ASME規(guī)范第I章的具體要求，以保證鍋爐的安全運(yùn)行，并保護(hù)人員和設(shè)備免受與壓力過高相關(guān)的潛在危險(xiǎn)。