探讨ASME I型锅炉使用ASME VIII泄压阀的潜在风险(图文)

探讨ASME I型锅炉使用ASME VIII泄压阀的潜在风险

本文讨论了在按照ASME第I部分标准设计的锅炉上安装ASME第VIII部分泄压阀是不正确且具有潜在危险的原因，并强调了这两种阀门之间的重要区别。

满足ASME规范第I部分的要求

一些行业中常见的错误是在按照ASME规范第I部分标准建造的锅炉上使用按照ASME规范第VIII部分设计的泄压阀。

根据ASME规范第I部分的要求设计的泄压阀

与根据ASME规范第VIII章设计的阀门相比，根据ASME规范第I章设计的阀门需要遵守更严格的标准。 因此，为满足这些要求，这些阀门的工程设计更为复杂。

例如，ASME规范第I部分将超压限制在3%或2psi（以较大者为准），而ASME规范第VIII部分则允许10%或3psi（以较大者为准）。如果泄压阀的开启值与锅炉的最大允许工作压力(MAWP)相同，则ASME规范第八章允许的较高超压（10%）将超过ASME规范第一章允许的最大累积压力（6%）。

与ASME第VIII章节相比，ASME第I章节对另一个参数的要求更为严格。虽然最终用户不再要求提供排气量值，只有在阀门流量能力认证测试阶段才需要制造商提供排气量值，但ASME第I章还是规定了4%～6%之间的最大排气量值，具体取决于阀门的调节压力范围。

相比之下，ASME第VIII章节对气体和蒸汽规定了固定的最大吹扫值，即7%或3psi（以较大者为准）。因此，根据ASME第VIII章规范设计的阀门不应安装在根据ASME第I章标准设计的锅炉上，其主要原因是ASME第VIII章泄压阀不符合强制性最低过压和排污要求。

ASME第I部分规定，最小排气量为2psi或设定压力的2%，以确保阀门稳定、无颤动地运行。相比之下，ASME第VIII章节则不要求最低排气量。在锅炉阀门中，小于2%或2psi的排气量会导致阀芯在相同的开启压力值下撞击喷嘴和流向，从而导致阀芯没有提升行程。

因此，阀门无法释放所需的流量，进一步增加了锅炉内部的压力。抖动会损坏阀门部件、阀门与管道的紧固件以及相邻管道。

更复杂的锅炉阀门工程

压力释放阀符合ASME规范第八节的要求

在ASME VIII阀门中，10%的超压或3psi（以较大者为准）可达到最大流量。如果将超压值降至3%，以满足ASME第一节的要求，则所需的最小喷嘴面积会增加。因此，ASME第VIII章节阀门无法达到阀瓣的全部提升行程，从而无法在3%超压时实现最大流量。

与根据ASME规范第VIII章设计和制造的阀门相比，为锅炉设计的泄压阀由于工程设计更为复杂，因此可以在较低的超压值下实现最大流量。

将这两种设计作进一步比较，考虑一个喷嘴通道面积为2.853平方英寸的L型孔板阀。阀瓣总提升行程相当于喷嘴喉部直径的25%。当达到该冲程百分比时，喷嘴喉部形成的面积与阀片总提升冲程形成的面积相等。因此，阀门的流量受到喷嘴喉部面积而不是阀瓣提升行程的物理限制。

在此示例中，对于L孔径相当于48.4毫米的喷嘴，阀瓣25%的提升行程为12.1毫米。换言之，喷嘴喉部面积和阀瓣总提升行程所形成的面积均为1839.9平方毫米。即使阀瓣行程更大，阀门的流量仍会受到喷嘴喉部面积的限制。从理论上讲，两种设计（ASME第I节和ASME第VIII节）都能达到相同的最大阀瓣总提升行程，但超压值不同，因此流量能力值也不同。

上例中的喷嘴面积值是API标准526规定的有效值，主要适用于保护按照ASME第VIII章建造的压力容器的阀门。不过，制造商的实际值可能略大于API标准526公布的值。许多锅炉阀门制造商仅使用API标准526公布的部分孔口面积值作为参考，但输入和输出连接的尺寸(NPS)并不遵循API中定义的值。因此，APIStd.526中定义的按照ASME规范第八节建造的阀门的中心到端面尺寸并不是锅炉阀门的参考值。在锅炉阀门中，这些中心到端面的尺寸是由阀门制造商单独标准化的；但是，没有与API类似的标准来标准化这些尺寸。

超压和排污

安装在锅炉汽包上的两个安全阀要满足ASME规范第一节PG67.1段的要求

较高的超压（根据ASMEVIII标准）加上较高的排污值，会在泄压过程中造成更大的蒸汽浪费。同时，它还会使锅炉承受更高的压力和温度，从而可能造成热损坏。因此，更大的排污量要求锅炉产生更多的蒸汽来替代浪费的蒸汽。与此相反，根据ASME规范I章节要求设计和制造的泄压阀具有更复杂的工程设计，可提供更低的过压和更小的排气量。这样可以减少锅炉暴露在压力和温度下的时间，最大限度地减少生产蒸汽的浪费。

通过阀门的最大泄压（10%过压）也是锅炉内部的最大压力。较低的过压和排污还能防止锅炉汽包内的水位升高，因为水位升高会导致泄压阀在运行过程中打开时“带入”内部部件。

为了进一步说明这一点，我们可以在设定压力值相同、喷嘴通道孔径相同，但超压值不同的情况下比较流量能力值。超出喷嘴孔实际通道面积的泄压（开启压力+过压）决定了阀门的流通能力。通过改变超压值，泄压值也会随之改变，从而改变阀门在3%或10%超压时的流量。

例1：

锅炉泄压阀设定为在300psig(20.7barg)压力下打开，超压3%，阀嘴为“M”(3.6in²)：

—绝对泄压压力：323.7psia(22.3bara)

—饱和蒸汽时阀门的额定流量：52,692.27磅/小时（23,887.56千克/小时）

例2：

压力容器泄压阀的开启压力为300psig（20.7barg），超压10%，阀嘴为“M”（3.6in²）：

—绝对泄压压力344.7psia(23.7bara)

—饱和蒸汽流量56110.7磅/小时（25437.26千克/小时）

规格和尺寸责任

根据泄压阀安装责任人的不同，第I节和第VIII节的要求也有所不同。对于新建工程，根据第I节的要求，锅炉制造商负责通过填写ASME表格P-7，或偶尔填写表格P-2、P-3或P-3A（请参阅ASME第I节的第PG-112.2.8段，以及PG-16.2.4和PG-70.1）来确定阀门的规格和尺寸。锅炉制造商拥有锅炉汽化能力的相关信息。

相比之下，对于压力容器，选择和安装泄压阀或其他泄压装置（参见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）的责任在于最终用户，因为他们掌握着有关其工艺的信息。不要求容器制造商提供过压保护。

ASME双认证阀门

流量通过ASMEVIII章节认证并具有双重认证（ASMEI章节和ASMEVIII章节）、且铭牌上印有UV代号的阀门（用于非着火压力容器），不能用于符合ASMEI章节的应用场合。

经批准用于符合ASME第一节（V类代号）和第十三节（UV类代号）应用的安全阀

其中一个保护锅炉汽包的安全阀应符合ASME规范第一节PG67.1和PG71.1段的要求

为锅炉安全正确选择阀门

所有锅炉都必须使用泄压阀进行保护，泄压阀的规格和尺寸必须符合ASME规范第一节的要求，以确保在必要时能够完美运行。虽然根据ASME规范第八章设计的阀门也能释放过高的压力，但它们不能在仅有3%的超压下提供泄压，而这正是ASME规范第一章对锅炉保护的强制性要求。

与根据ASME第VIII章设计的阀门相比，它们的开启压力容差也更小。此外，在保护锅炉的阀门中，内部组件结构所用材料的选择过程更为严格。对于阀体和阀盖等其他组件，两种阀门设计中的材料基本相同，且必须符合ASME第I节（2023年版）中的PG-73.3.3段和ASME第XIII节（2023年版）中的3.3.1段。在这两种情况下，实际应用的材料都要参考ASME第二节。

总之，确保在锅炉上安装适当的泄压阀至关重要，泄压阀的设计和认证应符合ASME规范第I章的具体要求，以保证锅炉的安全运行，并保护人员和设备免受与压力过高相关的潜在危险。

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