日本安全阀选型:JIS B 8210与API 520对比

日方供应商发来一台蒸汽橇装设备的安全阀数据表:型式是揚程式(相当于微启式),公称直径 32A,"泄放压力"比整定压力略高,系数写作 Kdr′ = 0.864。表里没有 API 孔口代号,也没有 0.975,排量是从日文样本的一张表里查出来的。而你们项目的校核依据是 GB/T 12241、API 520 或 ASME,首先要判断:这些数字能不能和你们自己的计算放在一起比。
先说结论:日本厂家计算蒸汽安全阀排量用的公式,基本形式和 API 520 相同,但系数、面积的取法和所需排量的法规依据都不一样。物理原理是一样的,不同的是代入哪些数、由谁来认证。把 API 的输入和日本的输入混在一起算,结果没有意义。
本文按日本的选型顺序,把以 JIS 为基础的排量公式和 API 520 的蒸汽公式放在一起对照,用一个虚构的选型书走一遍,最后给出审核清单和对日方的提问范例。它讲的是怎么读、怎么核对日方的选型书,不是选型步骤本身。最终判断由阀门制造商、设备设计方和你们现场适用的法规标准负责。
日本的安全阀选型顺序
日本的阀门厂家和工厂技术人员选安全阀(安全弁,anzen-ben),通常分三步:先定型式,再定整定压力,最后定公称直径。每一步的结果都是下一步的条件,所以前面改一点(比如介质变了),后面可能要全部重来。
前一步定下来的内容,就是后一步的输入。
※安装在锅炉、压力容器还是减压阀下游,适用的日本规定和所需排量的取法都不同。
第1步:型式
厂家样本里,每个型号都列出了适用的介质、温度、整定压力范围和连接方式。空气、蒸汽、水一类介质,标准型号一般都能覆盖。遇到特殊介质,或连接标准不是日本的(比如 ASME 法兰),日方要先向厂家确认能不能制造。
日文资料按用途区分三种阀名。安全阀(安全弁)一开就全开,主要用于蒸汽和气体;泄压阀(nigashi-ben)随压力升高成比例开启,主要用于液体;安全泄压阀(anzen-nigashi-ben)两种介质都能用。
下图按介质列出日本样本中常见的阀型和阀盖形式。
介质同时决定阀的种类和阀盖形式:出口敞开还是封闭。
阀型与阀盖:VENN 技术资料。易燃、有毒介质:日本《压力容器构造规格》第64条;锅炉的易燃蒸汽,《锅炉构造规格》第62条要求用封闭式,或把排放物引到锅炉房外的安全地点。实际型号的温度、压力范围请以样本为准。
对排量影响最大的,是全启式(全量式,zenryo-shiki)和微启式(揚程式,yotei-shiki,直译为"升程式")的区别。两者计算流通面积的方法不同,所以不能只靠公称直径比较排量。
日本的全量式、揚程式与国内的全启式、微启式大致对应,但开启高度的划分界线以各自的标准为准,不能想当然地等同。下表按几个方面做了对比。
| 全量式(全启式,zenryo-shiki) | 揚程式(微启式,yotei-shiki) | |
|---|---|---|
| 开启方式 | 压力升高时一步全开 | 逐渐开启 |
| 相同公称直径的排量 | 较大 | 比全量式小 |
| 公式中使用的流道面积 | 喉部口径:πd²/4 | 阀座口径和开启高度:πDL |
| Kdr′(VENN 的取值) | 0.777 | 0.864 |
| 典型用途 | 排放大量蒸汽 | 所需排量较小的场合 |
注意:揚程式的系数更大,但面积更小,所以在相同口径下排量仍然比较小。日方选型书上系数高,并不代表阀更大。
日本样本中还有带扳手和不带扳手两种,带扳手的可以人工提升阀瓣,检查阀是否动作。订哪一种,取决于用户的维护习惯。
第2步:整定压力
整定压力(設定圧力,settei atsuryoku)在订货时指定,厂家在出厂前于工厂内调整好。日本《锅炉及压力容器安全规则》要求,锅炉、第一种和第二种压力容器的安全阀,要调整到不高于最高使用压力(最高使用圧力,saiko shiyo atsuryoku)时动作。这个最高使用压力大致相当于国内的最高允许工作压力或设计压力,具体怎么对应,要看设备的文件。
小型锅炉和小型压力容器适用另一条规定(第93条):0.1 MPa,部分情况下为使用的最高压力。系统内如果有最高使用压力不同的部件(包括管线中途的泵和仪表),以最低的那个为上限。
日本的"第一种压力容器"等分类,是日本自己的体系,与国内 TSG 21 的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类压力容器不是一回事。给换热器等设备装安全阀时,整定压力就成为该设备可能升到的最高压力。根据这个压力和内容积,设备可能因此被认定为受监管的压力容器。
下限由回座压力(吹止り圧力,fukidomari atsuryoku)决定。阀门要等压力降到开启点以下一点才会关闭,这个差值就是启闭压差(吹下り,fukisagari,英文 blowdown)。VENN 的样本引用了 JIS B 8210:2025 对蒸汽安全阀的限值:整定压力不超过 0.4 MPa 时为 0.03 MPa,超过 0.4 MPa 时不大于整定压力的 7%。
如果回座压力低于运行压力,开过的阀在运行中可能关不严;整定压力与运行压力之间的差太小,也会引起泄漏。下图把这几个压力的先后顺序排在一起。
整定压力必须保持这个由上到下的顺序(均为表压)。
上限:日本《锅炉及压力容器安全规则》第28、65、86条。启闭压差:JIS B 8210:2025(引自 VENN 样本)。回座压力与运行压力之间的裕量:斯派莎克(Spirax Sarco)技术资料。
回座压力以下的裕量,来自厂家资料,不是法规。斯派莎克建议回座压力与运行压力之间至少留 0.1 bar(0.01 MPa)。
贝克休斯(Baker Hughes)的一篇文章则指出,为保持阀座密封,运行压力一般不应超过整定压力的 95%。两者都是经验值,实际要看所选型号的启闭压差。
介质有压力脉动、瞬间超过整定压力时,阀会误动作。Yoshitake(日本阀门厂家)的说明书建议,这种情况下提高整定压力或降低运行压力。
日方资料里还有两点值得注意。其一是背压:普通型安全阀的出口有恒定背压时,开启压力会降低相当于背压的数值,所以要把整定压力提高同样的量来补偿(斯派莎克)。
其二是减压阀下游的安全阀。VENN 和 Yoshitake 各自给出了"在减压阀设定值上加多少"的表,两家的压力分档和数值都不同:VENN 的数值针对金属密封阀,软密封阀另有数值;Yoshitake 的数值是报警用安全阀的参考值。收到日方文件时,要问清楚用的是哪家的表。
无论哪种情况,结果都不得超过被保护设备的最高使用压力。另外,整定压力一旦设定,通常不能在现场更改:VENN 原则上不允许现场更改,Yoshitake 则说明重新调整要在工厂进行。
第3步:由所需排量定公称直径
日方文件中阀的尺寸用公称直径表示(25A、32A 等,A 是毫米制;32A 对应 DN32,即 NPS 1-1/4)。尺寸由整定压力下的所需排量(必要吹出し量,hitsuyo fukidashi-ryo)决定。对日本国内的设备,法规按安装位置规定了最低值。
每个位置要回答的问题:流入(或产生)的是什么,有多少?
厚生劳动省通知:《关于锅炉构造规格等的部分修订》(基发1107第5号,2025年11月7日)。减压阀下游的依据,取决于下游设备能否承受上游压力。
气体经管道流入压力容器时,厚生劳动省通知给出了一个流入量公式,并规定了假定的最小流速。日本《锅炉构造规格》还规定了锅炉安全阀的数量和安装方式。
以 API 为基础的做法不用这类固定流速,而是根据 API 521 的超压工况来确定所需流量。所以同一根管子,两种方法算出的所需排量可能不一样。
0.0028 ≈ π/4 × 3600 ÷ 106(把 mm 换算成 m、把秒换算成小时)。
减压阀下游,日本法规往往没有规定排量。VENN 提出,仅作报警用的安全阀可以比减压阀小一到两个规格,相当于减压阀最大流量的 10% 左右。
但这个数字只用于提示减压阀出了问题。如果下游设备承受不了上游压力,安全阀就必须能排掉减压阀全开时的流量(斯派莎克)。看到日方图纸上减压站后面有一个小阀时,要问清楚它属于哪一种用途。
JIS 排量公式与 API 520 的对比
日本的蒸汽安全阀样本,用下面的公式给出额定排量。VENN 的样本说明这个公式依据 JIS B 8210:2025。该标准的名称就叫"安全阀",是对 ISO 4126-1:2013 和 ISO 4126-7:2013 做了修改后采用的,属于产品标准,标准正文也说明它不规定阀门怎么使用。
API 520 第 I 部分用下面的公式计算蒸汽所需面积(SI 单位)。把它改写成求流量的形式,就和日方公式很接近了。
日方公式中的 5.25 和 API 520 中的 190.5,其实是同一个常数的不同单位表示(1000 ÷ 190.5 ≈ 5.25)。蒸汽的物理关系是一致的,差别在其他几项。
| 项目 | 日本做法(JIS B 8210 与样本) | API 520 / ASME 做法 |
|---|---|---|
| 标准的作用 | JIS B 8210:2025 是以 ISO 4126-1/-7 为基础(有修改)的产品标准。使用环节由日本构造规格和厚生劳动省通知规定 | API 520 第 I 部分管选型与计算;API 521 管超压工况;ASME BPVC 管认证和允许超压 |
| 系数 | Kdr′ 由厂家给出,是乘在实际流道面积上的降额值。在 ISO 4126-1 中,认证的降额排量系数 Kdr = Kd × 0.9 | 初步选型:有效 Kd = 0.975,配合 API 526 的有效孔口面积。最终校核:厂家认证的 K(0.9 × 实测 Kd)配合实际面积 |
| 面积与尺寸表示 | 由阀座口径和开启高度(揚程式)或喉部口径(全量式)求实际面积。尺寸用公称直径表示(25A、32A) | 法兰连接的阀按 API 526 用字母孔口(D 到 T);尺寸以进口 × 孔口 × 出口表示 |
| 泄放压力 | 容器:整定 × 1.1 与整定 + 0.020 MPa 中的较大者,再加 0.101。锅炉:整定 × 1.03 与整定 + 0.015 MPa 中的较大者,再加 0.101 | ASME 第 VIII 卷单个阀:压力限制在 MAWP + 10% 或 3 psi(约 20.7 kPa)中的较大者;多个阀 16%,火灾工况 21% |
| 蒸汽性质系数 | C′(厂家按压力给出的表) | KN(高压)和 KSH(过热) |
| 所需排量的依据 | 法规最低值:锅炉取最大蒸发量;容器取最大流入量或产生量,并附厚生劳动省的流入量公式 | API 521 中最严重的可信工况(出口堵塞、控制阀失效、火灾等) |
| 排量来源 | 厂家按整定压力和公称直径列出的排量表 | 厂家的认证排量(ASME 钢印阀见 National Board NB-18 "Red Book" 清单) |
泄放压力的规定看上去相似:都是"整定压力的某个百分数"与"固定压力增量"取较大者。日本容器的 0.020 MPa 与 ASME 的 3 psi 比较接近,但并不是同一条规则;日本的锅炉还有自己的一套。两者不能互相替代。
最大的陷阱,是把系数和面积配错对。API 520 的 0.975 要配 API 526 的有效孔口面积;日方的 Kdr′ 要配该厂家尺寸表里的实际阀座或喉部面积。贝克休斯(Baker Hughes)的 Consolidated 选型资料指出,API 的 Kd 比 ASME 认证的 K 值大,而 ASME 认证面积又比 API 526 的有效面积大。每一对数值,只能和它自己的搭档一起用。
与国内标准怎么对照
国内的安全阀通用标准是 GB/T 12241-2021《安全阀 一般要求》,其范围包括术语和定义、设计、出厂试验、型式试验、排量性能的确定、安全阀尺寸的确定、标志和铅封。所以你们在核对日方选型书时,除了 API 520,也可以拿 GB/T 12241 中的排量和尺寸确定方法来逐项对照:系数、面积、泄放压力各取的是什么。
这里说明一点:GB/T 12241 与 ISO 4126-1 的具体关系、各项公式和系数的取值,本文没有逐条核对,请以现行版本原文为准。日本的锅炉和压力容器,对应的国内依据一般是 TSG 系列特种设备安全技术规范,条文数值与日本规定并不相同,不能直接套用。
日方术语和国内说法的对应,见文末的术语对照表。表中的对应是"意思相近",不是"定义完全一致",遇到对不上的地方,要问日方或厂家。
读懂日方选型书:一个虚构的例子
下面的数字都是虚构的,用 VENN 公布的系数和 SL-37 系列揚程式安全泄压阀的排量表,演示日方样本中的计算是怎么写的。它不是任何实际装置的设计。
- 介质:饱和蒸汽;阀装在日本的第一种压力容器上(P0 按压力容器构造规格取)
- 容器最高使用压力:0.50 MPa(表压);运行压力 0.40 MPa
- 所需排量:200 kg/h,即流入容器的蒸汽最大量
- 阀型:蒸汽用,敞开式阀盖,带扳手;核对揚程式的尺寸是否够用
第一步,选型书先检查整定压力(0.50 MPa,等于最高使用压力)与运行压力之间的余量够不够。
第二步,求所需流道面积。整定压力是表压,所以 P0 要换算成绝对压力。
VENN 的 SL-37 尺寸表中,25A 的流道面积为 43.3 mm²,32A 为 80.3 mm²。对照所需的 69.1 mm²,25A 不够,32A 够用。查排量表,结论一致。
超过所需 200 kg/h(虚线)的最小规格是 32A。
单位:kg/h。数值取自 VENN 的 SL-37 至 SL-40、SL-43、SL-44 蒸汽排量表中整定压力 0.5 MPa 的一栏(按压力容器构造规格)。用上面的公式算出的结果是 50.6、86.2、125.3、232.4、363.5、590.6,与表一致。
再看为什么不能拿 API 的数字去交叉验证这份选型书。把同样的流量和压力代入 API 520,取 Kd = 0.975、各修正系数为 1:190.5 × 200 ÷ (651 × 0.975) ≈ 60.0 mm²。
这个 60.0 mm² 是有效面积,应该去对照 API 526 的孔口字母,而不是日方尺寸表里 43.3 mm² 和 80.3 mm² 的实际面积。把 60.0 与 69.1 直接比较,等于拿两种不同定义的面积在比。
另外,这个结果只适用于 VENN 的系数和排量表。别的厂家、别的型号,系数和表都不同,所以要以实际所购阀的资料为准。安全阀是受法规监管的安全装置:装在日本的设备,以厂家资料和适用的日本法规为准,有疑问可以咨询当地的日本劳动基准监督署(rodo kijun kantokusho);装在中国境内的设备,以国内适用的法规标准为准。
影响选型和布置的日本法规
如果设备要在日本安装和检查,供应商图纸上会出现下面几条法规要点。如果设备是运到中国使用的,要问供应商他们用了哪几条,以及国内的法规标准是否替代这些规定。
- 多个安全阀:按日本《锅炉及压力容器安全规则》,其中一个阀调整到不高于最高使用压力时,锅炉以及第一种、第二种压力容器上的其他阀,可以调整到最高使用压力的 +3% 以内。例如最高使用压力为 0.70 MPa 时,第二个阀最高可设 0.721 MPa。锅炉过热器的安全阀要调整成先于汽包的安全阀动作。
- 不得设截止阀:第一种压力容器上,按厚生劳动省通知,原则上不得在容器与安全阀之间或排放口设置截止阀等关闭装置。例外包括:有两个以上安全阀,并装有联锁装置、使它们不能同时关闭。安装在减压阀下游的安全阀与容器之间的截止阀,也被允许。
- 整定压力的公差:对于锅炉蒸汽安全阀,VENN 列出的跳开压力公差为:整定压力低于 0.5 MPa 时 ±0.015 MPa,0.5 MPa 以上、2.3 MPa 以下时 ±3%。
阀前如果有爆破片,组合排量系数也要进入计算。
可以直接使用的内容:日方安全阀选型书审核清单
拿到日方的选型书,可以按下面的清单逐项核对。
- 选型依据哪个规范:日本构造规格、ASME,还是别的规范?哪个版本?
- 整定压力,单位是什么,是表压还是绝压(MPa G 还是 MPa A)
- 泄放压力 P0:采用哪条规则(容器 10%/0.020 MPa、锅炉 3%/0.015 MPa,还是 ASME),是否加了大气压
- 系数:是 Kdr′ 还是认证的 K,来源(厂家自定还是认证),是否与实际面积配对
- 流道面积:揚程式(πDL)还是全量式(πd²/4),尺寸表中的数值
- 蒸汽修正:取了什么 C′ 值,蒸汽是否过热
- 所需排量:依据什么(锅炉蒸发量、容器流入量公式、减压阀失效、其他工况),怎么算出来的
- 启闭压差和回座压力,与正常运行压力比较的结果
- 出口背压:是大气还是排放总管,整定压力是否做了修正
- 连接:公称直径(A),法兰按 JIS 还是 ASME 的压力等级
- 整定压力是否能在现场更改,还是只能回工厂调整
- 出口到国内的阀:是否带有你们现场规范要求的认证,国内适用的制造许可、型式试验或检验要求有没有满足(需要查现行规定)
对日方的询问邮件范例
下面是一份可以直接改了发出去的询问范例。日方一般习惯用英文或日文,可以请懂日语的同事或翻译协助。
主题:关于[设备位号]安全阀选型依据的确认
感谢贵司提供[设备名称]的安全阀资料。本项目对泄压装置的核算依据为[GB/T 12241/API 520/ASME 第VIII卷/当地规范]。在我方接受该选型之前,请确认以下事项:
1. 计算泄放压力所采用的规范及版本,以及泄放压力的数值(绝压)。
2. 计算中使用的排量系数和流道面积,以及该系数是认证值还是厂家的公称值。
3. 所需排量[数值]kg/h 是如何确定的,包括工况和所用公式。
4. 该型号在指定整定压力下的启闭压差和回座压力。
5. 该阀是否带有我方现场要求的认证(例如 ASME),其排量是否有登记。
6. 整定压力能否在现场调整,还是必须回工厂重新调整。
此致
[姓名]
日方安全阀选型书上的日语术语
下表把选型书上常见的日语术语和中文说法对应起来。中文栏是国内常用的相近说法,是否完全等同,以所用标准的定义为准。
| 日语(罗马音) | 中文 | 英文 |
|---|---|---|
| 安全弁(anzen-ben) | 安全阀 | safety valve |
| nigashi-ben / anzen-nigashi-ben | 泄压阀(溢流阀)/安全泄压阀 | relief valve / safety relief valve |
| 全量式/揚程式(zenryo-shiki / yotei-shiki) | 全启式/微启式(近似对应) | full bore type / lift-type |
| yobi-kei | 公称直径(A 为毫米制) | nominal size |
| 設定圧力(settei atsuryoku) | 整定压力 | set pressure |
| fukidashi atsuryoku / fukihajime atsuryoku | 跳开压力(开启压力)/起始排放压力 | popping pressure / start-to-discharge pressure |
| fukidomari atsuryoku | 回座压力 | reseat pressure |
| fukisagari | 启闭压差 | blowdown |
| fukidashi-ryo kettei atsuryoku | 泄放压力(用于确定排量) | relieving pressure (for capacity) |
| hitsuyo / kosho fukidashi-ryo | 所需排量/额定排量 | required / rated relieving capacity |
| kosho kokaku fukidashi keisu | 公称降额排量系数(Kdr′) | nominal derated coefficient of discharge |
| nodo-bu no kei / benza-guchi no kei | 喉部口径/阀座口径 | throat bore / seat bore |
| 最高使用圧力(saiko shiyo atsuryoku) | 最高使用压力(大致相当于最高允许工作压力或设计压力,需确认) | maximum allowable working pressure (MAWP) |
| 背圧(haiatsu) | 背压 | back pressure |
本文的局限
- 本文讲的是怎样读懂和比较选型计算,不是选型步骤,文中的数字也不是设计值。
- 文中的日方公式、系数和排量数值,是 VENN 针对具体型号公布的数据。其他厂家和型号,相差几个百分点甚至更多。
- 液体、气体用阀的公式不同,泄放压力的取法也取决于适用哪部法规或规范。
- 日本的法规要求适用于安装在日本的设备。装在其他地方的设备,以当地的规范和监管部门为准;在中国使用的,需对照国内适用的标准和 TSG 规范。
- 文中的例题是虚构的。
常见问题
JIS B 8210 等同于 API 520 或 ASME 吗?
不等同。JIS B 8210:2025 是安全阀的产品标准,以 ISO 4126-1 和 ISO 4126-7 为基础并做了日本的修改。API 520 是选型计算的推荐做法,ASME 管认证和允许超压。蒸汽排量公式里的常数相同,但系数、面积的取法和泄放压力的规则都不一样。
日本阀可以用 API 520 的 0.975 来选型核算吗?
对着厂家的实际面积不行。0.975 要与 API 526 的有效孔口面积配对,用于初步选型。应当向日方厂家要该型号配套的系数和流道面积,以及厂家保证的排量。
跳开压力和整定压力有什么区别?
蒸汽安全阀在日本的做法中,以阀瓣急速跳开时的跳开压力作为整定压力。液体和气体用阀,VENN 以刚开始有微量排出时的起始排放压力作为整定压力。
为什么日方选型书上,揚程式的系数更高,排量反而更小?
因为系数对应的面积不同。揚程式用的是由阀座口径和开启高度算出的帘面积,在相同公称直径下,比全量式的喉部面积小。要比较的是额定排量,而不是系数。
交货后还能改整定压力吗?
通常不能在现场改。VENN 原则上不允许现场更改,Yoshitake 的阀也在工厂内重新调整。如果运行条件变了,请厂家重新调整,或者换成按新压力整定的阀。
参考资料
- 日本规格协会 JSA:JIS B 8210:2025 预览(标准名称、以 ISO 4126-1/-7 为基础、适用范围;日文)
- ISO 4126-1:2004(符号:Kdr = Kd × 0.9)
- GB/T 12241-2021《安全阀 一般要求》范围介绍(搜狐)(仅用于确认标准的范围;正式条文请以标准原文为准)
- VENN:SF-17 样本,适用法规及排量计算公式(公式、系数、泄放压力、JIS 启闭压差和公差;日文)
- VENN:SL-38 样本(SL-37 系列流道面积和排量表;日文)
- VENN:自动阀门入门,安全阀篇(阀的种类、减压阀下游的整定与尺寸、现场更改;日文)
- Yoshitake:GP-1000 使用说明书(减压阀后报警用安全阀的整定;日文)
- Yoshitake:AL-140 使用说明书(压力脉动、工厂内重新调整;日文)
- e-Gov:日本《锅炉及压力容器安全规则》,第28、65、86条(日文)
- 日本厚生劳动省通知:《锅炉构造规格》第62条相关及《压力容器构造规格》第64条相关(所需排量、流入量公式、截止阀;日文)
- 日本厚生劳动省:《压力容器构造规格》及《锅炉构造规格》(日文)
- fluids 库:API 520 蒸汽选型的实现(公式常数 190.5、单位、KN)
- 贝克休斯:Consolidated 阀门选型技术规格(API Kd 0.975 配 API 526 有效面积,与 ASME 认证 K 值和面积的区别)
- 艾默生:Kunkle 安全泄压产品技术参考(多个阀 16%、火灾 21%)
- Tata Consulting Engineers:ASME 第 VIII 卷泄压阀要求(UG-125 超压限制)
- 斯派莎克:Safety Valve Selection(回座裕量、背压)
- 斯派莎克:Safety Valve Sizing(减压阀失效全开)
- 贝克休斯:Operational Basics of Safety Valves(Valve Magazine,2024年5月;运行压力不超过整定压力的 95%)
日文原文本指南改编自 MONOSCOPE 面向日本读者撰写的文章:安全弁の選定方法|設定圧力の決め方と吹出し量の計算・呼び径の選び方
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