压力容器泄放装置 (2)

在石油化工生产过程中，为了防止压力容器、锅炉和管道等受压设备因火灾、操作故障或停水、停电造成压力设备超过其设计压力而发生爆炸事故，应设置超压用的安全泄放装置，使系统能及时泄压。

当设备内介质的压力达到预定值时，安全泄放装置立即动作，泄放出压力介质。

一旦压力恢复正常，它即自行关闭，以保证设备的正常运行。

石油化工行业中常用的安全泄放装置一般是安全阀或爆破片，由于安全阀可重复使用而爆破片是一次性用品，所以较多选用安全阀。

以下是对安全阀和爆破片以及其组合装置的介绍。

一、安全阀简介
安全阀是一种适用于清洁、无颗粒、低粘度流体的自动阀门，它不借助任何外力而是利用介质本身的力来排出一定数量的流体，以防止系统内压力超过预定的安全值。

但压力恢复正常后，阀门再自行关闭阻止介质继续流出。

安全阀是压力容器和工艺体系上的重要保护设备，在航天、石化、能源、医药、冶金等行业的装置和设备及工业管道上有广泛的应用。

1.1安全阀的种类及特点
安全阀有杠杆式、弹簧式和脉冲式二类，压力容器上常用的是弹簧式安全阀，弹簧式安全阀常用的有封闭式、非封闭式等。

安全阀由阀体、阀瓣、阀芯、弹簧等元件组成，其工作原理是当容器内的压力超过其开启压力时阀瓣开始动作，设备内的介质开始排放出来，若压力继续升高阀瓣也继续升高，最大升高到排放高度;随着介质的排放设备内的压力开始降低，阀瓣也随之降低，当降到回座压力时，安全阀阀瓣关闭。

当设备再度超压时，安全阀可重复上述动作。

安全阀的开启压力、回座压力均可通过调试具体确定。

图1 弹簧式安全阀示意图图2脉冲式安全阀示意图
1.2选用的一般原则
当设备压力较高时，选择拱形或平板形;压力较低时，选择反拱形;当设备有真空工况或承受背压时，需选择适合此状态的爆破片或配置背压托架。

介质为液体时，不宜选用反拱形的。

介质为易燃易爆时、或爆破片与安全阀组合时，需选择无碎片的爆破片型式。

与安全阀
相比爆破片结构简单，重量轻;但每个爆破片只能使用一次，每次超压爆破后均需要更换新的爆破片。

因此每个爆破片的爆破压力也不可能通过自身的调试来确定，它是通过在同一批次的爆破片中随机抽取一定的数量进行爆破性试验，以此作为这一批爆破片的爆破压力，因为同一批次的各爆破片间不可避免的存在着制造上的偏差，所以爆破压力不是某一定值而是某一范围。

1.3 安全阀开启压力的确定：
安全阀的开启压力大于设备的工作压力(一般取工作压力的1.O5-1.1倍)小于设备的设计压力。

安全阀的排放压力小于等于1.1倍的设计压力。

1.4安全阀的适用工况
安全阀的适用工况由于安全阀能重复动作，泄放到一定压力后会自动关闭，容器的介质不被完全泄放，损失较少，并目动作压力易确定，因此一般压力容器上的安全泄放装置较多采用安全阀，经常超压的场合更适于设置安全阀。

安全阀的设置原则凡属下列容器之一的必须安装安全阀:
(1)独立的压力系统(有切断阀与其他系统分开)。

该系统指全气相、全液相或气相相通。

(2)容器的压力物料来源处没有安全阀的场合。

(3)设计压力小于压力来源处的压力的容器及管道。

(4)往复式压缩机各段出口或电动往复泵、齿轮泵、螺杆泵等容积式泵的出口管道。

(5)凡与鼓风机、离心式压缩机或蒸汽往复泵出口连接的设备不能承受其最高压力时，上述机泵的出口管道。

(6)由于不凝气的累积产生超压的容器。

(7)功口热炉出口管道上如设有切断阀或控制阀时，在该阀上游应设置安全阀。

(8)由于工艺事故、自控事故、电力事故、火灾事故和公用工程事故引用的超压部位。

(9)液体因两端阀门关闭而产生热膨胀的部位。

(10)凝气透平机的蒸汽出口管道。

(11)某些情况下，由于泵出口止回阀的泄漏，则在泵的入口管道上设置安全阀。

二、爆破片简介
爆破片有拱形、反拱形、平板形等形式，拱形爆破片动作时爆破片发生拉伸破裂，它又分为普通型、开缝型、带槽型爆破片;反拱形爆破片动作时爆破片发生压缩失稳而破裂后脱落，反拱形爆破片又分为带刀架(或鳄齿)型、带槽型和脱落型;平板形爆破片分为开缝型和带槽型两类。

2.1爆破片的爆破压力的确定：
首先确定爆破片的最低标定爆破压力，根据爆破片的型式及载荷性质确定最低爆破压力与工作压力的比值。

其次选定爆破片的制造范围，根据爆破片的型式和假定的设计爆破压力，选定爆破片制造范围的上限值和下限值。

最后计算爆破片的设计爆破压力，设计爆破压力等于最低标定爆破压力加爆破片制造范围的下限值的绝对值;目设计爆破压力与爆破片制造范围的上限之和小于等于容器的设计压力。

2.2爆破片适用工况
爆破片装置的适用工况在一些特殊工况下，由于安全阀结构特点较难可靠工作，而爆破片就显示出安全阀难以比拟的优势，此时应采用爆破片，具体说有以下几种情况。

(1)在压力迅速增长的情况下，因为安全阀的运动元件质量大，惯性滞后明显，而爆破片的动作惯性小，更易实现及时迅速的泄压，所以经常用于介质易发生爆炸、或某一瞬间压力(或容积)急剧升高的反应容器上。

(2)当介质为粘稠、不洁净、易结品、易聚合时，介质易影响安全阀弹簧的动作或堵塞其泄放通道，使得安全阀失灵;而爆破片结构简单，介质的这些特性不会影响其动作。

(3)当介质的腐蚀性较大，采用的材质较特殊时，如采用安全阀会使得阀门的成本过高、结构更复杂;而爆破片选材容易，相对成本较低。

(4)当设备的压力过高或过低时，当设备所需的泄放直径较大或较小时，安全阀的制造就会很困难，而爆破片的制造范围很广，压力从几十毫米水柱的低压直到几百兆帕的高压，泄放直径从几毫米直到1m以上。

(5)当设备内介质为极度高度危害或贵重特性，设备需要保持低真空度以及其它不允许设备存在微量泄漏的情况下，爆破片组件不但自身密封性能远优于安全阀，而目完全能克服安全阀因颠簸、震动等原因产生的间歇起跳问题，做到密封更严密。

图3 爆破片示意图
三、安全阀与爆破片的组合装置
安全阀与爆破片的组合装置分为安全阀与爆破片的串联组合装置和并联组合装置两种：3.1．串联组合装置
串联组合装置是将爆破片安装在安全阀的入口端，这样既使得爆破片动作后介质不被完全排放，又克服了安全阀在特殊工况下难以正常工作的缺点。

3.2. 并联组合装置
并联组合装置常用于正常工况下适用安全阀，但有可能产生安全阀不适用的特殊工况。

各安全泄放装置动作压力的确定安全泄放装置的动作压力是指安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。

当设备安装一个泄放装置时，泄放装置的动作压力应大于设备的工作压力，小于等于设备的设计压力。

安全阀与爆破片串联装置适用于安全阀的开启压力和爆破片爆破压力均大于设备工作压力，小于等于设备设计压力。

当设备上安装多个泄放装置时，其中一个泄放装置的开启压力不大于设计压力，其余泄放装置的开启压力可高于设计压力，最大为1.04倍的设计压力。

安全阀与爆破片并联装置适用于安全阀的开启压力不大于设备的设计压力，爆破片的爆破压力可提高到1.04倍的设计压力。

四、小结
总之，安全阀在石油化工装置中的作用是不容忽视的，如何选择合理有效的安全阀关系到整个工业生产的安全。

熟练掌握全泄放装置的常用结构和选用原则等方面知识，是保障安全生产以及生命财产安全的重要前提，因此我们应加强学习，为今后的压力容器设计及维护工作提供铺垫。

参考文献
[1] 郑津洋过程设备设计（第三版）[M] 化学工业出版社
[2] 刘月芹，曹晓玲安全阀的选用与使用 [J} 化下设备与管道
[3] 国家质量技术监督局压力容器安全技术监察规程 [M]中国劳动社会保障出版社。