浅述超压泄放装置的分类及选用

浅述超压泄放装置的分类及选用束从杰（合肥宏大环保有限公司安徽合肥 230051）摘要大量的压力容器爆炸事故分析表明，超压泄放装置失灵时是引起压力容器爆炸的原因之一。

本文介绍了超压泄放装置的结构类型及分类，并简述了超压泄放装置的选用及装设要求，为工程技术人员正确选型和安装提供参考。

关键词超压泄放装置；安全阀；爆破片超压泄放装置是一种可以自动报警并保证压力容器安全运行、超压时能自动卸压，防止其发生超压爆炸的一种保险装置。

超压泄放装置具有这样的性能:当容器在正常的工作压力下运行时，它保证严密不漏，而一旦容器内压力或温度超过允许数值后，它就能自动、迅速地排放出容器内部的压力介质，从而达到快速降低容器内部压力的目的。

1 超压泄放装置的装设原则在GB150《钢制压力容器》管辖范围内的压力容器，TSG R0004《容规》适用范围内的压力容器，并不是每一台容器都必须装设超压泄放装置。

只有那些在操作过程中有可能出现超压的容器，才需要单独装设超压泄放装置。

在常用的压力容器中，必须单独装设超压泄放装置的有以下几种: 1)液化气体储罐；2)高分子聚合容器；3)压缩机附属气体储罐；4)放热或分解等化学反应的反应容器；5)用热载体加热使器内液体蒸发气化的换热容器；6)直接受火焰加热的压力容器。

上述与压力源连通的容器，若在压力源出口管线上装设超压泄放装置，且得到可靠控制的，则压力容器本体上可不装设超压泄放装置。

但在计算泄放装置的泄放量时，应把容器间的连接管道包括在内。

2 超压泄放装置安全泄放量的计算防止超压容器允许的超压限度，必须使泄放装置额定泄放量大于等于容器的安全泄放量。

容器的安全泄放量系指容器内的介质压力在达到规定的泄放压力或爆破压力值时，为保证其压力不再继续升高而在单位时间内所必须泄放的介质量。

计算容器的安全泄放量需按可能发生的最不利情况考虑，对于不同的压力容器应按不同的方法确定其安全泄放量。

限于篇幅有限，关于泄放量的计算请参见GB150.1-2011《压力容器第1部分：通用要求》附录B。

3 超压泄放装置的类型及特点超压泄放装置按其结构形式可以分为阀型（安全阀）、断裂型（爆破片）和组合型（爆破片+安全阀）等几种。

3.1阀型超压泄放装置阀型超压泄放装置就是常用的安全阀，当容器或系统中的介质压力升高到开启压力时，它能够自动开启，随之将介质排放，以防止容器或系统超压。

当压力恢复正常后，阀门自动关闭，并恢复密封，防止介质排出。

其特点是该装置可以多次使用，能随压力的变化而自动启闭，泄压后器内介质损失较小。

其缺点是密封性能较差，在正常工作压力下，也常常会有轻微的泄漏。

开启时常有滞后现象，当器内压力增长过快时，泄压速度满足不了要求。

当容器内的一些物料使阀口堵塞或阀瓣粘住时，该装置不能及时泄压。

3.2断裂型超压泄放装置常用的断裂型超压泄放装置为爆破片，是一种一次性超压泄放装置，其动作惯性小，在压力迅速增长达到规定值的情况下能及时脱落或爆破，迅速泄压，从而保护容器不发生超压变形或爆炸。

经常用于易爆、有毒介质或反应速度随温度升高而容积急剧增加、气体压力迅速增加的反应容器上。

如上所述的爆破片装置虽然是一种爆破后不能重新闭合的泄放装置，但与安全阀相比，它有三个特点：一是可以做到完全密封；二是泄压时反应迅速，泄压时动作滞后的惯性小；三是气体内所含的污物对它的影响较小。

其缺点是它在完成泄压后不能继续使用，容器或系统需要更换新的爆破片。

并且爆破元件长期处于高应力状态，容易因疲劳而过早失效，因而寿命较短。

3.3组合型超压泄放装置组合型超压泄放装置实际上就是阀型和断裂型的组合装置。

常见的有弹簧式安全阀和爆破片的组合型。

这种由安全阀和爆破片组合而成的泄压装置同时具有阀型和断裂型的优点，它既可防止单独使用安全阀时发生的泄漏，又可以在完成排放过高压力的动作后恢复容器的继续使用。

组合装置中的爆破片可根据不同的需要，设置在安全阀的入口或出口侧。

前者可使工艺介质与安全阀隔开，以免安全阀直接被腐蚀。

正常工作时，由爆破片来保证密封，超压时，爆破片爆破以后，通过安全阀泄压后复位可减少工艺介质流失。

这种结构要求爆破片破裂后的泄放面积大于安全阀的进口面积，并保证爆破片碎片不影响安全阀的正常动作。

当爆破片装在安全阀的出口侧时可以防止安全阀因泄漏造成环境污染，而爆破片不与介质接触，也可以延长爆破片寿命，并且更换爆破片也非常方便。

下面的表格简洁的表述了三种超压泄放装置类型的优缺点比较：表1 不同阀的优缺点装置类型阀型断裂型组合型装置安全阀爆破片（帽）安全阀+爆破片优点自动关闭重复使用调整容易密封性好泄压迅速对污物不敏感密封性好重复使用缺点密封性差不可重复使用结构复杂滞后现象不洁堵塞易受疲劳影响精度不易控制4 安全阀及爆破片的结构及分类4.1安全阀的结构及分类安全阀主要是由阀座、阀瓣及加载机构组成。

阀瓣始终承受加载机构施加的作用力（F1）和容器内介质施加的反向压力(F2)。

在规定的工作压力范围内，当F1＞F2时，阀瓣紧压着阀座，设备内介质无法排出。

当设备内的压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开启压力时，即F1＜F2时，阀瓣离开阀座，安全阀开启，开始泄放。

经过一段时间的泄放，容器内压力下降至正常工作压力，此时F1＞F2，阀瓣又紧压着阀座，安全阀关闭。

安全阀就是通过作用在阀瓣上的两个力来使它开启或关闭以达到超压泄放，维护容器安全运行的目的。

安全阀按其整体结构可分为弹簧式、重锤式和脉冲式（先导式）三种。

4.2爆破片的结构及分类按照爆破片被破坏时的受力形式可以将爆破片分为拉伸型、压缩型、剪切型以及弯曲型：1）拉伸型爆破片又称正拱形爆破片（图1），安装时将具有延性的金属膜片先曲成球面，拱的凹面处于压力系统的高压侧，动作时，该压力敏感元件发生拉伸破裂。

2）压缩型爆破片又称反拱形爆破片（图2），压力敏感元件呈反拱形，安装时，拱的凸面处于压力系统的高压侧，动作时，该压力敏感元件发生压缩失稳翻转，随即被装设在它上面的刀刃触破，或膜片自行脱落弹出。

图1 图23）剪切型的爆破元件通常是金属平板，平板的中间部分加厚，夹持边缘局部削弱，这样就形成了剪切口，动作时金属平板被夹持锐边切断，形成超压泄放。

4）弯曲型爆破片通常采用较厚的脆性材料（铸铁或石墨）加工制成。

正常工作时承受弯曲和剪切作用，动作时脆断泄压。

下表给出了爆破片几种类型在各方面的比较：表2 不同类型抱爆破片比较结构形式拉伸型压缩型剪切型弯曲型爆破后碎片无无整体有温度范围由膜片材料决定压力范围中、高、超高压低、中低低相态要求气、液气气、液气、液耐疲劳性中好差差爆破精度高高中低阻力大小中大小小加工难易难难易易腐蚀性、低压适用范围广泛低压或大直径低压操作波动性大5 安全阀与爆破片的组合装置5.1串联组合装置1）将爆破片安装在安全阀的入口端（图3），这种配置兼有两者优点，起到安全、经济的效果，爆破片与安全阀之间需设置压力表和截止阀，以便判断爆破片是否破裂或渗漏。

2）将爆破片安装在安全阀的出口端（图4），这种配置要求容器内的介质是清洁的，不含有胶着以下为安全阀选用时的常用原则：1）对于易燃、毒性为极度或高度危害的介质，必须采用封闭式安全阀，如需带有提升机构，则需采用封闭式带扳手安全阀；2）对于开启压力大于3MPa的蒸汽用安全阀或介质温度超过325°C的气体用安全阀，应采用带散热器的安全阀；3）当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%的，开启压力时，应选用带波纹管的安全阀；4）对空气、60℃以上热水或蒸汽等非危害介质，则应采用带扳手安全阀；5）根据介质特性选合适的安全阀材料；6）对于泄放量大的工况，应选用全启式；对于工作压力稳定，泄放量小的工况，宜选用微启式；对于高压、泄放量大的工况，宜选用脉冲式安全阀；7）工作压力低的固定式容器，可采用静重式或杠杆重锤式安全阀；8）移动式设备应采用弹簧式安全阀，并根据使用的压力来选用弹簧等级；9）液化槽(罐)车,应采用内置式安全阀；10）对于介质较稠且易堵塞的，宜选用安全阀与爆破片组合的泄放装置。

6.2爆破片的选用原则通常在下述的几种工况下均需使用爆破片装置：1）高压、超高压容器；2）当容器需要更大泄放面积和泄放量时；3）气体介质毒性程度为极度或高度危害或盛装贵重介质的压力容器；4）介质腐蚀性较强的容器；5）介质由于化学反应会使器内压力急剧升高的容器；6）介质中含有较多的粘稠性或粉末状、浆糊状物料的设备；7）发生蠕变、疲劳的容器；8）由于某些原因不允许存在微量泄漏的容器。

6.3安全阀和爆破片的装设要求TSG R0004《容规》中第七章安全附件对于安全阀的安装要求已经叙述的比较详细，这里就不在复述。

爆破片的装设时一些要求：1）爆破片装置应设置在容器顶部与容器液面以上的气相空间相连通。

通常在爆破片装置的进口处设置截止阀，以便爆破后切断气流，更换爆破片，截止阀处于全开状态，并加铅封。

2）根据爆破片的形式，注意安装方向：拉伸型爆破片凸面朝向排放侧；压缩型爆破片凹面朝向排放侧，爆破片表面应无裂纹、锈蚀、微孔、气泡及夹渣，不应存在可能影响爆破性能的划伤等。

3）爆破片与夹持器必须正确配合，保证爆破片夹正和均匀夹紧，压紧力应适中。

压紧面不得有损伤和异物，否则引起泄露。

4）对易燃、毒性程度为极度、高度、中度危害介质的压力容器，应在爆破片的排出口装设导管，将排放介质引至安全地点，并进行妥善处理，不得直接排入大气。

7 结束语压力容器广泛应用于工业、民用、军事等多个部门和科学研究领域，作为其安全附件的超压泄放装置，它的作用是不容忽视的，如何合理选择有效的泄放装置关系到整个工业生产的安全。

因此我们应加强学习，熟练掌握它们的常用结构和选用原则等方面知识，为日后的压力容器设计工作打下良好基础。

参考文献[1] GB150.1-2011，压力容器第1部分：通用要求[2] TSG R0004-2009,固定式压力容器安全技术检查规程。

[3] GB 567-1999 爆破片及爆破片装置[4] 寿比南；吴全龙，浅析GB 150.1—2011附录B《超压泄放装置》，压力容器，2012（2）[5] 龚珑; 周文军，安全泄放装置的设置、选型与计算，浙江化工，2009（09）作者简介：束从杰，男，（1980.10-），合肥宏大环保有限公司，助理工程师。