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2

3）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