爆破片的选用及注意事项摘要

爆破片的选用及注意事项
一．总概述
爆破片与其连用的爆破片装置是一种安全压力泄放装置，具有结构简单、动作快速的特点，在压力升高速度很快的情况下，尤其是当发生爆炸或伴随有爆震的放热反应时，爆破片装置的动作速度比安全阀快得多。

可在压力容器或管道等压力突然升高但尚未引起爆炸前先行爆破，将高压介质排除管道或压力容器，从而达到防止管道或压力容器因为压力过大而爆炸的目的。

与安全阀相比，爆破片装置类型较多，如果选用不当或不能正确使用，设备的安全和正常操作就难以保证。

例如，盛装腐蚀性介质的容器上，如果使用一般的普通型爆破片装置，爆破片强度会因受到介质的腐蚀作用而下降，从而造成在未达到设计爆破压力时就爆破泄压而造成不必要的损失和破坏。

主要由爆破片、夹持器、真空托架等零件装配而成。

世界上第一个爆破片是由美国的一家公司在1931年生产的。

随着时间的推移各种爆破片应运而生，后来发展到爆破片可以与安全阀配合使用，或并联，或串联。

目前世界上爆破片已经发展到十几个系列，型号不同，结构不同，有正拱型，反拱型等，其直径也有从几毫米的螺钉型到十几米的巨型爆破片不等，而爆破压力也从几个毫米水柱压力到几吨不等，应用的温度范围从-200~550℃不等，爆破片的材料也有铝、铜、不锈钢、镍合金、碳钢、石墨及各种特殊材料等。

根据不同生产方面的需要，爆破片在材料的组成和性能上也有着比较大的差异。

目前，爆破片在几乎各个行业均有广泛的应用。

如在化工、炼油、核电站、医药、食品、航空航天、钻探、爆破、运输等重要领域均可以见到爆破片的身影。

尤其在核电站，化工流程、危险液、气的运输等高危行业更凸显其重要作用。

因此，正确选择、使用爆破片装置对保证设备安全和正常生产是非常重要的。

二．爆破片的结构型式及其特点
爆破片的结构型式相对来说比较多，若按照材质可以分成金属爆破片和非金属爆破片两大类。

若按爆破片的型式来分，则可分为:正拱型爆破片、开缝正拱型爆破片、平板型爆破片、反拱型爆破片以及石墨爆破片五种不同的基本类型。

1．正拱型和开缝正拱型金属爆破片：该类爆破片主要由延性金属加工制成。

其共同的特点是凸起面均朝向泄压一侧，按其结构型式又可分为正拱普通型爆破片、正拱刻槽型爆破片和开缝正拱型爆破片几种类型。

正拱普通型爆破片适合于通径为300mm以下的各种中压、高压及超高压的气、液介质；最高工作压力为爆破压力的70%但爆破有碎片，其后不宜串接安全阀(见图1)。

正拱刻槽型爆破片适合于通径为10~300mm的中、高压气、液介质，最高工作压力为爆破压力的80%，且无碎片，以上两种型式都有相应的夹持器匹配安装。

开缝正拱型爆破片适合于通径为800mm以下的各种中低压的气、液介质，最高工作压力为爆破压力的80%，也有夹持器与其匹配。

2．反拱型金属爆破片：其共同的特点是凹而朝向泄压一侧，当系统超压时，爆破片首先失稳反转，破坏形式可由刀刃将爆破片切破、自破或脱落泄压三种。

其型式又可分为反拱刀架型、反拱腭齿型及反拱刻槽型三种类型。

反拱型爆破片的优点为：（1）刚性好，能够承受背压，但在相同规格相同爆破压力条件下，反拱型比正拱普通型爆破片厚很多，特别适合中、低压气态的工作状况。

（2）抗疲劳性能好，反拱型爆破片工作时只受压力作用，不受拉力，失稳反转前几乎没有永久变形，
不仅工作压力高达爆破压力的90%，而且可以承受交变循环应力，其寿命比正拱型金属爆破片高10倍以上。

3．石墨爆破片：一种可以同时承受拉伸与剪切力作用的非金属爆破片。

由于其非金属特性以及石墨的本身材料结构特性，适合于强度低、小口径、低压力、强腐蚀系统的安全泄压装置。

因此在化工等有强腐蚀行业有着较为广泛的应用。

三．爆破片装置的选用
很容易想到，爆破片具有结构简单、灵敏可靠、经济、几乎无泄漏，反应时间迅速、动作时间短等优点。

查相关资料可知，满足下列工况时应优先选用爆破片：存在爆炸及异常反应而使压力瞬间急剧上升的场合。

（这种场合安全阀由于动作惯性而无法满足泄放迅速的要求）；当泄放介质为粉料、粘状、强腐蚀性介质时，由于其特殊的介质性质，若使用安全阀其制造价格很高；介质为贵重或有剧毒，在工作过程中不允许有任何泄漏的场合（此时可以考虑爆破片与安全阀串联使用）；工作压力很高或很低时，由于安全阀的制造比较困难，可以首选爆破片。

但由于爆破片材料的蠕变性，以及其更换过程比较复杂，爆破片不适用于温度波动较大或经常超压的场合。

在爆破片选用方面，首先应当根据工艺介质的特性、工艺条件及载荷方式等方面因素，正确选用合适的爆破片型式。

在介质方而，首先要考虑所使用的介质对膜片材料没有腐蚀作用。

由于爆破片一般很薄，稍有腐蚀，就会使爆破片的爆破压力发生变化。

统计表明，爆破事故中约有30%是由爆破片被腐蚀造成的。

因此，一般情况，生产厂家会在出厂前在爆破片上涂盖覆层或聚四氟乙烯等内腐蚀性的材料（衬里）进行保护。

另外，在腐蚀性极强的环境中，尽可能使用石墨爆破片。

但当考虑到介质的温度及膜片金属在高温下所产生的蠕变，有可能致使膜片在低于爆破压力时便会破裂，所选用爆破片的最高许用温度，应不低于实际使用温度的金属材料制造的膜片。

另外，当系统为脉动压力或循环压力时，考虑到交变力对正拱型爆破片产生的疲劳破坏，会缩短爆破片的使用寿命，对该系统来说，最好选用反拱型爆破片装置。

例如：再有交变应力作用时，用316类不锈钢正拱型普通爆破片，在工作压力为标定爆破压力的70%静压下工作，从理论上讲，可以工作10年以上，但用0~70%的标定爆破压力进行交变循环试验，最多9000次即失效；如改用反拱型爆破片，抗脉动压力和交变循环压力高达10万次。

总之，在选用爆破片前，应当首先分析被保护设备的实际工况以及介质的各种性能，合理选用爆破片的类型及材料。

四．爆破片的布置与安装
通常爆破片可单独使用，也可与安全阀组合使用。

爆破片单独使用时，通常有二种形式:单个、并联或串联使用，此时，爆破片起主要的安全作用。

二种布置形式可根据生产需要来正确设置。

近年来，爆破片与安全阀组合使用更加显得突出。

美国机械工程师学会(ASME)、美国石油学会(API)制定的标准RP520和国际标准IS06718均推荐在安全阀的入口或出口安装爆破片装置。

爆破片装置在与安全阀联合使用时具有如下优点：装置完全无泄漏；爆破片的使用隔离了腐蚀介质，从而使安全阀的寿命及安全阀的检修周期均得以延长，进而减少了工厂的检修费用，提高了设备的利用率；可使用廉价的材料作安全阀的阀芯，从而降低了安全阀的材料费用。

1．爆破片安装在安全阀入口
为了避免爆破片的破裂而损失大量工艺物料，在安全阀不能直接使用的场合(如物料有强腐蚀性、严禁泄漏等条件)，一般在安全阀的入口处安装爆破片。

其主要目的是最大限度减少可能由于安全阀的泄漏造成有价值、有毒或有危害的物质流失。

当爆破片安装在
安全阀入口时，必须在爆破片和安全阀之间设置压力表和放气阀(见下图)，
图.1
这是由于如果爆破片安装不当或别的原因，也有泄漏的可能，密切监测安全阀和爆破片之间的压力是很有必要的。

另外，通过爆破片密封压力系统，将安全阀与介质隔开，避免安全阀受介质腐蚀，这样既可防止安全阀泄漏，又可保证安全阀的正常操作。

但同时要注意，所选用的爆破片必须是非破碎型的，否则，当爆破片破裂时，会影响安全阀的动作。

此时，爆破片的标定爆破压力与安全阀的设定压力相同。

爆破片的公称直径必须等
于或大于安全阀的入口管径，以保持足够的流通能力和阀的特性。

由于使用了爆破片，使得安全阀的泄放能力降低了20%
2．爆破片安装在安全阀出曰
这样的布置可使安全阀在爆破片破裂之前不受爆破片后而泄放总管内或其它外部背
压的影响，防止泄放总管中腐蚀介质对安全阀的侵蚀和安全阀的蠕变，又可延长爆破片的寿命。

同时，也可防止有害或可燃物质从安全阀的出曰泄漏到大气中(如下图)
爆破片的这种安装形式，有可能对安全阀的安装及泄放能力造成影响，因此，特别要注意所选的爆破片，其爆破后的净而积必须具有能通过安全阀的额定排量的能力，同时被保护的设备介质还必须是非粘性或不容易结渣的物料。

3．爆破片与安全阀并联使用
为了防止在异常情况下被保护的压力容器内压的迅速上升，或增加在火灾情况下的
泄放而积，安装一个或几个爆破片与安全阀并联使用。

此时，爆破片的标定爆破压力略
高于安全阀的设定压力，且不得大于容器的设计压力(图4,的。

除了以上所述外，在安装爆破片时，还必须注意爆破片出入口管道的安装连接。

首先要考虑介质能够排放到安全区域或密闭回收系统;其次当系统为可燃气体时，还应采取措施防n介质在管道中产生燃烧，而使系统压力升高，发生爆炸的危险。

当然，在安装爆
破片前，还应检查爆破片是否清洁，有无破损、锈蚀、气泡以及加渣等现象产生}2]。

总之，爆破片的使用者和生产者应随时掌握爆破片技术的最新发展状况，熟知不同种类爆破片的使用场合，合理计算爆破片的起爆压力，综合按照上述的爆破片的使用安装操作，在不同场合能正确合理地选用和安装爆破片，这样定会有效地避免因超压爆炸或有害
物质泄漏等，引起的危险事故的发生。

五．爆破片常用材料的性能及特点
由于安装爆破片的化工设备或容器，往往在高温、高压长期连续工作或有脉动用循环压力作用的情况下工作，再或者是与爆破片接触的介质有强的腐蚀性，这就需要在选用爆破片的时候要充分考虑到材料本身的一些力学及化学特性，不仅要求爆破片有合理的力学结构，准确的参数以及较高的抗疲劳特性，还要求爆破片有很好的耐腐蚀性、抗高温蠕变、长时间的组织稳定性以及机械加工特性。

现在爆破片的制作材料既有金属材料（包括纯金属和合金）又有非金属材料，品种和牌号繁多，有些设计者或使用者对材料的性能的了解程度很浅，导致了在材料的选择时有很大的盲目性。

而这里对元爆破片的材料的分析就体现出其本来的而价值了。

只有明确了各种材料的使用特点和使用条件，设计和使用人员才能在应用中选择合适的爆破片从而增加了过程中的安全性，将危险系数降低。

1．铝
GB567-89拱形金属爆破片技术条件》(以下简称GB567-89)和GB150-89钢制压力容器》(以下简称GB150-89)，都规定铝制爆破片的最高适用温度为1000℃,GB150-89同时规定其材料牌号为L2、L3和L4。

它们均为工业纯铝，其含铝量(w%)分别为99.6、99.5和99.3以上，其中所含杂质主要为Fe 、Si 及Cu 等元素。

杂质Fe 和Si 的作用虽使纯铝的强度略有提高，但塑性变差，因此在变形时易于开裂，耐蚀性也降低。

了解铝的耐蚀特点对铝制爆破片的安全使用及管理具有重要意义。

纯铝化学性质很活泼，当标准电极电位为-1.67V 时，在空气中易形成致密的O Al 32薄膜。

经钝化的纯铝在大气、水及pH 为4.5~8.5的溶液和其它氧化环境中，具有良好的耐蚀性。

但在碱中并不耐蚀且会发生全而腐蚀。

在稀酸中呈点蚀。

在含F -和Cl -等阴离子的中性盐溶液中，易产生点蚀。

当溶液中含有Fe +2,Ni +2及Cu +
2等电位较正的金属离子时，则会加速铝的腐蚀，特别是
加速了点蚀。

铝是廉价金属，其耐蚀性主要依靠其表而生成的薄而致密的氧化膜，对厚度很薄的爆破片来说，保护铝表面不受腐蚀，有其十分重要的意义。

在某些情况下铝是十分容易腐蚀的，如将铝制爆破片直接(或靠近)放置于新制备的混凝上表而上，由于砂浆呈碱性，从地而蒸发的水蒸汽冷凝后也呈碱性，此时爆破片就很容易会被腐蚀；再如铝制爆破片一般用碳钢或不锈钢夹持器夹持，铝与金属直接接触，此时若接触点有电解液存在，就可能发生双金属腐蚀。

另外，虽然铝在水中耐蚀，但如果水积存在成堆薄板或成卷箔带中间，则会发生缝隙腐蚀。

凡此种种，均应当引起足够重视。

由于铝中含有铜、锌、硅、镁等元素，使铝合金具有时效现象。

时效导致材料强度较大幅度的变化，而爆破片性能要求其材料强度能长时期稳定。

鉴于此，含合金元素较多的防锈铝、硬铝及超硬铝等铝合金，应严禁在爆破片中使用。

另外，
Mg Al -合金若处理不当则会沉淀析出Al Mg 32，使合金对晶间腐蚀和应力腐蚀变得敏感，因此，即是防锈铝也不适用于制作爆破片。

2．铜
在GB150-89中，纯铜牌号为T2(Cu(W%)>99.9)和T4(Cu)(W%)>99.5)，最高使用温度为200℃，钝铜中存在的杂质会引起铜的热脆和冷脆。

如只要存在微量铅或铬，就能引起铜的热脆，而微量铬的存在还会导致冷脆。

因此钝铜中应把铅限制在Pb(W%)=0.005~0.050,铬的
极限含量Bi(W%)≯0.002。

铜中微量氧不仅使铜产生冷脆，还会引起铜H2,CO和CH4等
Cu2作用产生高压还原性气氛中退火而产生“氢病”。

此时，氢会在高温下渗入铜中并与O
水蒸汽，使铜破裂。

曾有文献介绍，铜在200℃的氢气中经 1.5年而破裂。

T2含氧O2(W%)=0.06，T4含氧O2(W%)=0.10。

在高温还原性气氛中加工或使用，均有可能产生氢病”。

所以在还原性气氛中应尽量避免使用铜制爆破片。

铜与大气和水等作用而生成难溶于水并与基底金属紧密结合的碱性硫酸铜和碳酸铜薄膜，可防止铜被继续腐蚀。

铜具有高的正电位，Cu+及Cu+2离子化时，其标准电极电位分别为+0.522V及+0.345V。

因此，铜在水溶液中不能置换氢，在非氧性酸、碱及盐的溶液环境中，在多种有机酸和非氧化性的有机化学介质中，均有良好的耐蚀性。

但铜的钝化能力小，氧、氧化剂、硝酸及其他氧化性的酸和通入氧或空气的酸、盐溶液，都易使铜产生氧去极化腐蚀。

铜表而的碱性化合物也在氧的作用下首先生成一价铜盐，继而氧化成二价铜盐构成Cu+2离子，进入溶液使铜腐蚀。

氨、氯化铵、氰化物、汞盐的水溶液和温润的卤素元素等也会引起铜严重腐蚀。

使用铜制爆破片时，还应注意铜的各向异性。

纯铜经压力加工时，因加工率较大而出现变形织构，再结晶退火时又出现再结晶织构，这些结构使铜在各个方向上的物理、化学及力学性能不一致，因而导致爆破片的质量均匀性受到影响。

3．镍
GB150-89中规定爆破片用的纯镍牌号为N4、N6和N7，最高使用温度为400℃。

N4、N6和N7对应的最低含镍量(W%)分别为99.9、99.5和99.3，对其影响最大的杂质成分为硫，当冷加工的镍在含硫量S(W%)>0.009时，温度为450~600℃范围退火后，材料将产生冷脆性;当含硫量S(W%)>0.002时，在700℃以上温度条件下退火后镍材将变脆。

镍的标准电极电位为-0.25V，有显著的钝化险能，因此具有较好的耐蚀性能。

耐热碱液、中性及微酸性的非氧化性酸、有机酸及有机溶剂、干燥卤素、氧化氮、二氧化硫和氨气等的腐蚀。

在室温下与Ni不起作用，但在潮湿情况下，则使Ni的腐蚀速度显著增加。

纯镍耐还原性酸的腐蚀能力不佳，特别是在含有氧及氧化剂的情况下会加速其腐蚀。

在还原性酸中，若含有Fe+3、Cu+2等氧化性离子也将加速其腐蚀。

纯镍不耐硫化物腐蚀，且在耐氧化性酸和抗高温氧化性能方而存在着较严重的缺点。

纯镍的力学性能较低，接近于低碳钢的力学性能，高温力学性能也较低，特别是当其低于400℃时即有蠕变现象发生。

表1列出了不同状态下的N6在低于400℃时的蠕变极限值。

由2表中数据可见，退火和冷拔后的纯镍分别在320℃和370℃时即发生蠕变，发生蠕变的温度都低于GB150-89规定的纯镍使用温度(400℃)。

火状态的纯镍在400℃条件下，短时抗拉强度在350MPa左右，而蠕变极限远低于该数值。

爆破片的工作特性确定了膜片在设备工作压力下其应力水平很高，蠕变可导致材料在应力较小的情况下产生塑性变形，最终变形失控使材料破裂。

爆破片若发生蠕变，将导致爆破片在低于设定压力下破坏，使爆破片的工作特性受到严重影响，对此应予以足够的重视。

4．奥氏体不锈钢
GB150-89和GB567-89都未对用于爆破片的不锈钢牌号作具体规定，仅规定其最高使用温度为400℃爆破片常用不锈钢牌号有：1Cr19Ni9(304)、OOCr19Ni11(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、1Cr18Ni9Ti(321)及1Cr18Ni11Nb(347)等。

表2对上述不锈钢材料耐蚀特点及室温下对不同介质的耐腐蚀能力进行了比较。

表3是上述儿种材料在不同介质中抗高温氧化性能的比较。

由上述比较可见，铬镍量较高目_含钥的316L 比304不锈钢具有更好的抗点蚀和抗化学腐蚀能力；316L由于含碳量更低，因此抗晶间腐蚀性能更好。

18-8型不锈钢具有较高的高温强度，作为耐热钢，使用温度一般不超过600℃。

但作为爆破片用的耐蚀钢，其使用温度还需考虑组织稳定性及组织变化对材料性能的影响。

由于奥氏体不锈钢中提高其耐蚀性能的元素铬过饱和而固溶于奥氏体相中，这种过饱和固溶体是不稳定的，当加热到400~850℃时，碳化物优先在晶界沉淀析出，导致材料发生晶间腐蚀的倾向性增大，因此用奥氏体不锈钢制作的爆破片不宜于在温度超过400 0C的情况下长期使用。

18-8型不锈钢另一个需注意的问题是，其奥氏体相是亚稳定的，在低温下，特别是形变过程中会转变为马氏体，其形变温度和形变量的不同都会影响马氏体的转变量，从而影响
材料的性能。

爆破片不仅在预拱过程中产生大变形，而且爆破过程中也会产生大变形，因此，研究18-8型不锈钢形变过程中的组织与性能的变化关系及其对爆破片性能的影响，既对设计制造者有益，也对使用者有益。

5．镍基合金
在镍基合金中，铜与镍组成的蒙乃尔(Monel)合金在还原性条件下比镍更耐腐
蚀，而在氧化性条件下比铜更耐腐蚀。

在镍中添加铬可以提高在氧化性条件下材料的耐蚀性，添加钥可以改善镍在还原性条件下的耐蚀性，其改善程度随含钥量增加而增加。

仅含钼的镍合金在酸中表现为活化态而不是钝化态，因此它们在氧化性介质中的耐蚀性能不好，而把铬加入到这种合金中，可提高材料在氧化性介质和还原性介质中的耐蚀性。

根据合金元素不同而划分的镍基合金，国内外的牌号列于表4中。

GB150-89和GB567-89规定的镍基合金有蒙乃尔和因科镍，其最高使用温度分别为430℃和480℃。

就目前看，表4所列合金类型在爆破片上皆有所应用，因此，有必要清楚地了解各种镍基合金的特性。

表5 镍基合金的耐蚀能力比较
耐蚀特点常温耐蚀能力高温耐蚀能力
材料牌号点
腐
蚀晶
间
腐
蚀
应
力
腐
蚀
冲
刷
腐
蚀
工
业
气
氛
中性
或碱
性盐
碱海水
或海
洋气
氛
无机
盐
盐或
卤素
盐
大多数
有机物
空
气
蒸
汽
CO CO S
H2NH3卤
素
镍200
g n m n m b b m m g g n n n b n n b
蒙乃尔4000
g n m m g b g g g m m n s n m n n s
因科镍600
g s m s b b b s m s m b b b b m b b
因科镍X—57
g s b g b b b s m s b b b b b m b b
哈氏B-2
b b b b b b b b b b b m m m b b b b
哈氏B-276
b b b b b b b b b b b b b b b b b b
因科镍625
b g b m b b b m g g b b b b b g b b 注：1.镍200含Ni（W%）>99.00;2.b—好，g—中等~好，m—中等，s—差~中等，n—差。

表5中为几种常用镍基合金耐蚀能力的比较。

其中哈氏B-2合金几乎对各种类型介质
均具有最优异的耐蚀性能。

因科镍合金是为抗高温氧化介质而发展起来的，但它不耐点蚀且
产生晶间腐蚀；哈氏B不耐硝酸等氧化酸，且与因科镍相似，经500～700℃热处理会产生
晶间腐蚀；哈氏C由于含有铬，在室温下抗强氧化性介质腐蚀的能力提高，但当温度高于
65℃时，腐蚀速度增大，并在加热到700～800℃后产生晶间腐蚀;蒙乃尔400对氯化剂、硫
酸等许多其他酸以及儿乎全部碱显小了高度耐腐蚀能力，而且在还原性介质中也比镍耐蚀，
在氧化性介质中比铜耐蚀，但与纯镍一样存在硫腐蚀，在硫化物中的使用温度降低，在液态
H2等还原性硫及硫化物环境中，其使用温度应低于320℃；在SO2等氧化性
硫、蒸汽和S
硫化物中的使用温度应低于370℃；蒙乃尔合金在热轧状态下，温度达到371℃时已经蠕变，
冷拔退火或20%冷拔并经应力消除处理后，在399℃时发生蠕变，其值均低于GB150-89和
GB567-89规定的蒙乃尔合金的最高使用温度430℃。

6塑料膜
开缝和特殊腐蚀情况下用塑料膜来实现爆破片的密封和防比介质腐蚀。

常用塑料膜的
性能见表6。

对爆破片使用的塑料膜，除要求耐蚀性良好外，还需具备较好的抗老化性、抗
氧化性及热稳定性。

聚乙烯、聚丙烯及聚氯乙烯由于难以满足这些性能要求，所以，较少应
用于爆破片上，只在特殊情况下应用。

爆破片中常用的塑料膜有聚四氟乙烯和聚全氟乙丙烯，
在GB150-89中规定，使用这两种保护膜的爆破片，最高使用温度分别为260℃和200℃。

聚四氟乙烯使用温度较高，但在高温下承受应力的作用会产生变形，温度越高变形越
大。

其蠕变随结晶度而异，结晶度在55%~80%时蠕变量不大，结晶度低于55%或高于80%
则蠕变量大增。

蠕变的结果使塑料膜在孔、缝处变形而被割破，于是丧失其保护和密封作用，
爆破片因此而失效。

这里要指出，就室温下的抗蠕变性能而言，聚全氟乙丙烯比聚四氟乙烯
要好，但在高温下却不及聚四氟乙烯。

六．爆破片的有关选用参数及选用方法
爆破片选用步骤
在选用爆破片的过程中，一般需根据爆破片的使用工作条件(压力、温度、介质、工况等具
体客观条件)，拟定对爆破片的基本要求，如果有标准化部件可以满足使用需求，可以在现
有的爆破片中选择，如果没有符合要求的现成的爆破片，可以根据需要，合理加工，但须符
合国家标准。

合理选择完爆破片后根据要求使用和安装爆破片。

1.择爆破片型式
选择爆破片型式时，应考虑以下几个方面的问题：
(1)压力
压力较高时，爆破片宜选择正拱形或平板形；而压力较低时，爆破片的宜选用开缝形或。