安全泄压装置

(一)安全泄压装置与安全泄放量
当压力容器超过了其最高使用压力，容器就有可能因过渡的塑性变形而遭到破坏，并会由此造成恶性重大事故。

安全泄压装置就是为保证压力容器安全运行，防止它发生超压的一种保险装置。

它的性能是正常时不漏，超压时排气，使容器内的压力始终保持在最高许用压力的范围之内。

1.安全泄压装置的作用及其设置原则
压力容器是一种承受压力的设备。

但是每一个压力容器都是按预定的使用压力进行设计的，所以它的壁厚只能允许承受一定的压力，即所谓最高使用压力。

在这个压力范围内，压力容器可以安全运行，超过这个压力，容器就有可能因过度的塑性变形而遭到破坏，并会由此造成恶性重大事故。

①压力容器超压的可能性：由于种种原因，压力容器在运行中，常常存在超压的可能：即内部压力超过规定的使用压力，这种现象常见于：
1)压力来自器外的压力容器：输入气量大于输出，容器气体密度增大，压力增高(出口
堵塞)；
2)通过减压阀使用较高压力的气体的压力容器：减压阀失灵，操作失误。

使高压气体直
接进入；
3)盛装液化气体的压力容器：装液过量，意外受热；
4)由于介质的化学反应而产生的气体的压力容器：物料控制不当(过量或杂质)；
5)贮装易于发生聚合反应的气体的压力容器：贮存时间过长，未加阻聚剂，混入促进聚
合反应的杂质；
6)用于制造高分子聚合物的高压釜：原料、催化剂使用不当或操作失误，致使单体物料
发生爆聚，产生过量的热。

②作用：安全泄压装置就是为保证压力容器安全运行、防止它发生超压的一种保险装置。

它的性能是(正常时不漏，超压时排气)使容器内的压力始终保持在最高许多压力的范围内。

实际上，安全泄压装置除了具有把容器内过高的压力自动地降低这样一种主要功能外，还有自动报警的作用。

因为当它开放排气时，由于气体的流速较高，常常发出较大的响声，成为容器内压力过高的音响讯号。

③安全泄压装置的设置原则
压力容器应根据以下的原则设置安全泄压装置：
1．在连续的操作系统中，如果装置有工作压力相同的多个压力容器，而气体压力在每个容器内不会自行升高者，可以按同压力的系统在连接管道或其中的一个容器上装设安全泄压装置。

2．压力容器内的压力是由于器内介质的化学反应而产生，或化学反应能使压力升高者，容器应单独装设安全泄压装置。

3．压力容器内的介质的压力会由于容器内部或外部受热而显著增高，且容器与其他设备的连接管道又装有阀门者，容器应单独装设安全泄压装置。

4．盛装或使用水蒸汽的压力容器，如最高许用压力不小于蒸汽锅炉时，可以不装设安全泄压装置。

但如果蒸汽是经过减压以后输入压力容器，且容器的最高许用压力小于锅炉者，则应在容器上或减压阀出口管上装设安全泄压装置。

（二）安全泄压装置的类型及其特点
安全泄压装置按其结构型式可以分为阀型、断裂型、熔化型和组合型等几种。

(一)阀型安全泄压装置
阀型安全泄压装置就是常用的安全阀，它是通过阀的开放排出气体以降低容器内的压力的。

这种安全泄压装置的特点是它仅仅排泄压力容器内高于规定的部分压力，而一当容器内的压力降至正常操作压力时，它即自动关闭。

所以它可以避免容器因一旦出现超压就得把全部气体排出而造成的浪费和生产中断。

由于这个原因，阀型安全泄压装置被广泛用于各种压力容器中。

这类安全泄压装置的缺点是：密封性能较差，在正常的工作压力下也常常会有轻微的泄漏，由于弹簧等的惯性作用，阀的开放常有滞后作用；用于一些不洁净的气体时，阀口有被堵塞或阀瓣有被粘住的可能。

(二)断裂型安全泄压装置
常用的断裂型安全泄压装置是防爆片和防爆帽。

前者用于中、低压容器，后者多用于超高压容器。

这类安全泄压装置是通过装置元件（防爆片、防爆帽)的断裂而排出气体的。

它的特点是密封性能较好、泄压反应较快以及气体内所含的污物对它的影响较小等。

但是由于它在完成泄压作用以后即不能继续使用，而且容器也得停止运行，所以一般只被用于超压可能性较小而且又不宜装设阀型安全泄压装置的容器中。

(三)熔化型安全泄压装置
熔化型安全泄压装置就是常用的易熔塞。

它是通过易熔合金的熔化使容器内的气体从原来填充有易熔合金的孔中排出以泄放压力的。

它主要用于防止容器由于温度升高而发生的超压。

因为只有在温度升高到一定程度以后，易熔合金始能熔化，器内压力才能泄放。

由于易熔合金的强度很低，这种安全泄压装置的泄放面积不能太大，因此只能装设在需要泄放量很小的压力容器上，一般多用于液化气体气瓶。

(四)组合型安全泄压装置
组合型安全泄压装置同时具有阀型和断裂型或阀型和熔化型的泄放装置。

常见的有弹簧安全阀和防爆片的组合型。

这种类型的安全泄压装置同时具有阀型和断裂型的优点。

即它既可以防止阀型安全泄压装置的泄漏，又可以在排放过高的压力以后使容器能继续运行。

组合型安全泄压装置的防爆片可以在安全阀的入口侧，也可以在出口侧，前者主要是利用肪爆片把安全阀与气体隔离，以防安全阀受腐蚀或受污物堵塞粘结等。

容器超压时，防爆片断裂、安全阀开放排气。

待压力降至正常操作压力时，安全阀关闭，容器可以继续运行。

这种结构要求防爆片的断裂对安全阀的正常动作没有任何妨碍，而且要在中间设置检查孔，以便及时发现防爆片的异常现象。

后一种(即防爆片在安全阀的出口侧)可以使防爆片不受气体的压力与温度的长期作用而产生疲劳，而利用防爆片来防止安全阀的泄漏。

这种结构要求及时把安全阀与防爆片之间的气体(由安全阀漏出的)排出，否则将使安全阀失效。

压力容器的安全泄放量是指压力容器在超压时为保证它的压力不再升高，在单位时间内所必须泄放的气量(它等于单位时间内输入或产生的最大气量)。

安全泄压装置的排量是指它处于全开状态时在排放压力下单位时间内排出的气量。

要防止压力容器超压，就必须使安全泄压装置的排量大于容器的安全泄放量。

1.压缩气体或水蒸汽容器的安全泄放量：
G’=0.28ρvd2 (公斤/小时) [7-16] 式中：ρ—气体在泄放压力下的密度，公斤/米3
d—容器进入管的内径，厘米
v—气体在管内的流速，米/秒；对一般气体v=10-15;饱和蒸汽v=20-30;过热蒸汽
v=30-60
2.液化气体容器的安全泄放量：(要按容器周围发生火灾的情况下的蒸发量考虑)
容器没有绝热材料保温层时：
G’=61000FA0.82/q (公斤/小时) [7-17] 式中：q-在泄放压力下液化气体的汽化热，仟卡/公斤
F-系数，容器在地面下砂土复盖时F=0.3; 容器在地面上时F=1
A-容器的受热面积，米2
如果：D0为容器外径；L为容器总长；L’为器内最高液位，则：
封头为半球形的卧式容器：A=πD0L
封头为椭圆形的卧式容器：A=πD0(L+0.3D0)
立式容器: A=πD0L’
球形容器: A=πD02/2
容器具有完善的绝热材料保温层时：
q
A t
G
δ
λ82.0 )
650
(
61
.2
'-
= (公斤/小时) [7-18]
式中t-在泄放压力下的饱和温度，0C
λ-常温下绝热材料的导热系数
δ-保温层的厚度，米；其他同上。

介质为非可燃液化气体而且装设在不存在火灾危险的环境下的压力容器，安全泄放量可以根据其有无保温层分别先用不低于按公式(7-18)或(7-17)计算值的30%。

3.器内化学反应使气体体积增大的压力容器的安全泄放量：
由于器内介质的化学反应而使气体的体积增大，即反应后器内压力升高的压力容器，其安全泄放量应根据器内化学反应可能生成的最大气量以及反应所需的时间来决定。

(三)安全阀的分类及其结构
按其整体结构及加载机构的型式，安全阀可以分为：杠杆式、弹簧式和脉冲式(由主阀和辅阀组成，由辅阀的脉冲作用带动主阀动作。

结构复杂，仅用于安全泄放量大的容器。

)三种。

1.杠杆式安全阀杠杆式安全阀利用重锤和杠杆来平衡作
用在阀瓣上的力，其结构如图6-3。

它可以靠移动重锤的位
置（或变换重锤的重量）来调整安全阀的开启压力。

杠杆
式安全阀结构简单，调整容易而又比较准确。

而且所加的载
荷不因阀瓣的升高而增加，又适宜用于温度较高的场合。

杠
杆式安全阀也存在不少缺点：结构比较笨重，重锤与阀体的
尺寸很不相称，用于高压下就受到限制。

加载机构又比较容
易振动，常常因振动而产生泄漏现象。

另外杠杆式安全阀的
回座压力比较低，有的要降到工作压力的70%以下才能保持
密封，这对持续生产十分不利。

2.弹簧式安全阀弹簧式安全阀利用压缩弹簧的力来
平衡作用在阀瓣上的力，其结构如图6-4。

螺旋圈形弹
簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺母来调节，利
用这种结构就可以根据需要校正安全阀的开启压力。

弹
簧式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度高，安装位置不受严
格限制，而且因为对振动的敏感性差，所以可用于移动
式的压力容器上。

这种安全阀的缺点是所加的载荷会随
着阀的开启而发生变化，这对阀的迅速开启是不利的。

另外，阀上的弹簧会由于长期受高温的影响而致弹力减
小。

3.脉冲式安全阀脉冲式安全阀由主阀和辅阀(脉冲
阀)构成，通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作。

当容器内
的压力超过规定的工作压力时，辅阀（类似于杠杆式或
弹簧式安全阀）阀瓣开启，气体由辅阀排除后通过一根
旁通管进入主阀活塞下面的空室并推动活塞。

由于主阀
的活塞与阀瓣是用杠杆连接的，而且活塞的面积比主阀
阀瓣的面积大，所以在相同的气体压力下，作用在活塞上的力大于它作用于阀瓣上的力，于是活塞通过阀杆将主阀瓣顶开，大量气体从主阀排除。

当容器内气体压力降回至工作压力时，辅阀上加载机构施加于阀瓣上的力大于气体压力作用在它上面的力，辅阀即下降关闭。

从而使主阀活塞下面空室内气体压力降低，主阀瓣跟着关闭，容器继续运行。

脉冲式安全阀结构复杂，它通常只使用于安全泄放量很大的容器上。

按阀瓣开启高度分类；安全阀的开启程度一般是按照阀瓣最大开启高度与阀座直径之比来划分，按这种方法分类可分为全启式和微启式两种。

(1)全启式安全阀全启式安全
阀指的是阀瓣的开启高度已经
使阀口上的柱形面积不小于阀
孔的横截面积，这时阀瓣开启高
度h>d/4 (d为流道最小直径）。

为增加阀瓣的开启高度，可以装设上、下调节圈，如图7-ll(a)所示。

装在阀瓣外面的上调节圈和阀座上的下调节圈在密封面周围形成一个很窄的缝隙，当开启高度不大时，气流两次冲击阀
瓣，使它继续升高，开启高度增大后，上调节圈又迫使气流方向弯转向下，反作用力使阀瓣进一步开启。

这种形式的安全阀灵敏度较高，但调节圈位置很难调节适当。

为了便于调整，近年来全启式安全阀发展了一种简单的反冲盘结构。

这种结构把上调节圈做成反冲盘的形式与阀瓣活动连接，只用一个下调节圈来调整反冲力的大小，如图7-ll(b)所示。

这种反冲盘结构的全启式安全阀虽然调整方便，但灵敏度要稍低一些。

(2)微启式安全阀微启式安全阀开启高度较小，通常都小于孔径的1/20。

公称通径在50mm 以上的微启式安全阀，为了增大阀瓣的开启高度，一般均在阀座上装设一个调节圈，通过它的上下调节，可调整气体对阀瓣的作用力（图7-12)。

微启式安全阀的制造、维修、试验和调节比较方便，宜用于排量不大，要求不高的场合。

根据阀瓣的是最大开启高度与阀孔直径之比分全启式(h>d/4)和微启式（h<d/20）。

按介质排放方式分类; 安全阀按照气体排放的方式不同可以分为全封闭式和开放式。

(1)全封闭式安全阀安全阀所排出的气体全部通过排气管排放，排气管排出的气体被收集来重新利用或作其他处理。

排气侧要求密封严密，介质不能向外泄漏。

主要用于介质为有毒、易燃气体的容器。

(2)开放式安全阀开放式安全阀的阀盖是敞开的，使弹簧腔与大气相通，排放的气体直接接入周围的空间，有利于降低弹簧的温度。

主要适用于介质为蒸汽、压缩空气，以及对大气不造成污染的高温气体容器。

按作用原理分类; 按作用原理可分为直接作用式安全阀和非直接作用式安全阀。

(1)直接作用式安全阀直接作用式安全阀是直接依靠工作介质压力产生的作用力来克服作用在阀瓣上的机械载荷，使阀门开启。

适合于各种介质为气体、液体和蒸汽的容器。

(2)非直接作用式安全阀安全阀的开启是借助于专门的驱动源来实现的。

可分为先导式安全阀和带补充载荷式安全阀。

先导式安全阀由主阀和先导阀组成，主阀阀瓣的关闭载荷由介质压力提供，主阀的开启压力由先导阀控制。

带补充载荷式安全阀在进口压力达到开启
压力前，阀瓣上始终有一增强密
封性的附加力，该附加力在阀门
达到开启压力后能可靠地卸除。

非直接作用式安全阀适合于密
封要求高，排量、口径较大，背
压较大的场合。

(四)安全阀的排量
ZT M CPAX G = [公斤/秒] [7-19] 式中P,T-分别为容器气体的绝对压力（公斤力/米2）和绝对温度0K;
M-为气体分子量，多种气体加权平均
A-为安全阀的最小流通面积，米2，全启式A=πd 2/4;微启式A=πdh(带调节圈h>1/4,
不带调节圈h<d/20)
C-流量系数,全启式C=0.6-0.7;带调节圈微启式C=0.4-0.5;不带调节圈微启式C=0.25-0.35
X-所体特性系数：11)1
2(387-++=k k k k X
Z-气体压缩系数,查表 (五)安全阀的使用管理
(一)安全阀的选用
压力容器选用什么型式的安全阀，主要决定于容器的工艺条件及工作介质的特性。

按安全阀的加载机构型式选用，一般的容器宜用弹簧式安全阀，因为它结构紧凑，轻便，也比较灵敏可靠。

过去对工作温度较高的压力容器，采用弹簧式安全阀的比较少，原因是安全阀上的弹簧在长期的高温作用下会失去原有的弹性。

但是近年来，经过不断地改进制造工艺，一般的弹簧式安全阀都可用到200℃，带散热器的弹簧式安全阀还可以用到450℃。

当然，压力较低而又没有震动影响的容器，也可以用杠杆式安全阀。

按安全阀的气体排放方式来选用时，如果容器的工作介质是有毒、易燃的气体或者是制冷剂和其他能污染大气的气体，则应选用封闭式的安全阀。

只有空气和其他不会污染环境的气体才能采用半封闭式和敞开式。

按安全阀的封闭机构的型式来选用时，高压容器以及安全泄放量较大而壁厚又不大富裕的中、低压容器最好采用全启式安全阀。

因为同样的排量，全启式安全阀的直径比微启式的要小得多，采用全启式安全阀可以减小容器的开孔尺寸。

但全启式安全阀的回座压力较低，一般都比容器的正常操作压力低一些，所以对要求压力绝对平稳的容器不太适合。

选用安全阀时，除了注意正确选型以外，还应该注意它的压力范围。

虽然安全阀的加载是可以调节的，但每种安全阀都有一定的工作压力范围。

因为弹簧的刚度不同，所以不宜把高压用的弹簧式安全阀过分卸载(放松弹簧)用于低压容器上，也不宜把低压用的安全阀过分加载(压缩弹簧)用于高压容器上。

有些安全阀在公称压力范围内按工作压力分级，并按压力级别配备不同刚度的弹簧。

例如低压用安全阀(公称压力为10、16)常按压力范围分为5级；中、高压用安全阀也按压力分为2～5级等。

选用时应按容器的：工作压力采用相应级别的弹簧。

安全阀的选用最关键的问题是它的排量。

要求压力容器用安全阀的排量必须不小予它的安全泄放量。

因为只有这样，才能保证在容器超压、安全阀开放时能及时把气体排出，避免容器内的压力继续升高。

安全阀的排量一般应标记在它的铭牌上。

但如果所用的工作介质及工作压力、温度等与
铭牌不同，则应按不同介质的分子量、压力、温度等换算成实际使用条件下的排量，并要求此排量不小于容器的安全泄放量。

如果安全阀没有标明它的排量，则直根据安全阀的结构型式及工作介质的性质按公式(6一11)进行计算，同样要求其计算排量不小于容器的安全泄放量。

(二)安全阀的安装、试验和调整
l．安全阀的安装安全阀能否正常工作与它的安装是否正确有很大的关系。

安装位置、方式以及排放等不适当的安全阀，不但会失去应有的作用，而且还会导致意外的事故。

压力容器的安全阀最好直接装设在容器本体上，液化气体贮槽上的安全阀还必须装设在它的气相部位。

在特殊情况下，安全阀确实不便装在容器本体上而装在它的出口管上时，安全阀与容器之间的管路应尽量减小阻力，必须避免使用急转弯、截面局部收缩等增加管路阻力甚至会引起污物积聚而发生堵塞等的配管结构；更不应该在这连接管道中装设阀门或其他引出管；连接管的截面积必须大于安全阀的进口截面积。

安全阀的安装位置还应该考虑便于它的日常检查、维护和检修；安装在室外露天的安全阀，应有防止气温低于O℃时，阀内水分冻结，影响安全阀排放的可靠设施。

封闭式安全阀应配置排放管，以便将气体排放到室外或其他安全场所。

排放管应尽量避免曲折和急转弯，以减小阻力，它的直径应不小于安全阀出口的公称直径。

排放管要适当地支承，以免使安全阀产生过大的附加应力或引起震动。

排放管如有可能积聚冷凝液体或雨水等，则应在能够将其全部排净的地方设置敞开的排污口。

两个以上的安全阀若用一根排放管时，排放管的截面积不应小于所有安全阀出口截面积的总和。

但氧气和可燃气体以及其他能相互产生化学反应的两种气体不能共用一根排放管。

可燃气体可以排入大气中，也可以采取火炬排放．排入大气时，必须引至远离明火或易燃物而且是良好通风的地方，排放管必须逐段用导线接地以消除静电的作用。

如果可燃气体的温度高于它的自燃点，则应考虑气体排放后的防火措施或者将气体冷却到温度低于它的自燃点以下再排入大气。

用火炬排放的可燃液化气体，只能是经过气液分离后的气体。

如果是腐蚀性可燃气体则还应采取防腐蚀措施。

安装杠杆式安全阀时，必须使它的阀杆严格保持在铅垂的位置。

弹簧式安全阀也最好垂直地安装，以免它的动作受到影响。

安全阀与它的连接管路上的联接螺栓必须均匀地上紧，以免阀体产生附加应力，破坏阀零件的同心度，妨碍安全阀的正常工作。

2．安全阀的试验和调整安全阀在安装前以及在容器定期检验时应进行耐压试验和气密性试验。

安全阀耐压试验的目的是试验它是否具有足够的强度。

一般应分两部分进行，即阀体的密封面以下部分和密封面以上部分。

试验阀体下部时，压力从阀进口处引入，并使密封面强制封闭，试验压力为工作压力的1．5倍。

试验阀体上部和阀盖部分时，压力从阀出口处引入，另两端封闭，试验压力应以小于或等于工作压力的压力进行。

安全阀在试验压力下无变形或阀体渗漏等现象即认为耐压试验合格。

安全阀的气密性试验是试验它密封机构的严密程度，试验压力为它的工作压力的1．1倍。

试验介质应为气体。

用于蒸汽的安全阀，用饱和蒸汽；用于一般气体的安全阀，用空气或其他惰性气体。

安全阀在试验压力下无泄漏现象即认为气密性试验合格。

安全阀经过耐压试验和气密性试验以后，还应进行校正调壁，以保证它能正常工作：即在工作压力下保持严密不漏，容器压力超过工作压力时能及时开放排气。

安全阀的校正调整包括阀的加载的校正和调节圈的调整。

前者是通过调节施加在阀瓣上的载荷(对于杠杆式安全阀就是调节重锤的位置，对于弹簧式安全阀就是调节弹簧的压缩量)来校正安全阀的开启压力。

这种校正工作最好在专用的气体试验台上进行，没有条件时也可用水作为试验介质进行初步校正，然后再在容器上校正。

后者是通过调整阀上调节圈的位置
来调整它的排放压力和回座压力。

这种调整工作要装在容器上进行：如果安全阀在开启压力下仅有泄漏声而并不起跳，而且容器内的压力有继续升高的趋势，则应停止试验，卸压后把安全阀的调节圈与阀瓣之间的间隙调整得小一些；如调整以后，安全阀能开启排气，但压力下降后有剧烈震动和“蜂鸣”声，则是调节圈的间隙仍稍大，应再予调整；如调整后安全阀的回座压力大大地降低，甚至小于工作压力的80％，则是调节圈的间隙过小，应适当调大。

校正安全阀的加载时，一般是调整它的开启压力为压力容器工作压力的1．05～1．1倍。

但对于压力较低的低压容器，为保证安全阀在工作压力下的严密性，开启压力可以调节到比工作压力高l大气压，但不得超过容器的设计压力。

经过校正调整的安全阀，应进行铅封，使它的调整加载的装置以及固定调节圈的螺钉都不可能受到意外的变动。

(三)安全阀的维护
要使安全阀经常处于良好的状态，保持灵敏正确，必须在压力容器的运行过程中加强对它的维护和检查。

要经常保持安全阀的清洁，防止阀体弹簧等被油垢脏物等所粘满或被锈蚀；防止安全阀排放管被油垢或其他异物堵塞，设置在室外露天的安全阀，冬季气温过低时应检查它有无冻结的可能性。

要经常检查安全阀的铅封是否完好，检查杠杆式安全阀的重锤是否有松动、被移动以及另挂重物的现象。

发现安全阀有渗漏迹象时，应及时进行更换或检修。

禁止用增加载荷的方法(例如加大弹簧的压缩量或增加重锤对阀瓣的力矩等)来减除阀的泄漏。

安全阀产生渗漏的原因一般是：有脏物粘在密封面上或密封面被腐蚀、磨损因而产生凹坑沟痕等；阀瓣及阀座等零件的同心度由于安装不正确或其他原因而被破坏，弹簧长期受高温的作用而失去原有的弹性，安全阀装配质量不良等。

为了防止安全阀的阀瓣和阀座被气体中的油垢、水垢或结晶物等粘住或堵塞，用于空气、水蒸汽以及带有粘滞性物质而排放时又不会造成危害的其他气体的安全阀，应定期作手提排气试验。

试验时应缓慢操作，轻轻地将提升扳手(弹簧式安全阀)或重锤慢慢抬起，听阀内有气体排出时，即慢慢放下，不允许将提升扳手或重锤迅速提起又突然放下，因为这样会使阀瓣在阀座上剧烈震动，冲击损坏密封面。

排气试验后如发现安全阀内有泄漏的声音，则可能是阀瓣倾斜，可以将提升扳手或重锤再次提起进行试验。

安全阀手提排气试验的间隔期限可以根据气体的洁净程度来确定。

安全阀必须实行定期检验，包括清洗、研磨、试验和校正调整。

安全阀的定期检验间隔期可以与压力容器的检验间隔期相同。

(六)防爆片与防爆帽
防爆片和防爆帽都是断裂型的安全泄压装置。

由于它们是利用断裂来泄压的，所以泄压以后即不能有效地使用，容器也被迫停止运行。

因此，它们只是在不宜装设安全阀的压力容器中使用。

需要装设防爆片的压力容器，大体有以下几类：
1.工作介质不洁净的气体的压力容器；
2.由物料的化学反应产生或增加压力的反应釜。

3.工作介质为剧毒气体的压力容器。

防爆片按其断裂时受力的基本形式可以分为：
1.拉伸破坏型(塑性材料)，可以使它在使用压力下保持原有形状。