1、第五章 壓力容器的超壓泄放裝置(zhungzh)王江云中國(zhn u)石油大學壓力容器安全管理工程 共一百零七頁第五章 壓力容器的超壓泄放裝置(zhungzh)主 要 內 容第一節(jié)、超壓泄放裝置與安全(nqun)泄放量第二節(jié)、超壓泄放裝置安全閥第三節(jié)、爆破片第四節(jié)、爆破片和安全閥的組合使用7/15/20222共一百零七頁第一節(jié) 超壓泄放裝置(zhungzh)與安全泄放量超壓泄放裝置的作用壓力容器通常在正常的工作壓力下是可以安全運行的。但由于某些物理化學過程或化學反應過程等因素使容器內的壓力升高，超過了容器允許承受的壓力，使它可能失效并由此造成更大事故。超壓壓力容器內的實際(shj)壓力超過設

2、計壓力（或超過最大工作壓力）。7/15/20223共一百零七頁第一節(jié) 超壓泄放裝置與安全(nqun)泄放量可能產生超壓的情況：（1）自身不產生壓力的容器輸入氣量 輸出氣量，壓力上升超壓；管道被異物堵塞（包括腐蝕產物），壓力上升；閥門操作失誤（出口閥關閉），壓力上升。（2）較高壓力系統(tǒng)的介質經減壓閥進入較低壓力系統(tǒng)的容器，因減壓閥失靈而形成超壓。換熱中的管子滲漏使高壓(goy)側介質流入低壓殼層等情況，導致超壓。7/15/20224共一百零七頁第一節(jié) 超壓泄放裝置與安全(nqun)泄放量可能產生超壓的情況：（3）容器裝料過量，如球形貯罐物料安全線為85，其余為氣壓區(qū)。（4）反應器中產物體積有增加

3、的化學反應劇烈(jli)，失控超壓。為保證壓力容器的安全操作，防止超壓事故的發(fā)生，在壓力容器上裝設超壓泄放裝置。超壓泄放裝置是一種為保證壓力容器安全操作，防止產生過量超壓的安全附件。7/15/20225共一百零七頁第一節(jié) 超壓泄放裝置與安全(nqun)泄放量安全泄放裝置的性能要求：（1）當容器在正常操作壓力下運行時，它不影響容器的工作；（2）一旦容器內的壓力超過規(guī)定時，它能自動開啟，把容器內部分介質或氣體迅速噴出，使容器內的壓力保持在容許的范圍之內，達到保護(boh)容器的目的；（3）具備自動報警的作用。7/15/20226共一百零七頁第一節(jié) 超壓泄放裝置(zhungzh)與安全泄放量一、超壓

4、泄放裝置的設置原則（1）在生產過程中因物料的化學反應，可能使壓力(yl)增加的容器應單獨設置超壓泄放裝置（如反應器、高壓聚合設備等）；（2）容器內的介質壓力因受熱而升壓較高，且容器與其它設備連接處裝有閥門，應單設泄放裝置（如換熱器等）；（3）液化氣容器（如球形貯罐）；（4）壓力源經過減壓后進入容器，P設0開啟泄放回座關閉7/15/202242共一百零七頁安全閥的工作(gngzu)特性圖：安全閥的運動(yndng)過程微啟式全啟式上述安全閥的運動過程如圖所示：7/15/202243共一百零七頁 安全閥的額定( dng)泄放量是按安全閥的理論泄放量與額定泄放量系數的乘積。 額定泄放量系數即安全閥的

5、泄放系數乘以減低系數（取0.9）的乘積。 安全閥額定泄放量與壓力容器所需安全泄放量的關系為：額定( dng)泄放量的計算7/15/202244共一百零七頁額定( dng)泄放量的計算式中： 安全閥的額定泄放量 額定泄放系數(xsh) 安全閥的泄放壓力 氣體的分子量 氣體的壓縮系數,查圖 氣體的溫度 氣體特性系數，查表 安全閥的泄放面積氣體介質在臨界狀態(tài)下的計算公式：7/15/202245共一百零七頁例：有一只安全閥，其規(guī)格型號為A48Y-16C,DY40,閥座準徑D=25mm，額定泄放系數(xsh)k=0.8,若用壓縮空氣做試驗，常溫下操作。試問該閥的額定泄放量是多大？注：根據型號知：該安全閥

6、為法蘭連接的彈簧式4、不封閉、帶扳手全啟式8，密封面材料為硬質合金Y，壓力為1.6MPa，閥體材料為碳素鋼C，連接法蘭的公稱直徑為DN40，閥座準徑D=25mm。已知：空氣(kngq)的k=1.4（絕熱系數） C=356（氣體特性系數） M=28.96kg/kmol（氣體分子量） z=1.0（氣體壓縮系數）7/15/202246共一百零七頁安全閥的開啟壓力(yl)，泄放壓力(yl)和容器的最大工作壓力，設計壓力的關系： 安全閥作為壓力容器的超壓泄放裝置，當容器在正常工作壓力（包括正常壓力波動范圍在內）期間，安全閥應保持密封并盡量減少泄漏；當容器內的壓力達到或接近設定壓力時，安全閥要及時開啟、泄

7、放，以保障容器的安全。 為此，對于前面一種情況，應適當拉開容器的最大工作壓力（正常操作(cozu)壓力下可能出現的最大值）與安全閥開啟壓力之間的差。7/15/202247共一百零七頁 安全閥的開啟壓力，泄放壓力和容器(rngq)的最大工作壓力，設計壓力的關系關系式7/15/202248共一百零七頁安全閥的使用(shyng)安全閥的選用(xunyng) 安全閥的選用，主要決定于容器的工藝條件及介質的特性。一般應考慮以下三方面問題。類型選擇壓力范圍額定泄放量7/15/202249共一百零七頁安全閥的使用(shyng)按安全閥加載機構的類型選擇。工作壓力不高、溫度較高的容器(rngq)大多選用杠桿式

8、，而高壓容器(rngq)大多選用彈簧式。類型選擇按安全閥氣體排放方式選擇。如果容器的介質為有毒、易燃易爆的氣體或者是制冷劑和其他會污染大氣的氣體，應選用封閉式。空氣及其他不會污染環(huán)境的氣體可采用半封閉式和敞開式。按安全閥封閉機構的形式選擇。高壓容器以及安全泄壓量較大而強度裕度不多的中、低壓容器都應采用全開式安全閥，以減少容器的開孔面積，避免器壁強度削弱過多。7/15/202250共一百零七頁安全閥的使用(shyng)壓力(yl)范圍額定泄放量 安全閥的開啟壓力可通過加載機構來調節(jié)，但必須注意到每種安全閥都有一定的工作壓力范圍。 不論選用何種結構或形式的安全閥都必須具有足夠的額定泄放量，并不得小

9、于壓力容器的安全泄放量。7/15/202251共一百零七頁安全閥的使用(shyng)日常維護 為了確保(qubo)安全閥的工作狀態(tài)良好，動作靈敏，必 須？加強維護與檢查。檢查鉛封是否完好。發(fā)現安全閥有泄漏跡象時，及時檢修或更換。禁止用增加載荷的方法來減少泄漏。為防止閥瓣和閥座內的密封面上沾有油垢等對開啟壓力精度的影響，應定期把扳手扳動幾次。7/15/202252共一百零七頁定期(dngq)校驗要求每年至少對安全閥作一次定期(dngq)校驗。檢查要求安全閥的開啟壓力、回座 壓力、密封程度以及在額定泄放壓力下閥的開啟高度等，其要求與安全閥調試時相同。安全閥的使用7/15/202253共一百零七頁上

10、節(jié)課內容(nirng)回顧超壓泄放裝置的設置原則安全超壓時，安全泄壓，并維持系統(tǒng)的正常工作超壓泄放裝置的種類安全閥爆破片安全閥-爆破片組合裝置壓力容器安全泄放量壓縮氣體(qt)或蒸汽儲存容器液化氣體儲存壓力容器的安全泄放量器內化學反應使氣體體積增大的壓力容器7/15/202254共一百零七頁上節(jié)課內容(nirng)回顧安全閥-爆破片的組合壓力容器安全(nqun)泄放量安全閥：閥型和斷裂型，防止安全閥的泄露問題，又滿足泄壓后的自動恢復；有毒，腐蝕，液化氣體；升壓速度快壓縮氣體或蒸汽儲存容器的安全泄放量；液化氣體儲存壓力容器的安全泄放量；器內化學反應使氣體體積增大的壓力容器作用：自動泄壓并恢復密封

11、，保證壓力容器不致因超壓運行而發(fā)生事故分類：1、加載：重塊式、杠桿式、彈簧式； 2、閥瓣開啟特性：全啟式、微啟式； 3、介質排放類型：敞開式、全封閉式；工作特性：額定泄放量：額定泄放量大于等于壓力容器的安全泄放量7/15/202255共一百零七頁SZT系列(xli)閥門強度與密封性 試驗臺SAT-Q系列(xli)安全閥 校驗臺及超高壓氣源增壓器7/15/202256共一百零七頁安全閥-在線(zi xin)調校儀ST-2000安全閥在線調校儀可對帶壓在用或免拆、冷態(tài)狀況下的安全閥進行校驗及整定開啟壓力，從而滿足裝置滿負荷、長周期連續(xù)(linx)生產的要求。7/15/202257共一百零七頁TFA

12、72W-10P/10R型 真空(zhnkng)負壓安全閥GA41H-16C/25/40 A51H- 16C/25/40型單杠桿(gnggn)安全閥GA44H-64 DN80雙杠桿式安全閥其它形式安全閥先導式安全閥 高壓安全閥7/15/202258共一百零七頁彈簧(tnhung)式安全閥常用的安全閥 LFWA42C型磅級波紋管平衡(pnghng)式彈簧安全閥A37H/A38Y-25雙聯(lián)彈簧式安全閥全啟式安全閥A44Y-16C型全封閉帶板手全啟式安全閥A28H-16C型帶手柄彈簧全啟式安全閥7/15/202259共一百零七頁焊接(hnji)微啟式安全閥 微啟式安全閥封閉(fngb)微啟系列安全閥

13、A61Y-P型微啟式安全閥 A21H-16C/25/40 型微啟式安全閥微啟式安全閥7/15/202260共一百零七頁帶扳手(bn shou)雙聯(lián)微啟系列安全閥 高壓(goy)封閉微啟系列安全閥 帶扳手封閉全啟系列安全閥 敞開微啟系列安全閥 微啟式安全閥7/15/202261共一百零七頁JA22H-2.5 型靜重式安全閥 AQ-20型空壓機安全閥 AHN42F-P25型平衡(pnghng)式安全回流閥 手輪式安全閥外螺紋安全閥其它(qt)形式安全閥7/15/202262共一百零七頁國外部分(b fen)安全閥產品系列：174A - 740ASME（美國機械(jxi)工程師協(xié)會）水減壓安全閥適用

14、于熱水加熱鍋爐壓力保護 美國全自動降溫壓安全閥7/15/202263共一百零七頁思 考 題1什么情況下，壓力容器必須單獨(dnd)設安全泄壓裝置。2什么是壓力容器安全泄放量？3簡述微啟式彈簧安全閥的工作特性。4安全閥的日常維護需注意哪些問題？7/15/202264共一百零七頁爆破(bop)片在壓力容器上的應用爆破(bop)片的設計計算爆破片的使用和管理爆破片爆破片的結構形式7/15/202265共一百零七頁 爆破片也是安全泄放裝置(zhungzh)之一。主要由爆破片和夾持器組成。當容器內的壓力超過正常工作壓力達到爆破片的標定爆破壓力時，爆破片自行爆破，容器內的氣體通過爆破片向外排出，從而避免了

15、容器本體發(fā)生重大惡性事故，但泄壓后的容器也中斷運行。爆破(bop)片7/15/202266共一百零七頁爆破(bop)片在壓力容器上的應用爆破片與安全閥相比，其使用范圍(fnwi)要廣得多。 以溫度而言，適用范圍在-253480甚 至更高； 以壓力而言，適用范圍在7KPa800MPa之間； 以泄放口徑而言，適用范圍在81000mm甚 至更大； 以防腐性能而言，對于酸堿鹽類腐蝕介質適用。7/15/202267共一百零七頁爆破(bop)片的優(yōu)點1.密封性能好；2.泄壓反應較快；3.適用范圍廣；4.容器內介質(jizh)所含污染物對爆破片的影響小。爆破片的缺點1.爆破片不能重復使用；2.破裂后容器必須

16、停止運行。 所以，爆破片一般用于超壓可能性較小，以及裝設閥形安全閥不能確保壓力容器安全運行的場合（例如我們常使用的高壓鍋）。爆破片在壓力容器上的應用7/15/202268共一百零七頁 爆破片的結構形式很多，若按照(nzho)受里破壞的作用原理和與它相應的結構，可分為4大類1.受拉伸破壞的爆破片2.受剪切破壞的爆破片3.受彎曲破壞的爆破片4.受失穩(wěn)破壞的爆破片爆破(bop)片的結構形式7/15/202269共一百零七頁1.受拉伸(l shn)破壞的爆破片普通正拱型開縫正拱型周邊壓緊，一側受載后，呈凸形，片內拉應力(yngl)，P上升，中部破，泄壓。2.受剪切破壞的爆破片平板型爆破片開槽拱型爆破片

17、夾持器的周邊被剪切破壞。（形成結構上的薄弱環(huán)節(jié)）平板型爆破片正拱型爆破片爆破片的結構形式7/15/202270共一百零七頁3.受彎曲破壞(phui)的爆破片4.失穩(wěn)破壞(phui)的爆破片 （也稱反拱型）抗疲勞性能好。凸側承受壓力，片內產生壓縮應力，P上升至臨界P,片失穩(wěn)，瞬時翻轉，失效泄壓。脆性材料，片受載后幾乎不產生塑性變形。形成平板彎曲破壞。帶刀架的反拱型帶點環(huán)的反拱型刻槽反拱型彈射式反拱型爆破片的結構形式7/15/202271共一百零七頁爆破(bop)片的結構形式7/15/202272共一百零七頁反拱型爆破片正拱型爆破片螺栓型和焊接型爆破片石墨型爆破片爆破片的結構(jigu)形式7/1

18、5/202273共一百零七頁S-90 型沿刻痕爆破的反拱刻槽型爆破片。 即使爆破片受損或安裝反了，它也仍將在1.5倍的額定壓力內爆裂。JRS 型 JAWS 反拱型爆破片，爆破壓力低于 S-90 型爆破片。它沿爆破片上的環(huán)齒反拱且爆破。 RLS 型LIQUIFLO 反拱型爆破片用于液體和氣體介質。在全液體或氣體介質系統(tǒng)中，爆破片上的圓刻痕和折頁可使其完全打開。爆破片的結構(jigu)形式7/15/202274共一百零七頁平板型爆破片缺點：介質壓力波動易使爆破片塑性變形，抗疲勞 性能差，使用壽命短，且爆破壓力精度偏低。優(yōu)點：加工容易。正拱型爆破片 使用時介質壓力在片凹側，可用于氣體或液體介質的泄放

19、?？商岣弑破目蛊谛阅?，延長壽命和提高爆破精度，這種性能較優(yōu)良的爆破片已成為我國主要使用的爆破片品種之一。爆破片的結構(jigu)形式7/15/202275共一百零七頁爆破(bop)片的設計計算爆破片的設計計算(j sun)包括：1.結構選型2.材料選用3.額定泄放面積計算4.爆破片厚度的確定7/15/202276共一百零七頁爆破片的設計(shj)計算結構(jigu)選型 常用的幾種爆破片如表5-2所示。其類型主要根據容器內的壓力、介質溫度、腐蝕性，以及載荷的穩(wěn)定性選擇。爆破片的設計計算表5-2 爆破片類型選擇7/15/202277共一百零七頁爆破(bop)片的設計計算7/15/20227

20、8共一百零七頁材料(cilio)選擇 爆破元件(yunjin)分塑性材料和脆性材料兩大類。拉伸和剪切破壞型大多采用塑性較好的材料；而彎曲破壞則采用脆性材料（如鑄鐵、石墨等） 。對爆破片金屬的溫度適用范圍限定的要求見表5-3。爆破片的設計計算7/15/202279共一百零七頁額定( dng)泄放面積計算條件：爆破片的實際有效泄放面積 額定泄放面積（1）介質為氣體時的額定泄放面積(min j)（臨界條件下）爆破片的設計計算7/15/202280共一百零七頁設計爆破壓力（絕壓），包括設計壓力和超壓允許 值,MPa ;爆破片的額定泄放面積 ;壓力容器的所需安全泄放量 ;氣體分子量 ;在泄放壓力及相應溫

21、度氣體的壓縮系數，對空氣，Z=1.0 ;閥門進口處氣體絕對溫度（+273）,K ;額定泄放系數，取K=0.62 ;式中：爆破(bop)片的設計計算7/15/202281共一百零七頁（2）介質為液體時的額定泄放面積式中：閥門前后壓力降，MPa ;爆破片的額定泄放面積， ；閥門入口側溫度下液體密度， ；爆破(bop)片的設計計算7/15/202282共一百零七頁（3）介質為飽和蒸汽(zhn q)時的額定泄放面積式中：爆破片的額定泄放面積， ；設計爆破壓力（絕壓），包括設計壓力和超壓允許值,MPa ;額定泄放系數，取K=0.62 ;壓力容器的安全泄放量 ;爆破(bop)片的設計計算7/15/2022

22、83共一百零七頁例題： 一壓力容器設計壓力為0.7MPa，介質為空氣，溫度為20的容器與乙烯裝置相連，為防止由于乙烯滲入與混合使壓力升高引起容器破壞，在容器上裝設爆破片裝置，試計算爆破片的有效泄放面積和直徑（已知容器的安全泄放量為 ）。注：因容器的介質為空氣，且壓力不高，取Z=1.0，k1.4，C=356，K=0.62， =（0.7+0.1）=0.8MPa， M=28.92 ，T=（20+273）=293K， =爆破(bop)片的設計計算7/15/202284共一百零七頁代入公式：爆破片的泄放面積(min j)直徑D為：.AD4=p爆破片的設計(shj)計算7/15/202285共一百零七頁爆

23、破片厚度(hud)計算 爆破片壓力主要取決與爆破元件的厚度。但迄今尚無一完整的精確(jngqu)計算公式。常用半經驗公式?？稍谝韵鹿街腥芜x一個。（拉伸型）（1）. =0-35MPa ，平板式正拱型。S爆破片厚度，mm；爆破片由設計確定的爆破壓力，MPa；式中：爆破片的設計計算7/15/202286共一百零七頁材料的工作溫度下的強度極限 MPa；D爆破片夾緊直徑mm。（2）. =0-35MPa ，平板型或正拱型爆破片。式中：室溫下的爆破壓力，對于操作溫度下的 還應乘上溫度校正因數，如 （查圖得，如150即系數為0.68）；K系數；爆破(bop)片的設計計算7/15/202287共一百零七頁（3

24、）. =0-35MPa ，常溫下正拱型爆破片。式中：實驗系數，查表5-6；材料強度限實測值，查表5-6，MPa.爆破(bop)片的設計計算7/15/202288共一百零七頁例題： 一壓力容器設計壓力為0.7MPa，介質為空氣，溫度為20的容器與乙烯裝置相連，為防止由于乙烯滲入與混合使壓力升高引起容器破壞，在容器上裝設爆破片裝置，試計算爆破片的有效泄放面積和直徑（只知容器的安全泄放量為 ）。按上面的有關參數，求爆破片的厚度？=0.7MPa，D=500mm，T=20材料為1Cr18Ni9Ti， =720.1MPa爆破(bop)片的設計計算7/15/202289共一百零七頁解：所以，S0.14mm。

25、爆破片的設計(shj)計算7/15/202290共一百零七頁爆破片的爆破壓力和容器最大工作壓力與設計(shj)壓力的關系確定爆破片的爆破壓力應考慮兩個方面的因素： 爆破元件自身性能和特點。即一定溫度壓力下，抗疲勞和蠕變的能力。所以 。標定爆破壓力取一批元件爆破壓力的平均值。例如： =10MPa，則該批爆破片的實際壓力在9.5 10.5MPa范圍內均為合格。爆破(bop)片的設計計算7/15/202291共一百零七頁關系(gun x)圖壓力(yl)+-爆破片側設計爆破壓力容器側最大工作壓力設計壓力普通正拱型：開縫正拱型：脈動壓力時：國內： 國際：爆破片的設計計算7/15/202292共一百零七頁

26、例如：設計壓力為10.5MPa國際標準國內標準爆破片的設計(shj)計算7/15/202293共一百零七頁由以上分析可以看出：（1）.（2）.P與 之間有一個壓力臺階，也是 壓力容器安全裕度的一部分。爆破片的設計(shj)計算7/15/202294共一百零七頁爆破(bop)片的使用與管理1.爆破片要求正確安裝(nzhung)，其受力方向不能裝反， 爆破片不能擦傷、劃痕，其爆破壓力與容器要 求一致；2.若爆破片破裂有碎片產生時，則應裝設攔網， 以免碎片填塞管道；3.爆破片定期更換，每年至少一次；4.爆破片和安全閥的混合使用7/15/202295共一百零七頁(1)安全閥在進口側 安全閥保護(boh

27、)爆破片不受脈動載荷的影響； 安-主，爆-輔爆破片和安全閥的混合(hnh)使用爆破片的使用與管理7/15/202296共一百零七頁(2) 爆破片在進口側 爆破片的耐腐蝕和密封性保護(boh)安全閥；兩級泄放開啟壓力爆破壓力 安全閥爆破片爆破片的使用(shyng)與管理7/15/202297共一百零七頁(3) 兩個(lin )安全閥并聯(lián)使用 壓力低者起報警作用； 高者起泄放作用；爆破(bop)片的使用與管理7/15/202298共一百零七頁(4) 兩個爆破片并聯(lián)(bnglin)組合 代替一個大直徑的爆破片； 避免開大孔補強問題；爆破片的使用(shyng)與管理7/15/202299共一百零七頁除上述結構外，還有以下幾種裝置：（1）.排放管道，（由自控閥門控制）；（2）.易熔塞（溫度超標后熔化），用于儲存液 化氣體的容器；（3）.