安全泄压装置

(一)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。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。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3d—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=30-602.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/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=1A-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：qAtG82.0)650(61.2'(公斤/小时)[7-18]式中t-在泄放压力下的饱和温度，0Cλ-δ-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)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hd/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(hd/4)和微启式（hd/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)ZTMCPAXG[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=πd2/4;微