压力容器安全管理工程-第五章资料

1、第五章 压力容器的超压泄放装置(zhungzh)王江云中国(zhn u)石油大学压力容器安全管理工程 共一百零七页第五章 压力容器的超压泄放装置(zhungzh)主 要 内 容第一节、超压泄放装置与安全(nqun)泄放量第二节、超压泄放装置安全阀第三节、爆破片第四节、爆破片和安全阀的组合使用7/15/20222共一百零七页第一节 超压泄放装置(zhungzh)与安全泄放量超压泄放装置的作用压力容器通常在正常的工作压力下是可以安全运行的。但由于某些物理化学过程或化学反应过程等因素使容器内的压力升高，超过了容器允许承受的压力，使它可能失效并由此造成更大事故。超压压力容器内的实际(shj)压力超过设

2、计压力（或超过最大工作压力）。7/15/20223共一百零七页第一节 超压泄放装置与安全(nqun)泄放量可能产生超压的情况：（1）自身不产生压力的容器输入气量 输出气量，压力上升超压；管道被异物堵塞（包括腐蚀产物），压力上升；阀门操作失误（出口阀关闭），压力上升。（2）较高压力系统的介质经减压阀进入较低压力系统的容器，因减压阀失灵而形成超压。换热中的管子渗漏使高压(goy)侧介质流入低压壳层等情况，导致超压。7/15/20224共一百零七页第一节 超压泄放装置与安全(nqun)泄放量可能产生超压的情况：（3）容器装料过量，如球形贮罐物料安全线为85，其余为气压区。（4）反应器中产物体积有增加

3、的化学反应剧烈(jli)，失控超压。为保证压力容器的安全操作，防止超压事故的发生，在压力容器上装设超压泄放装置。超压泄放装置是一种为保证压力容器安全操作，防止产生过量超压的安全附件。7/15/20225共一百零七页第一节 超压泄放装置与安全(nqun)泄放量安全泄放装置的性能要求：（1）当容器在正常操作压力下运行时，它不影响容器的工作；（2）一旦容器内的压力超过规定时，它能自动开启，把容器内部分介质或气体迅速喷出，使容器内的压力保持在容许的范围之内，达到保护(boh)容器的目的；（3）具备自动报警的作用。7/15/20226共一百零七页第一节 超压泄放装置(zhungzh)与安全泄放量一、超压

4、泄放装置的设置原则（1）在生产过程中因物料的化学反应，可能使压力(yl)增加的容器应单独设置超压泄放装置（如反应器、高压聚合设备等）；（2）容器内的介质压力因受热而升压较高，且容器与其它设备连接处装有阀门，应单设泄放装置（如换热器等）；（3）液化气容器（如球形贮罐）；（4）压力源经过减压后进入容器，P设0开启泄放回座关闭7/15/202242共一百零七页安全阀的工作(gngzu)特性图：安全阀的运动(yndng)过程微启式全启式上述安全阀的运动过程如图所示：7/15/202243共一百零七页 安全阀的额定( dng)泄放量是按安全阀的理论泄放量与额定泄放量系数的乘积。 额定泄放量系数即安全阀的

5、泄放系数乘以减低系数（取0.9）的乘积。 安全阀额定泄放量与压力容器所需安全泄放量的关系为：额定( dng)泄放量的计算7/15/202244共一百零七页额定( dng)泄放量的计算式中： 安全阀的额定泄放量 额定泄放系数(xsh) 安全阀的泄放压力 气体的分子量 气体的压缩系数,查图 气体的温度 气体特性系数，查表 安全阀的泄放面积气体介质在临界状态下的计算公式：7/15/202245共一百零七页例：有一只安全阀，其规格型号为A48Y-16C,DY40,阀座准径D=25mm，额定泄放系数(xsh)k=0.8,若用压缩空气做试验，常温下操作。试问该阀的额定泄放量是多大？注：根据型号知：该安全阀

6、为法兰连接的弹簧式4、不封闭、带扳手全启式8，密封面材料为硬质合金Y，压力为1.6MPa，阀体材料为碳素钢C，连接法兰的公称直径为DN40，阀座准径D=25mm。已知：空气(kngq)的k=1.4（绝热系数） C=356（气体特性系数） M=28.96kg/kmol（气体分子量） z=1.0（气体压缩系数）7/15/202246共一百零七页安全阀的开启压力(yl)，泄放压力(yl)和容器的最大工作压力，设计压力的关系： 安全阀作为压力容器的超压泄放装置，当容器在正常工作压力（包括正常压力波动范围在内）期间，安全阀应保持密封并尽量减少泄漏；当容器内的压力达到或接近设定压力时，安全阀要及时开启、泄

7、放，以保障容器的安全。 为此，对于前面一种情况，应适当拉开容器的最大工作压力（正常操作(cozu)压力下可能出现的最大值）与安全阀开启压力之间的差。7/15/202247共一百零七页 安全阀的开启压力，泄放压力和容器(rngq)的最大工作压力，设计压力的关系关系式7/15/202248共一百零七页安全阀的使用(shyng)安全阀的选用(xunyng) 安全阀的选用，主要决定于容器的工艺条件及介质的特性。一般应考虑以下三方面问题。类型选择压力范围额定泄放量7/15/202249共一百零七页安全阀的使用(shyng)按安全阀加载机构的类型选择。工作压力不高、温度较高的容器(rngq)大多选用杠杆式

8、，而高压容器(rngq)大多选用弹簧式。类型选择按安全阀气体排放方式选择。如果容器的介质为有毒、易燃易爆的气体或者是制冷剂和其他会污染大气的气体，应选用封闭式。空气及其他不会污染环境的气体可采用半封闭式和敞开式。按安全阀封闭机构的形式选择。高压容器以及安全泄压量较大而强度裕度不多的中、低压容器都应采用全开式安全阀，以减少容器的开孔面积，避免器壁强度削弱过多。7/15/202250共一百零七页安全阀的使用(shyng)压力(yl)范围额定泄放量 安全阀的开启压力可通过加载机构来调节，但必须注意到每种安全阀都有一定的工作压力范围。 不论选用何种结构或形式的安全阀都必须具有足够的额定泄放量，并不得小

9、于压力容器的安全泄放量。7/15/202251共一百零七页安全阀的使用(shyng)日常维护 为了确保(qubo)安全阀的工作状态良好，动作灵敏，必 须？加强维护与检查。检查铅封是否完好。发现安全阀有泄漏迹象时，及时检修或更换。禁止用增加载荷的方法来减少泄漏。为防止阀瓣和阀座内的密封面上沾有油垢等对开启压力精度的影响，应定期把扳手扳动几次。7/15/202252共一百零七页定期(dngq)校验要求每年至少对安全阀作一次定期(dngq)校验。检查要求安全阀的开启压力、回座 压力、密封程度以及在额定泄放压力下阀的开启高度等，其要求与安全阀调试时相同。安全阀的使用7/15/202253共一百零七页上

10、节课内容(nirng)回顾超压泄放装置的设置原则安全超压时，安全泄压，并维持系统的正常工作超压泄放装置的种类安全阀爆破片安全阀-爆破片组合装置压力容器安全泄放量压缩气体(qt)或蒸汽储存容器液化气体储存压力容器的安全泄放量器内化学反应使气体体积增大的压力容器7/15/202254共一百零七页上节课内容(nirng)回顾安全阀-爆破片的组合压力容器安全(nqun)泄放量安全阀：阀型和断裂型，防止安全阀的泄露问题，又满足泄压后的自动恢复；有毒，腐蚀，液化气体；升压速度快压缩气体或蒸汽储存容器的安全泄放量；液化气体储存压力容器的安全泄放量；器内化学反应使气体体积增大的压力容器作用：自动泄压并恢复密封

11、，保证压力容器不致因超压运行而发生事故分类：1、加载：重块式、杠杆式、弹簧式； 2、阀瓣开启特性：全启式、微启式； 3、介质排放类型：敞开式、全封闭式；工作特性：额定泄放量：额定泄放量大于等于压力容器的安全泄放量7/15/202255共一百零七页SZT系列(xli)阀门强度与密封性 试验台SAT-Q系列(xli)安全阀 校验台及超高压气源增压器7/15/202256共一百零七页安全阀-在线(zi xin)调校仪ST-2000安全阀在线调校仪可对带压在用或免拆、冷态状况下的安全阀进行校验及整定开启压力，从而满足装置满负荷、长周期连续(linx)生产的要求。7/15/202257共一百零七页TFA

12、72W-10P/10R型 真空(zhnkng)负压安全阀GA41H-16C/25/40 A51H- 16C/25/40型单杠杆(gnggn)安全阀GA44H-64 DN80双杠杆式安全阀其它形式安全阀先导式安全阀 高压安全阀7/15/202258共一百零七页弹簧(tnhung)式安全阀常用的安全阀 LFWA42C型磅级波纹管平衡(pnghng)式弹簧安全阀A37H/A38Y-25双联弹簧式安全阀全启式安全阀A44Y-16C型全封闭带板手全启式安全阀A28H-16C型带手柄弹簧全启式安全阀7/15/202259共一百零七页焊接(hnji)微启式安全阀 微启式安全阀封闭(fngb)微启系列安全阀

13、A61Y-P型微启式安全阀 A21H-16C/25/40 型微启式安全阀微启式安全阀7/15/202260共一百零七页带扳手(bn shou)双联微启系列安全阀 高压(goy)封闭微启系列安全阀 带扳手封闭全启系列安全阀 敞开微启系列安全阀 微启式安全阀7/15/202261共一百零七页JA22H-2.5 型静重式安全阀 AQ-20型空压机安全阀 AHN42F-P25型平衡(pnghng)式安全回流阀 手轮式安全阀外螺纹安全阀其它(qt)形式安全阀7/15/202262共一百零七页国外部分(b fen)安全阀产品系列：174A - 740ASME（美国机械(jxi)工程师协会）水减压安全阀适用

14、于热水加热锅炉压力保护 美国全自动降温压安全阀7/15/202263共一百零七页思 考 题1什么情况下，压力容器必须单独(dnd)设安全泄压装置。2什么是压力容器安全泄放量？3简述微启式弹簧安全阀的工作特性。4安全阀的日常维护需注意哪些问题？7/15/202264共一百零七页爆破(bop)片在压力容器上的应用爆破(bop)片的设计计算爆破片的使用和管理爆破片爆破片的结构形式7/15/202265共一百零七页 爆破片也是安全泄放装置(zhungzh)之一。主要由爆破片和夹持器组成。当容器内的压力超过正常工作压力达到爆破片的标定爆破压力时，爆破片自行爆破，容器内的气体通过爆破片向外排出，从而避免了

15、容器本体发生重大恶性事故，但泄压后的容器也中断运行。爆破(bop)片7/15/202266共一百零七页爆破(bop)片在压力容器上的应用爆破片与安全阀相比，其使用范围(fnwi)要广得多。 以温度而言，适用范围在-253480甚 至更高； 以压力而言，适用范围在7KPa800MPa之间； 以泄放口径而言，适用范围在81000mm甚 至更大； 以防腐性能而言，对于酸碱盐类腐蚀介质适用。7/15/202267共一百零七页爆破(bop)片的优点1.密封性能好；2.泄压反应较快；3.适用范围广；4.容器内介质(jizh)所含污染物对爆破片的影响小。爆破片的缺点1.爆破片不能重复使用；2.破裂后容器必须

16、停止运行。 所以，爆破片一般用于超压可能性较小，以及装设阀形安全阀不能确保压力容器安全运行的场合（例如我们常使用的高压锅）。爆破片在压力容器上的应用7/15/202268共一百零七页 爆破片的结构形式很多，若按照(nzho)受里破坏的作用原理和与它相应的结构，可分为4大类1.受拉伸破坏的爆破片2.受剪切破坏的爆破片3.受弯曲破坏的爆破片4.受失稳破坏的爆破片爆破(bop)片的结构形式7/15/202269共一百零七页1.受拉伸(l shn)破坏的爆破片普通正拱型开缝正拱型周边压紧，一侧受载后，呈凸形，片内拉应力(yngl)，P上升，中部破，泄压。2.受剪切破坏的爆破片平板型爆破片开槽拱型爆破片

17、夹持器的周边被剪切破坏。（形成结构上的薄弱环节）平板型爆破片正拱型爆破片爆破片的结构形式7/15/202270共一百零七页3.受弯曲破坏(phui)的爆破片4.失稳破坏(phui)的爆破片 （也称反拱型）抗疲劳性能好。凸侧承受压力，片内产生压缩应力，P上升至临界P,片失稳，瞬时翻转，失效泄压。脆性材料，片受载后几乎不产生塑性变形。形成平板弯曲破坏。带刀架的反拱型带点环的反拱型刻槽反拱型弹射式反拱型爆破片的结构形式7/15/202271共一百零七页爆破(bop)片的结构形式7/15/202272共一百零七页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结构(jigu)形式7/1

18、5/202273共一百零七页S-90 型沿刻痕爆破的反拱刻槽型爆破片。 即使爆破片受损或安装反了，它也仍将在1.5倍的额定压力内爆裂。JRS 型 JAWS 反拱型爆破片，爆破压力低于 S-90 型爆破片。它沿爆破片上的环齿反拱且爆破。 RLS 型LIQUIFLO 反拱型爆破片用于液体和气体介质。在全液体或气体介质系统中，爆破片上的圆刻痕和折页可使其完全打开。爆破片的结构(jigu)形式7/15/202274共一百零七页平板型爆破片缺点：介质压力波动易使爆破片塑性变形，抗疲劳 性能差，使用寿命短，且爆破压力精度偏低。优点：加工容易。正拱型爆破片 使用时介质压力在片凹侧，可用于气体或液体介质的泄放

19、。可提高爆破片的抗疲劳性能，延长寿命和提高爆破精度，这种性能较优良的爆破片已成为我国主要使用的爆破片品种之一。爆破片的结构(jigu)形式7/15/202275共一百零七页爆破(bop)片的设计计算爆破片的设计计算(j sun)包括：1.结构选型2.材料选用3.额定泄放面积计算4.爆破片厚度的确定7/15/202276共一百零七页爆破片的设计(shj)计算结构(jigu)选型 常用的几种爆破片如表5-2所示。其类型主要根据容器内的压力、介质温度、腐蚀性，以及载荷的稳定性选择。爆破片的设计计算表5-2 爆破片类型选择7/15/202277共一百零七页爆破(bop)片的设计计算7/15/20227

20、8共一百零七页材料(cilio)选择 爆破元件(yunjin)分塑性材料和脆性材料两大类。拉伸和剪切破坏型大多采用塑性较好的材料；而弯曲破坏则采用脆性材料（如铸铁、石墨等） 。对爆破片金属的温度适用范围限定的要求见表5-3。爆破片的设计计算7/15/202279共一百零七页额定( dng)泄放面积计算条件：爆破片的实际有效泄放面积 额定泄放面积（1）介质为气体时的额定泄放面积(min j)（临界条件下）爆破片的设计计算7/15/202280共一百零七页设计爆破压力（绝压），包括设计压力和超压允许 值,MPa ;爆破片的额定泄放面积 ;压力容器的所需安全泄放量 ;气体分子量 ;在泄放压力及相应温

21、度气体的压缩系数，对空气，Z=1.0 ;阀门进口处气体绝对温度（+273）,K ;额定泄放系数，取K=0.62 ;式中：爆破(bop)片的设计计算7/15/202281共一百零七页（2）介质为液体时的额定泄放面积式中：阀门前后压力降，MPa ;爆破片的额定泄放面积， ；阀门入口侧温度下液体密度， ；爆破(bop)片的设计计算7/15/202282共一百零七页（3）介质为饱和蒸汽(zhn q)时的额定泄放面积式中：爆破片的额定泄放面积， ；设计爆破压力（绝压），包括设计压力和超压允许值,MPa ;额定泄放系数，取K=0.62 ;压力容器的安全泄放量 ;爆破(bop)片的设计计算7/15/2022

22、83共一百零七页例题： 一压力容器设计压力为0.7MPa，介质为空气，温度为20的容器与乙烯装置相连，为防止由于乙烯渗入与混合使压力升高引起容器破坏，在容器上装设爆破片装置，试计算爆破片的有效泄放面积和直径（已知容器的安全泄放量为 ）。注：因容器的介质为空气，且压力不高，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)片的设计计算7/15/202284共一百零七页代入公式：爆破片的泄放面积(min j)直径D为：.AD4=p爆破片的设计(shj)计算7/15/202285共一百零七页爆

23、破片厚度(hud)计算 爆破片压力主要取决与爆破元件的厚度。但迄今尚无一完整的精确(jngqu)计算公式。常用半经验公式。可在以下公式中任选一个。（拉伸型）（1）. =0-35MPa ，平板式正拱型。S爆破片厚度，mm；爆破片由设计确定的爆破压力，MPa；式中：爆破片的设计计算7/15/202286共一百零七页材料的工作温度下的强度极限 MPa；D爆破片夹紧直径mm。（2）. =0-35MPa ，平板型或正拱型爆破片。式中：室温下的爆破压力，对于操作温度下的 还应乘上温度校正因数，如 （查图得，如150即系数为0.68）；K系数；爆破(bop)片的设计计算7/15/202287共一百零七页（3

24、）. =0-35MPa ，常温下正拱型爆破片。式中：实验系数，查表5-6；材料强度限实测值，查表5-6，MPa.爆破(bop)片的设计计算7/15/202288共一百零七页例题： 一压力容器设计压力为0.7MPa，介质为空气，温度为20的容器与乙烯装置相连，为防止由于乙烯渗入与混合使压力升高引起容器破坏，在容器上装设爆破片装置，试计算爆破片的有效泄放面积和直径（只知容器的安全泄放量为 ）。按上面的有关参数，求爆破片的厚度？=0.7MPa，D=500mm，T=20材料为1Cr18Ni9Ti， =720.1MPa爆破(bop)片的设计计算7/15/202289共一百零七页解：所以，S0.14mm。

25、爆破片的设计(shj)计算7/15/202290共一百零七页爆破片的爆破压力和容器最大工作压力与设计(shj)压力的关系确定爆破片的爆破压力应考虑两个方面的因素： 爆破元件自身性能和特点。即一定温度压力下，抗疲劳和蠕变的能力。所以 。标定爆破压力取一批元件爆破压力的平均值。例如： =10MPa，则该批爆破片的实际压力在9.5 10.5MPa范围内均为合格。爆破(bop)片的设计计算7/15/202291共一百零七页关系(gun x)图压力(yl)+-爆破片侧设计爆破压力容器侧最大工作压力设计压力普通正拱型：开缝正拱型：脉动压力时：国内： 国际：爆破片的设计计算7/15/202292共一百零七页

26、例如：设计压力为10.5MPa国际标准国内标准爆破片的设计(shj)计算7/15/202293共一百零七页由以上分析可以看出：（1）.（2）.P与 之间有一个压力台阶，也是 压力容器安全裕度的一部分。爆破片的设计(shj)计算7/15/202294共一百零七页爆破(bop)片的使用与管理1.爆破片要求正确安装(nzhung)，其受力方向不能装反， 爆破片不能擦伤、划痕，其爆破压力与容器要 求一致；2.若爆破片破裂有碎片产生时，则应装设拦网， 以免碎片填塞管道；3.爆破片定期更换，每年至少一次；4.爆破片和安全阀的混合使用7/15/202295共一百零七页(1)安全阀在进口侧 安全阀保护(boh

27、)爆破片不受脉动载荷的影响； 安-主，爆-辅爆破片和安全阀的混合(hnh)使用爆破片的使用与管理7/15/202296共一百零七页(2) 爆破片在进口侧 爆破片的耐腐蚀和密封性保护(boh)安全阀；两级泄放开启压力爆破压力 安全阀爆破片爆破片的使用(shyng)与管理7/15/202297共一百零七页(3) 两个(lin )安全阀并联使用 压力低者起报警作用； 高者起泄放作用；爆破(bop)片的使用与管理7/15/202298共一百零七页(4) 两个爆破片并联(bnglin)组合 代替一个大直径的爆破片； 避免开大孔补强问题；爆破片的使用(shyng)与管理7/15/202299共一百零七页除上述结构外，还有以下几种装置：（1）.排放管道，（由自控阀门控制）；（2）.易熔塞（温度超标后熔化），用于储存液 化气体的容器；（3）.