爆破片在汽车覆盖件上的应用

爆破片在汽车覆盖件上的应用

安全脱压装置是化工过程中不可或缺的安全附件。当受保护系统的内部压力超过规定值时，压压装置动作并将其排放到外部，以防止压力继续上升，并损坏制造设备。泄压装置的设计应包括:概念设计,即如何确定安全泄压装置的型式;设计计算,即确定安全泄压装置的尺寸。很多设计标准和文献都对安全泄压装置的设计和正确选用有规定,但均未给出详细的设计指南。对某些具体条件,设计者仍然感到迷惑。为此笔者在归纳总结设计标准的基础上,就安全泄压装置的概念设计提出具体步骤,形成设计树。1安全生产类型(1)弹簧力+介质压力安全阀它是目前使用量最大的安全阀,其工作原理见图1。在正常工作条件下,弹簧力应大于介质压力作用在阀瓣上的合力,以保证密封。当该合力大于弹簧力时,阀瓣与阀座分离,介质就会从出口侧出去,只要泄放面积够大,容器内压力不会继续升高。当容器内压力降低到一定值时,在弹簧力的作用下,阀瓣与阀座会重新接触并实现密封,生产可继续进行。可见,这种安全阀的最大优点就是结构简单,在不发生锈蚀的条件下,能在规定压力下开启。但它也有以下缺点,一是在临界开启时,弹簧力与介质压力近似相等,密封比压近似为0,泄漏难免。二是为了达到规定的起跳高度,通常装有反冲盘,从而导致回座压力很低。(2)流量控制回路其工作原理见图2。正常工作时,先导阀的阀1和阀2处于开通状态,阀3处于关闭状态,活塞腔内充入介质压力。这样,作用在阀瓣上向下的力远大于向上的力,密封性能非常好。当介质压力达到规定的开启压力时,阀2关闭,同时阀1和阀3导通,活塞腔内的介质全部排出,作用在阀瓣上向上的力大于向下的力,主阀开启,保证容器内的介质压力不再升高。这种安全阀的致命缺点是,一旦先导阀失灵,活塞腔内的介质就无法泄放出去,主阀也就无法打开。因此,与普通弹簧直接载荷式安全阀相比,其动作可靠性降低了一半,即先导阀和主阀之一出现故障,就达不到保护容器的目的。(3)压压缸遗压封的关闭它的工作原理见图3。当安全阀处于关闭状态时,球形控制阀芯在先导弹簧力作用下,与控制腔中的下密封面建立起密封,而与上密封面脱离,使主阀加压气缸与先导阀高压腔隔绝而与泄压腔导通,主阀加压气缸中的压力介质由此而泄放至安全阀的排放侧。在安全阀的开启压力下,球形控制阀芯在介质压力作用下克服先导弹簧力向上移动,使得球形控制阀芯与上密封面建立密封而与下密封面脱离,使主阀加压气缸与泄压腔隔绝而与高压腔导通被加压,主阀阀芯在主阀加压气缸中受到1个附加的开启力而迅速开启至规定高度,使安全阀处于排放状态。在回座压力下,先导式弹簧将球形控制阀推回到下密封面的密封位置,并与该密封面建立密封,使主阀加压气缸与高压腔隔绝而与泄压腔导通被泄压,此时主阀阀芯由于撤掉了在主阀气缸中的这部分附加开启力,在主阀弹簧作用下,迅速回座,恢复到关闭状态。这种安全阀的显著优点是:①密封性好。公称直径与开启压力相同的双作用先导式安全阀,在正常工作压力下,主阀座与阀瓣密封面上的密封力为普通弹簧直接载荷安全阀密封力的6倍。②启闭压差小。现有弹簧全启式安全阀启闭压差大是由反冲机构造成的,而双作用先导安全阀的启跳与回座,取决于先导阀的动作,而先导阀的启跳高度很小,因此其启闭压差可设计得很小。③动作可靠性高。双作用先导式阀并不因先导阀的存在而降低其动作可靠性。因为如果先导阀失灵,主阀仍可象1只普通弹簧直接载荷式安全阀一样动作。2爆破片的材质及特点化工设备使用的爆破片按工作状态分为正拱型、平板型和反拱型,见图4。正拱型爆破片工作时凹面受到介质压力的作用,爆破片壁内应力为拉应力。当这个应力达到材料的抗拉强度时,爆破片爆破并泄放出介质。由于受拉应力的元件不能长期在高应力状态下工作,正拱型爆破片的工作压力应低于其爆破压力的85%,某些条件下应更低。另外,对于有背压的情况,由于凸面受压时爆破片容易失稳,所以抵抗背压能力较弱。按结构型式,正拱型爆破片又可分为普通正拱(LP)型、正拱带槽(LC)型和正拱开缝(LF)型。LP型爆破片是结构最简单、问世最早的爆破片,适用范围较宽,缺点是爆破后有碎片飞出,抗疲劳能力较差。LC型爆破片是性能最好的正拱型爆破片,适合于中小直径及中低压力情况。爆破后沿槽开裂成规则形状,在0～0.85pb(pb为爆破压力)的循环载荷作用下,寿命达25000次。正拱开缝型爆破片适合中大直径及低压场合,缺点是密封膜容易损坏,使用寿命低。平板型爆破片有平板带槽型和平板开缝型2种,这种爆破片综合性能较差,主要用于压力很低的场合。反拱型爆破片工作时凸面受到介质压力的作用,其壁内为压应力,当压应力达到爆破片的临界失稳应力时,爆破片失稳翻转。如果爆破片下游侧有刀称为反拱带刀(YD)型爆破片,有腭齿称为反拱腭齿(YE)型爆破片,有减弱槽称为反拱带槽(YC)型爆破片,翻转后爆破片被刀、腭齿刺破或沿减弱槽自动破裂。反拱型爆破片有其他型式无法比拟的3个特性:①因拱型元件的失稳压力远低于其拉伸破坏压力,所以承受背压能力很强。②失稳前壁内应力始终低于材料的屈服点,不产生缩性变形,故疲劳性能优异,在0～0.85pb的循环载荷作用下,寿命超过100000次。③工作压力可以达到其爆破压力的90%。反拱型爆破片的缺点是需要的爆破能量较高,故不适合于泄放液体的场合。只有几种特殊的反拱型爆破片才能用于液体介质的泄放。爆破片的爆破压力通常随爆破温度的升高而降低。反拱型爆破片比正拱型的变化幅度低,镍制比不锈钢制爆破片的变化幅度低,铝制爆破片随温度的变化幅度最大。3长使用寿命的技术措施隔离式安全阀是近年来发展起来的1种爆破片串接于安全阀入口侧的串联结构,集中了爆破片与安全阀的优点,避免了各自的缺点。其特点是:①在正常的工作压力下,安全阀处于闲置状态,不受介质的压力、温度以及腐蚀作用,从而可节约贵重材料,延长使用寿命。②介质超压致使安全泄放装置动作后,容器内介质压力若降低,安全阀可以回座,介质不会彻底泄放,也不中断生产。③极大地改善了安全阀的密封性能,减少了泄漏。④可以实现安全阀的在线校验。应该指出,爆破片与安全阀串接时,必须选择合适的爆破片。第一,爆破片爆破后不能产生碎片,否则容易损伤安全阀的密封面。第二,爆破片的泄放直径不得小于安全阀的入口直径,否则会影响泄放能力。通常要求爆破片的泄放能力为安全阀泄放能力的1.2倍。第三,爆破片与安全阀之间不能产生压力积聚,通常要有卸零装置,即爆破片与安全阀之间的空腔应通过截止阀与大气连通,连接管上应安装压力表,若压力表有指示值,表明空腔内有压力积聚,必须及时采取措施。第四,如果要实现安全阀的在线校验,应该选用反拱带槽型爆破片。4超压源设计的树各种安全泄压装置都有其自身特点,也适应于不同的条件。因此,设计过程必须考虑到介质性质、操作条件、超压原因或超压源等情况。据此,笔者提出的设计树见图5。设计者可按设计树有步骤地实现泄压装置型式的选择。5爆破片的选择概念该设计树的总原则是,对密封要求很严的场合,例如有毒、昂贵的介质,应优先选用隔离式安全