浅述超压泄放装置的分类及选⽤
束从杰
（合肥宏⼤环保有限公司安徽合肥 230051）
摘要⼤量的压⼒容器爆炸事故分析表明，超压泄放装置失灵时是引起压⼒容器爆炸的原因之⼀。本⽂介绍了超压泄放装置的结构类型及分类，并简述了超压泄放装置的选⽤及装设要求，为⼯程技术⼈员正确选型和安装提供参考。 超压泄放装置是⼀种可以⾃动报警并保证压⼒容器安全运⾏、超压时能⾃动卸压，防⽌其发⽣超压爆炸的⼀种保险装置。超压泄放装置具有这样的性能：当容器在正常的⼯作压⼒下运⾏时，它保证严密不漏，⽽⼀旦容器内压⼒或温度超过允许数值后，它就能⾃动、迅速地排放出容器内部的压⼒介质，从⽽达到快速降低容器内部压⼒的⽬的。
1 超压泄放装置的装设原则
在GB150《钢制压⼒容器》管辖范围内的压⼒容器，TSG R0004《容规》适⽤范围内的压⼒容器，并不是每⼀台容器都必须装设超压泄放装置。只有那些在操作过程中有可能出现超压的容器，才需要单独装设超压泄放装置。在常⽤的压⼒容器中，必须单独装设超压泄放装置的有以下⼏种: 1)液化⽓体储罐；2)⾼分⼦聚合容器；3)压缩机附属⽓体储罐；4)放热或分解等化学反应的反应容器；5)⽤热载体加热使器内液体蒸发⽓化的换热容器；6)直接受⽕焰加热的压⼒容器。上述与压⼒源连通的容器，若在压⼒源出⼝管线上装设超压泄放装置，且得到可靠控制的，则压⼒容器本体上可不装设超压泄放装置。但在计算泄放装置的泄放量时，应把容器间的连接管道包括在内。
2 超压泄放装置安全泄放量的计算
防⽌超压容器允许的超压限度，必须使泄放装置额定泄放量⼤于等于容器的安全泄放量。容器的安全泄放量系指容器内的介质压⼒在达到规定的泄放压⼒或爆破压⼒值时，为保证其压⼒不再继续升⾼⽽在单位时间内所必须泄放的介质量。计算容器的安全泄放量需按可能发⽣的最不利情况考虑，对于不同的压⼒容器应按不同的⽅法确定其安全泄放量。限于篇幅有限，关于泄放量的计算请参见GB150.1-2011《压⼒容器第1部分：通⽤要求》附录B。
爆破片3 超压泄放装置的类型及特点
超压泄放装置按其结构形式可以分为阀型（安全阀）、断裂型（爆破⽚）和组合型（爆破⽚+安全阀）
等⼏种。
3.1阀型超压泄放装置
阀型超压泄放装置就是常⽤的安全阀，当容器或系统中的介质压⼒升⾼到开启压⼒时，它能够⾃动开启，随之将介质排放，以防⽌容器或系统超压。当压⼒恢复正常后，阀门⾃动关闭，并恢复密封，防⽌介质排出。其特点是该装置可以多次使⽤，能随压⼒的变化⽽⾃动启闭，泄压后器内介质损失较⼩。其缺点是密封性能较差，在正常⼯作压⼒下，也常常会有轻微的泄漏。开启时常有滞后现象，当器内压⼒增长过快时，泄压速度满⾜不了要求。当容器内的⼀些物料使阀⼝堵塞或阀瓣粘住时，该装置不能及时泄压。
3.2断裂型超压泄放装置
常⽤的断裂型超压泄放装置为爆破⽚，是⼀种⼀次性超压泄放装置，其动作惯性⼩，在压⼒迅速增长达到规定值的情况下能及时脱落或爆破，迅速泄压，从⽽保护容器不发⽣超压变形或爆炸。经常⽤于易爆、有毒介质或反应速度随温度升⾼⽽容积急剧增加、⽓体压⼒迅速增加的反应容器上。如上所述的爆破⽚装置虽然是⼀种爆破后不能重新闭合的泄放装置，但与安全阀相⽐，它有三个特点：⼀是可以做到完全密封；⼆是泄压时反应迅速，泄压时动作滞后的惯性⼩；三是⽓体内所含的污物对它的影响较⼩。其缺点是它在完成泄压后不能继续使⽤，容器或系统需要更换新的爆破⽚。并且爆破元件长
期处于⾼应⼒状态，容易因疲劳⽽过早失效，因⽽寿命较短。
3.3组合型超压泄放装置
组合型超压泄放装置实际上就是阀型和断裂型的组合装置。常见的有弹簧式安全阀和爆破⽚的组合型。这种由安全阀和爆破⽚组合⽽成的泄压装置同时具有阀型和断裂型的优点，它既可防⽌单独使⽤安全阀时发⽣的泄漏，⼜可以在完成排放过⾼压⼒的动作后恢复容器的继续使⽤。组合装置中的爆破⽚可根据不同的需要，设置在安全阀的⼊⼝或出⼝侧。前者可使⼯艺介质与安全阀隔开，以免安全阀直接被腐蚀。正常⼯作时，由爆破⽚来保证密封，超压时，爆破⽚爆破以后，通过安全阀泄压后复位可减少⼯艺介质流失。这种结构要求爆破⽚破裂后的泄放⾯积⼤于安全阀的进⼝⾯积，并保证爆破⽚碎⽚不影响安全阀的正常动作。当爆破⽚装在安全阀的出⼝侧时可以防⽌安全阀因泄漏造成环境污染，⽽爆破⽚不与介质接触，也可以延长爆破⽚寿命，并且更换爆破⽚也⾮常⽅便。下⾯的表格简洁的表述了三种超压泄放装置类型的优缺点⽐较：
表1 不同阀的优缺点
4 安全阀及爆破⽚的结构及分类
4.1安全阀的结构及分类
安全阀主要是由阀座、阀瓣及加载机构组成。阀瓣始终承受加载机构施加的作⽤⼒（F1）和容器内介质施加的反向压⼒(F2)。在规定的⼯作压⼒范围内，当F1＞F2时，阀瓣紧压着阀座，设备内介质⽆法排出。当设备内的压⼒超过规定的⼯作压⼒并达到安全阀的开启压⼒时，即F1＜F2时，阀瓣离开阀座，安全阀开启，开始泄放。经过⼀段时间的泄放，容器内压⼒下降⾄正常⼯作压⼒，此时F1＞F2，阀瓣⼜紧压着阀座，安全阀关闭。安全阀就是通过作⽤在阀瓣上的两个⼒来使它开启或关闭以达到超压泄放，维护容器安全运⾏的⽬的。
安全阀按其整体结构可分为弹簧式、重锤式和脉冲式（先导式）三种。
4.2爆破⽚的结构及分类
按照爆破⽚被破坏时的受⼒形式可以将爆破⽚分为拉伸型、压缩型、剪切型以及弯曲型：1）拉伸型爆破⽚⼜称正拱形爆破⽚（图1），安装时将具有延性的⾦属膜⽚先曲成球⾯，拱的凹⾯处于压⼒系统的⾼压侧，动作时，该压⼒敏感元件发⽣拉伸破裂。2）压缩型爆破⽚⼜称反拱形爆破⽚（图2），压⼒敏感元件呈反拱形，安装时，拱的凸⾯处于压⼒系统的⾼压侧，动作时，该压⼒敏感元件发⽣压缩失稳翻转，随即被装设在它上⾯的⼑刃触破，或膜⽚⾃⾏脱落弹出。
图1 图2
3）剪切型的爆破元件通常是⾦属平板，平板的中间部分加厚，夹持边缘局部削弱，这样就形成了剪切⼝，动作时⾦属平板被夹持锐边切断，形成超压泄放。4）弯曲型爆破⽚通常采⽤较厚的脆性材料（铸
铁或⽯墨）加⼯制成。正常⼯作时承受弯曲和剪切作⽤，动作时脆断泄压。下表给出了爆破⽚⼏种类型在各⽅⾯的⽐较：
表2 不同类型抱爆破⽚⽐较
5 安全阀与爆破⽚的组合装置
5.1串联组合装置
1）将爆破⽚安装在安全阀的⼊⼝端（图3），这种配置兼有两者优点，起到安全、经济的效果，爆破⽚与安全阀之间需设置压⼒表和截⽌阀，以便判断爆破⽚是否破裂或渗漏。2）将爆破⽚安装在安全阀的出⼝端（图4），这种配置要求容器内的介质是清洁的，不含有胶着
以下为安全阀选⽤时的常⽤原则：1）对于易燃、毒性为极度或⾼度危害的介质，必须采⽤封闭式安全阀，如需带有提升机构，则需采⽤封闭式带扳⼿安全阀；2）对于开启压⼒⼤于
3MPa的蒸汽⽤安全阀或介质温度超过325°C的⽓体⽤安全阀，应采⽤带散热器的安全阀；3）当安全阀有可能承受背压是变动的且变动量超过10%的，开启压⼒时，应选⽤带波纹管的安全阀；4）对空⽓、60℃以上热⽔或蒸汽等⾮危害介质，则应采⽤带扳⼿安全阀；5）根据介质特性选合适的安全阀材料；6）对于泄放量⼤的⼯况，应选⽤全启式；对于⼯作压⼒稳定，泄放量⼩的⼯况，宜选⽤微启式；对于⾼压、泄放量⼤的⼯况，宜选⽤脉冲式安全阀；7）⼯作压⼒低的固定式容器，可采⽤静
重式或杠杆重锤式安全阀；8）移动式设备应采⽤弹簧式安全阀，并根据使⽤的压⼒来选⽤弹簧等级；9）液化槽(罐)车，应采⽤内置式安全阀；10）对于介质较稠且易堵塞的，宜选⽤安全阀与爆破⽚组合的泄放装置。
6.2爆破⽚的选⽤原则
通常在下述的⼏种⼯况下均需使⽤爆破⽚装置：1）⾼压、超⾼压容器；2）当容器需要更⼤泄放⾯积和泄放量时；3）⽓体介质毒性程度为极度或⾼度危害或盛装贵重介质的压⼒容器；4）介质腐蚀性较强的容器；5）介质由于化学反应会使器内压⼒急剧升⾼的容器；6）介质中含有较多的粘稠性或粉末状、浆糊状物料的设备；7）发⽣蠕变、疲劳的容器；8）由于某些原因不允许存在微量泄漏的容器。
6.3安全阀和爆破⽚的装设要求
TSG R0004《容规》中第七章安全附件对于安全阀的安装要求已经叙述的⽐较详细，这⾥就不在复述。。
爆破⽚的装设时⼀些要求：1）爆破⽚装置应设置在容器顶部与容器液⾯以上的⽓相空间相连通。通常在爆破⽚装置的进⼝处设置截⽌阀，以便爆破后切断⽓流，更换爆破⽚，截⽌阀处于全开状态，并加铅封。2）根据爆破⽚的形式，注意安装⽅向：拉伸型爆破⽚凸⾯朝向排放侧；压缩型爆破⽚凹⾯朝向排放侧，爆破⽚表⾯应⽆裂纹、锈蚀、微孔、⽓泡及夹渣，不应存在可能影响爆破性能的划伤等。3）爆破⽚与夹持器必须正确配合，保证爆破⽚夹正和均匀夹紧，压紧⼒应适中。压紧⾯不得有损伤和异物，否则引起泄露。4）对易燃、毒性程度为极度、⾼度、中度危害介质的压⼒容器，应在爆破⽚的排出⼝装设导管，将排放介质引⾄安全地点，并进⾏妥善处理，不得直接排⼊⼤⽓。
7 结束语
压⼒容器⼴泛应⽤于⼯业、民⽤、军事等多个部门和科学研究领域，作为其安全附件的超压泄放装置，它的作⽤是不容忽视的，如何合理选择有效的泄放装置关系到整个⼯业⽣产的安全。因此我们应加强学习，熟练掌握它们的常⽤结构和选⽤原则等⽅⾯知识，为⽇后的压⼒容器设计⼯作打下良好基础。
参考⽂献
[1] GB150.1-2011，压⼒容器第1部分：通⽤要求
[2] TSG R0004-2009，固定式压⼒容器安全技术检查规程。
[3] GB 567-1999 爆破⽚及爆破⽚装置
[4] 寿⽐南；吴全龙，浅析GB 150.1—2011附录B《超压泄放装置》，压⼒容器，2012（2）
[5] 龚珑; 周⽂军，安全泄放装置的设置、选型与计算，浙江化⼯，2009（09）
作者简介：束从杰，男，（1980.10-），合肥宏⼤环保有限公司，助理⼯程师。
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