2021年中級注冊安全工程師《技術(shù)基礎(chǔ)》考點知識:壓力容器安全泄放裝置

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壓力容器安全泄放裝置：

安全泄放裝置是一種保證壓力容器安全運行,超壓時能自動卸壓,防止發(fā)生超壓爆炸的附屬機構(gòu)，是壓力容器的安全附件之一。主要包括安全閥,爆破片,以及兩者的組合裝置。

安全泄放原理及作用主要有兩點：一是正常工作壓力下運行時,保持嚴密不漏;超過限定值時,能自動,迅速地排泄出容器內(nèi)介質(zhì),使容器內(nèi)的壓力始終保持在許用壓力范圍以內(nèi)。二是自動報警作用。因為排放氣體時,介質(zhì)是以高速噴出,常發(fā)出較大的響聲,相當于報警音響訊號。

安全泄放裝置的設(shè)置一般規(guī)定：1.容器裝有泄放裝置時，一般以容器的設(shè)計壓力作為容器超壓限度的起始壓力。需要時，可用容器的最大允許工作壓力作為容器超壓限度的起始壓力。采用最大允許工作壓力時，應(yīng)對容器的水壓試驗、氣壓試驗和氣密性試驗相應(yīng)地取1.25倍、1.15倍和1.00倍的最大允許工作壓力值，并在圖樣和銘牌中注明。2.當容器上安裝一個泄放裝置時，泄放裝置的動作壓力應(yīng)不大于設(shè)計壓力，且該空間的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計壓力的10%或20kPa中的較大值。3.當容器上安裝多個泄放裝置時，其中一個泄放裝置的動作壓力應(yīng)不大于設(shè)計壓力，其他泄放裝置的動作壓力可提高，但不得超壓設(shè)計的4%。該空間的超壓限度應(yīng)不大于設(shè)計壓力的12%或30kPa中的較大值。4.當容器有可能遇到火災(zāi)或接近不能預(yù)料的外來熱源而可能釀成危險時，應(yīng)安裝輔助的泄放裝置，應(yīng)使容器內(nèi)超壓限度不超過設(shè)計壓力的16%。5.有以下情況之一者，可看成是一個容器，只需在危險的空間(容器或管道上)設(shè)置一個泄放裝置。但在計算泄放裝置的泄放量時，應(yīng)把容器間的連接管道包括在內(nèi)。a) 與壓力源相連接的、本身不產(chǎn)生壓力的壓力容器，該容器的設(shè)計壓力達到了壓力源的設(shè)計壓力時。b) 諸壓力容器的設(shè)計壓力相同或稍有差異，容器間采用足夠大的管道連接，且中間無閥門隔斷時。6.同一臺壓力容器，由于有幾種工況而具有兩個以上設(shè)計壓力時，該容器泄放裝置的動作壓力應(yīng)能適用于各種工況下的設(shè)計壓力。8.換熱器等壓力容器，若高溫介質(zhì)有可能泄漏到低溫介質(zhì)而產(chǎn)生蒸汽時，應(yīng)在低溫空間設(shè)置泄放裝置。7.容器內(nèi)的壓力若有可能小于大氣壓力，而該容器不能承受此負壓條件時，應(yīng)裝設(shè)防負壓的泄放裝置。9.一般可任選一種類型的泄放裝置，但符合下列條件之一者，必須采用爆破片裝置。a) 壓力快速增長;b) 對密封有更高要求;c) 容器內(nèi)物料會導(dǎo)致安全閥失效;d) 安全閥不能適用的其他情況;

(二)超壓泄放裝置的設(shè)置：1.應(yīng)將超壓泄放裝置設(shè)置在壓力容器本體或其附屬管線上容易檢查、修理的部位。安全閥的閥體處于垂直方向。2.全啟式安全閥和返拱型爆破片裝置必須裝在氣相空間。用于液體的安全閥出口管工程直徑至少為15mm.。3.容器與泄放裝置之間一般不得設(shè)置中間截止閥。對于連續(xù)操作的容器，可在與泄放裝置之間設(shè)置截止閥專供檢修用。該截止閥應(yīng)具有鎖住機構(gòu)，在容器正常工作期間，截止閥必須處于全開的位置并被鎖住。4.泄放裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強度，能承受該泄放裝置泄放時所產(chǎn)生的反力。

二 安全閥(Safety Valve，又稱泄壓閥Relief Valve)

安全閥是一種安全保護用閥，它的啟閉件受外力作用下處于常閉狀態(tài)，當設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)壓力升高，超過規(guī)定值時自動開啟，通過向系統(tǒng)外排放介質(zhì)來防止管道或設(shè)備內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定數(shù)值。安全閥屬于自動閥類，主要用于鍋爐、壓力容器和管道上，控制壓力不超過規(guī)定值，對人身安全和設(shè)備運行起重要保護作用。常用的安全閥材質(zhì)分為鑄鐵安全閥，鑄鋼安全閥，不銹鋼安全閥，鑄銅安全閥。安全閥是根據(jù)壓力系統(tǒng)的工作壓力自動啟閉，一般安裝于封閉系統(tǒng)的設(shè)備或管路上保護系統(tǒng)安全。當設(shè)備或管道內(nèi)壓力超過安全閥設(shè)定壓力時，自動開啟泄壓，保證設(shè)備和管道內(nèi)介質(zhì)壓力在設(shè)定壓力之下，保護設(shè)備和管道正常工作，防止發(fā)生意外，減少損失。

安全閥的作用：安全閥在系統(tǒng)中起安全保護作用。當系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中的一部分氣體/流體排入大氣/管道外，使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。

安全閥的分類：

安全閥結(jié)構(gòu)主要有兩大類：彈簧式和杠桿式。彈簧式是指閥瓣與閥座的密封靠彈簧的作用力。杠桿式是靠杠桿和重錘的作用力。隨著大容量的需要，又有一種脈沖式安全閥，也稱為先導(dǎo)式安全閥，由主安全閥和輔助閥組成。當管道內(nèi)介質(zhì)壓力超過規(guī)定壓力值時，輔助閥先開啟，介質(zhì)沿著導(dǎo)管進入主安全閥，并將主安全閥打開，使增高的介質(zhì)壓力降低。安全閥的排放量決定于閥座的口徑與閥瓣的開啟高度，也可分為兩種：微啟式開啟高度是閥座內(nèi)徑的(1/15)～(1/20)，全啟式是(1/3)～(1/4)。此外，隨著使用要求的不同，有封閉式和不封閉式。封閉式即排出的介質(zhì)不外泄，全部沿著規(guī)定的出口排出，一般用于有毒和有腐蝕性的介質(zhì)。不封閉式一般用于無毒或無腐蝕性的介質(zhì)。

一按其整體結(jié)構(gòu)及加載機構(gòu)的不同可以分為重錘杠桿式、彈簧式和脈沖式三種。

二按照介質(zhì)排放方式的不同，安全閥又可以分為全封閉式、半封閉式和開放式等三種。三按照閥瓣開啟的最大高度與安全閥流道直徑之比來劃分，安全閥又可分為彈簧微啟封閉高壓式安全閥和彈簧全啟式安全閥兩種。四按作用原理分類可以分為直接作用式安全閥和非直接作用式安全閥。五按壓力是否能調(diào)節(jié)分類，可分為固定不可調(diào)安全閥和可調(diào)安全閥。六按工作溫度分為常溫安全閥和高溫安全閥。

安全閥的操作方法

一 安全閥開啟壓力的調(diào)整

①安全閥出廠前，應(yīng)逐臺調(diào)整其開啟壓力到用戶要求的整定值。若用戶提出彈簧工作壓力級，則按一般應(yīng)按壓力級的下限值調(diào)整出廠。②使用者在將安全閥安裝到被保護設(shè)備上之前或者在安裝之前，必須在安裝現(xiàn)場重新進行調(diào)整，以確保安全閥的整定壓力值符合要求。③在銘牌注明的彈簧工作壓力級范圍內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿改變彈簧壓縮量，即可對開啟壓力進行調(diào)節(jié)。④在旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿之前，應(yīng)使閥進口壓力降低到開啟壓力的 90%以下，以防止旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿時閥瓣被帶動旋轉(zhuǎn)，以致?lián)p傷密封面。⑤為保證開啟壓力值準確，應(yīng)使調(diào)整時的介質(zhì)條件，如介質(zhì)種類、溫度等盡可能接近實際運行條件。介質(zhì)種類改變，特別是當介質(zhì)聚積態(tài)不同時(例如從液相變?yōu)闅庀?，開啟壓力常有所變化。工作溫度升高時，開啟壓力一般有所降低。故在常溫下調(diào)整而用于高溫時，常溫下的整定壓力值應(yīng)略高于要求的開啟壓力值。高到什么程度與閥門結(jié)構(gòu)和材質(zhì)選用都有關(guān)系，應(yīng)以制造廠的說明為根據(jù)。⑥常規(guī)安全閥用于固定附加背壓的場合，當在檢驗后調(diào)整開啟壓力時(此時背壓為大氣壓)，其整定值應(yīng)為要求的開啟壓力值減去附加背壓值。

二 安全閥排放壓力和回座壓力的調(diào)整

①調(diào)整閥門排放壓力和回座壓力，必須進行閥門達到全開啟高度的動作試驗，因此，只有在大容量的試驗裝置上或者在安全閥安裝到被保護設(shè)備上之后才可能進行。其調(diào)整方法依閥門結(jié)構(gòu)不同而不同。②對于帶反沖盤和閥座調(diào)節(jié)圈的結(jié)構(gòu)，是利用閥座調(diào)節(jié)圈來進行調(diào)節(jié)。擰下調(diào)節(jié)圈固定螺釘，從露出的螺孔伸人一根細鐵棍之類的工具，即可撥動調(diào)節(jié)圈上的輪齒，使調(diào)節(jié)圈左右轉(zhuǎn)動。當使調(diào)節(jié)圈向左作逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，其位置升高，排放壓力和回座壓力都將有所降低。反之，當使調(diào)節(jié)圈向右作順時針方向旋轉(zhuǎn)時，其位置降低，排放壓力和回座壓力都將有所升高。每一次調(diào)整時，調(diào)節(jié)：圈轉(zhuǎn)動的幅度不宜過大(一般轉(zhuǎn)動數(shù)齒即可)。每次調(diào)整后都應(yīng)將固定螺釘擰上，使其端部位于調(diào)節(jié)圈兩齒之間的凹槽內(nèi)，既能防止調(diào)節(jié)圈轉(zhuǎn)動，又不對調(diào)節(jié)圈產(chǎn)生徑向壓力。為了安全起見，在撥動調(diào)節(jié)圈之前，應(yīng)使安全閥進口壓力適當降低(一般應(yīng)低于開啟壓力的90%)，以防止在調(diào)整時閥門突然開啟，造成事故。③對于具有上、下調(diào)節(jié)圈(導(dǎo)向套和閥座上各有一個調(diào)節(jié)圈)的結(jié)構(gòu)，其調(diào)整要復(fù)雜一些。閥座調(diào)節(jié)圈用來改變閥瓣與調(diào)節(jié)圈之間通道的大小，從而改變閥門初始開啟時壓力在閥瓣與調(diào)節(jié)圈之間腔室內(nèi)積聚程度的大小。當升高閥座調(diào)節(jié)圈時，壓力積聚的程度增大，從而使閥門比例開啟的階段減小而較快地達到突然的急速開啟。因此，升高閥座調(diào)節(jié)圈能使排放壓力有所降低。應(yīng)當注意的是，閥座調(diào)節(jié)圈亦不可升高到過分接近閥瓣。那樣，密封面處的泄漏就可能導(dǎo)致閥門過早地突然開啟，但由于此時介質(zhì)壓力還不足以將閥瓣保持在開啟位置，閥瓣隨即又關(guān)閉，于是閥門發(fā)生頻跳。閥座調(diào)：《圈主要用來縮小閥門比例，開啟的階段和調(diào)節(jié)排放壓力，同時也對回座壓力有所影響。上調(diào)節(jié)圈用來改變流動介質(zhì)在閥瓣下側(cè)反射后折轉(zhuǎn)的角度，從而改變流體作用力的大小，以此來調(diào)節(jié)回座壓力。升高上調(diào)節(jié)圈時，折轉(zhuǎn)角減小，流體作用力隨之減小，從而使回座壓力增高。反之，當降低上調(diào)節(jié)圈時，回座壓力降低。當然，上調(diào)節(jié)圈在改變回座壓力的同時，也影響到排放壓力，即升高上調(diào)節(jié)圈使排放壓力有所升高，降低上調(diào)節(jié)圈使排放壓力有所降低，但其影響程度不如回座壓力那樣明顯。

三 安全閥鉛封

安全閥調(diào)整完畢，應(yīng)加以鉛封，以防止隨便改變已調(diào)整好的狀況。當對安全閥進行整修時，在拆卸閥門之前應(yīng)記下調(diào)整螺桿和調(diào)節(jié)圈的位置，以便于修整后的調(diào)整工作。重新調(diào)整后應(yīng)再次加以鉛封。

故障消除方法(1)排放后閥瓣不回座。這主要是彈簧彎曲閥桿、閥瓣安裝位置不正或被卡住造成的。應(yīng)重新裝配。

(2)泄漏。在設(shè)備正常工作壓力下，閥瓣與閥座密封面之間發(fā)生超過允許程度的滲漏。其原因有：閥瓣與閥座密封面之間有臟物?？墒褂锰嵘馐謱㈤y開啟幾次，把臟物沖去;密封面損傷。應(yīng)根據(jù)損傷程度，采用研磨或車削后研磨的方法加以修復(fù);閥桿彎曲、傾斜或杠桿與支點偏斜，使閥芯與閥瓣錯位。應(yīng)重新裝配或更換;彈簧彈性降低或失去彈性。應(yīng)采取更換彈簧、重新調(diào)整開啟壓力等措施。

(3)到規(guī)定壓力時不開啟。造成這種情況的原因是定壓不準。應(yīng)重新調(diào)整彈簧的壓縮量或重錘的位置;閥瓣與閥座粘住。應(yīng)定期對安全閥作手動放氣或放水試驗;杠桿式安全閥的杠桿被卡住或重錘被移動。應(yīng)重新調(diào)整重錘位置并使杠桿運動自如。

(4)排氣后壓力繼續(xù)上升。這主要是因為選用的安全閥排量小于設(shè)備的安全泄放量，應(yīng)重新選用合適的安全閥;閥桿中線不正或彈簧生銹，使閥瓣不能開到應(yīng)有的高度，應(yīng)重新裝配閥桿或更換彈簧;排氣管截有不夠，應(yīng)采取符合安全排放面積的排氣管。

(5)閥瓣頻跳或振動。主要是由于彈簧剛度太大。應(yīng)改用剛度適當?shù)膹椈?調(diào)節(jié)圈調(diào)整不當，使回座壓力過高。應(yīng)重新調(diào)整調(diào)節(jié)圈位置;排放管道阻力過大，造成過大的排放背壓。應(yīng)減小排放管道阻力。

(6)不到規(guī)定壓力開啟。主要是定壓不準;彈簧老化彈力下降。應(yīng)適當旋緊調(diào)整螺桿或更換彈簧。

三 爆破片

爆破片是壓力容器、管道的重要安全裝置。它能在規(guī)定的溫度和壓力下爆破，泄放壓力，保障人民生命和國家財產(chǎn)的安全。

爆破片安全裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏、準確、無泄漏、泄放能力強等優(yōu)點。能夠在粘稠、高溫、低溫、腐蝕的環(huán)境下可靠地工作，還是超高壓容器的理想安全裝置。廣泛用于引進的石油、化工、化肥、醫(yī)藥、冶金、空調(diào)等 大型裝置和國產(chǎn)設(shè)備上。

爆破片工作原理

按照結(jié)構(gòu)型式來分類，爆破片主要有三種，即平板型、正拱型和反拱型。平板型爆破片的綜合性能較差，主要用于低壓和超低壓工況，尤其是大型料倉。正拱型和反拱型的應(yīng)用場合較多。對于傳統(tǒng)的正拱型爆破片，其工作原理是利用材料的拉伸強度來控制爆破壓力，爆破片的拱出方向與壓力作用方向一致。 在使用中發(fā)現(xiàn)，所有的正拱型爆破片都存在相同的局限：爆破時，爆破片碎片會進入泄放管道;由于爆破片的中心厚度被有意減弱，易于因疲勞而提前爆破;操作壓力不能超過爆破片最小爆破壓力的65%。由此導(dǎo)致了反拱型爆破片的出現(xiàn)。這種爆破片利用材料的抗壓強度來控制其爆破壓力，較之傳統(tǒng)的正拱型爆破片，其具有抗疲勞性能優(yōu)良、爆破時不產(chǎn)生碎片且操作壓力可達其最小爆破壓力90%以上的優(yōu)點。細分之下，反拱型爆破片包括反拱刻槽型、反拱腭齒型以及反拱刀架型等。

爆破片的特點

(1)適用于漿狀、有黏性、腐蝕性工藝介質(zhì)，這種情況下安全閥不起作用。(2)慣性小，可對急劇升高的壓力迅速作出反應(yīng)。(3)在發(fā)生火災(zāi)或其他意外時，在主泄壓裝置打開后，可用爆破片作為附加泄壓裝置。(4)嚴密無泄漏，適用于盛裝昂貴或有毒介質(zhì)的壓力容器。(5)規(guī)格型號多，可用各種材料制造，適應(yīng)性強。(6)便于維護、更換。

爆破片的適用場所。(1)工作介質(zhì)為不潔凈氣體的壓力容器。(2)由于物料的化學(xué)反應(yīng)可能使壓力迅速上升的壓力容器。(3)工作介質(zhì)為劇毒氣體的壓力容器。(4)介質(zhì)為強腐蝕介質(zhì)的壓力容器。

四 安全閥與爆破片的組合裝置

安全閥和爆破片組合而成時的泄壓裝置同時具有閥型和斷裂型的優(yōu)點，它即可防止單獨用安全閥的泄漏，又可以在完成排放過高壓力的動作后恢復(fù)容器的繼續(xù)使用。組合裝置的爆破片可根據(jù)不同的需要，設(shè)置在安全閥的入口或出口側(cè)。前者可利用爆破片把安全閥與器內(nèi)的氣體隔離，以防安全閥受腐蝕或被氣體中的污物堵塞或粘住，當容器超壓時，爆破片斷裂，安全閥也開啟，容器降壓后，安全閥再關(guān)閉，容器可以繼續(xù)暫運行，等設(shè)備停機檢修時再裝爆破片。這種結(jié)構(gòu)要求爆破片的斷裂不妨礙后面安全閥的正常動作，而且要求在爆破片與安全閥之間設(shè)置檢查器具，防止它們之間存有壓力，影響爆破片的正常動作。當爆破片裝在安全閥的出口側(cè)時，可以使爆破片免受氣體壓力與溫度的長期作用而疲勞破壞，爆破片則用以補救安全閥的泄漏。這種結(jié)構(gòu)要求將爆破片與安全閥之間的氣體及時排出，否則安全閥即失去作用。

組合型結(jié)構(gòu)安全泄壓裝置一般用于介質(zhì)具有腐蝕性的液化氣體，或劇毒、稀有氣體的容器。由于裝置中的安全閥有滯后作用，不能用于器內(nèi)升壓速度極高的反應(yīng)容器。

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