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摘要：在工业生产方面，单独使用爆破片和安全阀是非常普遍的，工业生产环境需要爆破片和安全阀的组合，提高爆破片性能。本文对爆破片与安全阀的串联组合的泄放性能展开了研究。首先简要分析了爆破片和安全阀的排放特性，总结了国内相关研究，比较分析了爆破片与安全阀串联组合的泄放特性，解析了影响爆破片与安全阀串联组合的放出特性的因子，旨在进一步提升工业生产安全。
关键词：爆破片；安全阀；串联组合；泄放特性
爆破片和安全阀是非常常见的过压安全保护装置。过压保护设备的设计聚焦于确定保护设备的泄放系统，以便精确计算泄放口径。爆破片和安全阀可以分别在系列中使用，其中一个可以分开使用。但是，在串联使用爆破片和安全阀的情况下，选择泄放系数是很困难的。在实际工业生产中，几乎所有的情况下，都必须将爆破片和安全阀串联组合。因此，为了更好地选择泄放系数，有必要研究爆破片与安全阀串联组合的泄放特性。
1 爆破片和安全阀的泄放特性分析
1.1 爆破片的泄放特性分析
爆破片是压力容器和管道的重要超压保护装置，爆破片在特定压力和温度下爆破达到泄放压力、保障压力容器或管道的安全。爆破片具有的结构简单、灵敏度和精确度高的优点，具有极强的泄放能力。爆破片对运行环境的适应性能也较高，可在高低温及腐蚀环境下可靠运行，是压力容器或管道可靠的保护装置。爆破片也具有一定的缺点，如无法复原，使用后需更换爆破片；爆破片使用后可能引起物料介质泄漏，造成巨大的浪费。如物料为有毒物质，可对环境和人员产生危害。
1.2 安全阀的泄放特性分析
安全阀属于启闭件，在压力正常情况下，安全阀阀瓣在外力作用下处于闭合状态，当设备或管道内压力超过安全值，安全阀则自动开启，通过向系统外排放介质达到降压效果。安全阀泄放特性的优点在于设备或管道内物料超压后只泄放部分物料，可减少物料损失。同时安被泄放的物料可经泄放管道进入储罐，避免物料浪费。安全阀的灵活性高，在频繁起跳的情况下也能快速恢复正常状态。但是，安全阀泄放特性的缺点也较为明显。一是阀瓣超压后频繁跳动以及阀瓣受物料腐蚀后性能容易下降，导致密闭性不高，容易发生泄漏问题。二是受安全阀自身结构影响，安全阀的泄放特性容易出现滞后问题，无法快速泄放压力。三是安全阀的泄放特性受物料性质影响大，如管道内物料粘性大、聚合性高，或者物料内含有固体或结晶，安全阀容易被堵塞造成失效。四是安全阀结构复杂，制作成本高，影响安全阀大范围应用。
1.3 安全阀的特性
安全阀按其整体结构及加载机构的不同可分为重锤杠杆式弹簧式和脉冲式。重锤杠杆式安全阀是利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力来实现其功能的。它结构简单调整容易而且准确，所加的载荷不会因阀瓣的升高而有较大的增加，且适用于温度较高的场合。但重锤杠杆式安全阀的结构比较笨重，重锤与阀体的尺寸很不相称，用于高压条件下就受到限制，加载机构比较容易振动。另外，它的回座压力一般都较低，有的甚至要降到工作压力70%以下才能密封，对持续生产十分不利。弹簧式安全阀是利用压缩弹簧的力平衡作用在阀瓣上的力来实现其功能的。弹簧式安全阀结构轻便紧凑灵敏度较高安装位置不受限制，且对振动的敏感性差，故可用在移动式的压力容器上。但这种安全阀所加的载荷会随着阀的开启而发生变化，对安全阀的迅速开启很不利。另外，由于长期受高温的影响阀上弹簧的弹力会减少，故不适用于高温的压力容器。
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安全阀的优点是只泄放超压部分的介质，在泄放后容器能很快恢复正常运行。但是安全阀密封性较差，由于阀瓣为机械动作元件，与阀座一起因受频繁启闭腐蚀介质中固体颗粒磨损的影响易发生泄漏。由于弹簧惯性及结构上的原因，阀瓣的开启有滞后现象，不能满足快速泄压的要求。对于粘性介质或有结晶物析出的物料，阀瓣与阀座容易被粘住。
2 爆破片与安全阀串联组合的泄放特性分析
2.1 泄放特性与接管的长度的关系
国内有学者通过研究接管长度与单独安装安全阀泄放系数以及爆破片与安全阀组合泄放系数影响发现，单独使用安全阀泄放时，接管长度的变化可引起泄放压力发生变化，安全阀的泄放系数变化幅度不大，但是基于安全考虑，随着接管长度的增加，安全阀相对应的泄放系数逐渐表现，表明安全阀的泄放效果随着接管长度增加而降低。而对爆破片与安全阀串联组合的泄放系数研究发现，接管长度对泄放系数的影响不明显。在串联组合状态下，接管长度变化并不会引起泄放系数发生明显的变化。另外，爆破片和安全阀串联组合的泄放系数上，多数研究人员认为爆破片与安全阀串联组合泄放系数应选用0.9，而教单独使用爆破片或安全阀而言，串联组合泄放量提高了15%-20%。
2.2 泄放特性与与其它因素的关系
一是爆破片的爆破形态。串联组合泄放系数与爆破片的爆破形态有密切关系，爆破片开度影响泄放系数，爆破片开度越小，对安全阀泄放性能的影响越大，反之则对安全阀泄放性能的影响越小。爆破片爆破形态对泄放系数的影响表明足额和泄放系数与单独安装安全阀的泄放系数向接近。二是其它影响因素。除爆破片的爆破形态以外，爆破片与安全阀串联组合的泄放特性受外界许多因素的影响。例如压力源的出初始力、压力上升速度、安全阀开启高度、泄放时物料状态、管线阻力、爆破片与安全阀的串联方式等。
2.2 爆破片选型
由于双爆破片串联组合泄放装置的结构不同于传统单爆破片结构，因此对内外层爆破片的选用具有不同的要求。内层爆破片与气瓶介质直接接触，需要具有良好的耐腐蚀性能。气瓶在实际使用过程中反复充装，爆破片受到疲劳载荷达到设定爆破压力的60％左右，这就要求爆破片具有良好的耐疲劳性能。而正拱普通型爆破片的最大允许操作比为70％，与实际操作载荷太过于接近。同时要求爆破片开启后尽可能无碎片，避免碰伤外层爆破片，以防引起撞击火花，产生更严重的事故。此外，外层爆破片作为第二道屏障，在内层爆破片异常动作情况下，能够承受足够的压力不动作，而在超压情况下，内层爆破片爆破后，外层爆破片必须及时起爆。
3 结语
综上所述，爆破片和安全阀作为工业生产压力容器或管道的重要保护装置，爆破片与安全阀串联组合使用极大的提高了单独使用爆破片或安全阀泄压的优点，而且串联组合不仅有效地隔离了安全阀与物料，减少安全阀受物料腐蚀的影响。而且安全阀的使用将爆破片爆破后泄放的物料经管道汇集到储罐内，避免物料流失，而且串联组合的泄放量显著提升。
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论文作者:刘双利,王杨
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第23期
论文发表时间:2019/7/22
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