安全泄压装置与安全泄放量

一、安全泄压装置

引起压力容器超压的原因很多，除了根据不同的原因，从根本上采取措施消除或减少可能引起压力容器超压的各种因素外，装设安全泄压装置是防止过压而发生事故的关键性措施。

1. 安全泄压装置的类型及其特点

安全泄压装置按其结构类型不同可以分为阀型、断裂型、熔化型和组合型。

1）阀型

阀型安全泄压装置就是常用的安全阀，它通过阀的开启排出气体来降低容器内的压力。

（1） 优点。仅排泄压力容器内高于额定的部分压力，当容器内压力降至正常操作压力时，就自动关闭，所以，它可以避免一旦出现超压就把容器内气体全部排出而造成浪费和生产中断；本身可重复使用多次；安装调整比较容易。

（2） 缺点。密封性能差，由于安全阀的阀瓣为机械动作元件，与阀座一起因受频繁起闭、腐蚀、介质中固体颗粒磨损的影响，易发生泄漏；由于弹簧的惯性作用，阀的开启有滞后现象，因此泄压反应较慢，不能满足快速泄压的要求；安全阀接触不洁净的气体介质时，阀口有被堵塞或阀瓣有被粘住的可能。

根据以上特点，阀型安全装置适用于介质比较洁净的气体（如空气、水蒸气等）的容器，不宜用于介质有剧毒或容器内有可能产生剧烈化学反应而使压力急剧升高的容器。

2）断裂型

断裂型安全泄压装置，常见的有爆破片和爆破帽。前者用于中、低压容器，后者多用于超高压容器。这类安全泄压装置是通过爆破元件，在较高的压力下发生断裂而排放气体使容器迅速泄压的。

（1） 优点。密封性能较好，泄压反应较快，气体中的污染物对装置元件的动作影响较小；元件爆破前的正常工作状态完全无泄漏。

（2） 缺点。元件因超压爆破泄压后不能重复使用，容器也因此而停止运行；爆破元件长期在高压力作用下，易产生疲劳损坏，因此元件的寿命短；爆破元件的动作压力不易控制。

断裂型安全泄压装置宜用于容器内因化学反应等升压速率高或介质具有剧毒性的容器；不宜用于液化气体储罐，否则会因元件爆破后泄压失控而造成液化气“爆沸”。另外，压力波动较大、超压机会较多的容器也不宜选用断裂型安全泄压装置。

3）熔化型

熔化型安全泄压装置就是常用的易熔塞。它是利用装置内低熔点合金在较高的温度下熔化，打开通道，使气体从原来填充有易熔合金的孔中排出而泄放压力的。

（1） 优点。结构简单，更换容易，由熔化温度而确定的动作压力较易控制。

（2） 缺点。完成降压作用后不能重复使用，容器停止运行；受易熔合金强度限制，泄放面积不能太大；这类装置有时还可能由于合金受压或其他原因脱落或熔化，致使意外事故发生。

熔化型安全泄压装置只能用于容器内气体压力完全取决于温度的小型压力容器，如液化气体气瓶。

4）组合型

组合型安全泄压装置由两种安全泄压装置组合而成。通常是阀型和断裂型组合，或阀型和熔化型组合，最常见的是弹簧式安全阀与爆破片串联组合。这种类型的安全泄压装置同时具有阀型和断裂型的优点，既可防止阀型安全装置的泄漏，又可以在排放过高的压力以后使容器继续运行。

组合装置的爆破片，可以根据不同的需要设置在安全阀的入口侧或出口侧。将爆破片设置在安全阀入口侧，可以利用爆破片将安全阀与气体隔离，防止安全阀受腐蚀或被气体中的污物堵塞或黏结。当容器超压时，爆破片断裂，安全阀开启后再关闭，容器可以继续暂时运行，待进行容器检修时再装上爆破片。这种结构要求爆破片的断裂不妨碍后面安全阀的正常动作，而且要在安全阀与爆破片之间设置压力检测仪，以防止二者之间有压力影响爆破片的动作（爆破片会因两边存在压差而造成爆破压力超过设定的绝对压力，使容器超压）。爆破片设置在安全阀出口侧，可以使爆破片免受气体压力与温度的长期作用而产生疲劳，爆破片可用于防止安全阀泄漏，这种结构同样要求及时将安全阀与爆破片之间的气体排出，否则安全阀失去作用。

纵观以上四种安全泄压装置，在工业生产中最常用、最普遍的是安全阀。组合型安全装置虽兼备两种以上安全泄压装置的优点（优缺点互补），但由于结构复杂，特别是在使用中必须保持两种泄压装置之间不能存在压力气体，而这点很难做到，所以未能广泛使用，一般只是用于工作介质有剧毒或工作介质为稀有气体的容器，并且由于避免不了安全阀滞后作用的缺点，而不能用于容器内升压速度极高的反应容器。

根据以上介绍，压力容器的本身特性和使用特性决定了其不可避免地在使用、运行过程中存在超压、超温的可能，因此，为了确保容器的正常运行和避免安全事故的发生，在压力容器上必须设置安全附件。

2. 安全泄压装置的基本要求

为使安全附件能真正发挥确保压力容器安全运行的作用，必须对安全附件的设置提出一定的要求。

1）设置原则

（1） 凡《固定式压力容器安全技术监察规程》适用范围内的压力容器，应根据设计要求装设安全泄放装置。压力源来自压力容器外部，且得到可靠控制时，安全泄放装置可以不直接安装在压力容器上。在常用的压力容器中必须单独装设安全泄压装置的有以下几种：

① 液化气体储存容器（通用型液化气瓶除外）。

② 压缩机附属气体储罐。

③ 容器内进行放热或分解等化学反应，能使压力升高的反应容器。

④ 高分子聚合设备。

⑤ 由载热物料加热，使容器内液体蒸发汽化的换热容器。

⑥ 用减压阀降压后进气，且其许用压力小于压力源设备压力的容器。

⑦ 与压力源直通，而压力源处未设置安全阀的容器。

（2） 安全阀不能可靠工作时，应装设爆破片装置，或采用爆破片装置与安全阀装置组合的结构。采用组合结构时，应符合GB 150—2011《压力容器》附录B的有关规定。对串联在组合结构中的爆破片动作时不允许产生碎片。

（3） 对易燃介质或毒性强度为极度、高度或中度危害介质的压力容器，应在安全阀或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。

（4） 压力容器所装设的安全附件必须按国家有关部门的规定和要求进行校验（安装前校验和使用后定期校验）和维护。安全附件的定期检验按照《在用压力容器检验规程》的规定进行。

（5） 安全附件的装设位置，应便于观察（检验）和维修。

2）选用要求

（1） 压力容器安全附件的设计、制造应符合《固定式压力容器安全监察规程》和相应国家标准或行业标准的规定。制造爆破片装置的单位应持有国家质量技术监督局颁发的制造许可证。

（2） 安全阀、爆破片的排放能力，必须大于或等于压力容器的安全泄放量。对于充装处于饱和状态或过热状态的气液混合介质的压力容器，设计爆破片装置应计算泄放口径，确保不产生空间爆炸。

（3） 如果在设计压力容器时采用最大允许工作压力作为安全阀、爆破片的调整依据，则应在设计图样上和压力容器铭牌上注明。

（4） 压力容器的压力表、液面计等应根据压力容器的介质、最高工作压力和温度、黏度等正确选用。

二、安全泄放量

压力容器的安全泄放量是指当压力容器出现超压时，为了保证其压力不再持续升高而在单位时间内所泄放的气量。压力容器安全泄放装置的排放能力应不小于压力容器的安全泄放量，故安全泄放量是决定容器中的安全泄放装置是否有效、能否确保压力容器运行安全的关键。

压力容器的安全泄放量是容器在单位时间内由产生气体压力的设备所能输入的最大气量，或容器在受热时单位时间内所能蒸发、分解的最大气量。因此，对于各种压力容器，应该分别按不同的方法来确定其安全泄放量。

1. 盛装压缩气体或水蒸气的压力容器

用以储存或处理压缩气体、水蒸气的压力容器，由于容器内部不可能产生气体，而且即使容器受到较强的辐射热的影响，容器内气体的压力一般也不至于显著升高。这类压力容器的安全泄放量取决于容器的气体输入量。对压缩机储气罐和蒸汽罐等容器的安全泄放量，分别取该压缩机和蒸汽发生器的最大产气（汽）量，故安全泄放量按下式计算，即：

式中 W s——压力容器的安全泄放量，kg/h；

d——压力容器进料管的内径，mm；

v——压力容器进料管内气体的流速，m/s；

ρ——泄放温度下的介质密度，kg/m3。

如果压力容器有多个进料管，那么d必须是采用所有进料管总流通面积折算出的总内径。对于一般气体，v=10～15 m/s；对于饱和蒸汽，v=20～30 m/s；对于过热蒸汽，v=30～60 m/s。

2. 产生蒸汽的换热设备

安全泄放量按下式计算，即：

式中 W s——压力容器的安全泄放量，kg/h；

Q——输入热量，k J/h；

q——在泄放压力下，液体的汽化热，k J/kg。

3. 盛装液化气体的压力容器

1）有火灾危险环境下的液化气体储罐

当介质为易燃液化气体或位于可能发生火灾的环境下工作的非易燃液化气体时，安全泄放量的计算式如下：

（1） 当无绝热保温层时，安全泄放量按下式计算，即：

（2） 当有完善的绝热保温层时，安全泄放量按下式计算，即：

式中 sW——压力容器的安全泄放量，kg/h；

Ar——容器的受热面积，m2；

F——系数（容器装设在地面以下，用砂土覆盖时，F=0.3；容器装设在地面上时，F=1.0；对设置在大于10 L/（m2·min）的水喷淋装置下时，F=0.6）；

q——在泄放压力下，液体的汽化热，k J/kg；

t——泄放压力下介质的饱和温度，℃；

δ——容器保温层的厚度，m；

λ——650 ℃下绝热材料的热导率，k J/（m·h·℃）。

各种形式的压力容器，其受热面积Ar应分别按下列公式计算。

半球形封头的卧式容器：

椭圆形封头的卧式容器：

立式容器：

球形容器：

或从地平面起到7.5 m高度以下所包含的球壳外表面积，取两者中的较大值。

式中 Do——容器外径，m；

L——卧式容器总长，m；

L′——立式容器内最大液面高度，m。

2）无火灾危险环境下的液化气体储罐

介质为非易燃液化气体的容器，置于无火灾危险的环境下（如储罐周围不存放燃料，或用耐火建筑材料将储罐与其他可燃物料隔离）工作时，安全泄放量可以根据有无隔热保温层分别选用式（8−3）或式（8−4）计算，取不低于计算值的30%。

3）因化学反应使气体体积增大的容器

由于介质的化学反应而使气体的体积增大，其安全泄放量应根据容器内化学反应可能生成的最大气量及反应所需的时间来确定。