安全阀结构特点

压力容器,泛指在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程,并能承受压力的密闭容器。它被广泛用于石油、化工、能源、冶金、机械、轻纺、医药、国防等工业领域。

一、压力容器基础知识

1.压力容器的操作条件
(1)压力。压力容器的压力可以来自两个方面,一是来自压力容器外,一是来自压力容器内。 压力容器的最高工作压力,对于承受内压的压力容器,是指压力容器在正常使用过程中,容器顶部可能出现的最高压力;对于承受外压的压力容器,是指压力容器在正常使用过程中,夹套顶部可能出现的最高压力。压力容器的设计压力,是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度的压力,亦即标注在铭牌上的容器设计压力,其值不得小于最大工作压力。当容器各部位或受压元件所承受的液柱静压力达到5%设计压力时,则应取设计压力和液柱静压力之和进行该部位或元件的设计计算;装有安全泄放装置的压力容器,其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破压力。容器的设计压力应按GB 150的相应规定确定。
(2)温度。金属温度,系指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下,元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度。 设计温度,系指容器在正常操作情况下,在相应设计压力下设定的受压元件的金属温度,其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度;对于0~C以下的金属温度,则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。容器设计温度(即标注在容器铭牌上的设计介质温度)是指壳体的设计温度。
(3)介质。生产工艺过程所涉及的工艺介质品种繁多,分类方法也有多种。按物质状态分类,有气体、液体、液化气体、单质和混合物等;按化学特性分类,则有可燃、易燃、惰性和助燃四种;按它们对人类毒害程度,又可分为极度危害(I)、高度危害(Ⅱ)、中度危害(Ⅲ)、轻度危害(Ⅳ)四级。 易燃介质:是指与空气混合的爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体,如一甲胺、乙烷、乙烯等。 毒性介质:《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)对介质 性程度的划分参照GB 5044《职业性接触毒物危害程度分级》分为四级。其最高容许浓度分别为:极度危害(I级)< 0.1mg/m3;高度危害(Ⅱ级)0.1~<1.0mg/m3;中度危害(Ⅲ级)1.0~<10mg/m3;轻度危害(Ⅳ级)≥10mg/m3。 压力容器中的介质为混合物质时,应以介质的组成并按毒性程度或易燃介质的划分原则,由设计单位的工艺设计部门或使用单位的生产技术部门决定介质毒性程度或是否属于易燃介质。 腐蚀介质:石油化工介质对压力容器用材具有耐腐蚀性要求。有时是因介质中有杂质,使腐蚀剧烈地增加。腐蚀介质的种类和性质各不相同,加上工艺条件不同,介质的腐蚀性也不相同。这就要求在选用压力容器用材时,除了应满足使用条件下的力学性能要求外,还要具备足够的耐腐蚀性,必要时还要采取一定的防腐措施。

2.压力容器的分类 .
压力容器分类方法很多,为利于安全技术监察和管理,《容规》将压力容器划分为3类。
(1)下列情况之一为第三类压力容器:高压容器;中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV大于等于10MPa·m3);中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV大于等于O.5MPa·m3);低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害的介质,且pV大于等于O.2MPa·m3);高压、中压管壳式余热锅炉;中压搪玻璃压力容器;使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa)的材料制造的压力容器;移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体)、罐式汽车[液化气体运输(半挂)车、低温液体运输(半挂)车、永久气体运输(半挂)车]和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等;球形储罐(容积大于等于50m3);低温液体储存容器(容积大于5m3)。
(2)下列情况之一为第二类压力容器:中压容器;低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质);低压管壳式余热锅炉;低压搪玻璃压力容器。
(3)低压容器为第一类压力容器。

二、安全附件

1.安全阀
安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压阀门。它依靠介质自身的压力排出一定数量的流体,以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值;当容器内的压力恢复正常后,阀门自行关闭,并阻止介质继续排出。安全阀分全启式安全阀和微启式安全阀。根据安全阀的整体结构和加载方式可以分为静重式、杠杆式、弹簧式和先导式等4种。

2.爆破片
爆破片装置是一种非重闭式泄压装置,由进口静压使爆破片受压爆破而泄放出介质,以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值。 爆破片又称为爆破膜或防爆膜,是一种断裂型安全泄放装置。与安全阀相比,它具有结构简单,泄压反应快,密封性能好,适应性强等特点。

3.安全阀与爆破片装置的组合
安全阀与爆破片装置并联组合时,爆破片的标定爆破压力不得超过容器的设计压力。安全阀的开启压力应略低于爆破片的标定爆破压力。 当安全阀进口和容器之间串联安装爆破片装置时,应满足下列条件:安全阀和爆破片装置组合的泄放能力应满足要求;爆破片破裂后的泄放面积应不小于安全阀进口面积,同时应保证使得爆破片破裂的碎片不影响安全阀的正常动作;爆破片装置与安全阀之间应装设压力表、旋塞、排气孔或报警指示器,以检查爆破片是否破裂或渗漏。 当安全阀出口侧串联安装爆破片装置时,应满足下列条件:容器内的介质应是洁净的,不含有胶着物质或阻塞物质;安全阀的泄放能力应满足要求;当安全阀与爆破片之间存在背压时,阀仍能在开启压力下准确开启;爆破片的泄放面积不得小于安全阀的进口面积;安全阀与爆破片装置之间应设置放空管或排污管,以防止该空间的压力累积。

4.爆破帽
爆破帽为一端封闭,中间具有一薄弱断面的厚壁短管,爆破压力误差较小,泄放面积较小,多用于超高压容器。超压时其薄弱面上的拉伸应力达到材料的强度极限发生断裂。由于其工作时通常还有温度影响,因此,一般均选用热处理性能稳定,且随温度变化较小的高强度钢材料(如34crNi3Mo等)制造,其破爆压力与材料强度之比一般为O.2~0.5。

5.易熔塞
易熔塞属于“熔化型”(“温度型”)安全泄放装置,它的动作取决于容器壁的温度,主要用于中、低压的小型压力容器,在盛装液化气体的钢瓶中应用更为广泛。

6.紧急切断阀、减压阀
紧急切断阀是一种特殊结构和特殊用途的阀门,它通常与截止阀串联安装在紧靠容器的介质出口管道上,以便在管道发生大量泄漏时进行紧急止漏;一般还具有过流闭止及超温闭止的性能,并能在近程和远程独立进行操作。紧急切断阀按操纵方式的不同,可分为机械(或手动)牵引式、油压操纵式、气压操纵式和电动操纵式等多种,前两种目前在液化石油气槽车上应用非常广泛。 减压阀是利用膜片、弹簧、活塞等敏感元件改变阀瓣与阀座之间的间隙,当介质通过时产生节流,压力下降而使其减压的阀门。 当调节螺栓向下旋紧时,弹簧被压缩,将膜片向下推,顶开脉冲阀阀瓣,高压侧的一部分介质就经高压通道进入,经脉冲阀阀瓣与阀座间的间隙流入环形通道而进入气缸,向下推动活塞并打开主阀阀瓣,这时高压侧的介质便从主阀阀瓣与阀座之间的间隙流过而被节流减压。同时,低压侧的一部分介质经低压通道进入膜片下方空间,当其压力由于高压侧的介质压力升高而升高到足以抵消弹簧的弹力时,膜片向上推动脉冲阀阀瓣逐渐闭合,使进入气缸的介质减少,活塞和主阀阀瓣向上移动,主阀关小,从而减少流向低压侧的介质量,使低压侧的压力不致因高压侧压力升高而升高,从而达到自动调节压力的目的。

7.压力表、温度计、液位计
(1)压力表。
压力表是指示容器内介质压力的仪表,是压力容器的重要安全装置。按其结构和作用原理,压力表可分为液柱式、弹性元件式、活塞式和电量式四大类。活塞式压力计通常用作校验用的标准仪表,液柱式压力计一般只用于测量很低的压力,压力容器广泛采用的是各种类型的弹性元件式压力计。
(2)液位计。
液位计又称液面计,是用来观察和测量容器内液位位置变化情况的仪表。特别是对于盛装液化气体的容器,液位计是一个必不可少的安全装置。
(3)温度计。
温度计是用来测量物质冷热程度的仪表,可用来测量压力容器介质的温度,对于需要控制壁温的容器,还必须装设测试壁温的温度计。

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