爆破片的适用范围与计算举例

2022-10-21

爆破片是一种压力容器、管道的重要安全装置。它能在规定的温度和压力下爆破, 泄放压力, 保障人民生命和国家财产的安全。爆破片安全装置具有结构简单、灵敏、准确、无泄漏、泄放能力强等优点, 并且能够在粘稠、高温、低温、腐蚀等恶略极端环境下可靠地工作。

爆破片装置是不能重复闭合的泄压装置, 由入口处的静压力启动, 通过受压膜片的破裂来泄放压力。它是一次性的泄压装置, 在设定的爆破温度下, 爆破片两侧压力差达到预定值时, 爆破片即可动作 (破裂或脱落) , 并泄放出流体。本文旨在总结爆破片常用的使用场合及使用原则, 以保证今后的化工设计、生产中安全泄压装置使用和提高设计工作效率。

一、使用场合

防爆泄压设施通常包括安全阀、爆破片、防爆帽、防爆门和放空管等, 爆破片是一种超压条件下的安全泄压装置。在生产操作过程中可能会出现超压状态时, 应按照要求配备超压泄放装置。它的作用是侧重于排除设备内的气体、蒸汽或粉尘等发生化学性爆炸时产生的压力。

爆破片的优点是动作响应快, 适合急速升压场合, 及其它一切安全阀不适合使用的超压场合。缺点是通道打开后不能再关闭, 物料全部损失。由于它在完成泄压后不能继续使用, 而且容器也得停止运行, 更换新的, 所以一般只被用于超压可能较小而且不宜装设阀型泄压装置的容器上。

另外, 爆破片也可与其它泄放装置一起联用作为组合型安全泄压装置。这种组合型的泄放装置是一种同时具有间型和断裂型或者是间型和熔化型的泄压装置。常见的有弹簧安全阀和爆破片的组合型。它具有阀型和断裂型的优点, 即能防止阀型安全泄压装置的泄漏, 又可以在排放过高的压力以后使容器继续运行。容器超压时, 爆破片断裂、安全阀开放排气, 待压力降至正常压力时, 安全阀关闭, 容器继续运行。

满足下列情况之一应优先选用爆破片, 或选用爆破片与安全阀进行串联或并联结构:

1.在爆炸或异常反应使压力瞬间急剧上升的场合, 这种场合弹簧式安全阀由于惯性而不相适应, 可使用爆破片或采用爆破片与安全阀并联;

2.生产过程中产生大量沉淀或粘附物、妨碍安全阀正常动作的场合, 安全阀在遇到一些不洁净的气体时阀口有被堵塞或阀瓣有被粘住的可能, 可使用爆破片或爆破片与安全阀串联结构;

3.工艺介质十分贵重或有剧毒, 在工作过程中不允许有任何泄漏, 可采用爆破片与安全阀串联结构;

4.泄放介质有强腐蚀性, 使用安全阀时其价格很高, 可单独使用爆破片或采用普通安全阀与爆破片串联;

5.工作压力很低或很高时, 选用安全阀则其制造比较困难, 可采用爆破片;

6.当使用温度较低而影响安全阀的工作特性, 可采用爆破片;

7.需要较大泄放面积, 可采用爆破片;

8.对于一次性使用的管路系统 (如开车前吹扫的管路放空系统) , 爆破片的破裂不影响操作和生产的场合可, 采用爆破片;

9.为减少爆破片破裂后的工艺介质的损失, 可采用爆破片与安全阀串联结构;

10.对经常超压场合, 可应采用安全阀, 不宜选用爆破片。

二、泄放压力选择

1.爆破片单独使用:爆破片设计爆破压力不应超过设备最大允许工作压力 (MAWP) 或设备设计压力;

2.爆破片与安全阀串联使用:安全阀起跳压力一般应不超过设备的设计压力, 爆破片设计爆破压力不超过安全阀起跳压力。应考虑串联使用对泄放能力的削减作用。

3.爆破片与安全阀并联使用

安全阀起跳压力一般应不超过设备的设计压力, 爆破片的设计爆破压力可超过安全阀起跳压力, 但不超过设备的设计压力。

三、计算举例

爆破片的计算选型流程可按照:1、泄放量计算2、泄放面积计算3、结果圆整、选型。

介质:氯乙烯 (液态) , 受热气化超压, 剧毒危险性介质。

储存容器:干燥罐 (立式) , 设计压力:1.6MPa

根据《石油化工企业职业安全卫生设计规范》 (SH3047-93) 中要求:氯乙烯单体的压力容器超压保护应采用爆破片和安全阀串联。因此在干燥罐上选用爆破片和安全阀串联安全泄放装置。

1.泄放量计算

式中:W-泄放量, kg/h;Hl-泄放条件下的汽化热, k J/kg;-润湿面积, m2;-容器外壁校正系数

查得40oC时氯乙烯的汽化热为17.92 k J/mol, F取1.0。

根据GB150.1附录B, Ar=3.14D0h1=23.10 m2

因此单个排碱罐的泄放量Ws=11.68t/h

2.泄放面积的计算

其中:

Po:0.104 MPa (A) ;Pf:1.65 MPa (A) ;k:1.18;K:0.73 (GB150.1表B.5) ;C:335 (GB150.1表B.4) ;Z:0.265;Tf:40oC;M:62.5

最小泄放面积A=438mm2则经过圆整后则爆破片的泄放口径为DN40。

3.选型

根据氯乙烯的物料特性以及设备的压力要求, 选择反拱刻槽型爆破片。

摘要:爆破片是一种压力容器的安全泄放装置之一, 它广泛地应用在化工设计和化工厂中。本文总结了爆破片使用原则和范围, 并根据实际设计经验举例说明爆破片的计算选型过程。

关键词:爆破片,安全泄放,适用范围

参考文献

[1] 吴泽炜.爆破膜的爆破压力计算[J].化工设备设计, 1994, (4) :1.6.

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