如何选择安全阀和爆破片？

1.安全阀

安全阀是一种超压时能自动泄压的安全附件，它的主要作用是泄压和报警，它属于非破坏型的安全泄放装置。

安全阀通过阀的自动开启排出介质来降低容器内的过高压力。其优点是：只排出压力容器内高于规定值的部分压力，当容器内的压力降到正常压力值时则自动关闭，使压力容器和安全阀重新工作，从而不会使压力容器一旦超压就得把全部介质压力排出而造成浪费和生产中断，安全阀的结构特点使其安装和调整比较容易。它的缺点是密封性较差，即使是比较好的安全阀在正常的工作压力作用下也难免会轻微地泄漏；由于弹簧等惯性作用，阀门的开启有滞后现象，因而泄压反应较慢；当介质不洁净时，阀芯和阀座会粘连，使安全阀达到开启压力而打不开或使安全阀不严密，没达到开启压力就已泄漏。另外，安全阀对压力容器的介质有选择性，它适用于比较洁净的如空气、水蒸气、水等，不宜用于有毒性的介质，更不适用于有可能发生剧烈化学反应而使容器压力急剧升高的介质。

（1）安全阀工作原理

安全阀主要由三部分组成：阀座、阀瓣和加载机构。阀座和座体有的是一个整体，有的组装在一起，与容器连通。阀瓣通常连带有阀杆，紧扣在阀座上。阀瓣上面是加载机构，用来调节载荷的大小。当容器内的压力在规定的工作压力范围之内时，容器内介质作用于阀瓣上的压力小于加载机构施加在它上面的力，两者之差构成阀瓣与阀座之间的密封力，使阀瓣紧压着阀座，容器内气体无法排出；当容器内压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开启压力时，介质作用于阀瓣的力大于加载机构加在它上面的力，于是阀瓣离开阀座，安全阀开启，容器内气体通过阀座排出。如果容器的安全泄放量小于安全阀的排量，器内压力逐渐下降，很快降回到正常工作压力，此时介质作用于阀瓣上的力又小于加载机构施加在它上面的力，阀瓣又紧压阀座，气体停止排出，容器保持正常的工作压力继续工作。安全阀通过作用在阀瓣上的两个力的不平衡作用，使其启闭，以达到自动控制压力容器超压的目的。

（2）安全阀的类型

1）按加载机构分类：

①重锤杠杆式安全阀。

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，其结构如图5-39所示，通过调整重锤在杠杆上的位置或改变重锤的质量来调整校正安全阀的开启压力。

重锤杠杆式安全阀的特点是结构简单，加载恒定，对温度的敏感性小，即调整容易且比较准确，所加载荷不会随阀瓣的升高而显著增大，动作与性能不太受高温的影响。但其结构比较笨重，重锤与阀体的尺寸不相称、阀的密封性能对振动较敏感、阀瓣回座时容易偏斜，回座压力比较低，有的甚至要降到正常工作压力的70%才能保持密封，这对压力容器的持续正常运行是不利的。重锤杠杆式安全阀宜用于高温场合，特别是锅炉和高温容器上。

图5-39 重锤杠杆式安全阀

②弹簧式安全阀。

弹簧式安全阀是利用弹簧被压缩的弹力来平衡作用在阀瓣上的力，其结构如图5-40所示，通过调整螺母来调整安全阀的开启（整定）压力。在弹簧式安全阀中还有带扳手和不带扳手的。扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度，有时也可以用作手动紧急泄压用。

弹簧式安全阀的特点是结构轻便紧凑，灵敏度比较高，安置方位不受限制，对振动不敏感，但其所加的载荷会随着阀的开启而发生变化，阀上的弹簧会由于长期受高温的影响发生应力松弛而使弹簧力减低。弹簧式安全阀宜用于移动设备和介质压力脉动的固定式设备。

③脉冲式安全阀。

脉冲式安全阀亦称先导式安全泄压阀，结构如图5-41所示。它由主阀和辅阀构成，通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作，其结构复杂，通常只适用于安全泄放量很大的锅炉和压力容器。

脉冲式安全阀的优点是变弹簧直接作用为导阀间接作用，提高了动作的灵敏度，而且主阀采用套筒活塞式，双重密封阀座结构，动作精度高，重复性好，回座快，不泄漏，能带高背压排放等。

2）按阀瓣开启高度分类：

图5-40 弹簧式安全阀

a）有提升把手及上、下调节圈 b）无提升把手，有反冲盘及下调节圈

根据阀瓣开启高度的不同，安全阀分为全启式和微启式。

图5-41 脉冲式安全阀

①全启式安全阀。

全启式安全阀的开启高度大于或等于阀座通径的1/4。全启式安全阀的排放面积是阀座喉部最小截面积。其动作过程是属于两段作用式，必须借助一个升力机构才能达到全开启，如图5-40所示。为增加阀瓣的开启高度，装设上、下调节圈。装在阀瓣外面的上调节圈和阀座上的下调节圈在密封面周围形成一个很窄的缝隙，当开启高度不大时，气流两次冲击阀瓣，使它继续升高，但开启高度增大后，上调节圈又迫使气流方向转弯向下，反作用力使阀瓣进一步开启。这种形式的安全阀灵敏度较高，但调节圈位置很难调节适当。近年来制造的全启式安全阀普遍采用反冲盘的结构，与阀瓣活动连接。全启式安全阀主要用于气体介质的场合。

②微启式安全阀。

阀瓣开启高度很小，阀瓣的开启高度为阀座通径的1/40～1/20。由于开启高度小，对这种阀的结构和几何形状要求不像全启式那样严格，设计、制造、维修和试验都比较方便，但效率较低。主要用于液体场合，有时也用于排放量很小的气体场合。

3）按气体排放方式分类：

按气体排放方式可分为全封闭式、半封闭式和开放式三种。

①全封闭安全阀。

全封闭式安全阀排气时，气体全部通过排气管排放，介质不能向外泄漏，主要用于介质为有毒、易燃气体的容器。

②半封闭式安全阀。

半封闭式安全阀所排出的气体一部分通过排气管，也有一部分从阀盖与阀杆间的间隙中漏出，多用于介质为不会污染环境的气体的容器。

③开放式安全阀。

开放式安全阀的阀盖是敞开的，使弹簧腔室与大气相通，这样有利于降低弹簧的温度，主要适用于介质为蒸汽，以及对大气不产生污染的高温气体的容器。

4）按作用原理分类：

按作用原理可以分为直接作用式安全阀和非直接作用式安全阀。

①直接作用式安全阀。

直接作用式安全阀是在工作介质的直接作用下开启的，即依靠工作介质压力的作用克服加载机构加于阀瓣的机械载荷，使阀门开启。这种安全阀具有结构简单，动作迅速，可靠性好等优点。但因为依靠结构加载，其载荷大小受到限制，不能用于高压、大口径的场合。

②非直接作用式安全阀。

这类安全阀可以分为先导式安全阀、带动力辅助装置的安全阀。

先导式安全阀是依靠从导阀排出的介质来驱动或控制的，而导阀本身是一个直接作用式安全阀，有时也采用其他形式的阀门。先导式安全阀适用于高压、大口径的场合。先导式安全阀的主阀还可以设计成依靠工作介质来密封的形式，或者可以对阀瓣施加比直接作用式安全阀大得多的机械载荷，因而具有良好的密封性能，并且它的动作很少受背压的影响。这种安全阀的缺点在于它的可靠性同主阀和导阀有关，动作不如直接作用式安全阀那样迅速、可靠，而且结构较复杂。

带动力辅助装置的安全阀是借助于一个动力辅助装置，在低于正常开启压力的情况下强制安全阀开启。这种安全阀适用于开启压力很接近于工作压力的场合，或需定期开启安全阀以进行检查或吹除粘着、冻结的介质的场合，此外，也提供了一种在紧急情况下强制开启安全阀的手段。

（3）安全阀的选用

选用安全阀时，可由操作压力决定安全阀的公称压力，由操作温度决定安全阀的使用温度范围，由计算出的安全阀的定压值决定弹簧或杠杆的定压范围，根据使用介质决定安全阀的材质和结构形式，再根据安全阀泄放量计算出安全阀的喉径。以下为安全阀选用的一般规则：

1）安全阀形式的选择。(www.xing528.com)

①热水锅炉一般用不封闭带扳手微启式安全阀，蒸汽锅炉或蒸汽管道一般用不封闭带扳手全启式安全阀，E级蒸汽锅炉一般用静重式安全阀。

②水等液体不可压缩介质一般用封闭微启式安全阀，或用安全泄放阀；高压给水一般用封闭全启式安全阀，如高压给水加热器、换热器等。

③气体等可压缩性介质一般用封闭全启式安全阀，如气罐、气体管道等。

④大口径、大排量及高压系统一般用脉冲式安全阀，如减温减压装置、电站锅炉等。

⑤运送液化气的火车槽车、汽车槽车、贮罐等一般用内装式安全阀，如图5-42所示。

⑥油罐顶部一般用液压安全阀，需与呼吸阀配合使用；液化石油气站罐泵出口的液相回流管道上一般用安全回流阀。

⑦井下排水或天然气管道一般用先导式安全阀。

⑧负压或操作过程中可能会产生负压的系统一般用真空负压安全阀。

⑨背压波动较大和有毒易燃的容器或管路系统一般用波纹管安全阀。

⑩介质凝固点较低的系统一般选用保温夹套式安全阀，如图5-43所示。

图5-42 内装式安全阀

图5-43 保温夹套式安全阀

2）安全阀排放量的确定。

在安全阀选用中最关键的问题是它的排放量的选择。在选用安全阀时要求安全阀的额定泄放量W′≥安全泄放量W，只有这样才能保证在容器超压、安全阀开启后能及时把气体排出，避免容器内的压力继续升高。

2.爆破片

爆破片亦称爆破膜，是一种断裂型的安全泄放装置。由于它是利用膜片的断裂来卸放压力的，所以卸压后容器将被迫停止运行。爆破片与安全阀比较有两个特点：一是密封性能好，能完全防止介质泄漏；二是破裂速度快，泄压反应迅速。

（1）爆破片的结构

爆破片的结构比较简单，主要是由一块很薄的爆破片和一副夹持器等组成。爆破片元件是关键的压力敏感元件，要求在标定的爆破压力和爆破温度下能够迅速爆破或脱落。夹持器是固定爆破片元件位置的辅助部件，具有额定的泄放口径。

（2）爆破片的分类

爆破片的分类方式很多，常用的有以下几种分类方式：

1）按破坏时受力变形的基本形式分类：

可分为拉伸破坏型、压缩破坏型、剪切破坏型和弯曲破坏型四种。它们之间的差别主要是膜片的形状和材料不同。

2）按产品的外观分类：

可分为正拱形、反拱形和平板形三种。

①平板形爆破片。

平板形爆破片由塑性金属或石墨制成，前者因壁薄受载后呈凸形引起拉伸破坏，后者则引起剪切或弯曲破坏。这种爆破片用于压力不高及压力较稳定的场合，目前已较少使用。

②普通正拱形爆破片。

普通正拱形爆破片由单层塑性良好的金属制成。膜片在使用前被施加的液压由平面形变成凹形，凹面侧向着介质，容器超载后爆破片拉伸破坏。其结构见图5-44所示。这种爆破片适用于静载中压或高压容器。为了降低其爆破压力并迫使其按设计的开启性能不呈碎片状，在普通爆破片上可设置断裂线，即对其进行刻痕。

③开缝正拱形爆破片（复合爆破片）。

开缝正拱形爆破片由两片曲率相同的普通正拱形爆破片组合而成，凹面侧向着介质。与介质接触的一片由耐介质腐蚀的金属或非金属材料制成，称为密封膜，密封膜通常用PTFE（聚四氟乙烯）制成，不开缝槽。另一片由经激光开槽的金属箔片制成，拱形部分开设若干条穿透的槽隙，槽隙沿径向分布，两端为小孔，通过变动槽孔的疏密可调节爆破片的爆破压力及开启性能。其结构见图5-45所示。这种爆破片适用于中高压静载荷及介质有腐蚀性的容器。

图5-44 普通正拱形爆破片及夹持器

图5-45 开缝正拱形爆破片及夹持器

④反拱形爆破片。

反拱形爆破片由单层塑性金属材料制成，凸面侧向着介质，受载后引起失稳破坏。失稳翻转后被装设在原凹面的刀具切破或整片脱落弹出。其结构见图5-46所示。由于其失稳爆破压力对疲劳不敏感，适用于承受脉动载荷的压力容器。

图5-46 反拱形爆破片及夹持器

（3）爆破片的适用场合

1）不洁净或粘性介质，易使安全阀堵塞，或使阀瓣和阀座粘接。

2）由于化学反应使容器内压力急剧增大，安全阀不能及时泄压。

3）介质为剧毒或昂贵气体，安全阀不能满足防泄漏要求。

4）腐蚀性大的介质，安全阀采用防腐材料成本高。

5）要求有较大排放面积的容器，或超高压容器，或泄放可能性极小的场合。