壓縮空氣儲(chǔ)缸安全泄壓裝置的選用

1、壓縮空氣儲(chǔ)缸安全泄壓裝置的選用 摘要：通過(guò)舉例說(shuō)明如何選用壓縮空氣儲(chǔ)缸的安全泄壓裝置。關(guān)鍵詞：安全泄壓裝置；壓縮空氣儲(chǔ)缸；選用安全泄壓裝置是為保證鍋爐、壓力容器安全運(yùn)行，防止它超壓運(yùn)行的裝置。對(duì)于壓力容器，并不要求每一臺(tái)都必須單獨(dú)設(shè)置泄壓裝置，但作為壓氣機(jī)附屬氣體貯罐的壓縮空氣儲(chǔ)缸，如果負(fù)荷調(diào)節(jié)器損壞，則會(huì)造成容器內(nèi)壓力不斷升高，產(chǎn)生安全事故，因此壓氣機(jī)附屬氣體貯罐均要求設(shè)置安全泄壓裝置。本文著重探討壓縮空氣儲(chǔ)缸安全泄壓裝置的選用問(wèn)題。1安全泄壓裝置的類(lèi)型1.1安全泄壓裝置的類(lèi)型及其選型原則安全泄壓裝置按其結(jié)構(gòu)型式分為：閥型、斷裂型、熔化型和組合型等幾種。閥型安全泄壓裝置是最常用的安全泄壓裝置

2、，它是通過(guò)閥的開(kāi)啟排出氣體，以降低設(shè)備內(nèi)的壓力。這種安全泄壓裝置僅僅排泄壓力設(shè)備內(nèi)高于規(guī)定的部分壓力，當(dāng)設(shè)備內(nèi)的壓力降至正常操作壓力時(shí)，它即自動(dòng)關(guān)閉，所以可以避免因設(shè)備超壓而造成的氣體浪費(fèi)和生產(chǎn)中斷，裝置可以重復(fù)使用，安裝調(diào)整也較容易。這類(lèi)安全泄壓裝置的缺點(diǎn)是密封性能較差，即使是合格的安全閥，在正常的工作壓力下也難免有輕微的泄漏。由于彈簧的慣性作用，閥的開(kāi)放有滯后現(xiàn)象，因而泄壓反應(yīng)較慢。另外，安全閥用的介質(zhì)如果是一些不潔凈的氣體時(shí)，閥口就有可能被堵塞或閥瓣被粘住，因此，閥型安全泄壓裝置只適用于那種比較潔凈的氣體介質(zhì)，如空氣、水蒸汽等的設(shè)備，不宜用于具有劇毒性介質(zhì)的設(shè)備，也不能用于器內(nèi)有可能產(chǎn)生

3、劇烈化學(xué)反應(yīng)而使壓力急劇升高的設(shè)備。斷裂型安全泄壓裝置有兩種型式：爆破片、爆破帽。爆破片安全泄壓裝置一般用于中低壓容器；爆破帽安全泄壓裝置多用于超高壓容器。斷裂型安全泄壓裝置是通過(guò)爆破元件在較高壓力下發(fā)生斷裂而排放氣體的。它的密封性能較好，泄壓反應(yīng)較快，氣體中的污物對(duì)裝置元件的動(dòng)作壓力影響較小。但這種泄壓裝置在完成降壓后，元件即不能繼續(xù)使用，容器也得停止運(yùn)行，而且爆破元件在高壓作用下，易產(chǎn)生疲勞損壞，導(dǎo)致元件壽命短。另外，爆破元件的動(dòng)作壓力也不易控制。所以，斷裂型安全泄壓裝置宜用于器內(nèi)因化學(xué)反應(yīng)等升壓速率高或介質(zhì)具有劇毒性的容器，不宜用于液化氣體貯罐。對(duì)于壓力波動(dòng)較大，即超壓機(jī)會(huì)較多的容器也不

4、宜采用。熔化型安全泄壓裝置即常用的易熔塞，它是利用裝置內(nèi)的低熔點(diǎn)合金在較高的溫度下熔化，打開(kāi)通道，使氣體從原來(lái)填充有易熔合金的孔中排放出來(lái)而泄放壓力。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更換容易，較易控制由熔化溫度而確定的動(dòng)作壓力。但在完成降壓作用下也不能繼續(xù)使用，容器要停止運(yùn)行，且因易熔合金強(qiáng)度的限制，泄放面積不能太大。這類(lèi)裝置有時(shí)還可能在不應(yīng)該發(fā)生動(dòng)作的情況下，因合金受壓或其它原因而脫落或熔化，導(dǎo)致發(fā)生意外事故。所以，熔化型泄壓裝置只能用于器內(nèi)氣體壓力完全取決于溫度的小型容器，如氣瓶等。組合型泄壓安全裝置是同時(shí)具有閥型和斷裂型或閥型和熔化型結(jié)構(gòu)的泄放裝置。常見(jiàn)的是彈簧式安全閥與爆破片的串聯(lián)組合，這種泄壓裝置同時(shí)具

5、有閥型和斷裂型的優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種安全泄壓裝置一般用于工作介質(zhì)有劇毒或?yàn)橄∮袣怏w的容器。又因安全閥的滯后作用，它不能用于器內(nèi)升壓速度極高的反應(yīng)容器。1.2安全泄壓裝置的選型原則安全泄壓裝置的選型依據(jù)：裝置的類(lèi)型及型式應(yīng)與工藝條件相適應(yīng)，包括器內(nèi)升壓速率、物料特性、運(yùn)行條件等；裝置的規(guī)格應(yīng)保證能及時(shí)泄出氣體，迅速降壓。為此，要求安全泄壓裝置的排量不得小于容器的安全泄放量。壓縮空氣儲(chǔ)缸內(nèi)介質(zhì)為空氣，升壓速度不高，可以排放于大氣中，所以常用的閥型安全泄壓裝置比較適用，即選用安全閥。2壓力容器的安全泄放量壓力容器的安全泄放量是指壓力容器在超壓時(shí)為保證它的壓力不再升高，在單位時(shí)間內(nèi)所必須泄放的氣量

6、，即：容器在單位時(shí)間內(nèi)由產(chǎn)生氣體壓力的設(shè)備（如壓縮機(jī)、蒸汽鍋爐等）所能輸入的最大氣量；或容器在受熱時(shí)單位時(shí)間內(nèi)器內(nèi)所能蒸發(fā)、分解的最大氣量；或容器內(nèi)部的工作介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在單位時(shí)間內(nèi)所能產(chǎn)生的最大氣量。因此，對(duì)于各種不同的壓力容器應(yīng)分別按不同的方法來(lái)確定其安全泄放量。依據(jù)鋼制壓力容器附錄B的B5.1（a）條，對(duì)壓縮機(jī)貯氣罐和蒸汽罐等容器的安全泄放量，分別取該壓縮機(jī)和蒸汽發(fā)生器的最大產(chǎn)氣（汽）量，即：Ws=HWs壓力容器的安全泄放量；H壓縮機(jī)的排氣量。按固定的往復(fù)活塞空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐表1：儲(chǔ)氣罐的基本參數(shù)，取1.5m3儲(chǔ)氣罐適用的壓縮機(jī)流量為15m3/min，則Ws=15m3/min=15&#

7、215;1.293×60=1163.7kg/h式中1.293kg/m3為空氣的密度。3安全閥3.1安全閥的分類(lèi)安全閥按其整體結(jié)構(gòu)及加載機(jī)構(gòu)的不同可分為重錘杠桿式、彈簧式和脈沖式。重錘杠桿式安全閥是利用重錘和杠桿來(lái)平衡作用在閥瓣上的力來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整容易而且準(zhǔn)確，所加的載荷不會(huì)因閥瓣的升高而有較大的增加，且適用于溫度較高的場(chǎng)合。但重錘杠桿式安全閥的結(jié)構(gòu)比較笨重，重錘與閥體的尺寸很不相稱(chēng)，用于高壓條件下就受到限制，加載機(jī)構(gòu)比較容易振動(dòng)。另外，它的回座壓力一般都較低，有的甚至要降到工作壓力70%以下才能密封，對(duì)持續(xù)生產(chǎn)十分不利。彈簧式安全閥是利用壓縮彈簧的力平衡作用在閥瓣上

8、的力來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)輕便緊湊、靈敏度較高、安裝位置不受限制，且對(duì)振動(dòng)的敏感性差，故可用在移動(dòng)式的壓力容器上。但這種安全閥所加的載荷會(huì)隨著閥的開(kāi)啟而發(fā)生變化，對(duì)安全閥的迅速開(kāi)啟很不利。另外，由于長(zhǎng)期受高溫的影響閥上彈簧的彈力會(huì)減少，故不適用于高溫的壓力容器。一般的彈簧式安全閥可用到200，帶散熱器的彈簧式安全閥則可用到450。脈沖式安全閥是由主閥和輔閥構(gòu)成的，通過(guò)輔閥的脈沖作用帶動(dòng)主閥動(dòng)作。脈沖式安全閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它通常只適用于安全泄放量很大的鍋爐和壓力容器。我們所設(shè)計(jì)的壓縮空氣儲(chǔ)缸，其工作溫度小于50，要求泄壓后持續(xù)工作性能好，所以選用彈簧式安全閥比較適用。安全閥按氣體排放方式的

9、不同，又可分為全封閉式、半封閉式和開(kāi)放式三種。全封閉式安全閥排氣時(shí)，氣體全部通過(guò)排氣管排放，介質(zhì)不能向外泄漏，主要用于介質(zhì)為有毒、易燃?xì)怏w的容器。半封閉安全閥所排出的氣體一部分通過(guò)排氣管排放，另一部分從閥蓋與閥桿之間的間隙漏出，多用在介質(zhì)為不會(huì)污染環(huán)境的氣體的容器上。開(kāi)放式安全閥的閥蓋是敞開(kāi)的，以便彈簧腔室與大氣相通，這樣有利于降低彈簧的溫度，它主要適用于介質(zhì)為蒸汽以及對(duì)大氣不會(huì)產(chǎn)生污染的高溫氣體的容器。壓縮空氣儲(chǔ)缸介質(zhì)如為空氣，可選用開(kāi)放式安全閥。安全閥根據(jù)閥瓣開(kāi)啟的最大高度與閥孔直徑之比來(lái)劃分，可分為微啟式安全閥和全啟式安全閥。全啟式安全閥是指它的閥瓣開(kāi)啟高度已經(jīng)使其簾面積（即閥瓣升起時(shí)，

10、在其密封面之間形成的圓柱面形或圓錐面形通道面積）大于或等于流道面積（閥進(jìn)口端到關(guān)閉件密封面間流道的最小截面積），即閥瓣開(kāi)啟高度hd0/4（d0為流道直徑）。微啟式安全閥開(kāi)啟高度很小，一般不到d0/20，但它制造、維修試驗(yàn)都比較方便，宜用于排量不大、要求不高的場(chǎng)合。綜上所述，同樣的排量，全啟式安全閥的直徑比微啟式的要小得多，采用全啟式安全閥可減小容器的開(kāi)孔尺寸，但全啟式安全閥的回座壓力較低，一般比鍋爐或容器的正常操作壓力低一些，不太適合要求壓力高度穩(wěn)定的容器。所以，鍋爐、高壓容器以及安全泄放量較大而壁厚又不太富裕的中低壓容器最好采用全啟式安全閥。這里壓縮空氣儲(chǔ)缸我們選用全啟式安全閥。3.2安全閥

11、的公稱(chēng)壓力PN安全閥的公稱(chēng)壓力，MPa；P壓力容器的設(shè)計(jì)壓力，MPa；閥體材料在常溫下的許用應(yīng)力，MPa；t閥體材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。由于壓縮空氣儲(chǔ)缸設(shè)計(jì)的壓力為0.77MPa；溫度為60，所以取安全閥的公稱(chēng)壓力為1.0MPa。3.3安全閥的工作壓力級(jí)安全閥的整定壓力（即開(kāi)啟壓力）可通過(guò)彈簧預(yù)緊縮量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但每一根彈簧只能在一定的開(kāi)啟壓力范圍內(nèi)工作，超出該范圍就需要另?yè)Q彈簧。同一公稱(chēng)壓力的閥門(mén)按彈簧設(shè)計(jì)的開(kāi)啟壓力調(diào)整范圍可劃分不同的工作壓力級(jí)。選用安全閥時(shí)，應(yīng)根據(jù)所需開(kāi)啟壓力值，確定閥門(mén)工作壓力級(jí)。根據(jù)鋼制壓力容器附錄B6.2，確定安全閥的開(kāi)啟壓力PW容器的工作壓力；Ps選為

12、0.75MPa。根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)第五章表5-9，取工作壓力級(jí)0.60.8MPa。3.4安全閥的排放面積根據(jù)鋼制壓力容器附錄B6.3安全閥的排放面積：A安全閥的最小排放面積，mm2；Ws容器的安全泄放量，kg/h；C氣體的特性系數(shù)；K安全閥的排放系數(shù)；P0安全閥的出口側(cè)壓力，MPa；Pd安全閥的排放壓力，MPa；M氣體的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；Z氣體在操作溫度壓力下的壓縮系數(shù)；T氣體的溫度，K。由于空氣的絕熱系數(shù)k=1.41，根據(jù)鋼制壓力容器附錄B中表B1，知?dú)怏w的特性系數(shù)C=357，根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程附錄所以選用臨界條件公式。根據(jù)壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程附錄5，全啟式安全閥排放系數(shù)K=0.60.7，取K=0.6?？諝獾臍怏w摩爾質(zhì)量M=2895kg/kmol。根據(jù)鋼制壓力容器附錄B，空氣的壓縮系數(shù)Z=1。氣體的溫度T=273 60=333。則：安全閥的最小排放面積3.5安全閥的公稱(chēng)通徑要確定安全閥的公稱(chēng)通徑，首先必須確定安全閥的閥座喉徑。我們知道，全啟式安全閥閥瓣開(kāi)啟高度hdo/4；鋼簾面積dohdo2/4；安全閥的最小排放面積A=283mm2；則do2/4A，doSQRT(4A/)=18.3mm。根據(jù)化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)