带爆破片外置全启式安全阀设计

　　介绍了罐式集装箱泄压用带爆破片的外置全启式安全阀的工作原理、结构特点、主要零部件设计和材料选择。

1、概述

　　目前，罐式集装箱作为移动式压力容器在我国石油和化工等行业中的需求日益增加。根据储运液化气体及特殊介质的需要，设计了在安全阀进口处安装爆破片的外置全启式弹簧安全阀( 以下简称安全阀) 。

2、外置全启式安全阀的工作原理

　　安全阀正常工作时，压力系统由爆破片保证密封。介质与安全阀隔开，避免安全阀弹簧接触介质受到腐蚀。当罐内压力升高超过允许数值时，爆破片爆破，安全阀开启泄压，当压力降低到规定值时，安全阀关闭，罐车可以继续暂运行。当罐车检修时重新装上爆破片，从而保护罐车的安全。

3、外置全启式安全阀的结构特点

　　安全阀通过阀体法兰连接在罐式集装箱上，阀体的进口处连接有爆破片及配件，安全阀与爆破片之间的腔体连接压力表，阀体内腔的下部设置阀瓣组件，阀体内腔的上部设置弹簧托，弹簧托与阀瓣组件之间设置组合弹簧，阀瓣组件上设置阀限位器( 图1) 。

1. 弹簧托 2. 弹簧(小)  3. 阀限位器 4. 弹簧(大) 5. 阀瓣组件 6. 压力表 7. 阀体 8. 爆破片装置 9. 爆破片

图1 安全阀与爆破片串联组合装置

4、外置全启式安全阀的设计

　　4.1、弹簧

　　为改善弹簧性能，用两个直径不同的弹簧同心安装，组成组合弹簧，即采用等变形并列式组合压缩弹簧。组合弹簧承受的载荷较大，为避免支承面的过大扭转和弹簧间的相互嵌入，保持各弹簧的同心度，弹簧做成左旋和右旋。弹簧受载荷后，总变形量与各组合弹簧的变形量相等，总载荷为各组合弹簧所受载荷之和，组合弹簧并紧时高度相等。

　　4.2、密封面比压力

　　介质作用在阀瓣下方( 图2) 。安全阀关闭状态下，作用在密封面上的比压力q密为

图2 阀瓣受力

　　式中qmin———阀门关闭所要求密封面的最小比压力，MPa

　　Q密———安全阀工作时的密封力，N·mm

　　d0———密封面内径，mm

　　b———密封面宽度，mm

　　4.3、材料

　　(1) 根据安全阀的使用温度、工作压力和安装系统内介质的腐蚀情况等阀体选用不锈钢锻造。

　　(2) 考虑材料的抗侵蚀性，阀瓣密封面选用聚四氟乙烯制造，使密封副能在较小的密封比压下保持密封。

　　(3) 弹簧在较高应力下工作，材料表面受力最大，弹簧的综合力学性能及材料表面质量对安全阀性能影响较大，选用硅锰弹簧钢丝。

　　(4) 爆破片型式选为反拱刻痕型，材料选用不锈钢。爆破片泄放量应不小于安全阀泄放量，爆破片爆破后的泄放面积应大于安全阀的进口截面积。爆破片在爆破时不应产生碎片、脱落或火花，以免影响安全阀的正常排放功能。

5、外置全启式安全阀的性能试验

　　爆破片试验的升压速率在≥30s 时间内将装置入口压力升到最小爆破压力的90%，保压≥5s。然后，稳定连续的增加压力直至爆破片爆破或泄放后，观察并记录爆破片爆破压力值。继续升高进口压力，当压力达到安全阀整定压力90% 以后，使升压速率< 0. 01MPa /s。安全阀开启排放后，进口压力降低，安全阀重新回到密封状态，这时压力为密封压力，保压2min。检查阀瓣与阀座的密封性能，无泄漏现象。

6、结语

　　装有爆破片的外置全启式安全阀既有爆破片与安全阀的双重优点，又保证了罐式集装箱的安全运行，特别适用于运输易燃、易爆和剧毒等化工产品。