安全閥|爆破片的操作比
1、爆破片的操作比
對(duì)于爆破片裝置，為了避免疲勞損傷，從而導(dǎo)致在操作中出現(xiàn)提前破裂失效，提出了操作比的概念。大部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都是采用操作比（容器預(yù)期最大工作壓力與爆破片最低爆破壓力之比）來(lái)衡量該差值空間大小的。ISO4126-6、GB567.2給出了幾種典型結(jié)構(gòu)爆破片的最大操作比，如表1所示。
表1 典型結(jié)構(gòu)爆破片最大操作比
| 爆破片類型 | 最大操作比 |
| 正拱普通型 | 0.7 |
| 正拱開縫、刻槽型 | 0.8 |
| 反拱形 | 0.9 |
| 石墨爆破片 | 0.8 |
| 平板開縫、刻槽型 | 0.5 |
| 平板開縫、刻槽型 | 0.6 |
1、 表中給出了溫度范圍在15-30℃內(nèi)的最大操作比。 2、 操作比確定應(yīng)考慮各項(xiàng)因素，包括爆破片材料、溫度、壓力循環(huán)或需考慮的振動(dòng)以獲得一較合理的爆破片使用更換周期。 | |
爆破片操作比是科學(xué)合理地確定爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力和爆破壓力允差，進(jìn)而影響被保護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)壓力確定的重要因素。
也可以將操作比理解為設(shè)備工作壓力和爆破片爆破壓力之間的差值空間，空間大小和爆破片材料、爆破片結(jié)構(gòu)類型及操作過(guò)程條件（如溫度、壓力脈動(dòng)等）有關(guān)。需要的差值空間越大，則說(shuō)明該種結(jié)構(gòu)型式爆破片抗疲勞性能越差。
2、安全閥的操作比
對(duì)于安全閥，如果要保證其在正常操作時(shí)避免失效（泄漏、提前開啟等），同樣應(yīng)對(duì)安全閥整定壓力與設(shè)備最大正常工作壓力之間的差值空間作出規(guī)定。為了敘述和理解的方便，不妨將這一技術(shù)要求也定義為安全閥的操作比（設(shè)備正常最大工作壓力與安全閥整定壓力之比，用符合η標(biāo)識(shí)）。
2.1 安全閥操作比的確定原則
安全閥的操作比大小的確定應(yīng)綜合考慮壓力系統(tǒng)工藝要求，安全閥的出廠密封性能試驗(yàn)壓力、安全閥回座壓力、整定壓力（pz）制造允差、被保護(hù)設(shè)備工作壓力（pw）等因素。
（1）應(yīng)考慮到制造偏差下限，工作壓力不能低于最小整定壓力；
（2）密封性能試驗(yàn)壓力應(yīng)高于最大正常工作壓力；
（3）回座壓力一般高于最大正常工作壓力且不小于密封試驗(yàn)壓力。
2.2 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
GB150.1-2012版附錄B對(duì)此有個(gè)原則性規(guī)定：根據(jù)容器的工作壓力pw，確定安全閥的整定壓力pz，一般取pz=（1.05~1.1）pw；當(dāng)pz＜0.18MPa時(shí)，可適當(dāng)提高pz相對(duì)于pw的比值。
為了分析這一規(guī)定的合理性與否，接下來(lái)把產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中（比如GB/T12243-2021）適用于壓力容器的彈簧直接載荷式安全閥密封性能試驗(yàn)壓力、回座壓力及整定壓力偏差匯總?cè)缦?。GB/T12441-2021規(guī)定，對(duì)于壓縮氣體介質(zhì)安全閥的啟閉壓差范圍為整定壓力的2%~15%。
表4 壓力容器和管道用安全閥的整定壓力極限偏差
| 整定壓力（MPA） | 整定壓力極限偏差（MPA） |
| ≤0.5 | ±0.015 |
| ＞0.5 | ±3%整定壓力 |
表8 氣體用安全閥的啟閉壓差(GB/T 12243-2021)
| 整定壓力（MPA） | 啟閉壓差（MPA） |
| ≤0.2 | ≤0.03 |
| ＞0.2 | ≤15%整定壓力 |
表9 液體用安全閥的啟閉壓差(GB/T 12243-2021)
| 整定壓力（MPA） | 啟閉壓差（MPA） |
| ≤0.3 | ≤0.06 |
| ＞0.3 | ≤20%整定壓力 |
表10 密封試驗(yàn)壓力
| 安全閥適用介質(zhì) | 密封試驗(yàn)壓力（MPA） | |
| 整定壓力≤0.3 | 整定壓力＞0.3 | |
| 蒸汽 | 比整定壓力低0.03 | 90%整定壓力或最低回座壓力（取較小值） |
| 氣體 | 比整定壓力低0.03 | 90%整定壓力 |
| 液體 | 比整定壓力低0.03 | 90%整定壓力 |
無(wú)論按GB/T150.1-2012附錄B下限還是上限確定整定壓力，當(dāng)安全閥按GB/T12443-2021進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，結(jié)果都出現(xiàn)密封試驗(yàn)壓力和回座壓力最小值小于工作壓力最大值，如下表所示。
| 工作壓力 | 整定壓力 | 整定壓力標(biāo)定范圍 | 密封試驗(yàn)壓力 | 回座壓力最小值 |
| 1.0MPA | 1.05MPA | 1.019MPA-1.082MPA | 0.945MPA | 0.892MPA |
| 1.0MPA | 1.1MPA | 1.067MPA-1.133MPA | 0.99MPA | 0.935MPA |
顯然，如果按極限取值，標(biāo)準(zhǔn)之間存在一些不協(xié)調(diào)。工程人員在設(shè)計(jì)選用安全閥參數(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮不同標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)聯(lián)性，根據(jù)設(shè)備工作壓力科學(xué)確定整定壓力、密封性能試驗(yàn)壓力、回座壓力。比如上表工況中，為了保證安全閥在實(shí)際工況中不發(fā)生泄漏，安全閥密封壓力和回座壓力應(yīng)滿足：
| 工作壓力 | 整定壓力 | 整定壓力標(biāo)定范圍 | 密封試驗(yàn)壓力 | 回座壓力最小值 |
| 1.0MPA | 1.05MPA | 1.019MPA-1.082MPA | ＞1.0MPA | ＞1.0MPA |
| 1.0MPA | 1.1MPA | 1.067MPA-1.133MPA | ＞1.0MPA | ＞1.0MPA |
2.3 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
ASMEⅧ-1 附錄M關(guān)于容器的工作壓力pw與安全閥的整定壓力pz規(guī)定如下表所示：
| 整定壓力范圍psi | 最小壓差 | 工作壓力最大值 | 整定偏差 | 密封性能試驗(yàn)壓差 | 啟閉壓差 |
| ＜70 | 5psi | ±2psi | Max（10%，5psi） | Max（7%，3psi） | |
| 70-1000 | 10% | ±3% | 10% | ||
| ＞1000 | 7% | ±3% | 5% | ||
| 舉例：100 | 10psi | 90psi | ±3psi | 10psi | 7psi |
| 表中%均以整定壓力為基準(zhǔn) | |||||
上表對(duì)安全閥各性能壓力參數(shù)之間關(guān)系的確定是按不同壓力等級(jí)來(lái)區(qū)分的，但對(duì)于pz<70psi壓力等級(jí)，規(guī)定的最小壓差為5psi，顯得有些跳躍，不合理，個(gè)人認(rèn)為更合理的規(guī)定應(yīng)是：最小啟閉壓差為Max(10%,5psi)。
對(duì)于pz>1000psi壓力等級(jí)，可能出現(xiàn)回座壓力小于密封試驗(yàn)壓力的極端情況，密封性能試驗(yàn)壓差規(guī)定為整定壓力的7%更為合適。
由于是以整定壓力為基準(zhǔn)來(lái)確定最小壓差，與密封試驗(yàn)壓差和回座壓差確定基準(zhǔn)一致，從上表舉例可以看出，最小壓差的規(guī)定與密封壓力和啟閉壓差之間的規(guī)定協(xié)調(diào)性較好。
2.4 GB/T150.1-2012附錄B修訂建議
通過(guò)上述分析，可以發(fā)現(xiàn)，GB/T150.1-2012附錄B關(guān)于安全閥整定壓力與被保護(hù)設(shè)備工作壓力之間的關(guān)系確定仍有待改進(jìn)，考慮到與國(guó)內(nèi)安全閥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性，并結(jié)合ASMEⅧ-1 的相關(guān)規(guī)定，建議可按以下原則進(jìn)行完善：
（1）以整定壓力為基準(zhǔn)確定設(shè)備工作壓力，即引進(jìn)操作壓差或操作比概念；
（2）按不同壓力等級(jí)來(lái)確定安全閥相關(guān)壓力性能參數(shù)；
（3）綜合考慮整定壓力、密封性能試驗(yàn)壓力、回座壓力與工作壓力之間的關(guān)系，對(duì)密封性能試驗(yàn)壓力和回座壓力給出更詳細(xì)的規(guī)定（而不是如GB/T12443中僅給出極限值）。
| 整定壓力范圍psi | 工作壓力最小壓差 | 最大操作比η | 整定壓力制造偏差 | 密封性能試驗(yàn)壓差 | 最大啟閉壓差 |
| ＜0.5 | Max（10%，0.03Mpa） | - | ±0.015Mpa | Max（10%，0.03Mpa） | Max（7%，0.02Mpa） |
| 0.5-6.9 | 10% | 90% | ±3% | ＜10% | |
| ＞6.9 | 7% | 93% | ±3% | ＜7% | |
| 1、表中%均以整定壓力為基準(zhǔn)。2、η=Pw/Pz | |||||
綜合以上考慮，可參考上表來(lái)規(guī)定安全閥的相關(guān)壓力性能參數(shù)。對(duì)于有毒、易爆介質(zhì)，可能需要更大的工作壓力最小壓差。對(duì)于液體用安全閥，當(dāng)啟閉壓差難以滿足7%要求時(shí)，可以適當(dāng)增加壓差。
摘自：安全附件公眾號(hào) 作者：吳全龍