1、概述

爆破片裝置是一種由壓力差驅(qū)動(dòng)、非重閉式的緊急超壓泄放裝置，可對(duì)壓力容器、壓力管道或其他密閉空間出現(xiàn)超壓或過(guò)度真空時(shí)起到安全保護(hù)的作用。與安全閥相比，爆破片裝置具有泄壓面積大、動(dòng)作靈敏、精度高、密封性好、耐腐蝕和不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，既可單獨(dú)使用，也可與安全閥組合使用。泄壓后爆破片不能繼續(xù)有效使用，容器將被迫停止運(yùn)行。

滿足下列工況之一的承壓設(shè)備，應(yīng)優(yōu)先選用爆破片裝置：

a） 設(shè)計(jì)上不允許承壓設(shè)備內(nèi)流體介質(zhì)泄漏的；

b） 承壓設(shè)備內(nèi)壓力迅速上升，安全閥開(kāi)啟速度不能滿足要求的；

c） 低溫環(huán)境導(dǎo)致安全閥無(wú)法正常工作的；   

d） 流體介質(zhì)粘稠、含有顆粒、易沉淀、結(jié)晶或聚合生成高分子粘稠物等導(dǎo)致安全閥失效的；

e） 泄壓面積過(guò)大或泄放壓力過(guò)高（低）等工況，安全閥不適用的。

圖1 爆破片裝置裝置示意圖（摘自API 520）

爆破片裝置基本結(jié)構(gòu)形式主要分為平板形、正拱形、反拱形及石墨爆破片四大類。實(shí)際上石墨爆破片也屬于平板形爆破片。

爆破片裝置裝置由爆爆破片裝置(或爆破片裝置組件)、夾持器(或支承圈、壓環(huán))等裝配組成，通常安裝在法蘭之間，如圖2所示。當(dāng)爆破片兩側(cè)壓力差達(dá)到預(yù)定溫度下的設(shè)定值時(shí)，爆破片裝置即刻動(dòng)作(破裂或脫落)，泄放出壓力介質(zhì)。夾持器的作用是夾緊和保護(hù)爆破片裝置，以保證爆破壓力穩(wěn)定。

圖2 爆破片裝置裝置安裝結(jié)構(gòu)圖（摘自API 520）

爆破片裝置裝置的設(shè)計(jì)、制造和選用應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：

GB/T 567.1~GB567.4《爆破片裝置安全裝置》  

GB/T 150.1《壓力容器》

GB/T 16918《氣瓶用爆破片裝置安全裝置》

GB/T 20801.6《工業(yè)管道 第6部分：安全防護(hù)》

TSG 21《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

TSG ZF003《爆破片裝置裝置安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

2、材料選用

爆破片裝置材料性能是影響爆破壓力的一個(gè)重要因素，在選用時(shí)既要考慮到材料的最高使用溫度，同時(shí)還得考慮材料對(duì)介質(zhì)的耐腐蝕能力。爆破片裝置所用材料不允許被介質(zhì)腐蝕，需要時(shí)，可在與介質(zhì)接觸的金屬表面上噴涂氟塑料層、或增加氟塑料保護(hù)層作為防腐保護(hù)膜。

當(dāng)爆破片裝置表面有噴涂層或爆破片裝置組件中用氟塑料作密封膜（或襯膜）時(shí)，應(yīng)注意涂層或氟塑料對(duì)最高使用溫度的影響。噴涂層或爆破片裝置組件中使用F4(或PFA)，最高使用溫度為260℃；噴涂層或爆破片裝置組件中使用F46，最高使用溫度為200℃。

表1 爆破片裝置常用材料及適用溫度（摘自GB567.1）

表2 爆破片裝置常用密封膜材料的允許使用溫度范圍（摘自GB567.1）

表3 夾持器材料選用參考

3、結(jié)構(gòu)型式代號(hào)

GB567.3《爆破片安全裝置 第3部分：分類及安裝尺寸》將爆破片分為15種結(jié)構(gòu)型式，不同的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行型式試驗(yàn)許可。爆破片和夾持器型式代號(hào)及舉例說(shuō)明具體見(jiàn)圖3和圖4。

4、爆破片制作允差

影響爆破片動(dòng)作壓力的因素很多，因此允許其制作時(shí)有一定偏差，爆破壓力允差按表4的規(guī)定。有特殊要求時(shí)，也可由制造單位和使用單位或被保護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)單位協(xié)商確定，但不應(yīng)大于表4的規(guī)定。

表4 爆破壓力允差（摘自GB567.1）

5、設(shè)計(jì)爆破壓力

對(duì)爆破片而言，與所保護(hù)的承壓設(shè)備相關(guān)的壓力特性主要有：設(shè)計(jì)爆破壓力、最高標(biāo)定爆破壓力、最低標(biāo)定爆破壓力、最大爆破壓力、最小爆破壓力。

設(shè)計(jì)爆破壓力是根據(jù)承壓設(shè)備的工作條件和相應(yīng)的安全技術(shù)規(guī)范設(shè)定的，在設(shè)計(jì)爆破溫度下爆破片的爆破壓力值，是設(shè)計(jì)人員初始選擇爆破片時(shí)確定的理論值，是所有壓力特性中最基本的一個(gè)。

5.1 各壓力特性之間關(guān)系

體現(xiàn)爆破片性能的壓力特性較多，設(shè)計(jì)人員在選用爆破片時(shí)一定要正確理解各個(gè)壓力特性的含義及其相互之間的關(guān)系，如圖5所示。

5.2 設(shè)計(jì)爆破壓力（最高標(biāo)定爆破壓力）與承壓設(shè)備設(shè)計(jì)壓力之間的關(guān)系

在確定爆破片技術(shù)指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)爆破壓力是一個(gè)特別重要的性能參數(shù)，該參數(shù)選擇高了爆破片不能起到安全保護(hù)的效果，選擇低了容易出現(xiàn)非正常爆破從而影響生產(chǎn)。

表5 歸納了固定式壓力容器與移動(dòng)式壓力容器配置的爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力確定原則（P為容器設(shè)計(jì)壓力）。

表5 爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力Pb的確定

雖然在很多規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中都是以設(shè)計(jì)爆破壓力來(lái)描述與承壓設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的關(guān)系，但需要特別提出的是當(dāng)爆破片制造范圍不為零時(shí)，應(yīng)該以最高標(biāo)定爆破壓力來(lái)代替設(shè)計(jì)爆破壓力；只有在制造范圍為零時(shí)，最高標(biāo)定爆破壓力與設(shè)計(jì)爆破壓力才在數(shù)值上相等。

5.3 最低標(biāo)定爆破壓力與設(shè)備最大工作壓力之間的關(guān)系

最低標(biāo)定爆破壓力的選擇應(yīng)確保在它和設(shè)備工作壓力之間有合適的差值空間，以避免爆片在正常使用時(shí)因疲勞損傷而導(dǎo)致提前失效。差值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)。差值空間需要越大，則說(shuō)明該種結(jié)構(gòu)型式爆破片抗疲勞性能越差。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標(biāo)定爆破壓力之比）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6所示。

表6 典型結(jié)構(gòu)爆破片最大操作比

理清了以上各壓力特性之后，就可以比較科學(xué)合理地確定爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力、制造范圍和爆破壓力允差等參數(shù)了。

6 設(shè)計(jì)爆破溫度

設(shè)計(jì)爆破溫度是與設(shè)計(jì)爆破壓力相對(duì)應(yīng)的定義，兩者之間的值是相互影響的。通常所指的設(shè)計(jì)爆破壓力，即是指在設(shè)計(jì)溫度下爆破片的爆破壓力值。

隨著溫度的變化，金屬材料的強(qiáng)度極限、延伸率及彈性模量都可能發(fā)生變化，從而使爆破片的爆破壓力也發(fā)生變化。由此可見(jiàn)，在最終確定爆破片型號(hào)時(shí)，必須提供爆破溫度，同時(shí)也要求制作廠家在爆破溫度下進(jìn)行爆破試驗(yàn)或提供相應(yīng)的溫度—壓力曲線圖。

試驗(yàn)表明，通常情況下，爆破片爆破壓力隨著溫度的升高而降低，當(dāng)然，降低的程度除了與材料有關(guān)，還與爆破片結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。圖6給出了不同材料時(shí)溫度對(duì)正拱普通型爆破片的爆破壓力影響曲線。

圖6 正拱普通型爆破片溫度-壓力曲線

我們知道，設(shè)計(jì)爆破壓力一般不能超過(guò)承壓設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，而承壓設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力則是與其設(shè)計(jì)溫度相對(duì)應(yīng)的，因此，設(shè)計(jì)爆破溫度的最科學(xué)取值應(yīng)該是被保護(hù)設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度最大值。

工程人員習(xí)慣用介質(zhì)工作溫度作為爆破片設(shè)計(jì)爆破溫度，由于介質(zhì)工作溫度通常不高于設(shè)備設(shè)計(jì)溫度，所以一般是允許的；當(dāng)然，為了盡可能避免爆破片的提前失效，建議還是以設(shè)備設(shè)計(jì)溫度最大值作為爆破片設(shè)計(jì)爆破溫度更合適。

同時(shí)要注意不能將泄放溫度與設(shè)計(jì)爆破溫度等同。泄放溫度是指在泄放狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)的溫度，其值可能遠(yuǎn)低于設(shè)備設(shè)計(jì)溫度最大值（如低溫容器），也可能遠(yuǎn)高于設(shè)備設(shè)計(jì)溫度（如某些容器火災(zāi)時(shí)的泄放），顯然，在有些工況中，泄放溫度下設(shè)備相應(yīng)的承壓能力是不等同于設(shè)計(jì)溫度下的承壓能力的。

7 正拱形爆破片

爆破片預(yù)制成拱形，使用時(shí)凹面接觸介質(zhì)，凸面朝向泄放側(cè)，爆破機(jī)理為強(qiáng)度破壞，動(dòng)作時(shí)爆破片發(fā)生拉伸破裂。常用結(jié)構(gòu)型式有正拱普通型(LP型)、正拱開(kāi)縫型(LF型)、正拱帶槽型(LC型)。

7.1 正拱普通型爆破片（LP）

爆破片為單層拱形膜片，超壓時(shí)拱殼壁厚減薄而被拉伸破壞。技術(shù)特性如下：

適用于氣，液兩種介質(zhì)及爆破壓力較高的工況；

帶托架可以承受背壓（代號(hào)為L(zhǎng)PT）；

最大工作壓力可達(dá)最小爆破壓力的70%；

爆破時(shí)可能產(chǎn)生碎片和火花，不推薦和安全閥串聯(lián)使用；

由于受材料強(qiáng)度的限制，其可加工的爆破壓力范圍有一定局限性。 

爆破片爆破前后效果如圖7所示。

圖7 LP型爆破片爆破前后效果圖

正拱普通型爆破片是爆破片剛問(wèn)世時(shí)的一種較常見(jiàn)的爆破片，是最早出現(xiàn)的一種爆破片結(jié)構(gòu)型式，其爆破壓力可以采用以下公式進(jìn)行估算：

式中：PB，爆破片的爆破壓力，MPa；

          S，爆破片的初始厚度，取坯片厚度，mm；

          D，爆破片的夾持直徑，取夾持器的泄放口徑，mm；

          K，與材料應(yīng)變硬化程度有關(guān)的系數(shù)，K=3～3．8，初步估算可取3．5。

    計(jì)算公式的準(zhǔn)確性受下列因素影響：

    a)材料強(qiáng)度極限的實(shí)測(cè)值；

    b)爆破片夾持邊緣的結(jié)構(gòu)和夾持條件；

    c)溫度影響。可再乘以溫度校正系數(shù)(該系數(shù)須通過(guò)爆破溫度下的爆破試驗(yàn)得出)。

7.2 正拱開(kāi)縫型爆破片（LF）

爆破片為組合式結(jié)構(gòu)，由強(qiáng)度膜和密封膜等零件組成（如圖9所示），對(duì)于需要承受背壓的情況需加一層托架。強(qiáng)度膜和托架上開(kāi)有削弱材料強(qiáng)度的孔和縫（徑向或環(huán)向開(kāi)縫），超壓時(shí)在最小孔距的截面處拉伸破壞。開(kāi)縫尺寸是影響爆破壓力的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。技術(shù)特性如下：

適用于氣，液兩種介質(zhì)及中、低爆破壓力的工況；

帶托架可以承受背壓（代號(hào)為L(zhǎng)FT）；

確定爆破溫度時(shí)，應(yīng)考慮密封膜的適用溫度；

最大工作壓力可達(dá)最小爆破壓力的80%；

爆破時(shí)可能產(chǎn)生碎片和火花，不推薦和安全閥串聯(lián)使用; 

大口徑LF型爆破片可獲得很低的爆破壓力，適用于粉塵泄壓抑爆場(chǎng)合。

爆破效果圖（環(huán)向）如圖8所示：

正拱開(kāi)縫型爆破片LF

圖8 LFT型爆破片爆破前后效果圖

圖9 LFT多層結(jié)構(gòu)示意圖（摘自API 520）

7.3 正拱帶槽型爆破片（LC）

爆破片為單層膜片，凹面或凸面刻有削弱強(qiáng)度的十字槽或環(huán)形槽，超壓時(shí)從刻槽處拉伸破壞?？滩劢Y(jié)構(gòu)和刻槽尺寸是影響爆破壓力的關(guān)鍵因素。技術(shù)特性如下：

適用于氣，液兩種介質(zhì)；

適用于爆破壓力較高的場(chǎng)合；

最大工作壓力可到最小爆破壓力的80%； 

爆破時(shí)不產(chǎn)生碎片，可以和安全閥串聯(lián)使用;

爆破時(shí)沒(méi)有火花。

爆破效果圖（十字槽）如圖10所示：

正拱帶槽型爆破片LC

圖10 LC型爆破片爆破前后效果圖

7.4 正拱形爆破片夾持器

正拱形爆破片相配夾持器可選用平面和錐面等密封型式，爆破壓力較高時(shí)采用錐面密封。夾持器與爆破片組裝后如圖11所示。

圖11 正拱形爆破片裝置示意圖

反拱形爆破片使用時(shí)凸面接觸介質(zhì)，凹面朝向泄放側(cè)，爆破機(jī)理為失穩(wěn)破壞，動(dòng)作時(shí)爆破片發(fā)生壓縮失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，并在刀具或鱷齒等作用下致使其破裂或脫落，優(yōu)良的抗疲勞性能使其當(dāng)之無(wú)愧成為了爆破片主流產(chǎn)品。

影響反拱形爆破片爆破性能的因素很多，對(duì)用戶而言，需要特別注意不能碰撞、損傷爆破片表面，否則會(huì)導(dǎo)致其提前失效。

8 反拱形爆破片

8.1 反拱形爆破片技術(shù)特性

反拱形爆破片具有如下共同技術(shù)性能：

適用于氣相介質(zhì)及氣液混合相介質(zhì)；

承受背壓能力好，無(wú)需托架即可承受全真空；

抗疲勞，可用于有脈動(dòng)壓力場(chǎng)合，最大工作壓力可達(dá)最小爆破壓力的90%；

爆破片的拱面在失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)時(shí)，具有一定的能量，現(xiàn)有的各類反拱爆破片均在一定程度上利用了這一能量，來(lái)達(dá)到致破的目的。如果失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)后未致破，則反拱變正拱，破裂壓力將成倍增加，這是非常危險(xiǎn)的，在工程實(shí)踐中一定要加以避免，比如保持刀和鱷齒的鋒利、不能碰傷爆破片表面等等。

反拱形爆破片由于失穩(wěn)破裂的瞬間需要較大的能量，一般不適用于全液相介質(zhì)工況；當(dāng)用于全液相介質(zhì)時(shí)需有特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

8.2 反拱形爆破片結(jié)構(gòu)類型

常見(jiàn)的反拱形爆破片主要有反拱帶刀型、反拱鱷齒型、反拱帶槽型、反拱開(kāi)縫型、反拱脫落型。

反拱帶刀型爆破片為單層膜片，與帶有刀架的夾持器相配，膜片失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)后靠焊接在夾持器上的刀架使爆破片破裂泄放，爆破時(shí)有火花，不適于易燃易爆介質(zhì)。

反拱帶刀型爆破片示意圖

反拱鱷齒型爆破片由單層膜片與鰐齒環(huán)組合而成，膜片失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)后靠緊貼其上的鱷齒使爆破片破裂泄放，爆破后沒(méi)有碎片，可以和安全閥串聯(lián)使用，但爆破瞬間可能產(chǎn)生火花，不適于易燃易爆介質(zhì)。

 反拱開(kāi)縫型爆破片由帶有鋸齒及壓桿的壓力敏感元件和密封膜組合而成，壓力敏感元件的壓桿失穩(wěn)使組合膜片翻轉(zhuǎn)，密封膜被壓力敏感元件上的鋸齒割裂從而達(dá)到泄放超壓介質(zhì)目的。爆破后沒(méi)有碎片，可以和安全閥串聯(lián)使用，爆破時(shí)不會(huì)產(chǎn)生火花。適合壓力相對(duì)較低的工況。

反拱帶槽型爆破片示意圖

反拱帶槽型爆破片為拱形膜片，拱的凹面刻有十字或環(huán)形削弱槽，失穩(wěn)翻轉(zhuǎn)后爆破片沿刻槽處撕裂泄放。爆破后沒(méi)有碎片，可以和安全閥串聯(lián)使用，爆破時(shí)不會(huì)產(chǎn)生火花。由于削弱槽的作用，可用以壓力相對(duì)較高的工況。

前述的各種反拱形爆破片的技術(shù)性能匯總?cè)缦卤硭尽?/p>

反拱形爆破片與夾持器、法蘭組裝后如下圖所示。

8.3 反拱形爆破片失穩(wěn)壓力計(jì)算

對(duì)于反拱帶刀型和反拱鱷齒型爆破片，失穩(wěn)壓力通?？砂聪率竭M(jìn)行估算：

Pb，失穩(wěn)壓力，MPa；

S0，爆破片原始厚度，mm；

d，爆破片泄放口徑，mm；

H，爆破片預(yù)拱拱高，mm；

K1，材料常數(shù)，MPa，對(duì)于不銹鋼參考值可取20000，對(duì)于鎳為15000，對(duì)于鋁為5000；

A，B，一般情況下A=21，B=0.304。

從以上公式可以看出，爆破片失穩(wěn)壓力與爆破片材料原始厚度的1.65次冪成正比，當(dāng)壓力較高時(shí)材料也較厚，材料太厚則失穩(wěn)后難以立即致破，因此不適合于設(shè)計(jì)爆破壓力過(guò)高的工況。

對(duì)于反拱開(kāi)縫型爆破片和反拱帶槽型爆破片，其爆破壓力還受開(kāi)縫尺寸或刻槽結(jié)構(gòu)的影響。

關(guān)于反拱形爆破片更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考GB/T 14566.2-2011《爆破片型式與參數(shù) 第2部分：反拱形爆破片》。

9 平板形爆破片

平板形爆破片是爆破片出現(xiàn)初期的一種主要產(chǎn)品，爆破機(jī)理為拉伸或剪切破壞，適用于氣相、液相場(chǎng)合。由于其抗疲勞性較差，最大工作壓力僅達(dá)最小爆破壓力的50%，在很多承壓工況下已經(jīng)遭到淘汰，但在某些超低壓、大泄壓面積場(chǎng)景（如粉塵防爆）仍有著不可替代的作用。

主要分為平板普通型、平板開(kāi)縫型、平板帶槽型三種結(jié)構(gòu)型式。

平板普通型爆破片為單層平板形膜片，超壓時(shí)拱殼壁厚減薄而被拉伸破壞，爆破時(shí)可能產(chǎn)生碎片，不推薦和安全閥串聯(lián)使用， 由于受材料強(qiáng)度的限制，其可制作的產(chǎn)品爆破壓力范圍有一定的局限性。

平板帶槽型爆破片為單層平板形膜片，刻有削弱強(qiáng)度的十字槽或環(huán)形槽，超壓時(shí)從刻槽處拉伸破壞。爆破時(shí)不產(chǎn)生碎片和火花，可以和安全閥串聯(lián)使用。       

平板開(kāi)縫型爆破片是一種組合式爆破片，由強(qiáng)度膜和密封膜等零件組成，對(duì)于需要承受背壓的情況需加一層托架。強(qiáng)度膜和托架上開(kāi)有削弱材料強(qiáng)度的孔和縫（徑向或環(huán)向開(kāi)縫），超壓時(shí)在最小孔距的截面處拉伸破壞。爆破時(shí)可能產(chǎn)生碎片，不推薦和安全閥串聯(lián)使用。 

平板開(kāi)縫型爆破片有圓形和矩形兩種。矩形平板開(kāi)縫型爆破片也稱爆破窗，通常用于料倉(cāng)等設(shè)備的粉塵防爆，為了提高爆破窗的疲勞強(qiáng)度，或使其能承受風(fēng)壓的作用，也可將其預(yù)拱成形。

關(guān)于平板形爆破片更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考GB/T 14566.3-2011《爆破片型式與參數(shù) 第3部分：平板形爆破片》。

10 石墨爆破片

石墨爆破片的爆破機(jī)理與平板形爆破片相同，爆破片受壓后由彎曲或剪切而破壞，但由于其材料的特殊性，具有萬(wàn)能的耐腐蝕優(yōu)點(diǎn)，只要不超過(guò)石墨爆破片最高使用溫度（石墨本身可耐2000℃，浸樹(shù)脂后一般為200℃），幾乎適應(yīng)于各種腐蝕介質(zhì)。

石墨爆破片具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

石墨爆破片具有耐腐蝕性能好，適用于各種腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)。

最高使用溫度不大于200℃.

抗疲勞性能好，不易產(chǎn)生蠕變，最大工作壓力可達(dá)最小爆破壓力的80%；

可單獨(dú)安裝在法蘭之間，也可與夾持器配套使用。

爆破時(shí)產(chǎn)生碎片，不能與安全閥串聯(lián)使用。

由于石墨爆破片爆破是可能產(chǎn)生大量碎片，因此應(yīng)在爆破片安全裝置的泄放側(cè)采取預(yù)防措施，防止爆破片爆破后的碎片對(duì)人身及設(shè)備造成危害。另外要提醒的是，石墨材料脆性大，強(qiáng)度低，特別容易損壞，組裝和擰緊時(shí)必須謹(jǐn)慎。

為了提高石墨爆破片的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)可將爆破片嵌入一個(gè)金屬保護(hù)環(huán)的環(huán)槽內(nèi)，再以低強(qiáng)度軟墊片來(lái)作密封件，使石墨不受擠壓。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，GB567國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在型式試驗(yàn)分類時(shí)將其分為可更換式石墨爆破片和不可更換式石墨爆破片（整體式石墨爆破片）兩種，需要分別進(jìn)行型式試驗(yàn)。

關(guān)于石墨爆破片更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考GB/T 14566.4-2011《爆破片型式與參數(shù) 第4部分：石墨爆破片》。

11 爆破片裝置的選用

凡可能存在其最高壓力（應(yīng)充分考慮承壓設(shè)備各種工況及其組合時(shí)可能出現(xiàn)的最高壓力）超過(guò)設(shè)計(jì)壓力或最高允許工作壓力時(shí)，承壓設(shè)備應(yīng)設(shè)置安全泄放裝置。選用安全泄放裝置時(shí)，應(yīng)考慮承壓設(shè)備類型、使用工況和承載介質(zhì)類別、毒性、危險(xiǎn)特性等因素。

常見(jiàn)的安全泄放裝置主要是安全閥和爆破片裝置及兩者的組合。

11.1 安全泄放裝置設(shè)計(jì)步驟

安全泄放裝置設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟如下：

（1）對(duì)容器及相關(guān)壓力系統(tǒng)超壓可能性進(jìn)行分析，確定是否需單獨(dú)設(shè)安全泄放裝置。

（2）根據(jù)介質(zhì)、工藝條件及超壓過(guò)程分析結(jié)果，選擇合適的安全泄放裝置（安全閥或爆破片裝置），確定設(shè)置方案（單個(gè)、多個(gè)、并聯(lián)組合或串聯(lián)組合）。

（3）選擇安全泄放裝置的具體結(jié)構(gòu)型式和材料。

（4）確定安全泄放裝置的動(dòng)作壓力及容器設(shè)計(jì)壓力。

（5）計(jì)算壓力容器安全泄放量及安全泄放裝置需要的排放面積，確定規(guī)格。

（6）進(jìn)行安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)合理性的綜合評(píng)價(jià)，若不合適則返回到第（2）或第（3）、第（4）步驟重新進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

安全閥和爆破片裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于潔凈的或允許少量泄漏的物料以及壓力和溫度波動(dòng)大、比較容易超壓的場(chǎng)合，通?？蓛?yōu)先考慮采用安全閥。很多安全閥不適合的場(chǎng)合則可考慮選用爆破片或爆破片與安全閥的組合，詳見(jiàn)11.2。

11.2 爆破片裝置的選用原則

對(duì)于下列情況，安全閥不能可靠工作或現(xiàn)有產(chǎn)品范圍無(wú)法滿足要求時(shí)，應(yīng)采用爆破片裝置或爆破片裝置與安全閥的組合結(jié)構(gòu)：

壓力上升速度快，使用安全閥來(lái)不及迅速泄壓。例如升壓速度快的化學(xué)反應(yīng)超壓過(guò)程、裝有液化氣的容器遇到火災(zāi)或其他外來(lái)熱源影響發(fā)生超壓。據(jù)介紹，爆破片的動(dòng)作時(shí)間約為0.001s，安全閥約為0.01s。

容易造成閥瓣和閥座粘結(jié)、磨損或腐蝕的介質(zhì)。例如粘度大或低溫凍結(jié)的介質(zhì)，含有固體顆粒或有結(jié)晶物析出的介質(zhì)，腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)。

密封要求高、不允許有微量泄漏的介質(zhì)。例如易燃易爆介質(zhì)、有毒介質(zhì)和貴重介質(zhì)等。

排放面積過(guò)小或過(guò)大的產(chǎn)品、泄放壓力過(guò)高或過(guò)低的產(chǎn)品，有特殊防腐蝕要求并采用貴重金屬制造的產(chǎn)品。

對(duì)于以下情況的承壓設(shè)備，則不建議單獨(dú)選用爆破片裝置：

經(jīng)常超壓工況；

溫度波動(dòng)較大場(chǎng)合；

流體介質(zhì)毒性為極度、高度危害的。

11.3 安全閥與爆破片組合裝置

根據(jù)爆破片裝置與安全閥的連接方式及相對(duì)位置的不同，可分為如下三種組合形式：

爆破片安全裝置串聯(lián)在安全閥入口側(cè)

爆破片安全裝置串聯(lián)在安全閥的出口側(cè)

爆破片安全裝置與安全閥并聯(lián)使用

屬于下列情況之一的被保護(hù)承壓設(shè)備，爆破片裝置可串聯(lián)在安全閥入口側(cè)：

為避免因爆破片的破裂而損失大量的工藝物料或盛裝介質(zhì)的；

安全閥不能直接使用場(chǎng)合（如介質(zhì)腐蝕、不允許泄漏等）的；

承壓設(shè)備中裝運(yùn)毒性程度為極度、高度危害或強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的。

若安全閥出口側(cè)有可能被腐蝕或存在外來(lái)壓力源的干擾時(shí)，可在安全閥出口側(cè)設(shè)置爆破片安全裝置，以保護(hù)安全閥的正常工作。

并聯(lián)的爆破片主要作為安全閥的一種補(bǔ)充，用于降低設(shè)備整體的超壓風(fēng)險(xiǎn)，這樣的設(shè)計(jì)并沒(méi)有克服安全閥相應(yīng)的缺點(diǎn)，但最大的好處是減少了安全閥的使用，降低了成本。屬于下列情況之一的被保護(hù)承壓設(shè)備，可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)爆破片裝置與安全閥并聯(lián)使用：

防止在異常工況下壓力迅速升高的；

作為輔助安全泄放裝置，考慮在有可能遇到火災(zāi)或接近不能預(yù)料的外來(lái)熱源需要增加泄放面積的。

11.4 爆破片裝置串聯(lián)在安全閥入口側(cè)

以上三種組合結(jié)構(gòu)中，爆破片裝置串聯(lián)在安全閥入口側(cè)這種結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)，ISO 4126-3對(duì)這種組合裝置有專門規(guī)定，國(guó)內(nèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也在報(bào)批過(guò)程中。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

爆破片串聯(lián)在安全閥入口側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖（摘自API 520）

當(dāng)爆破片安全裝置安裝在安全閥的入口側(cè)時(shí)，應(yīng)滿足如下要求：

（1）爆破片安全裝置與安全閥組合裝置的泄放量應(yīng)不小于被保護(hù)承壓設(shè)備的安全泄放量；

（2）爆破片安全裝置公稱直徑應(yīng)不小于安全閥入口側(cè)管徑，并應(yīng)設(shè)置在距離安全閥入口側(cè)5倍管徑內(nèi)，且安全閥入口管線壓力損失（包括爆破片安全裝置導(dǎo)致的）應(yīng)不超過(guò)其設(shè)定壓力的3%；

（3）爆破片爆破后的泄放面積應(yīng)大于安全閥的喉徑截面積；

（4）爆破片在爆破時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生碎片、脫落或火花，以免防礙安全閥的正常排放功能；

（5）爆破片安全裝置與安全閥之間的腔體應(yīng)設(shè)置壓力指示裝置、排氣口及合適的報(bào)警指示器，用以檢查爆破片是否滲漏或破裂，并及時(shí)排放腔體內(nèi)蓄積的壓力，避免因背壓而影響爆破片的爆破壓力。

11.5  爆破片裝置的結(jié)構(gòu)型式選擇

選擇確定的爆破片裝置結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)與被保護(hù)承壓設(shè)備的壓力、溫度、流體介質(zhì)等工況相適應(yīng)，具體可參考GB/T 567.2附錄A，并滿足下列要求：

（1）應(yīng)考慮被保護(hù)承壓設(shè)備在正常工作時(shí)，內(nèi)部可能出現(xiàn)的最大工作壓力，應(yīng)保證爆破片最小爆破壓力與承壓設(shè)備工作壓力兩者之間的比例關(guān)系滿足GB/T 567.1附錄B規(guī)定；

（2）對(duì)于易燃易爆流體介質(zhì)，宜選用爆破后不產(chǎn)生碎片及火花的爆破片裝置；

（3）爆破片入口管路可能存在流體介質(zhì)粘接或固體沉淀等因素影響爆破片性能時(shí)，應(yīng)保證選用型式的爆破片與該工況相適應(yīng)。

（4）反拱形爆破片用于全液相介質(zhì)的設(shè)備或管道（發(fā)生超壓時(shí)沒(méi)有氣相空間）時(shí)，應(yīng)選擇適用于全液相的爆破片裝置，以保證爆破片失穩(wěn)爆破能充分開(kāi)啟；

正確選用爆破片裝置是保證承壓設(shè)備安全使用的重要一環(huán)，爆破片裝置雖然是整個(gè)承壓設(shè)備中非常微小的一個(gè)附件，但卻發(fā)揮著非常重要作用。如果選擇的結(jié)構(gòu)型式或技術(shù)參數(shù)與實(shí)際工況不一致，輕則可能頻繁發(fā)生爆破片提前爆破從而影響正常生產(chǎn)，重則可能在超壓時(shí)爆破片不起作用進(jìn)而導(dǎo)致承壓設(shè)備爆炸。

12 泄放能力及排放面積的設(shè)計(jì)計(jì)算

12.1 基本要求

當(dāng)容器發(fā)生超壓而爆破片裝置動(dòng)作后可能出現(xiàn)以下三種情況：

（1）容器壓力立即下降或在很短時(shí)間內(nèi)壓力基本維持不變?nèi)缓笤傧陆担萜鬟_(dá)到的最高壓力小于或等于超壓限制值。

（2）容器壓力先上升再下降，容器達(dá)到的最高壓力小于或等于超壓限制值。

（3）容器壓力繼續(xù)上升，容器達(dá)到的最高壓力超過(guò)超壓限制值。

以上第（1）和第（2）種情況表明爆破片裝置的泄放能力能夠滿足壓力容器安全泄放的要求，第（3）種情況則不能夠滿足安全泄放的要求。

為此定義容器的安全泄放量（safety relieving capacity ofvessel）Ws為：容器超壓時(shí)為控制其壓力在超壓限制值以下，單位時(shí)間內(nèi)從容器中必須排出的介質(zhì)量，并定義爆破片裝置的泄放能力（rated discharge capacity ofrelieving device）W為：在泄放介質(zhì)、泄放壓力及排放面積確定的條件下，單位時(shí)間內(nèi)從爆破片裝置的泄壓口能夠排出的介質(zhì)量。

爆破片裝置泄放能力和排放面積設(shè)計(jì)計(jì)算的基本要求是：一旦容器發(fā)生超壓，泄壓裝置的泄放能力應(yīng)大于或等于容器的安全泄放量，即W≥Ws。

12.2  計(jì)算公式

目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)范中安全閥和爆破片裝置額定泄放量計(jì)算公式基本相同，具體可參考GB150.1附錄B、GB567.2、API520等標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)計(jì)算求出容器安全泄放量Ws后，再根據(jù)泄放能力設(shè)計(jì)計(jì)算的基本要求并利用額定泄放量計(jì)算公式求出所需的排放面積A（見(jiàn)下表），實(shí)際選用的爆破片其最小凈泄放面積（制造廠家提供）應(yīng)大于A。

下表計(jì)算公式使用的前提條件是，爆破片裝置必須滿足如下條件：

     （1）爆破片裝置直接排放至大氣。

     （2）爆破片裝置離容器本體距離不超過(guò)8倍管徑。

     （3）爆破片裝置泄放管道長(zhǎng)度不超過(guò)5倍管徑。

     （4）爆破片裝置上、下游接管的名義直徑不小于爆破片裝置的泄放通徑。

當(dāng)以上條件無(wú)法滿足時(shí)，需采用流體阻力系數(shù)法來(lái)計(jì)算爆破片裝置的泄放能力。

爆破片裝置泄放系數(shù)K（摘自GB567.2）

上表的計(jì)算公式中，需要注意出口側(cè)壓力一般應(yīng)取動(dòng)作后的排放壓力，而非爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力，具體參照12.3的計(jì)算實(shí)例。

12.3 計(jì)算實(shí)例

下面分不同介質(zhì)對(duì)上表計(jì)算公式進(jìn)行舉例說(shuō)明。

13 爆破片裝置的安裝與維護(hù)

爆破片裝置的安裝與維護(hù)是爆破片使用過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而且容易被忽視，工程實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生由于安裝不當(dāng)導(dǎo)致的爆破片失效事故，帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此，有必要對(duì)此進(jìn)行介紹。

13.1 安裝的基本要求

很多規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)超壓泄放裝置（安全閥或爆破片裝置）安裝的基本要求提出了規(guī)定，比如TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》。

以上基本要求可以更直觀地表示成下圖所示。

爆破片安裝基本要求示意圖

13.2 安裝的注意事項(xiàng)

爆破片裝置的安裝注意事項(xiàng)很多，具體可參考GB567.2《爆破片安全裝置 第2部分：應(yīng)用、選擇與安裝》。這里特別提醒以下幾點(diǎn)：

（1）在裝置上、下表面應(yīng)放置密封墊，不要使用易老化或易變形的墊片。對(duì)反拱類爆破片尤其不允許使用橡膠等軟密封墊、或在工作溫度下能軟化變形的密封墊。

（2）把爆破片裝置安裝在出、入口法蘭之間，使夾持器標(biāo)牌上的箭頭指向泄放側(cè)，同時(shí)，爆破片標(biāo)牌上寫(xiě)有“泄放側(cè)”的一側(cè)朝向出口側(cè)。

（3）在上、下法蘭之間小心移動(dòng)爆破片裝置，如果爆破片的拱高超過(guò)上夾持器，安裝時(shí)要格外小心。

13.3 安裝的失效因素

合格的爆破片產(chǎn)品，在現(xiàn)場(chǎng)使用中，由于安裝條件、使用條件及其他一些不確定因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)爆破片提前爆破、開(kāi)裂狀態(tài)不合格、漏氣等現(xiàn)象，需要對(duì)此引起特別重視。

安裝中的以下四種因素經(jīng)常導(dǎo)致爆破片提前失效：

尤其是夾持力不足或不均，將對(duì)爆破片的使用帶來(lái)重大安全隱患。對(duì)于正拱形爆破片，爆破片可能會(huì)沿夾持面抽出，造成爆破片整體脫落，爆破片失效；對(duì)于反拱形爆破片，由于周邊不能保證有效剛性約束，將導(dǎo)致爆破片爆破壓力降低，爆破后開(kāi)裂形態(tài)不合格。

以下不當(dāng)操作容易導(dǎo)致夾持力不足或不均：

出口管道過(guò)長(zhǎng)且支撐不牢導(dǎo)致晃動(dòng)或振動(dòng)易引起爆破片失效，磕碰、損傷也容易導(dǎo)致爆破片失效，因此安裝時(shí)要象愛(ài)護(hù)眼睛一樣愛(ài)護(hù)爆破片。

13.4 爆破片裝置的維護(hù)

TSG ZF003-2011《爆破片裝置安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)爆破片裝置的維護(hù)作了明確規(guī)定，要求使用單位應(yīng)當(dāng)對(duì)爆破片裝置進(jìn)行日常檢查、定期檢查以及定期更換，并且保留爆破片裝置使用技術(shù)檔案。

爆破片是存在使用壽命的，其壽命長(zhǎng)短與使用工況密切相關(guān)，為了避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，爆破片裝置應(yīng)根據(jù)TSG ZF003的相關(guān)要求進(jìn)行定期更換。

13.5 爆破片安裝示例視頻

工程實(shí)踐人員為了能更好理解掌握爆破片裝置安裝注意事項(xiàng)，可觀看以下安裝視頻。

爆破片裝置安裝視頻

原創(chuàng)文章：吳全龍 摘自《安全附件》微信公眾號(hào)