CN110553073A

CN110553073A - 一种超高压爆破片安全泄放装置

Info

Publication number: CN110553073A
Application number: CN201910952836.4A
Authority: CN
Inventors: 杨超; 惠虎
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2019-12-10

Abstract

本发明型针对超高压爆破片安全泄放装置设计结构缺失的问题，利用“Levy‑Mises增量理论”和“有力矩理论”，提出一种承压能力大于等于100MPa，并且密封良好、运行稳定的超高压爆破片安全泄放装置，以此来填补我国超高压爆破片结构设计的空白。为了实现上述目的，设计一种超高压爆破片安全泄放装置，为适合不同使用场合，将超高压爆破片安全泄放装置分为三种结构型式，分别为分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置。分体式超高压安全泄放装置包括上夹持器、压环、超高压爆破片、自紧式透镜密封圈、下夹持器；焊接式超高压爆破片安全泄放装置包括上夹持器、超高压爆破片、下夹持器；悬浮式超高压爆破片安全泄放装置包括上夹持器、超高压爆破片组件、下夹持器。此类设计结构不仅解决了目前超高压容器安全泄放装置缺失的问题，还构成超高压容器安全防护的最后一道屏障，避免了超高压容器内部介质存储及使用过程中出现的危险状况，提高安全性能，方便统一管理。

Description

一种超高压爆破片安全泄放装置

技术领域

本发明型涉及超高压压力容器等化工设备安全防护的技术领域，具体来说是一种超高压爆破片安全泄放装置。

背景技术

压力容器按照压力分类，一般分为四类，压力在1MPa～1.6MPa为低压容器，压力在1.6MPa～10MPa为中压容器，压力在10MPa～100MPa为高压容器，压力在100MPa以上为超高压容器。爆破片安全装置是一种非重闭式压力泄放装置，在设定的爆破温度下，爆破片两侧压力差达到预定值时，爆破片即刻动作，排出容器内的气体介质，使压力下降，防止化工容器发生灾难性的超压，避免重特大安全事故的发生。国外爆破片安全装置已有一百多年的应用历史，应用较为广泛，大部分应用于石油、化工、轻工、医药中的高温、高压设备和管道系统。我国爆破片的发展历史已近40年，在40年中，爆破片从设计、制造、试验等各方面都取得了较大的发展，并形成了一定的规模，产品的研究深度和广度也已接近国外的先进水平。爆破片的设计和选取，需综合考虑使用场合、爆破片型式、爆破片材料、设计爆破温度和设计爆破温度等因素的影响，国内外学者虽然对爆破片安全泄放装置做了大量的学术研究，但是，他们大都是基于薄壁球壳的薄膜理论和等厚度球壳理论提出的压力小于100MPa的爆破片安全泄放装置的方法和结构设计，尚未提出任何一种设计结构解决压力超过100MPa的超高压爆破片安全泄放装置。

发明内容

本发明型针对上述超高压爆破片安全泄放装置设计结构缺失的问题，利用“Levy-Mises增量理论”和“有力矩理论”，提出一种承压能力大于等于100MPa，并且密封良好、运行稳定的超高压爆破片安全泄放装置，以此来填补我国超高压爆破片结构设计的空白。

为了实现上述目的，设计了一种超高压爆破片安全泄放装置，该超高压爆破片安全泄放装置共分为三种结构型式，分别为分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，分体式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、自紧式透镜密封圈、超高压爆破片、压环、上夹持器，焊接式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、超高压爆破片、上夹持器，悬浮式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、超高压爆破片组件、上夹持器。所述分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，在上夹持器顶端开设碎片收集孔，可以将超高压爆破片爆破后的碎片收集在整个装置的腔体内。所述分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，其下夹持器通过螺纹或法兰与压力容器进行连接。所述的分体式超高压爆破片安全泄放装置，其特征在于对爆破片一侧的圆周方向开设梯形沟槽，在下夹持器圆周方向也开设了同样的梯形沟槽，超高压爆破片、自紧式透镜密封圈和下夹持器配合后，可以有效避免超高压爆破片在承受一侧压力的过程中的介质泄露和超高压爆破片抽边。所述的焊接式超高压爆破片安全泄放装置，其特征在于利用气体保护焊的方法将超高压爆破片焊接在下夹持器中，可以有效避免超高压爆破片在承受一侧压力的过程中的介质泄露和超高压爆破片抽边，超高压爆破片爆破后，可将下夹持器与超高压爆破片焊接部分切割掉，再焊接同样的超高压爆破片后可继续使用。所述的悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，其特征在于将超高压爆破片组件带有透镜型式的一端与上夹持器和下夹持器进行配合，可以有效避免超高压爆破片安全泄放装置在使用过程中超高压容器内部介质的泄露，将超高压爆破片组件焊有超高压爆破片的一端悬浮在超高压容器内部，不进行任何连接，超高压爆破片爆破后，可将超高压爆破片组件焊有超高压爆破片的一端切割掉，再焊接同样的超高压爆破片后可继续使用。

本发明型同现有技术相比，其优点在于：

（1）解决了目前超高压容器安全泄放装置缺失的问题，构成超高压容器安全防护的最后一道屏障，避免了超高压容器内部介质存储及使用过程中出现的危险状况，提高安全性能，方便统一管理；

（2）提高了超高压爆破片安全泄放装置的承压能力，将承压能力提高到100MPa以上，具有良好的密封和防抽边性能，并且可以精确控制超高压爆破片安全泄放装置的设计爆破压力，可将设计爆破压力的精度控制在±4%以内；

（3）对于焊接式超高压爆破片安全泄放装置和悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，虽然将超高压爆破片焊接到整个超高压爆破片安全泄放装置中，可超高压爆破片一旦发生爆破，可将其焊接部分切割掉，然后重新焊接新的超高压爆破片，不仅达到节能减耗的目的，这对于节约能源和降低成本同样具有十分重要的意义；

（4）根据现有超高压容器不同的结构型式分别设计成分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置和悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，可以适合不同的使用场合，并且结构简单，制造成本低，有利于推广使用。

[附图说明]

图1是本发明型分体式超高压爆破片安全泄放装置的爆炸示意图；

图2是本发明型分体式超高压爆破片安全泄放装置的纵剖面结构示意图；

图3是本发明型分体式超高压爆破片安全泄放装置中自紧式透镜密封圈的纵剖面结构示意图；

图4是本发明型分体式超高压爆破片安全泄放装置中超高压爆破片的纵剖面结构示意图；

图5是本发明型分体式超高压爆破片安全泄放装置中上夹持器的结构示意图；

图6是本发明型焊接式超高压爆破片安全泄放装置的爆炸示意图；

图7是本发明型焊接式超高压爆破片安全泄放装置的纵剖面结构示意图；

图8是本发明型焊接式超高压爆破片下夹持器的结构示意图；

图9是本发明型悬浮式超高压爆破片安全泄放装置的爆炸示意图；

图10是本发明型悬浮式超高压爆破片安全泄放装置的纵剖面结构示意图；

图11是本发明型悬浮式超高压爆破片安全泄放装置中超高压爆破片组件的纵剖面结构示意图；

图中：1.下夹持器 2. 自紧式透镜密封圈 3.超高压爆破片 4. 压环 5.上夹持器 6.超高压爆破片组件

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明型，并不用于限定本发明型。

参见图1，本发明型的分体式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、自紧式透镜密封圈、超高压爆破片、压环、上夹持器。上夹持器、下夹持器和压环采用35CrMo钢，超高压爆破片采用316L不锈钢，自紧式透镜密封环采用10号钢。下夹持器通过螺纹与超高压容器进行连接，为确保超高压爆破片与超高压容器内的气相空间相连通，并能够满足超高压容器安全泄放量的需求，在下夹持器中开设一定爆破直径的进气通道；由于超高压容器内部压力一般在100MPa以上，为确保超高压容器在工作过程中的密封性能，在超高压爆破片与下夹持器之间设置自紧式透镜密封环，自紧式透镜密封环上开设沟槽，密封面粗糙度指标Ra≤0.8μm，利用透镜和自紧双重方式来确保超高压容器的密封性，如图3所示；为确保超高压爆破片在承受高于100MPa压力时，不发生抽边现象并与自紧式透镜密封环进行配合，在超高压爆破片上设置梯形沟槽，如图4所示；为确保超高压爆破片在设计爆破压力下能够及时爆破，在超高压爆破片上面设置带有圆角r=2mm的压环，使超高压爆破片以拉伸应力的方式进行破坏，以此保证爆破片的实际爆破压力与设计爆破压力之间的误差在±4%以内；为确保超高压爆破片安全泄放装置能够正常爆破泄放并避免超高压爆破片爆破产生的碎片飞出伤到周边人员，在上夹持器中设置爆破通道和带有泄放孔的碎片收集装置，如图5所示；为确保上夹持器与下夹持器之间的连接牢固、可靠，对设计的螺纹结构进行了剪切强度计算，满足上、下夹持器所选用的35CrMo材料的屈服强度的指标要求。

参见图6，本发明型的焊接式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、超高压爆破片、下夹持器。下夹持器和超高压爆破片采用316L不锈钢，上夹持器、采用35CrMo钢。下夹持器一端通过螺纹与超高压容器进行连接，将超高压爆破片焊接到下夹持器的另一端，然后将上夹持器与下夹持器连接。为确保超高压爆破片与下夹持器之间良好的焊接性能，在下夹持器上开设焊接槽，保证超高压爆破片与下夹持器的焊接强度，如图8所示；同时，为达到节能减耗的目的，当超高压爆破片爆破后，将超高压爆破片与下夹持器焊接的部分切割掉，再加工成同样型式的结构后焊接超高压爆破片可继续使用，这对于节约能源和降低成本具有十分重要的意义。

参见图9，本发明型的悬浮式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、超高压爆破片组件、下夹持器。上夹持器和下夹持器采用35CrMo钢，超高压爆破片组件采用316L不锈钢。超高压爆破片组件是由带有自紧式透镜密封环型式的金属管与超高压爆破片焊接组成的，如图11所示，下夹持器通过螺纹或法兰与超高压容器进行连接，上夹持器和下夹持器固定超高压爆破片组件的一端，将焊有超高压爆破片的另一端伸入超高压容器，并悬浮在超高压容器内，此种结构型式小巧轻便，超高压爆破片组件既起到了安全泄放的作用，又起到了超高压密封的作用。并且，超高压爆破片爆破后，将超高压爆破片组件焊有超高压爆破片一侧切割掉，重新再焊接超高压爆破片可继续使用，这对于节约能源和降低成本同样具有十分重要的意义。

Claims

1.一种超高压爆破片安全泄放装置，该超高压爆破片安全泄放装置共分为三种结构型式，分别为分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，分体式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、自紧式透镜密封圈、超高压爆破片、压环、上夹持器，焊接式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、超高压爆破片、上夹持器，悬浮式超高压爆破片安全泄放装置包括下夹持器、超高压爆破片组件、上夹持器。

2.如权利要求1所述分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，在上夹持器顶端开设碎片收集孔，可以将超高压爆破片爆破后的碎片收集在整个装置的腔体内。

3.如权利要求1所述分体式超高压爆破片安全泄放装置、焊接式超高压爆破片安全泄放装置、悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，其下夹持器通过螺纹或法兰与超高压容器进行连接。

4.如权利要求1所述的分体式超高压爆破片安全泄放装置，其特征在于对爆破片一侧的圆周方向开设梯形沟槽，在下夹持器圆周方向也开设了同样的梯形沟槽，超高压爆破片、自紧式透镜密封圈和下夹持器配合后，可以有效避免超高压爆破片在承受一侧压力的过程中的介质泄露和超高压爆破片抽边。

5.如权利要求1所述的焊接式超高压爆破片安全泄放装置，其特征在于利用气体保护焊的方法将超高压爆破片焊接在下夹持器中，可以有效避免超高压爆破片在承受一侧压力的过程中的介质泄露和超高压爆破片抽边，超高压爆破片爆破后，可将下夹持器与超高压爆破片焊接部分切割掉，再焊接同样的超高压爆破片后可继续使用。

6.如权利要求1所述的悬浮式超高压爆破片安全泄放装置，其特征在于将超高压爆破片组件带有透镜型式的一端与上夹持器和下夹持器进行配合，可以有效避免超高压爆破片安全泄放装置在使用过程中超高压容器内部介质的泄露，将超高压爆破片组件焊有超高压爆破片的一端悬浮在超高压容器内部，不进行任何连接，超高压爆破片爆破后，可将超高压爆破片组件焊有超高压爆破片的一端切割掉，再焊接同样的超高压爆破片后可继续使用。