氣瓶用爆破片安全泄放裝置結構設計

劉剛（沈陽特種設備檢測研究院，遼寧 沈陽110179）

氣瓶是指一種可以存放液化氣體、固化氣體及具有溶解性能氣體的一次性或重復使用的壓力容器設備。使用爆破片的安全泄放裝置是一種基于壓力差驅動的裝置，泄放通道一經開啟，裝置無法自動閉合[1]。近來年由于泄放裝置爆破時產生的安全事故相對較多，為提升泄放裝置的安全性及爆破準確率，以下將設計氣瓶用爆破片安全泄放裝置的結構，此種安全泄放裝置主要由夾持器、安全爆破片及檢漏設備構成，以下將結合上述分析的問題及市場對該裝置的需求量，詳細的進行該裝置的結構設計。

1 氣瓶用爆破片安全泄放裝置結構設計

由于反拱形裝置可承受的壓力范圍較大，結合相關氣瓶泄放壓力標準，設計一種新型泄放裝置。

采用雙爆破片的形式提升整體裝置的安全性，且爆破片中間由夾持器固定，兩個爆破片之間留有一定的空間，避免氣瓶內腐蝕性較高的氣體對泄放裝置造成影響。

結合裝置的整體結構設計可知，氣體超壓為泄放裝置的啟動開關，設置氣瓶壓力參數，當瓶內氣體壓力超過設定的參數范圍時，泄放裝置爆破片及時爆破，裝置進行泄壓操作，當瓶內氣瓶壓力未超過設定的參數范圍時，檢漏設備可避免泄放裝置出現錯誤操作[2]。以下將從夾持器結構、氣瓶用爆破片選型及檢漏裝置結構設計三個方面設計泄放裝置的整體結構，確保裝置的穩定可持續運行。

1.1 夾持器結構設計

根據泄放裝置得工作需求，首先進行夾持器的結構設計，為了確保瓶內超壓氣體在規定時間內完全泄放，夾持器設備采用連通式結構。為提升內外層爆破片的替換，采用紫銅墊片作為裝置中氣體的密封層，為了避免產生爆破后不影響設備的正常運行，設置上下壓環降低爆破片產生的阻力，在夾持器中間設置檢測孔，使用外部設置的壓力傳感設備，監測裝置內氣瓶內部的壓力，進而可判斷裝置是否需要泄壓[3]。針對泄壓孔中配對是否準確問題，可在夾持器的中間小孔位置設計環形槽區域，確保外部裝置可實時監測到氣瓶內氣體的壓力指數。

1.2 氣瓶用爆破片選型

由于新型爆破裝置的整體結構與傳統爆破裝置的整體結構存在一定程度的差異，因此在爆破片的選擇上

也具有不同程度的要求，基于上述設計的夾持器結構，下述將結合泄放裝置材料的厚度及彈性，進行對應的爆破計算，進而選擇合適的氣瓶爆破片。爆破計算如下公式所示。

公式中PB表示為對應泄放點的瓶內氣壓，計算單位為MPa；E表示為泄放裝置爆破片材料的彈性形變量，計算單位為MPa；δ表示為爆破片厚度，計算單位為mm；R表示為拱形爆破片的拱高，計算單位為mm。

由于泄放裝置內層爆破片可與氣瓶內存儲氣體直接進行接觸，因此內層爆破片在選擇上對材料的運用有著較高的要求，需要其具備耐腐蝕的特點。氣瓶在反復的使用過程中其荷載能力將會受到一定程度的損害，因此需提升爆破片的抗疲勞性能。為了避免爆破后的碎片影響裝置的后期運行，因此要求當裝置開啟后爆破片的碎渣趨近于無限小，一方面可降低對裝置外部的損害，另一方面較大的碎渣與裝置碰撞后極易產生火花，在一定壓強下造成更為嚴重的泄壓事故。當內部氣體壓力過大裝置開啟時，內層爆破片破碎，外層爆破片必須立即破碎。根據相關安裝泄放裝置標準，裝置內部爆破片可選用拱形帶十字槽的爆破片，也稱YC 型號爆破片。由于裝置對于外層爆破片的要求較低，因此外層爆破片可選用LP型號爆破片。根據相關標準要求及計算，設置內部爆破片泄放口直徑最少為?15mm，操作壓強比值為0.9，滿足設計的氣瓶爆破片安全泄放裝置內氣體的壓力荷載范圍。

1.3 檢漏裝置結構設計

由于裝置內極易存在內部爆破片，由于壓力顯示異常導致的提前爆破，造成整體裝置的安全性較低，為了實現遠距離監控泄放裝置的功能，進行裝置內檢漏設備結構的設計。

整體裝置采用藍牙無線連接，對于泄放裝置的壓力檢測端由外部傳感設備、單機片及壓力檢測顯示屏構成，監控端由壓力信號結構設備及監控APP 構成。外部傳感器將檢測到的瓶內氣壓轉換成數字信號，傳輸至單機片設備上并對信號數據進行有效處理，經過分析處理后的壓力數據可直接通過無線設備傳輸至信號接收端，在對應的顯示屏投影并成像，當壓力值超出設置的參數范圍時，裝置報警觸發內部爆破片，釋放氣體，實現氣瓶用爆破片安全泄放裝置結構的設計。

2 安全性能檢測對比實驗

為了檢驗設計的氣瓶用爆破片安全泄放裝置的安全性，進行對比實驗，先使用傳統的泄放裝置對其氣瓶內氣體勻速加壓，再使用設計的安全泄放裝置進行同樣的操作，為確保實驗數據的準確性，選擇相同的氣體灌裝至氣瓶內，且實驗在同一環境相同室溫下進行，通過模擬裝置可能發生的安全事故，分別使用傳統裝置和文章設置的安全泄放裝置對其進行影響。收集8組數據，將收集的數據整理后，如下圖1所示。

圖1 事故發生曲線圖

如上述圖1所示，為對比實驗曲線圖，從圖中可得出結論：相比傳統的泄放裝置，文章設計的氣瓶用爆破片安全泄放裝置可以更有效地避免安全事故的發生，直接的提升了裝置使用過程中的安全系數，因此應加大該裝置在氣體運輸方面的應用。

3 結語

近年來由于泄放裝置出現故障造成的一系列安全問題層出不窮，因此文章開展了氣瓶用爆破片安全泄放裝置結構設計的研究，通過設計夾持器的結構、爆破片的選擇及檢漏設備的設計完善泄放裝置整體結構的設計，在一定程度上提升了裝置使用的安全性。