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1、过程设备安全工程 第五章 安全附件 主讲教师：吴俊飞,第一节 设置,连锁装置,一、分类,安全附件,警报装置,计量显示装置,安全泄压装置,指能依照设定的工艺参数自动调节,保证该工艺参数稳定在一定的范围内的控制机构,能起到防止人为操作失误的作用.包括紧急切断装置、减压阀、调节阀、温控器、自动液面计等。,指压力容器在运行过程中出现的温度、压力、液位、反应物或反应产物配比等出现异常时能自动音响或其他明显报警信号的仪器。如压力报警器、温度监控报警器、液位报警器、化学成分自动分析报警仪器、。,指用以显示容器运行时内部介质的实际状况的装置。如压力表、温度计、液面计、自动分析仪等。,指当容器或系统内介质压力超
2、过额定压力时，能自动地泄放部分或全部气体，以防止压力持续升高而威胁到容器的正常使用的自动装置。如安全阀、爆破片等。,二、设置原因,1.操作失误或零件破损引起的压力容器超压,（1）压力高的气体进入许用压力较低的容器内,（2）容器内产生的气体无法排出造成压力不断升高,2.装满液体后容器因液体受热膨胀而超压,3.容器内燃烧爆炸急剧生成高温高压气体,（1）容器内发生燃烧反应：燃烧产生大量的热，使气体受热膨胀，压力急剧升高而爆炸。因燃烧速度比较慢，容器破裂前有比较明显的塑性变形，破裂后一般无碎片。,（2）容器内混合气体爆炸：当可燃性气体和助燃性气体因某种原因混合浓度在一定的爆炸范围内时，在查不出点火源的
3、情况下即会发生燃烧爆炸。爆炸的最大压力可达未爆前的5-7倍，最高可达9.2倍。且压力的升高是在爆炸瞬间发生的，容器还未发生明显的塑性变形。,气体受热时温度升高，体积膨胀。对于永久性气体容器，在温度升高幅度不大的情况下，不会引起压力成倍地增长。但液化气体则不同，温度的升高使液体大量气化，使气体体积增大，压力升高而形成新的饱和蒸汽压，重新建立气液平衡，液化气体的饱和蒸汽压随温度而定，且压力随温度的增长率一般都比永久气体大的多，往往会成倍地增长。如液氨，温度由升高到50 时，压力的增大3.73倍，而一般永久性气体，在此温度升高的情况下，压力只增加了约18%。所以液化气体容器比较容易因受热而导致压力显
4、著升高，严重时会使容器产生较大的塑性变形甚至断裂。,反应失控的产生可以有多方面的原因，如投料计量错误、原料不纯、催化剂使用不当等。也可能是因为搅拌或冷却装置故障，如因停电使搅拌装置停止或冷却水停止循环等。有时其至还可能会内于壳体内反应物料黏度较大而随搅拌翼一起转动，因而得不到充分冷却，造成局部高热，最后导致失控。除了上述的聚合、合成反应失控会导致容器超压以外，分解反应失控时，壳体内的压力不但会由于气体温度而增大，更由于分解产生气体的体积增加而急剧上升。一般说来，分解反应大多数为吸热反应，但也有些物质的分解是放热的，对于这类反应必须严加注意。,.液化气体意外受热饱和蒸汽压增大而造成压力容器超压,
5、.压力容器内出现化学反应失控造成超压,三、安全泄压装置,功能：当容器在正常工作压力下运行时，保持严密不漏，当容器或系统内介质压力超过额定压力时，该装置能自动泄放部分或全部气体，以防止压力持续升高或威胁到容器的正常使用。,安全泄压装置,阀型,断裂型,熔化型,组合型,1.阀型,阀型安全泄压装置就是常用的安全阀。 1）优点 （1）仅排泄压力容器内高于额定的部分压力，当容器内压力降至正常操作压力时，即自动关闭。避免了造成浪费和生产中断。 （2）本身可重复使用多次。 （3）安装调整比较容易。 2）缺点 （1）密封性能差。 （2）由于弹簧惯性作用，阀开放有滞后现象，因此泄压反应较慢。 （3）安全阀用于不洁
6、净的气体时，阀口有被堵塞或阀瓣有被粘住的可能。,适用场合：适用于比较洁净的气体，如介质为空气、水蒸气等的容器；不适用于介质有剧毒或容器内有可能产生剧烈化学反应而使压力急剧升高的容器。,2、断裂型,断裂型安全泄压装置常用的有爆破片和爆破帽。前者用于中低压容器，后者多用于超高压容器。 1）优点 密封性能比较好，泄压反应较快，气体中的污染物对装置元件的动作影响较小；元件爆破前的正常工作状态完全无泄漏。 2）缺点 元件因超压爆破泄压后，一泄到底，容器也因此而停止运行；元件爆破后不能重复使用；爆破元件长期在高压作用下，易产生疲劳损坏，因此元件的寿命短；爆破元件的动作压力不易控制。,适用场合：适用于容器内
7、因化学反应等升压速率高或介质具有剧毒性的容器；不宜用于液化气体储罐，否则会因为元件爆破泄压失控而造成液化气“爆沸”。另外，对于压力波动较大、超压机会较多的容器也不宜采用,3、熔化型,熔化型安全泄压装置就是常用的易熔塞。它是利用装置内低熔点合金在较高的温度下熔化，打开通道，使气体从原来填充有易熔合金的孔中排出而泄放压力。 1）优点 结构简单、更换容易，由熔化温度而确定的动作压力较易控制。 2）缺点 完成降压作用后不能重复使用；泄压是一泄到底，容器其动作泄压而停止运行；受易熔合金强度的限制，泄放面积不能太大；这类装置有时还可能由于合金因受压或其他原因而脱落或熔化，致使发生意外事故。,适用场合：只能
8、用于容器内气体压力完全取决于温度的小型压力容器，如气瓶。,4、组合型,组合型安全泄压装置由两种安全泄压装置组合而成。通常是由阀型和断裂型或阀型和熔化型组合。最常见的是弹簧式安全阀与爆破片的串联组合。这种类型的安全泄压装置同时具有阀型和断裂型的优点。,组合装置的爆破片可以根据不同的需要设置在安全阀的入口侧或出口侧。 设置在入口侧，可利用爆破片将安全阀与气体隔离，防止安全阀受腐蚀或被气体中的污物堵塞或黏结。当容器超压时，爆破片断裂，安全阀开放后再关闭，容器可以继续暂时运行，待容器检修时再装上爆破片。这种结构要求爆破片的断裂不妨碍后面安全阀的正常动作，而且要在安全阀与爆破片之间设置压力检测仪，以防止
9、因这中间有压力而影响爆破片的动作。 设置在出口侧，可以使爆破片免受气体压力与温度的长期作用而产生疲劳，爆破片可用于防止安全阀泄漏。这种结构同样要求及时将安全阀与爆破片之间的气体排出，否则安全阀即失去作用。,四、设置要求,1.设置原则 凡压力容器安全技术监察规程适用范围内的压力容器，均应装设安全泄放装置。压力源来自压力容器外部，容器在整个运行过程中不会产生压力源且外部压力源系统上已有可靠的压力控制装置时，泄放装置可以不直接装于压力容器上。 压力容器的安全阀不能可靠工作时，应装设爆破片装置，或采用爆破片装置与安全阀装置组合结构。 压力容器最高工作压力低于压力源压力时，在通向压力容器进口管道上必须装
10、设减压阀或调节阀。在减压阀或调节阀的低压侧，必须装设安全阀和压力表。,四、设置要求,压力容器原则上均应装设能反应压力容器承压部位真实压力的压力表。若压力源来自容器内部，则应装设在容器受压部位的顶部，若压力源来自容器外部时还应在压力源上装设压力表。 对有气液介质，特别是液体介质占有较大空间或液体介质的标准沸点低于工作温度的压力容器，在装设安全附件时必须包括液面计。 压力容器所装设的安全附件必须按国家有关部门的规程、规定和要求进行校验和维护。 安全附件的装设位置，应便于观察（检验）和维修。,2.选用要求,（1）安全附件的设计、制造应符合压力容器安全技术监察规程和相应国家标准或行业标准的规定。使用单
11、位必须使用有制造许可证单位生产的产品。,（2）对易燃介质或毒性强度为极度、高度或中度危害介质的压力容器，应在安全阀或爆破片的排出口装设导管，将排放介质引至安全地点，并进行妥善处理，不得直接排入大气。,（3）安全阀、爆破片的排放能力不得小于压力容器的安全排放量。,（4）如果压力容器在设计时采用最大允许工作压力作为安全阀、爆破片的调整压力，则应在设计图样上和压力容器铭牌上注明。,（5）压力容器的压力表、液面计等应根据压力容器的介质、最高工作压力和温度、黏度等正确选用。,第二节 安全泄放量计算,了解内容 自学,第三节 安全阀,煮食物时就是利用水的温度通过热传递的方式将食物煮熟。水在一标准大气压下的沸
12、点是100度，水到达100度后就无法再升高温度了。而在高压锅内煮食物时，高压锅通过增大压强的方法使水的沸点升高，从而使水具有更高的温度传递给食物。在一般高压锅内加热时水的温度可以高达120度，所以用高压锅煮食物更容易煮烂。,一、工作原理与基本要求,1、工作原理 安全阀的基本结构由阀体（阀座）、阀芯和加载机构三部分组成。,2.基本要求,安全阀必须时有质量保证的产品，即具有出厂随带的产品质量说明书，并且阀体外表面必须有装设牢固的金属铭牌。 安全阀应该动作灵敏可靠，当压力达到开启压力时，阀瓣即能自动迅速第开启，顺利地排出气体。 安全阀应该具有良好的密封性能，即要求不但能在正常工作压力下保持不漏，而且
13、在开启排气并降低压力后能及时关闭，关闭后继续保持密封良好。 安全阀应结构紧凑，调节方便且应确保动作准确可靠，即要求杠杆式安全阀应有防止重锤自由移动的装置和能限制杠杆越出的导轨；弹簧式安全阀应有防止随便拧动调整螺钉的铅封装置；静重式安全阀应有防止重片飞脱的装置。,二、开启压力与回座压力,开启压力：一般来说，安全阀起跳（开启动作）时容器的内压即为安全阀的开启压力，但它并不是安全阀开始泄放（泄漏）时的压力； 回座压力：安全阀的回座压力时泄放动作完成后阀瓣由起跳状态复位时的压力。它也不是泄放彻底完成后，安全阀无气泄出时的压力。,1.理想动作过程,a-b段：达到开启压力，安全阀开启排气； b-c段：随大
14、量气体排除，压力急剧下降，排量逐渐减少； c-d段：压力下降到正常工作压力，阀瓣在加载机构对其施加的力的作用下突然关闭，保持密封，容器载正常工作压力下继续运行。,2.实际动作过程与开启回座压力,1）P2-P1F，密闭不漏; 2）0P2-P1F，开始泄漏，如ab 段; 3）P2-P10，阀瓣开启排气，如bc 段; 4）cd 段：开启高度未达所需高度，压力仍然上升; 5）de 段：压力下降，但由于气体浮力和惯性作用，阀仍处于全开状态，排气量保持不变； 6）ef 段：压力继续下降，阀瓣不能保持最大开启的支撑力，排气量开始减少； 7）fg 段：阀瓣回座，仍有泄漏； 8）gf 段：泄漏逐渐减少，直至复零
15、，恢复正常工况。,三、分类与适用范围,1.按整体结构与加载机构的类型分类,安全阀,重锤杠杆式安全阀,弹簧式安全阀,脉冲式安全阀,（1）重锤杠杆式安全阀,1-阀体 2-阀座 3-阀芯 4-杠杆 5-支点 6-阀杆 7-重锤,工作原理,根据杠杆原理使重锤作用于阀瓣的力和重锤自重之比，等于重锤至杠杆支点的距离与阀杆至支点的距离之比。所以它可以使用重量较小的重锤通过杠杆的作用获得较大的作用力。而且它可以靠移动重锤的位置（或变更锤的重量）来调整安全阀的开启压力。杠杆式安全阀是利用重锤的重力通过杠杆力矩作用，将阀芯压紧在阀座上，使介质压力保持在允许范围之内。当介质压力作用于阀芯上，产生向上的作用力而形成的
16、力矩大于重锤产生的力矩时，阀芯被顶起离开阀座，介质向外排泄；当介质压力作用在阀芯上产生向上的作用力形成的力矩小于重锤产生的力矩时，阀芯又重新被压紧在阀座上，介质停止排泄。,优点：杠杆式安全阀结构简单，调整容易而又比较准确，而且所加的载荷不因阀瓣的升高而增加，又适用于温度较高的场合，因此，过去用得较普遍，特别是用于温度较高的锅炉压力容器上。 缺点：占有空间较大，笨重，对振动敏感，安装的垂直度要求较高等。它随着弹簧式安全阀制造精度的提高，而逐渐被取代。 杠杆式安全阀目前只用蒸汽锅炉上，重锤的重量不超过60kg。,特点,（2）弹簧式安全阀,1-阀座 2-阀芯 3-阀体 4-阀杆 5-弹簧 6-弹簧压盖 7-调整螺钉 8-外罩 9-锁紧螺母 10-安全罩 11-手柄,工作原理,弹簧式安全阀是利用安全阀中的弹簧被压缩后产生的弹力将阀芯压紧在阀座上，使承压设备内介质压力保持在允许范围之内。当作用于阀芯底部的介质托力大于弹簧作用在阀芯上部的弹力时，弹簧就被压缩，使阀芯被顶起
