爆破片在動(dòng)靜載荷下爆破壓力分析

楊偉華

（杭州仰儀科技有限公司 浙江 杭州 310018）

爆破片在動(dòng)靜載荷下爆破壓力分析

楊偉華

（杭州仰儀科技有限公司 浙江 杭州 310018）

爆破片是廣泛應(yīng)用于壓力容器的安全裝置，爆破片能否在預(yù)定的壓力下爆破至關(guān)重要。本文主要通過實(shí)驗(yàn)的方法，研究同批次爆破片在靜載荷下和沖擊載荷下的爆破壓力差異，為使用在不同場合的爆破片設(shè)計(jì)提供幫助。

爆破片；爆破壓力；沖擊載荷

1.引言

安全泄放裝置是壓力容器或管道的安全附件之一，安全泄放裝置的動(dòng)作性能對壓力容器超壓泄放極其重要[1]。爆破片作為種非重復(fù)閉合泄放裝置，主要用于保護(hù)壓力容器、管道或其它密閉系統(tǒng)，使其避免超壓或真空而破壞。

近年來，爆破片裝置作為安全附件的應(yīng)用數(shù)量和范圍得到了飛速發(fā)展。由于爆破片是非重復(fù)開啟的安全裝置，其工作的可靠性在事故后才可能有結(jié)論。而且壓力容器在使用過程中，可能出現(xiàn)容器內(nèi)部壓力在短時(shí)間內(nèi)上升，此種沖擊載荷到底是導(dǎo)致爆破片在低于設(shè)計(jì)壓力爆破還是高于設(shè)計(jì)壓力爆破，對容器的安全性來說至關(guān)重要。本文將通過實(shí)驗(yàn)方法對沖擊載荷下爆破片的動(dòng)作壓力變化進(jìn)行分析。

2.爆破片壓力試驗(yàn)

根據(jù)GB567.4《爆破片安全裝置第4部分：型式試驗(yàn)》和《爆破片裝置安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》需對爆破片進(jìn)行型式試驗(yàn)。爆破壓力試驗(yàn)時(shí)型式試驗(yàn)的重要項(xiàng)目，因?yàn)楸破淖罱K功能反映在爆破壓力是否準(zhǔn)確這個(gè)指標(biāo)上。爆破片的爆破壓力允差為標(biāo)定爆破壓力的±5%。

爆破壓力試驗(yàn)時(shí)，升壓速率可能會(huì)對爆破片爆破壓力產(chǎn)生影響，GB567要求達(dá)到90%設(shè)計(jì)壓力時(shí)保壓5s，然后穩(wěn)定升壓[2]。為得到?jīng)_擊壓力下的爆破片爆破壓力數(shù)據(jù)，故搭建了可發(fā)生靜壓載荷和沖擊載荷的試驗(yàn)裝置用于研究不同載荷下的爆破壓力。

3.爆破片的型式及材料

按照結(jié)構(gòu)型式，爆破片主要有三種，即平板型爆破片、正拱型爆破片和反拱型爆破片[2]。為使加載時(shí)變形量等因素最明顯，試驗(yàn)采用了平板型爆破片，材質(zhì)為1060，厚度S=0.2mm，爆破口徑D0=20mm，夾持直徑D=30mm，設(shè)計(jì)爆破壓力為2.5MPa。根據(jù)允差±5%的要求，爆破壓力范圍應(yīng)在2.375MPa～2.625MPa。

4.爆破裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用的爆破試驗(yàn)系統(tǒng)如圖4-1所示，包括1）壓力容器；2）爆破片裝置；3）壓力傳感器；4）壓力介質(zhì)源；5）沖擊載荷開關(guān)閥，爆破壓力源由壓縮空氣罐提供。配備壓力表和數(shù)字壓力變送器，變送器頻響50μs，以便爆破片在沖擊載荷時(shí)快速讀取到壓力值。沖擊載荷開關(guān)閥為一高速電磁閥，可使壓力容器內(nèi)壓力在2.5ms內(nèi)達(dá)到爆破壓力。

圖4-1 爆破片試驗(yàn)裝置

4.1 靜壓爆破試驗(yàn)

選取一批次50件中5件用于GB567的靜壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過程沖擊載荷開關(guān)閥常開，通過氣源壓力調(diào)節(jié)緩慢加壓，直至爆破片爆破，結(jié)果數(shù)據(jù)如表4-2所示。使用靜壓試驗(yàn)時(shí)，測試結(jié)果均在設(shè)計(jì)允差范圍內(nèi)，且結(jié)果波動(dòng)范圍在1.0%左右，一致性很好。

表4-2 爆破片靜壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 沖擊載荷爆破試驗(yàn)

選取同一批次50件中5件用于沖擊載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置仍為圖4-1裝置。試驗(yàn)過程沖擊載荷開關(guān)閥關(guān)閉，氣源壓力調(diào)節(jié)至3.5MPa，連接數(shù)字壓力變送器至記錄裝置。打開沖擊載荷開關(guān)閥，使壓力容器內(nèi)壓力瞬間上升，壓力上升曲線圖4-3顯示了其中兩件的壓力變化曲線。其中縱坐標(biāo)5V對應(yīng)壓力值為3MPa，結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4-4所示。使用沖擊載荷試驗(yàn)時(shí)，測試數(shù)據(jù)明顯減小，結(jié)果只有1片符合允差范圍。且結(jié)果波動(dòng)范圍在2.5%左右，一致性也明顯降低。

圖4-3 沖擊載荷下壓力曲線

表4-4 爆破片沖擊載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.結(jié)論

1）通過平板型爆破片在不同類型載荷下的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沖擊載荷下爆破片失效壓力要低于設(shè)計(jì)壓力，使用在有沖擊載荷處時(shí)應(yīng)重新評估爆破片的設(shè)計(jì)壓力。

2）在沖擊載荷下，爆破片爆破壓力穩(wěn)定性明顯下降，但爆破失效的位置未發(fā)生改變，夾持環(huán)邊緣位置仍為易失效位置。

[1]王志文，蔡仁良.化工容器設(shè)計(jì)[M].第3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007:238-250.

[2]GB 567-1999 爆破片與爆破裝置.

Rupture discsare safety devices widely used in pressure vessels, it is important for rupture discs that rupture at predicted pressure.the experimental method was used to study of the same batch of rupture discs.To find the difference when the rupture discs under Static pressure and Impact pressure ,which can provide help for design in different occasion.

Rupture discs;Bursting pressure;Impact pressure

TP13

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1009-5624（2016）05-0173-02