氣瓶用爆破片安全泄放裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉剛（沈陽特種設(shè)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(fù)使用的壓力容器設(shè)備。使用爆破片的安全泄放裝置是一種基于壓力差驅(qū)動的裝置，泄放通道一經(jīng)開啟，裝置無法自動閉合[1]。近來年由于泄放裝置爆破時產(chǎn)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(zhǔn)確率，以下將設(shè)計(jì)氣瓶用爆破片安全泄放裝置的結(jié)構(gòu)，此種安全泄放裝置主要由夾持器、安全爆破片及檢漏設(shè)備構(gòu)成，以下將結(jié)合上述分析的問題及市場對該裝置的需求量，詳細(xì)的進(jìn)行該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 氣瓶用爆破片安全泄放裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于反拱形裝置可承受的壓力范圍較大，結(jié)合相關(guān)氣瓶泄放壓力標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)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(nèi)腐蝕性較高的氣體對泄放裝置造成影響。

結(jié)合裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，氣體超壓為泄放裝置的啟動開關(guān)，設(shè)置氣瓶壓力參數(shù)，當(dāng)瓶內(nèi)氣體壓力超過設(shè)定的參數(shù)范圍時，泄放裝置爆破片及時爆破，裝置進(jìn)行泄壓操作，當(dāng)瓶內(nèi)氣瓶壓力未超過設(shè)定的參數(shù)范圍時，檢漏設(shè)備可避免泄放裝置出現(xiàn)錯誤操作[2]。以下將從夾持器結(jié)構(gòu)、氣瓶用爆破片選型及檢漏裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個方面設(shè)計(jì)泄放裝置的整體結(jié)構(gòu)，確保裝置的穩(wěn)定可持續(xù)運(yùn)行。

1.1 夾持器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)泄放裝置得工作需求，首先進(jìn)行夾持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為了確保瓶內(nèi)超壓氣體在規(guī)定時間內(nèi)完全泄放，夾持器設(shè)備采用連通式結(jié)構(gòu)。為提升內(nèi)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(chǎn)生爆破后不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，設(shè)置上下壓環(huán)降低爆破片產(chǎn)生的阻力，在夾持器中間設(shè)置檢測孔，使用外部設(shè)置的壓力傳感設(shè)備，監(jiān)測裝置內(nèi)氣瓶內(nèi)部的壓力，進(jìn)而可判斷裝置是否需要泄壓[3]。針對泄壓孔中配對是否準(zhǔn)確問題，可在夾持器的中間小孔位置設(shè)計(jì)環(huán)形槽區(qū)域，確保外部裝置可實(shí)時監(jiān)測到氣瓶內(nèi)氣體的壓力指數(shù)。

1.2 氣瓶用爆破片選型

由于新型爆破裝置的整體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)爆破裝置的整體結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的夾持器結(jié)構(gòu)，下述將結(jié)合泄放裝置材料的厚度及彈性，進(jìn)行對應(yīng)的爆破計(jì)算，進(jìn)而選擇合適的氣瓶爆破片。爆破計(jì)算如下公式所示。

公式中PB表示為對應(yīng)泄放點(diǎn)的瓶內(nèi)氣壓，計(jì)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(jì)算單位為MPa；δ表示為爆破片厚度，計(jì)算單位為mm；R表示為拱形爆破片的拱高，計(jì)算單位為mm。

由于泄放裝置內(nèi)層爆破片可與氣瓶內(nèi)存儲氣體直接進(jìn)行接觸，因此內(nèi)層爆破片在選擇上對材料的運(yùn)用有著較高的要求，需要其具備耐腐蝕的特點(diǎn)。氣瓶在反復(fù)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(yùn)行，因此要求當(dāng)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(chǎn)生火花，在一定壓強(qiáng)下造成更為嚴(yán)重的泄壓事故。當(dāng)內(nèi)部氣體壓力過大裝置開啟時，內(nèi)層爆破片破碎，外層爆破片必須立即破碎。根據(jù)相關(guān)安裝泄放裝置標(biāo)準(zhǔn)，裝置內(nèi)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(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求及計(jì)算，設(shè)置內(nèi)部爆破片泄放口直徑最少為?15mm，操作壓強(qiáng)比值為0.9，滿足設(shè)計(jì)的氣瓶爆破片安全泄放裝置內(nèi)氣體的壓力荷載范圍。

1.3 檢漏裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于裝置內(nèi)極易存在內(nèi)部爆破片，由于壓力顯示異常導(dǎo)致的提前爆破，造成整體裝置的安全性較低，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控泄放裝置的功能，進(jìn)行裝置內(nèi)檢漏設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

整體裝置采用藍(lán)牙無線連接，對于泄放裝置的壓力檢測端由外部傳感設(shè)備、單機(jī)片及壓力檢測顯示屏構(gòu)成，監(jiān)控端由壓力信號結(jié)構(gòu)設(shè)備及監(jiān)控APP 構(gòu)成。外部傳感器將檢測到的瓶內(nèi)氣壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳輸至單機(jī)片設(shè)備上并對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，經(jīng)過分析處理后的壓力數(shù)據(jù)可直接通過無線設(shè)備傳輸至信號接收端，在對應(yīng)的顯示屏投影并成像，當(dāng)壓力值超出設(shè)置的參數(shù)范圍時，裝置報警觸發(fā)內(nèi)部爆破片，釋放氣體，實(shí)現(xiàn)氣瓶用爆破片安全泄放裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

2 安全性能檢測對比實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的氣瓶用爆破片安全泄放裝置的安全性，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，先使用傳統(tǒng)的泄放裝置對其氣瓶內(nèi)氣體勻速加壓，再使用設(shè)計(jì)的安全泄放裝置進(jìn)行同樣的操作，為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選擇相同的氣體灌裝至氣瓶內(nèi)，且實(shí)驗(yàn)在同一環(huán)境相同室溫下進(jìn)行，通過模擬裝置可能發(fā)生的安全事故，分別使用傳統(tǒng)裝置和文章設(shè)置的安全泄放裝置對其進(jìn)行影響。收集8組數(shù)據(jù)，將收集的數(shù)據(jù)整理后，如下圖1所示。

圖1 事故發(fā)生曲線圖

如上述圖1所示，為對比實(shí)驗(yàn)曲線圖，從圖中可得出結(jié)論：相比傳統(tǒng)的泄放裝置，文章設(shè)計(jì)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(fā)生，直接的提升了裝置使用過程中的安全系數(shù)，因此應(yīng)加大該裝置在氣體運(yùn)輸方面的應(yīng)用。

3 結(jié)語

近年來由于泄放裝置出現(xiàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，通過設(shè)計(jì)夾持器的結(jié)構(gòu)、爆破片的選擇及檢漏設(shè)備的設(shè)計(jì)完善泄放裝置整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在一定程度上提升了裝置使用的安全性。