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防爆膜在安全閥中的使用

文檔作者：吳狄關(guān)鼎文檔來源： 1．沈陽工程學(xué)院 2．沈陽工業(yè)大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月15日
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2004年第2期 閥 門
文章編號：1002—5855(2004)02—0031—03
防爆膜在安全閥中的使用
吳狄 。關(guān)鼎
(1．沈陽工程學(xué)院，遼寧沈陽110036；2．沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽110023)
摘要介紹了防爆膜的特．占、、類型、材料尺寸的計算及影響工作穩(wěn)定性的因素。
關(guān)鍵詞防爆膜：應(yīng)用
中圖分類號：TH134 文獻標(biāo)識碼：B
Application Of antidetOnating membrane in relief valve
W U Di ． GUAN Ding
(1．Shenyang Engineering College，Shenyang 110036，China；2．Shenyang Industry University，Shenyang 110023，China)
Abstract：This paper introduces antidetonafing membrane，include features， types，size of material
and factors of influence working stability．
Key words： antidetonating membrane； application
1 概述
安全裝置可以在系統(tǒng)中的壓力過高時， 自動將
系統(tǒng)中過剩的介質(zhì)排放到低壓系統(tǒng)或大氣中去。安
全裝置有安全閥和防爆裝置等，防爆膜就是一種防
爆裝置。在壓力升高速度很快的情況下，特別是當(dāng)
發(fā)生爆炸或伴隨有個別震爆情況的放熱反應(yīng)時，安
全閥由于有慣性而來不及作用，安全防爆膜的動作
速度則比安全閥快得多。
2 防爆膜類型
根據(jù)安全防爆膜破裂的特點，防爆膜分為爆破
式、剪切式、破碎式、彈放式、斷裂式以及特殊的
破裂形式，其中爆破式應(yīng)用的最為廣泛。
2．1 爆破式防爆膜
爆破式防爆膜有平面形、拱形、帶溝槽形和刻
線形，公稱通徑為250～600mm。拱形防爆膜(圖
1)在很大壓力范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。同平面
防爆膜相比較，拱形防爆膜動作時間短，爆破壓力
比較穩(wěn)定，可以單獨使用，也可以同安全閥一起使
用。拱形防爆膜的形狀象一個球形薄壁殼，安裝時
凹面朝向高壓一側(cè)。膜片組合件(圖1)由膜片和
兩個用螺釘緊固的壓緊環(huán)組成的夾持架構(gòu)成。整個
組合件夾持在兩個法蘭之間。
膜片在壓緊環(huán)之間夾持力的大小極其均勻程
度，對爆破壓力的數(shù)值和穩(wěn)定性均有影響。為保證
對膜片的四周有足夠而均勻的夾緊力，可以采用專
用的夾持架。對低壓和中壓膜片采用平面形和錐形
夾持架(當(dāng)d>500mm時)。高壓防爆膜則利用透
鏡墊(圖2)和錐形夾持架安裝。對于小的公稱通
徑還可采用螺紋接頭式夾持組合件(圖3)。
1．壓緊環(huán)2．膜片
圖1 拱型防爆膜及其組件
一l』
。
一d 1 ．
I
PI
圖2 夾持膜片的透鏡組合件
作者簡介：吳狄(1955一)，男，遼寧海城人，副教授，從事機械基礎(chǔ)、工程制圖及CAD等教學(xué)工作。
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VALVE DESIGN QQ：40444436
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閥 門 2004年第2期
圖3 夾持防爆膜的螺紋接頭式組件
2．2 剪切式防爆膜
剪切式防爆膜(圖4)是沿著上壓緊環(huán)的內(nèi)孔
邊緣剪斷的，所以打開的通道截面比防爆式防爆膜
要大。但它的動作精度低，因為這與壓緊環(huán)剪切邊
的尖銳程度有關(guān)。平均剪切壓力P為
1．法蘭2．壓緊環(huán)3．膜片
圖4 剪切式防爆膜的夾持組合件
4Vb30
P ■
式中 —— 材料的抗剪強度，MPa
— — 膜片坯件的厚度，mm
d—— 膜片的工作直徑，mm
2．3 破碎式防爆膜
破碎式防爆膜用脆性材料如鑄鐵、玻璃、石墨
等制造。這種防爆膜的優(yōu)點是在靜載荷和動載荷條
件下破裂壓力的差值不大。
2．4 彈放式防爆膜
彈放式防爆膜是彎向高壓一側(cè)的薄片。在壓力
的作用下膜片彎向另一側(cè)并從支架中彈出，從而使
管路的截面完全打開。此時膜片本身并沒有破壞。
這種防爆膜主要用于約0．1MPa的壓力。但在實際
應(yīng)用中在大于此壓力的系統(tǒng)中應(yīng)用證明動作也是可
靠的。膜片利用錫焊接或用膠粘接在法蘭之間頂裝
配圈內(nèi)。當(dāng)采用其他形式的防爆膜會因過薄而動作
不可靠時，可采用彈放式防爆膜。彈放式防爆膜的
彈脫壓力由實驗確定。
2．5 斷裂式安全防爆膜
斷裂式安全防爆膜或防爆帽(圖5)用于>
25MPa以上的情況下，其中包括用在壓力為150～
300MPa的聚乙烯生產(chǎn)中。平均斷裂壓力約為
魚
(a)防爆帽 (b)防爆膜
圖5 斷裂式防爆膜
r ／ ， 、' 1
P=l{孕)一1
式中dH， —— 防爆帽壁的外徑和內(nèi)徑，mm
— — 材料的抗拉強度，MPa
2．6 特殊安全防爆膜
特殊安全防爆膜是為了提高動作的速度和穩(wěn)定
性而設(shè)置的。在帶強制破壞機構(gòu)的膜片式安全裝置
中，采用脆性材料(如玻璃)制的膜片以及壓力傳
感器和起爆器，該起爆器在接觸短路時破壞膜片。
壓力繼電器以較高的精確度(可達1％)對設(shè)備中
壓力的變化起反應(yīng)，并在達到臨界壓力時使電觸點
閉合。電信號進入由引爆炸藥推動的撞桿機構(gòu)(圖
6)。炸藥爆炸時，撞桿切入膜片使之破壞，動作時
間可達干分之2s。
1．電信號2．引信3．撞桿4．切割頭5．膜片
圖6 帶引爆裝置的防爆組合件
3 防爆膜材料 。
制造防爆膜采用鋁、銅、鎳、鈦和不銹鋼等材
料。這些材料應(yīng)具有均勻的組織和穩(wěn)定的機械性
能，并且不受工作溫度和壓力下的工作介質(zhì)的腐
蝕。膜片的材料在使用過程中應(yīng)具備足夠的抗儒變
和抗疲勞的性能。在規(guī)定最高破裂壓力時應(yīng)注意，
對已有的防爆膜材料，在各種溫度下動作壓力同工
作壓力之比不能低于表1所列數(shù)值。
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2004年第2期 閥 門
表1 防爆膜動作壓力與工作壓力之比值
用于制造防爆膜的同一批材料應(yīng)具有均勻的機
械性能(抗拉強度和屈服點的最大偏差不應(yīng)超過平
均值的±5％)，應(yīng)具有對工作條件的耐腐蝕性，并
應(yīng)在工作溫度和壓力的長期作用下保持物理和機械
性能不變。膜片的工作溫度是指直接安裝膜片的設(shè)
備出口處的工作介質(zhì)溫度(表2)。
4 膜片坯件厚度計算
確定用軋制薄片制造的膜片坯件的厚度，包括
初步計算和試驗驗證兩個步驟。坯件厚度 為
表2 常用膜片材料的最高工作溫度℃
材料 溫度 材料 溫度
Pb 70 不銹鋼 300
Al 100 Ti 300
Ag 120 Ni 400
Cu 160 蒙乃而合金450
因康鎳合金480
=
Pd
式中 —— 坯件厚度，mm
P，—— 膜片在工作溫度下的最高動作壓力
(表壓)，MPa
志，—— 溫度系數(shù)(按圖7確定)
k1—— 經(jīng)驗系數(shù)，在3．7～ 4．2之間選取
— — 膜片材料的抗拉強度，MPa
— — 膜片的工作直徑，mm
1、17．Pb 2、19．AI 3、18．Ag 4．不銹鋼5．Ti 6．碳索鋼7、16．Cu 8．Pd
9．Pt 10、15．Ni 11．蒙乃爾合金12．鉸青銅13．黃銅14．鋁青銅20．Sn
圖7 溫度系數(shù)曲線
同軋材厚度有關(guān)的坯件強度試驗，是在溫度 進行膜片坯件試驗所用的夾持環(huán)的內(nèi)徑)。在一些
20"(3時從檢驗的鋼帶或鋼板上切下的圓形平面坯件 情況下，如果允許改變膜片的工作直徑，被試驗驗
進行破裂試驗。坯件的工作直徑可任意取，但不可 證的軋材即使在P均d0對于p,a／k，的偏差超出
小于20ram，最少試驗5次。如果試驗過程表明 ±5％時仍然可以使用，此時膜片的實際工作直徑
戶均d0對于pd／k的偏差不超過±5 96，則軋材厚 按公式d=戶均d0k 確定。
度的選擇是正確的。(式中P蝴為根據(jù)膜片材料驗 5 影響膜片工作性能的因素
證試驗結(jié)果得到的坯件平均破裂表面壓力；d 為 (下轉(zhuǎn)第36頁)
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一36一 閥 門 2004年第2期
圖4 轉(zhuǎn)換接頭
轉(zhuǎn)換接頭用螺栓固定在操作機構(gòu)的手輪上，用
電動扳手(可以正反轉(zhuǎn))帶動轉(zhuǎn)換接頭，驅(qū)動手輪
傳動軸轉(zhuǎn)動。把原來的手動開關(guān)方式改為電動方
式，這樣全行程開或關(guān)一次閥門只需10min，實現(xiàn)
了快速高效開關(guān)的目的。
工作在20MPa壓力下的加熱器進出水電動閘
閥。在剛打開或關(guān)閉時，其前后壓差最大，電動裝
置所需力矩及閥桿和銅螺母所受的拉壓應(yīng)力也最
大。因此。在打開或關(guān)閉加熱器進出水電動閘閥前
應(yīng)打開相應(yīng)的旁通閥平衡閥門前后壓力。
3 結(jié)語
上述幾項措施在北侖電廠#3、#4和#5機的
#1～#3高加進出水電動閘閥上實旋后。經(jīng)2年
多運行，閥門情況良好， 消除了閥桿密封頻繁泄
漏、閥桿拉傷損壞、自壓密封處冷態(tài)滲漏、電動無
法開關(guān)等缺陷，確保了機組的安全經(jīng)濟運行。
參 考 文 獻
(1] 韓立人．管道與閥門(M]．北京：水利電力出版社，1988．
[2] 丁有宇，等．600MW汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)[M]．北京：中國
電力出版社。2000．
[3] 王訓(xùn)鉅．閥門的使用和維修技術(shù)[M]．武漢：湖北科學(xué)技
術(shù)出版社，1985．
[4] 楊鵬年，等．全國閥門實用技術(shù)手冊[M]．杭州：浙江科
學(xué)技術(shù)出版社．1992．
(收稿日期：2003．06．17)
(上接第33頁)
隨著介質(zhì)溫度降低到0Z；以下，破裂壓力將大大提
高。在保護裝有液化氣的容器以及當(dāng)膜片安裝在室
外時是必須考慮的。在這種情況下。持久性同樣會
增高。當(dāng)溫度升高(大于或等于100℃ 時)，破裂
壓力和持久性降低(圖8)。
圖8 防爆膜在2O℃ 的持久強度
(t為到爆裂為止的時間)
用膜片實際破裂時的壓力同工作壓力之比來表
征持久強度，其值同載荷和溫度的作用時間有關(guān)。
載荷的長期作用甚至在室溫下也會使膜片的破裂壓
力降低，隨著溫度的升高，膜片的持久強度和使用
期限都將減少，特別是在工作了10h以后。穩(wěn)定性
較好的膜片有鎳制的爆破式膜片。石墨制的破碎式
膜片和不銹鋼制的彈放式膜片。
6 結(jié)語
安全防爆膜可以單獨使用。也可以同其他安全
裝置配合使用。防爆膜動作前的密封性能良好。動
作可靠(特別是在具有沉積、聚合、結(jié)晶等傾向的
介質(zhì)中)，制造簡單，成本低，慣性小。但防爆膜
僅能使用一次，要排放掉全部的工作介質(zhì)，動作壓
力和容器工作壓力之差相對較大。工作不夠穩(wěn)定。
防爆膜的使用壽命同工作壓力有很大關(guān)系。在工作
壓力不變的條件下安全防爆膜的破裂壓力越高其使
用壽命越長。在同樣的工作壓力與破裂壓力的比值
下，當(dāng)壓力波動和溫度升高時，安全防爆膜的壽命
大大降低。
參 考 文 獻
[1] 顧同偉．管路系統(tǒng)的安全裝置[M]．北京：機械工業(yè)出版
社．1996．
(2] T．串康德拉契娃，黃光禹譯．安全閥(M】．上海：科學(xué)技
術(shù)出版社。1981．
(收稿日期：2003．10．23)
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