气瓶用爆破片安全泄放装置结构设计

刘刚（沈阳特种设备检测研究院，辽宁 沈阳110179）

气瓶是指一种可以存放液化气体、固化气体及具有溶解性能气体的一次性或重复使用的压力容器设备。使用爆破片的安全泄放装置是一种基于压力差驱动的装置，泄放通道一经开启，装置无法自动闭合[1]。近来年由于泄放装置爆破时产生的安全事故相对较多，为提升泄放装置的安全性及爆破准确率，以下将设计气瓶用爆破片安全泄放装置的结构，此种安全泄放装置主要由夹持器、安全爆破片及检漏设备构成，以下将结合上述分析的问题及市场对该装置的需求量，详细的进行该装置的结构设计。

1 气瓶用爆破片安全泄放装置结构设计

由于反拱形装置可承受的压力范围较大，结合相关气瓶泄放压力标准，设计一种新型泄放装置。

采用双爆破片的形式提升整体装置的安全性，且爆破片中间由夹持器固定，两个爆破片之间留有一定的空间，避免气瓶内腐蚀性较高的气体对泄放装置造成影响。

结合装置的整体结构设计可知，气体超压为泄放装置的启动开关，设置气瓶压力参数，当瓶内气体压力超过设定的参数范围时，泄放装置爆破片及时爆破，装置进行泄压操作，当瓶内气瓶压力未超过设定的参数范围时，检漏设备可避免泄放装置出现错误操作[2]。以下将从夹持器结构、气瓶用爆破片选型及检漏装置结构设计三个方面设计泄放装置的整体结构，确保装置的稳定可持续运行。

1.1 夹持器结构设计

根据泄放装置得工作需求，首先进行夹持器的结构设计，为了确保瓶内超压气体在规定时间内完全泄放，夹持器设备采用连通式结构。为提升内外层爆破片的替换，采用紫铜垫片作为装置中气体的密封层，为了避免产生爆破后不影响设备的正常运行，设置上下压环降低爆破片产生的阻力，在夹持器中间设置检测孔，使用外部设置的压力传感设备，监测装置内气瓶内部的压力，进而可判断装置是否需要泄压[3]。针对泄压孔中配对是否准确问题，可在夹持器的中间小孔位置设计环形槽区域，确保外部装置可实时监测到气瓶内气体的压力指数。

1.2 气瓶用爆破片选型

由于新型爆破装置的整体结构与传统爆破装置的整体结构存在一定程度的差异，因此在爆破片的选择上

也具有不同程度的要求，基于上述设计的夹持器结构，下述将结合泄放装置材料的厚度及弹性，进行对应的爆破计算，进而选择合适的气瓶爆破片。爆破计算如下公式所示。

公式中PB表示为对应泄放点的瓶内气压，计算单位为MPa；E表示为泄放装置爆破片材料的弹性形变量，计算单位为MPa；δ表示为爆破片厚度，计算单位为mm；R表示为拱形爆破片的拱高，计算单位为mm。

由于泄放装置内层爆破片可与气瓶内存储气体直接进行接触，因此内层爆破片在选择上对材料的运用有着较高的要求，需要其具备耐腐蚀的特点。气瓶在反复的使用过程中其荷载能力将会受到一定程度的损害，因此需提升爆破片的抗疲劳性能。为了避免爆破后的碎片影响装置的后期运行，因此要求当装置开启后爆破片的碎渣趋近于无限小，一方面可降低对装置外部的损害，另一方面较大的碎渣与装置碰撞后极易产生火花，在一定压强下造成更为严重的泄压事故。当内部气体压力过大装置开启时，内层爆破片破碎，外层爆破片必须立即破碎。根据相关安装泄放装置标准，装置内部爆破片可选用拱形带十字槽的爆破片，也称YC 型号爆破片。由于装置对于外层爆破片的要求较低，因此外层爆破片可选用LP型号爆破片。根据相关标准要求及计算，设置内部爆破片泄放口直径最少为∅15mm，操作压强比值为0.9，满足设计的气瓶爆破片安全泄放装置内气体的压力荷载范围。

1.3 检漏装置结构设计

由于装置内极易存在内部爆破片，由于压力显示异常导致的提前爆破，造成整体装置的安全性较低，为了实现远距离监控泄放装置的功能，进行装置内检漏设备结构的设计。

整体装置采用蓝牙无线连接，对于泄放装置的压力检测端由外部传感设备、单机片及压力检测显示屏构成，监控端由压力信号结构设备及监控APP 构成。外部传感器将检测到的瓶内气压转换成数字信号，传输至单机片设备上并对信号数据进行有效处理，经过分析处理后的压力数据可直接通过无线设备传输至信号接收端，在对应的显示屏投影并成像，当压力值超出设置的参数范围时，装置报警触发内部爆破片，释放气体，实现气瓶用爆破片安全泄放装置结构的设计。

2 安全性能检测对比实验

为了检验设计的气瓶用爆破片安全泄放装置的安全性，进行对比实验，先使用传统的泄放装置对其气瓶内气体匀速加压，再使用设计的安全泄放装置进行同样的操作，为确保实验数据的准确性，选择相同的气体灌装至气瓶内，且实验在同一环境相同室温下进行，通过模拟装置可能发生的安全事故，分别使用传统装置和文章设置的安全泄放装置对其进行影响。收集8组数据，将收集的数据整理后，如下图1所示。

图1 事故发生曲线图

如上述图1所示，为对比实验曲线图，从图中可得出结论：相比传统的泄放装置，文章设计的气瓶用爆破片安全泄放装置可以更有效地避免安全事故的发生，直接的提升了装置使用过程中的安全系数，因此应加大该装置在气体运输方面的应用。

3 结语

近年来由于泄放装置出现故障造成的一系列安全问题层出不穷，因此文章开展了气瓶用爆破片安全泄放装置结构设计的研究，通过设计夹持器的结构、爆破片的选择及检漏设备的设计完善泄放装置整体结构的设计，在一定程度上提升了装置使用的安全性。