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爆破片与安全阀串联组合泄放特性

文档作者：喻健良1 2 闫兴清1 陈金义3 白瑞莹3 金志伟4 周伟明5 文档来源： 1．大连理工大学2．大连理工安全装备有限公司3．沈阳新光阀门制造厂 4．沈阳航天新光安全系统有限公司 5．上海市气体工业协会		点击数：	更新时间： 2021年07月26日
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试验研究
爆破片与安全阀串联组合泄放特性
喻健良1，2，闫兴清1，陈金义3，白瑞莹3，金志伟4，周伟明5
(1． 大连理工大学化工机械学院，辽宁大连116024; 2． 大连理工安全装备有限公司，辽宁大连
116012; 3． 沈阳新光阀门制造厂，辽宁沈阳110043; 4． 沈阳航天新光安全系统有限公司，辽宁沈
阳110043; 5． 上海市气体工业协会，上海200030)
摘要: 爆破片及安全阀串联组合泄放系数测定在国内标准及文献中还未见报道。建立了爆破片与
安全阀串联组合泄放特性试验装置，研究了爆破片与安全阀之间不同接管长度、不同泄放压力下组
合泄放装置泄放量及泄放系数。选用孔板流量计测量介质流量，选用反拱刻槽型爆破片及弹簧全
启式安全阀。以单独安装安全阀泄放试验作为对比试验。结果表明，单独安装安全阀时，随着接管
长度增加，泄放系数稍变小，但最小值为0． 9。试验所用批次的爆破片和安全阀串联组合时，泄放
系数在0． 78 ～ 0． 84 之间，组合校正系数Kc
在0． 876 ～ 0． 912 范围内。
关键词: 爆破片; 安全阀; 串联组合; 组合泄放系数; 组合校正系数
中图分类号: TH138． 52; O343 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 4837( 2012) 08 － 0006 － 05
doi: 10． 3969 /j． issn． 1001 － 4837． 2012． 08． 002
Discharge Characteristics of Rupture Disk Cascaded with Safety Valve
YU Jian － liang1，2
，YAN Xing － qing1，CHEN Jin － yi3，BAI Rui － ying3，
JIN Zhi － wei4，ZHOU Wei － ming5
( 1． School of Chemical Machinery，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China; 2． Dalian University
Safety Equipment Co． ，Ltd． ，Dalian 116012，China; 3． Shenyang Xinguang Valve Manufacture Factory，
Shenyang 110043，China; 4． Shenyang Hangtian Xinguang Safety System Co． ，Ltd． ，Shenyang
110043，China; 5． Shanghai Gas Industry Association，Shanghai 200030，China)
Abstract: The discharge coefficient of rupture disk cascaded with safety valve has not been reported in
domestic standards and literatures． A cascaded combination discharge device of rupture disk and safety
valve was established． Both the flow capacity and discharge coefficient were studied in different pipe
lengths between rupture disk and safety valve and in different bursting pressures． The orifice meter was adopted
to measure the flow capacity． The reverse acting scored bursting disk and conventional spring －
loaded pressure relief valve were selected． The discharge experiments of single safety valve were conducted
as opposite experiments． The results indicate that，when safety valve acts alone， the discharge coefficient
gets smaller as pipe length becomes larger，with the minimum value of 0． 9． Whereas，when the rupture
disk cascaded with safety valve acts， the discharge coefficient varied from 0． 78 to 0． 84 and the combination
correction coefficient from 0． 876 to 0． 912．
Key words: rupture disk; safety valve; cascaded combination; combination discharge coefficient; combination
correction coefficient
·6·
0 引言
爆破片及安全阀是最为常用的超压泄放装
置。开展超压泄放设计时，确定泄放装置的泄放
系数是计算泄放口径的关键［1 － 6］。对单一爆破片
或安全阀装置，泄放系数容易选取。但是，工业上
较多场合不适宜采用单一装置，需将爆破片与安
全阀串联组合使用，因此必须开展爆破片与安全
阀组合泄放特性及泄放系数相关研究［7 － 10］。
当采用爆破片与安全阀串联组合时，API 520
标准［4］采用组合校正系数，考虑在安全阀入口安
装爆破片对安全阀泄放量的影响。组合装置的泄
放系数等于安全阀单独作用时的泄放系数与组合
校正系数的乘积，并规定当无法通过试验确定组
合校正系数时，推荐取0． 9［11］。ASME 规定当不
通过试验测定时，其值不能超过0． 9。国外ASME
PTC 25 － 2008［12］以及ASME Ⅷ － 1 UG － 132 标
准［13］提供了组合校正系数的测试流程及试验步
骤。美国BS＆B 公司依据此标准，对组合校正系
数进行了较多的测试工作。然而，国内还未见较
为明确的组合校正系数测定相关标准及测试数
据。
基于此，文中参考国外相关标准，建立安全阀
与爆破片组合泄放试验装置，研究安全阀单独泄
放、爆破片与安全阀串联组合泄放两种方式的泄
放系数变化，并通过改变串联接管长度，研究其对
泄放系数的影响规律。
1 试验装置
参考ASME PTC 25—2008 建立试验流程如
图1 所示，主要由供气系统、测试管路、泄放管路、
阀门等组成，试验介质采用空气。为了提供较为
平稳的气源压力，供气系统采用压缩机、2 个立式
储罐( 6 m3 ) 、1 个卧式储罐( 1． 88 m3 ) 组成。空气
通过压缩机被压入2 个立式储罐中，然后通过人
工控制DN 125 气动球阀使气体进入卧式储罐、
测试和泄放管路中。卧式储罐通过球阀与测试管
路和泄放管路连接。
图1 试验系统流程
测试管路规格为DN 125 ( 133 mm × 4
mm) 。采用标准孔板流量计测量介质流量，安装
在测试管路上。流量计入口管道内径D = 125
mm，孔板直径d = 68． 5 mm。取压方式为法兰取
压，两测压口间安装型号为JS3051、量程为0 ～ 80
kPa 的智能压差变送器，并通过NHR － 7600 液晶
流量积算控制仪记录孔板前后取压口之间的静压
差Δp。采用压力传感器记录泄放压力、采用铂电
阻测量泄放温度。泄放管路为DN 50 接管，长度
可调。与测试管路通过法兰连接。连接方式如
下: 在DN 125 的法兰上开螺纹孔，利用螺柱将
DN 50 法兰与DN 125 法兰连接。测试管路与泄
放接管实物图如图2 所示。
选用DN 50 弹簧全启式安全阀，整定压力为
1． 7 MPa，进口直径D1 = 50 mm，喉部直径d = 35
mm，阀瓣达到最高处时上升高度h = 8． 75 mm，出
口直径D2 = 80 mm。采用某公司生产的DN 50 反
拱刻槽爆破片，爆破压力1． 7 MPa。
当开展单独安全阀泄放试验时，将安全阀安
装在图2 中位置B 处; 当开展组合泄放试验时，
将爆破片安装于位置A，安全阀装置于位置B。
为了研究爆破片与安全阀连接距离对泄放的影
·7·
第29 卷第8 期压力容器总第237 期
响，接管长度选为50， 150， 250 及300 mm。
图2 测试与泄放管路图
试验流程: 首先将泄放装置装入泄放管路，然
后手动打开卧式容器与测试管路中的球阀，利用
压缩机向立式储罐内充入高于泄放压力的气体;
充气完毕后，手动按下DN 125 气动球阀按钮使
阀开启，立式储罐内气体充入卧式储罐及测试、泄
放管路; 待压力达到泄放装置动作压力后，手动松
开DN 125 气动球阀按钮使阀关闭。流量计、压
力传感器、温度传感器测量泄放瞬间流量、压力及
温度。
2 试验结果及分析
泄放系数Kd
为泄放装置实际泄放量与理论
泄放量之比。理论泄放量指泄放装置为理想圆管
时的泄放量，可依据文献［1 － 4］并设定泄放系数
为1 计算得到。必须注意，安全阀的理论泄放量
必须使用安全阀流通截面的最小通道即喉径计
算。
表1 列出试验测得的不同接管长度L 及泄放
压力P 下，单独安装安全阀时的实际泄放量W 与
计算得到的安全阀理论泄放量Wt。表2 列出爆
破片与安全阀组合泄放试验与计算结果。
根据表1 中数据，计算得到不同长度的接管
单独安装安全阀时泄放系数Kd
随泄放压力P 的
变化如图3 所示。
由图3 可知，当接管长度L 在50 ～ 300 mm
范围内，随泄放压力P 变化，安全阀泄放系数Kd
在0． 9 ～ 0． 95 之间，变化幅度不大，仅为5． 6%。
若从安全因素考虑，泄放系数取小值偏于保守，则
单独使用此批次安全阀时，泄放系数可取为0． 9。
但是，在不同接管长度L 下，泄放系数稍有不同。
L = 50， 150， 250， 300 mm 时对应的泄放系数最小
值分别为0． 93，0
． 92，0
． 9，0
． 9。这是因为随着接
管长度增大，泄放阻力增大，泄放效果下降。
表1 单独安装安全阀时的数据
L /mm P/MPa W/kg·s － 1 Wt / kg·s － 1
50
1． 745 3． 8552 4． 1466
1． 727 3． 8085 4． 1061
150
1． 950 4． 3341 4． 6070
1． 685 3． 6807 4． 0118
1． 711 3． 8865 4． 0702
1． 982 4． 3611 4． 6788
1． 664 3． 6860 3． 9647
1． 867 4． 2002 4． 4206
1． 721 3． 8944 4． 0927
250
1． 759 3． 8559 4． 1780
1． 904 4． 0289 4． 5037
1． 659 3． 6376 3． 9534
300
1． 994 4． 3736 4． 6594
1． 649 3． 4658 3． 8546
1． 661 3． 5662 3． 9579
1． 683 3． 6593 4． 0073
1． 747 3． 8343 4． 1511
1． 683 3． 6921 4． 0073
表2 爆破片和安全阀串联组合泄放数据
L /mm P/MPa W/kg·s － 1 Wt / kg·s － 1
50
1． 776 3． 4823 4． 1815
1． 754 3． 4353 4． 1668
150 1． 770 3． 8124 4． 2027
250
2． 055 3． 8723 4． 8029
1． 728 3． 3740 4． 1084
300
1． 946 3． 7245 4． 5527
1． 681 3． 1031 3． 9377
1． 751 3． 3988 4． 1600
根据表2 计算得到的爆破片与安全阀串联组
合时的组合泄放系数K'
d
如表3 所示。表3 中同
时给出了单独安装安全阀时的泄放系数Kd。
·8·
CPVT 爆破片与安全阀串联组合泄放特性Vol29. No8 2012
图3 单独安装安全阀时泄放系数随泄放压力变化
表3 串联组合泄放系数K'
d
与组合校正系数Kc
L /mm P/MPa K'
d Kd Kc = K'
d /Kd
50
1． 776 0． 8328 0． 93 0． 895
1． 754 0． 8245 0． 93 0． 887
150 1． 770 0． 9071 0． 92 0． 986
250
2． 055 0． 8062 0． 9 0． 896
1． 728 0． 8212 0． 9 0． 912
300
1． 946 0． 8181 0． 9 0． 909
1． 681 0． 7880 0． 9 0． 876
1． 751 0． 8170 0． 9 0． 908
由表3 可知，当采用爆破片与安全阀组合泄
放时，组合泄放系数K'
d
较安全阀单独安装时的泄
放系数Kd
要低，基本在0． 78 ～ 0． 84 之间变化，接
管长度L 对组合泄放系数的影响不明显。
泄放装置组合时，泄放系数的变化可以用组
合校正系数Kc = K'
d /Kd
衡量，结果见表3。当爆
破片与安全阀串联时，不论接管长度为何值，组合
校正系数Kc
基本集中在0． 876 ～ 0． 912 范围内。
因此，当此批次爆破片与安全阀在工业中应用时，
为了安全起见，建议组合校正系数Kc
取0． 87。文
献［4］中推荐Kc = 0． 9，本试验采用的爆破片串联
安全阀的系数稍低于文献值。分析认为，本试验
过程中由于采用人工控制DN 125 气动球阀的开
启及关闭按钮，因此从泄放装置动作到停止升压
的时间间隔无法精确控制，导致泄放装置动作后
立式储罐继续向卧式储罐充气，且时间并不确定。
另外，由于本装置仅能测量泄放瞬间的状态，无法
测量稳定的泄放状态下的数值，因此本试验测得
的组合校正系数较标准推荐值稍有差异。
爆破片爆破形态与组合泄放系数K'
d
有很大
关系。爆破片开度较大，对安全阀泄放影响较小，
因此组合泄放系数趋近于单独安装安全阀的泄放
系数。图4 示出不同试验条件下组合泄放后爆破
片爆破形态。
试验发现，除了爆破片爆破形态外，影响爆破
片与安全阀组合泄放的因素较多，如压力源初始
压力及压升速率、安全阀开启高度、泄放瞬间的介
质状态、管线阻力等。因此，必须进一步系统地开
展组合泄放性能研究，寻求泄放性能影响因素及
规律，以完善现有泄放设计理论及技术。
图4 组合泄放试验过程中爆破片破裂形貌
·9·
第29 卷第8 期压力容器总第237 期
3 结语
建立了爆破片与安全阀串联组合泄放试验装
置，采用动作压力均为1． 7 MPa 的DN 50 弹簧全
启式安全阀和DN 50 反拱刻槽爆破片开展试验
研究。结果表明，单独安装安全阀，随着接管长度
变长，因泄放阻力增大导致泄放系数稍变小，试验
所用批次的安全阀泄放系数最小值为0． 9。爆破
片和安全阀串联组合泄放时，泄放系数较单独安
装安全阀时低，在0． 78 ～ 0． 84 之间。不论接管长
度为何值，当将本试验所用批次的爆破片与安全
阀串联组合泄放时，组合校正系数Kc
集中在
0． 876 ～ 0． 912 范围内。因此，为安全起见，当这
两个批次的爆破片与安全阀串联组合泄放时，建
议组合校正系数Kc = 0． 87。串联组合泄放系数
等于单独安装安全阀时的泄放系数与组合校正系
数的乘积。
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收稿日期: 2012 － 05 － 02 修稿日期: 2012 － 07 － 03
作者简介: 喻健良( 1963 － ) ，男，教授，主要研究方向为压
力容器及管道安全，通信地址: 116024 辽宁省大连市凌工
路2 号大连理工大学化环生学部实验楼H513，E － mail:
yujianliang@ dl． cn。
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收稿日期: 2012 － 06 － 20 修稿日期: 2012 － 07 － 11
作者简介: 王真勇( 1975 － ) ，男，工程师，技术部长，主要
从事换热器强化传热研究及设计开发工作，通信地址:
528000 广东省佛山市禅城区新风路6 号2 座602 房佛山
神威公司，E － mail: wzy717@126． com。
·10·
CPVT 爆破片与安全阀串联组合泄放特性Vol29. No8 2012

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