消防氣瓶用爆破片性能研究與分析

1、消防氣瓶用爆破片性能研究與分析摘要：主要介紹了爆破片裝置在消防氣瓶上的應(yīng)用，并著重研究了正拱普通型爆破片的爆破性能，給出其爆破壓力理論計算公式及影響其爆破壓力的諸多因素。 關(guān)鍵詞：消防氣瓶；爆破片；壓環(huán)；爆破壓力1 爆破片在消防行業(yè)的使用背景 隨著經(jīng)濟的逐步發(fā)展，人們對消防的作用越來越重視。現(xiàn)今的工業(yè)用滅火系統(tǒng)主要有：CO2(高壓和低壓)、混合氣體、七氟丙烷等氣體滅火系統(tǒng)，原有的鹵代烷由于會對臭氧層造成破壞，已經(jīng)基本被淘汰使用。為了保證滅火效果，消防氣瓶一般都是在高壓狀態(tài)下工作，氣瓶本身也都是按壓力容器要求來設(shè)計的，因此從安全角度考慮，需安裝超壓泄放裝置。根據(jù)公安部天津消防研究所的規(guī)定，這些滅

2、火系統(tǒng)中安全閥及瓶頭閥上應(yīng)安裝有安全膜片和刺破膜片。安全膜片用于保護裝有滅火氣體的氣瓶，刺破膜片用于啟動滅火系統(tǒng)。 2 消防氣瓶用爆破片性能研究 用于消防系統(tǒng)的安全泄放裝置一般要求泄放口徑小、泄放壓力高；爆破片具有泄放壓力精度高、密封性好、動作靈敏、耐疲勞、安全可靠等特點，因而是消防系統(tǒng)的首選泄放裝置；正拱普通型爆破片又正好可以滿足泄放口徑小、泄放壓力高這一要求，理所當(dāng)然也就成為現(xiàn)今最為推廣、流行的消防氣瓶用爆破片。21 圓板型爆破片 這是在消防氣瓶上較早期使用的一種爆破片，整個爆破片是一簡單的金屬圓平片，因而加工簡單，爆破壓力主要由膜片厚度和其上壓緊裝置內(nèi)徑來決定；但由于未預(yù)拱成型，從而在工

3、作過程中會產(chǎn)生較為明顯的塑性變形，抗疲勞性差，容易提前爆破，現(xiàn)今基本不再使用。 22 正拱普通(LP)型爆破片 是現(xiàn)今最為推廣、流行的消防氣瓶用爆破片，由于使用前已經(jīng)預(yù)拱成型，因而抗疲勞性較好。和圓板型爆破片一樣，它必須與配套壓環(huán)一起使用，壓環(huán)上有一個經(jīng)過機械加工的尺寸精確的泄放孔和一個支撐爆破片的圓角，且這些尺寸會影響爆破壓力。 (1)爆破機理 正拱普通型爆破片由一個周邊被夾持的金屬圓平片在一側(cè)施加靜液壓(或氣壓)，使其膨凸成拱形，如圖l所示。預(yù)拱成型壓力(為爆破壓力的8592)一般大于其工作壓力，因此爆破片在工作壓力下不再產(chǎn)生顯著的塑性變形。隨所受壓力的增加，拱形膜片發(fā)生拉伸變形，拱形高度

4、增加，膜片厚度減薄。當(dāng)拱形膜片上的應(yīng)力強度達到材料的強度極限時，膜片首先在拱形頂部(極點)破裂，隨即整個膜片沿夾持邊緣無規(guī)則地撕開。因此，這種爆破片又叫做拉伸型爆破片。圖1 LP型爆破片結(jié)構(gòu)尺寸示意圖 (2)爆破壓力計算公式 經(jīng)過嚴(yán)密的理論分析和多年的使用實踐，正拱普通型爆破片的爆破壓力可以采用以下公式進行估算： PB= KÓbS/D PB爆破片的爆破壓力，MPa； Ób材料的強度極限，MPa； S爆破片的初始厚度，取坯片厚度，mm K與材料應(yīng)變硬化程度有關(guān)的系數(shù)，K33.8，初步估算可取3.5； D爆破片的泄放口徑，mm； 考慮到膜片圓角半徑對小口徑爆破片爆破壓力影響較大

5、，我們在計算爆破壓力時D應(yīng)按下式計算： D=Do+2kr Do爆破片的名義直徑，取壓環(huán)的內(nèi)徑，mm r爆破片圓角半徑，mm； k一般可取k0.6；(3)影響爆破壓力的幾個主要因素從正拱普通型爆破片的爆破壓力計算公式可以看出，影響爆破壓力的因素除了材料本身的強度以外。還與爆破片的厚度、名義直徑及圓角有關(guān)。在其它條件相同情況下，膜片越厚，則爆破壓力越大；泄放口徑越小，壓力也越大。在實際使用過程中，還發(fā)現(xiàn)溫度對消防氣瓶用爆破片有較為顯著的影響，關(guān)于這一點，后面還要詳細討論。 (4)計算公式試驗驗證 本試驗是在上海華理安全裝備有限公司的爆破試驗裝置上進行的。利用其裝置選用同種材料(且已測得材料強度極限

6、為750 MPa)在20ºC下進行了五組試驗，以下是試驗結(jié)果。 表1 試驗爆破片原始數(shù)據(jù)及結(jié)果分析(單位為mm) 由于影響爆破片爆破壓力因素諸多，比如材料性能、生產(chǎn)制造工藝、爆破試驗裝置等等，因而任何理論計算公式僅能作為參考，爆破片的最終爆破壓力仍需由試驗來決定。但從上面試驗結(jié)果分析可以看出，本文所推薦的計算公式理論計算值和相應(yīng)試驗數(shù)據(jù)誤差基本控制在10以內(nèi)。應(yīng)該說對工程實踐是有很大參考意義的。23 消防氣瓶用爆破片組合裝置 消防氣瓶用爆破片裝置一般由壓環(huán)、膜片、密封墊片三部分組成，安裝在瓶頭閥中或類似于瓶頭閥的其它定位結(jié)構(gòu)上，安裝后爆破片拱的凹面處于壓力系統(tǒng)的高壓側(cè)。由于氣瓶工作壓

7、力較高，一般需加墊片以保證密封，而爆破片的爆破壓力則靠壓在其上面的壓環(huán)來保證。圖2為一安裝在螺塞座(相當(dāng)于瓶頭閥)上的爆破片組合裝置示意圖。圖2 安裝在螺塞座上的爆破片組合裝置示意圖24 溫度對LP型爆破片爆破壓力的影響 溫度對LP型爆破片爆破壓力影。向較大，雖然消防氣瓶用爆破片均是在常溫狀態(tài)下工作，但我國幅員遼闊，全國各地各個時期溫差較大，因此選用時準(zhǔn)確確定相應(yīng)爆破壓力下的拱形膜片壁溫仍然重要。通過長期的使用實踐，我們把-50100ºC之間不同材料(A1、Ni、31 6)溫度對爆破壓力的影響程度整理成表2，該表數(shù)據(jù)完全可以用來指導(dǎo)考慮溫度對LP型爆破片爆破壓力的影響大小。 表2 溫

8、度對爆破壓力影響程度一覽表(溫度單位：ºC)  從表2數(shù)據(jù)我們也可以看出隨著溫度升高，爆破壓力降低，且在某些溫度范圍內(nèi)(如020ºC)爆破壓力變化特別敏感。 在實際估算爆破壓力時應(yīng)該考慮溫度校正系數(shù)Kt的影響：即： PB= KKtÓbS/D 為了便于計算，我們也可以把表2數(shù)據(jù)繪成通用曲線，見圖3，其中橫坐標(biāo)代表溫度，縱坐標(biāo)為溫度校正系數(shù)Kt。 圖3 溫度對爆破壓力影響曲線 3 消防用爆破片選型參考 選用消防氣瓶爆破片時，首先要確定膜片的外徑、泄放口徑及爆破壓力，幾種常見工業(yè)滅火系統(tǒng)爆破片參數(shù)見表3。消防氣瓶用爆破片材料主要有不銹鋼、鎳等，根據(jù)GB 567

9、1999爆破片與爆破片裝置規(guī)定爆破壓力正負允差為±5。表3 幾種常見工業(yè)滅火系統(tǒng)爆破片參數(shù) *以上僅是參考數(shù)據(jù)。不同廠家實際情況不一樣，爆破片參數(shù)也可能不一樣。4 消防氣瓶用爆破片推廣前景及由此而產(chǎn)生的社會和經(jīng)濟效益 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們安全意識的逐步增加，“防患于未然”的思想越來越受到重視，人們不再是被動滅火，而是主動防火，每一棟新建的大廈都要裝上性能可靠的滅火系統(tǒng)，因此消防滅火系統(tǒng)的普及程度必將越來越高。爆破片由于具有泄放壓力精度高、封性好、動作靈敏、耐疲勞、安全可靠等特點，且經(jīng)過長期的使用實踐檢驗，已逐步成為消防氣瓶上不可替代的安全附件，在保證整個消防滅火系統(tǒng)正常運作過程中發(fā)揮了重要作用，其推廣使用必將給國家?guī)砭薮蟮纳鐣徒?jīng)濟效益。由于爆破片是一種技術(shù)含量高、作用重大的超壓安全泄放裝置，因此一定要選用具有國家技