爆破片失效影響因素分析及失效案例

爆破片失效影響因素分析及失效案例我國(guó)經(jīng)過(guò)近三十年的進(jìn)展，爆破片作為一種壓力容器安全附件，己廣泛被人們理解。爆破片相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的制定與施行，也對(duì)科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)、制造以及使用爆破片供給了依據(jù)。然而，隨著爆破片應(yīng)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大，漸漸消滅了的問(wèn)題：在使用過(guò)程中，爆破片失效越來(lái)越多。爆破片失效，是指出廠時(shí)判定為合格的爆破片，在使用中，消滅了與設(shè)定功能不同的特別行為。調(diào)研覺(jué)察，爆破片失效主要有三種狀況：在低于設(shè)定的爆破壓力下，爆破片提前爆破；在超過(guò)設(shè)定的爆破壓力時(shí)，爆破片未爆破；在設(shè)定的爆破壓力下，爆破片爆破，但膜片開(kāi)裂形態(tài)未到達(dá)要求。無(wú)論消滅哪種失效狀況，均為壓力容器安全運(yùn)行帶來(lái)的隱患。因此，爭(zhēng)論爆破片失效影響因素，對(duì)完善超壓泄放理論及技術(shù)，補(bǔ)充現(xiàn)有法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。木文分析爆破片失效影響因素，并給出失效案例，以為合理使用爆破片供給參考。2爆破片失效影響因素及案例設(shè)計(jì)爆破壓力或操作壓力不當(dāng)在確定爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力時(shí)，往往參考容器的設(shè)計(jì)壓力。實(shí)際上，操作壓力也是確定爆破片設(shè)計(jì)爆破壓力的主要參數(shù)。操作壓力0w與爆破片最小爆破壓力Amin〔該值可用于確定設(shè)計(jì)爆破壓力〕之比稱(chēng)為操作比，表示操作壓力距離設(shè)計(jì)爆破壓力的幅度。操作比對(duì)爆破片疲乏性能影響顯著。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如GB567-2023等均給出了不同類(lèi)型爆破片的最大允許操作比，如表1。假設(shè)實(shí)際操作比大于允許操作比，則爆破片耐長(zhǎng)期性將大幅度降低，爆破片壽命越短，越簡(jiǎn)潔在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)爆破壓力下提前爆破失效。1GB567-2023⑶規(guī)定的操作比數(shù)值爆破片形式爆破片形式載荷性質(zhì)最小爆破壓力Pbminmin操作比Pw∕Pb正拱一般形靜載荷“43Pw<70%正拱開(kāi)縫〔帶槽〕形靜載荷“25Pvv<80%正拱形脈沖載荷反拱形靜載荷、脈沖載荷>1.7Pw>1.1Pw≤60%<90%平板形靜載荷≥2.0Pw<50%石墨爆破片 靜載荷 “25Pw <80%Pbmin——最小爆破壓力，MPaPw——工作壓力，MPa；調(diào)研覺(jué)察，人們?cè)陂_(kāi)展爆破片設(shè)計(jì)及使用時(shí)，往往存在多個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為“爆破壓力離操作壓力近點(diǎn)好，容器會(huì)更安全”，或者“設(shè)計(jì)壓力與操作壓力越近越好，容器省材料“，更有甚者認(rèn)為“只要不超過(guò)爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力，可以適當(dāng)提高容器的操作壓力這些狀況均可能導(dǎo)致操作比過(guò)大，引起爆破片低壓爆破失效。例如，某單位一化工設(shè)備上設(shè)置LF250012-20的正拱開(kāi)縫形爆破片，其允許爆破壓力0?105MPa~0.135MPa,900.1MPa時(shí)提前爆破。經(jīng)查,8%,1(a)。該起失效即為操作比過(guò)高引起的爆破片低壓疲乏失效，其裂開(kāi)形貌具有典型疲乏特征，如圖1(b)、(c)所08MPa02MPa(a) 工作壓力曲線(xiàn) (b) 失效裂開(kāi)形貌 ⑹正常裂開(kāi)形貌1某單位爆破片失效案例因操作比過(guò)高引起的爆破片低壓疲乏失效案例很多：某單位承受的 LP10-90-22爆破片,操作壓力到達(dá)爆破壓力約 80%,超過(guò)了這種形式爆破片的允許操作比，爆破片提前爆破；某單位在液壓泵出口設(shè)置型號(hào)LC50?L034-50的爆破片，但在使用中壓力消滅波動(dòng)，導(dǎo)致操作壓力上升，爆破片消滅屢次提前爆破等。設(shè)計(jì)爆破溫度或操作溫度不當(dāng)爆破片膜片為金屬材料，必定有金屬特性，即溫度上升，強(qiáng)度降低。因此，設(shè)定爆破片的爆破壓力，必定要對(duì)應(yīng)爆破溫度。假設(shè)爆破溫度或操作問(wèn)題不當(dāng)，導(dǎo)致爆破片爆破壓力下降,或者操作壓力提高，從而增加了操作比，則簡(jiǎn)潔引起爆破片失效。例如，某單位低溫氣瓶所用反拱帶槽爆破片，原設(shè)計(jì)爆破溫度為常溫。在夏天使用時(shí)出現(xiàn)多例提前爆破事故。分析覺(jué)察，該單位所在地區(qū)夏天溫度可達(dá) 35C,瓶身溫度接近50℃。在此溫度下，爆破片爆破壓力降低，介質(zhì)溫度上升，導(dǎo)致操作比大幅提高，引起提前爆破。,再如，某單位電器開(kāi)關(guān)設(shè)備早期所用反拱帶槽爆破片 YCH100-0.8-60,考慮了夏天時(shí)的溫度，將設(shè)計(jì)爆破溫度定義為 60℃。但考慮操作比時(shí)，仍以20℃時(shí)的介質(zhì)壓力計(jì)算。夏天時(shí)也消滅了提前爆破的案例。分析覺(jué)察，當(dāng)溫度變?yōu)?60C時(shí)，介質(zhì)壓力增加了1.14倍，且該開(kāi)關(guān)設(shè)備存在頻繁脈動(dòng)壓力，導(dǎo)致操作比大幅提高，爆破片提前爆破。內(nèi)部介質(zhì)腐蝕雖然標(biāo)準(zhǔn)如GB567-2023⑶已明確指出爆破片材料要選擇不會(huì)被介質(zhì)腐蝕的材料，但在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，用戶(hù)可能對(duì)介質(zhì)腐蝕性了解不多，特別對(duì)介質(zhì)中的微量介質(zhì)不了解，存在因無(wú)視某些因素導(dǎo)致的爆破片材料選擇不適宜的狀況。例如，某公司PVC反響釜，承受LC300/.732-80的爆破片，材料為Ni201°但使用6-8個(gè)月時(shí)，頻繁低壓爆破。分析覺(jué)察，該公司物料中含有一些對(duì)銀材有腐蝕的中和劑碳酸氫錢(qián),使爆破片根部及槽腐蝕嚴(yán)峻，降低了爆破片爆破壓力。后將爆破片材料改為316L,未再消滅提前爆破案例。再如，某工程氧化復(fù)原車(chē)間過(guò)濾器系統(tǒng)介質(zhì)為含醋酸固體顆粒漿料，最初選用的爆破片材料為Inconel6,爆破片在使用不到1個(gè)月即頻繁低壓爆破。分析覺(jué)察醋酸對(duì) Inconel6316L及鈦材，解決了此問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，常用的爆破片材料如 316L.Inconel600等具有確定的耐腐蝕性。但工業(yè)介質(zhì)種類(lèi)繁多，使用工況苛刻，簡(jiǎn)潔引起意外腐蝕 (如應(yīng)力腐蝕等)，因此，在選擇爆破片材料時(shí)，必需充分分析爆破片可能接觸的介質(zhì)及其溫度參數(shù)，合理、牢靠選擇材料。外部環(huán)境腐蝕工業(yè)上存在因環(huán)境腐蝕導(dǎo)致的爆破片失效案例。帶有酸性的雨水在泄壓側(cè)積存，隨著水分的蒸發(fā)，酸性組分漸漸累積，濃度不斷提高，對(duì)槽形爆破片開(kāi)槽根部區(qū)域產(chǎn)生腐蝕，會(huì)造成爆破片爆破壓力下降或者直接泄漏。夾持力缺乏或不均勻爆破片夾持力對(duì)爆破壓力和開(kāi)裂形態(tài)影響顯著“L夾持力缺乏或不均勻時(shí)，可能造成2所示。正拱帶槽型爆破片抽出正拱開(kāi)縫型爆破片抽出 I正拱帶槽型爆破片抽出正拱開(kāi)縫型爆破片抽出 I 即使爆破片未脫落或抽出，因爆破片周邊不能保證有效剛性約束，將導(dǎo)致爆破片爆破壓力降低，爆破后開(kāi)裂形態(tài)不合格，甚至引起爆破片耐疲乏性降低。選擇YC102-1.15-20爆破片開(kāi)展試驗(yàn)爭(zhēng)論，其材質(zhì)為 Ni201,爆破溫度為20C。螺栓為6根，規(guī)格為M14x2.表2、圖3為試驗(yàn)爭(zhēng)論得到的不同加持扭矩下該爆破片的爆破壓力及開(kāi)裂形貌。可見(jiàn)，隨夾持力增加，爆破壓力增加。過(guò)小的加持扭矩將導(dǎo)致開(kāi)裂形態(tài)差。2爆破壓力及爆破片開(kāi)度試驗(yàn)結(jié)果加持扭矩爆破壓力∕MPa爆破片開(kāi)度80.801/4開(kāi)150.96全開(kāi)201.10全開(kāi)301.14全開(kāi)8N.m15N.m20N.m30N.m8N.m15N.m20N.m30N.m引起爆破片夾持力缺乏或不均勻的緣由有很多，常見(jiàn)有如下幾項(xiàng)：扭矩施加緣由：包括未按要求扭矩值施加扭矩、未使用扭矩扳手施加扭矩、未按規(guī)定的加載方案施加扭矩等；墊片緣由：爆破片裝置與法蘭之間使用軟性墊片等；空間緣由：例如安裝空間受限，不能有效使用扭矩扳手施加要求扭矩〔如圖4a〕、爆破片泄壓側(cè)串聯(lián)安全閥，法蘭與螺栓頂?shù)介y體〔4b〕等。其他緣由：例如，爆破片裝置進(jìn)出口法蘭不平行，或者爆破片泄壓側(cè)串聯(lián)安全閥或長(zhǎng)泄放管引起的管線(xiàn)法蘭密封而承載不均勻等。4因空間緣由導(dǎo)致夾持力缺乏的案例爆破片磕碰或損傷磕碰、損傷對(duì)反拱形爆破片性能的影響最為明顯。反拱爆破片在儲(chǔ)存、搬運(yùn)、安裝和使用過(guò)程中患病磕碰或損傷后，爆破壓力或耐疲乏性能會(huì)降低，降低狀況依損傷位置及損傷程度而不同。全閥閥體〔a〕安裝空間受 〔b〕爆破片螺栓頂?shù)桨踩y閥體4片材質(zhì)為Ni201YC102/.片20爆破片開(kāi)展了模擬損傷試驗(yàn)爭(zhēng)論。4片爆破片如5所示。1號(hào)、2號(hào)為模擬扳手、螺栓等物體掉落砸傷爆破片；3號(hào)、4號(hào)為模擬產(chǎn)品未拿住掉到地面損傷。各爆破片損傷模擬方法如下：號(hào)：尖硬物敲擊拱面中心，變形嚴(yán)峻，損傷大；號(hào)：尖硬物敲擊拱面中心，變形小，損傷??；號(hào)：提高至1.5米自由落地，頂部損傷；號(hào)：提高至1.5米自由落地，側(cè)面損傷，變平。5試驗(yàn)用反拱爆破片四片爆破片的試驗(yàn)結(jié)果及開(kāi)裂形貌分別如表3、圖6所示?？梢?jiàn)，損傷爆破片對(duì)爆破壓力降幅以及開(kāi)裂形態(tài)的影響很大，當(dāng)在爆破片安裝時(shí)，假設(shè)覺(jué)察損傷，必需更換爆破片。3損傷爆破片試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)損傷程度爆破壓力∕MPa爆破壓力降幅開(kāi)裂形態(tài)1損傷大0.6840.4%未開(kāi)2略有損傷0.9417.5%全開(kāi)3頂部損傷0.7236.8%未開(kāi)4底部損傷1.010%全開(kāi)圖6圖6損傷爆破片開(kāi)裂形貌爆破片必需安裝在與其配套的夾持器或法蘭中，并且爆破片裝置泄壓側(cè)的法蘭口徑必需不小于爆破片的公稱(chēng)直徑，否則會(huì)阻礙爆破片翻開(kāi)泄放通道，無(wú)法滿(mǎn)足爆破片的泄放要求。例如，某企業(yè)一容器承受反拱帶槽形爆破片，但泄壓側(cè)法蘭內(nèi)徑小于爆破片泄放口徑，正常開(kāi)裂形貌法蘭阻礙爆破片翻開(kāi)時(shí)的開(kāi)裂形貌如圖7所示，則爆破片翻轉(zhuǎn)時(shí)遇到泄壓側(cè)法蘭的阻擋，嚴(yán)峻影響了爆破片的開(kāi)裂狀態(tài)。正常開(kāi)裂形貌法蘭阻礙爆破片翻開(kāi)時(shí)的開(kāi)裂形貌7泄壓側(cè)法蘭內(nèi)徑小于爆破片泄放口徑案例爆破片泄壓側(cè)防護(hù)不當(dāng)爆破片在安裝后，應(yīng)在泄壓側(cè)進(jìn)展適當(dāng)防護(hù)。假設(shè)沒(méi)有設(shè)置防護(hù)或防護(hù)設(shè)置不當(dāng)，可能造成爆破片患病冰雹、飛石等損傷，顯著降低爆破壓力。例如，反拱爆破片凹面可能積存水、灰土、雜物等。假設(shè)爆破片凹面的積存物到達(dá)確定量，反拱爆破片無(wú)法翻開(kāi)。另外，在我國(guó)北方地區(qū)，冬季冰凍常導(dǎo)致爆破片泄壓側(cè)積水后結(jié)冰，假設(shè)容器內(nèi)溫度較高 ,泄壓側(cè)積水便會(huì)沿上外表先結(jié)冰封凍，隨后當(dāng)內(nèi)部積水進(jìn)一步結(jié)冰時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生向下的膨脹力。由于爆破片厚度較薄，而且局部爆破片拱面還有壓痕，所以爆破片拱面就極有可