爆破片失效影响因素分析及失效案例.docx

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1、爆破片失效影响因素分析及失效案例我国经过近三十年的发展，爆破片作为一种压力容器安全附件，己广泛被人们理解。爆破片相关法规及标准的制定与施行，也对科学、合理地设计、制造以及使用爆破片提供了依据。然而，随着爆破片应用场合的不断扩大，逐渐出现了新的问题：在使用过程中，爆破片失效越来越多。爆破片失效，是指出厂时判定为合格的爆破片，在使用中，出现了与设定功能不同的异常行为。调研发现，爆破片失效主要有三种情况：（1）在低于设定的爆破压力下，爆破片提前爆破；（2）在超过设定的爆破压力时，爆破片未爆破；（3）在设定的爆破压力下，爆破片爆破，但膜片开裂形态未达到要求。无论出现哪种失效情况，均为压力容器安全运行带

2、来新的隐患。因此，研究爆破片失效影响因素，对完善超压泄放理论及技术，补充现有法规、标准具有重要意义。木文分析爆破片失效影响因素，并给出失效案例，以为合理使用爆破片提供参考。2爆破片失效影响因素及案例2.1 设计爆破压力或操作压力不当在确定爆破片设计爆破压力时，往往参考容器的设计压力。实际上，操作压力也是确定爆破片设计爆破压力的主要参数。操作压力0w与爆破片最小爆破压力Amin （该值可用于确定设计爆破压力）之比称为操作比，表示操作压力距离设计爆破压力的幅度。操作比对爆破片疲劳性能影响显著。相关标准如GB567-2012等均给出了不同类型爆破片的最大允许操作比，如表1。若实际操作比大于允许操作比

3、，则爆破片耐持久性将大幅度降低，爆破片寿命越短，越容易在远低于设计爆破压力下提前爆破失效。表1 GB 567-2012规定的操作比数值爆破片形式载荷性质正拱普通形静载荷正拱开缝（带槽）形静载荷正拱形脉冲载荷反拱形静载荷、脉冲载荷平板形静载荷最小爆破压力Pbmin操作比PwPbmin43 Pw70%25 Pvv1.7 Pw60%1.1 Pw90%2.0 Pw50%石墨爆破片静载荷“25 Pw80%注：Pbmin 最小爆破压力，MPa； Pw工作压力，MPa；调研发现，人们在开展爆破片设计及使用时，往往存在多个误区，认为“爆破压力离操作压力近点好，容器会更安全”，或者“设计压力与操作压力越近越好，

4、容器省材料“，更有甚者认为“只要不超过爆破片的设计爆破压力，可以适当提高容器的操作压力这些情况均可能导致操作比过大，引起爆破片低压爆破失效。例如，某单位一化工设备上设置LF250012-20的正拱开缝形爆破片，其允许爆破压力范围为0105MPa0.135MPa,使用90天后，在操作压力低于0.1 MPa时提前爆破。经查,该爆破片实际操作压力比超过8()%,高于允许压力比，且工艺存在压力波动，如图1(a)。该起失效即为操作比过高引起的爆破片低压疲劳失效，其破裂形貌具有典型疲劳特征，如图1(b)、(c)所示。08MPa02MPa(a)工作压力曲线(b)失效破裂形貌正常破裂形貌图1某单位爆破片失效案

5、例因操作比过高引起的爆破片低压疲劳失效案例很多：某单位采用的LP10-90-22爆破片,操作压力达到爆破压力约80%,超过了这种形式爆破片的允许操作比，爆破片提前爆破；某单位在液压泵出口设置型号LC50L034-50的爆破片，但在使用中压力出现波动，导致操作压力升高，爆破片出现多次提前爆破等。2.2 设计爆破温度或操作温度不当爆破片膜片为金属材料，必然有金属特性，即温度升高，强度降低。因此，设定爆破片的爆破压力，必然要对应爆破温度。若爆破温度或操作问题不当，导致爆破片爆破压力下降,或者操作压力提高，从而增加了操作比，则容易引起爆破片失效。例如，某单位低温气瓶所用反拱带槽爆破片，原设计爆破温度为

6、常温。在夏天使用时出现多例提前爆破事故。分析发现，该单位所在地区夏天温度可达35C,瓶身温度接近50。在此温度下，爆破片爆破压力降低，介质温度升高，导致操作比大幅提高，引起提前爆破。后将设计爆破温度提高至5(C,以50时内部介质压力考虑操作比，解决了此问题。再如，某单位电器开关设备早期所用反拱带槽爆破片YCH100-0.8-60,考虑了夏天时的温度，将设计爆破温度定义为60。但考虑操作比时，仍以20时的介质压力计算。夏天时也出现了提前爆破的案例。分析发现，当温度变为60C时，介质压力增加了 1.14倍，且该开关设备存在频繁脉动压力，导致操作比大幅提高，爆破片提前爆破。2.3 内部介质腐蚀虽然标

7、准如GB567-2012已明确指出爆破片材料要选择不会被介质腐蚀的材料，但在实际执行时，用户可能对介质腐蚀性了解不多，特别对介质中的微量介质不了解，存在因忽略某些因素导致的爆破片材料选择不合适的情况。例如，某公司PVC反应釜，采用LC300/.732-80的爆破片，材料为Ni201但使用6-8个月时，频繁低压爆破。分析发现，该公司物料中含有一些对银材有腐蚀的中和剂碳酸氢钱,使爆破片根部及槽腐蚀严重，降低了爆破片爆破压力。后将爆破片材料改为316L,未再出现提前爆破案例。再如，某项目氧化还原车间过滤器系统介质为含醋酸固体颗粒浆料，最初选用的爆破片材料为Inconel6()(),爆破片在使用不到1

8、个月即频繁低压爆破。分析发现醋酸对Inconel6()()腐蚀严重，后来将爆破片材料改为316L及钛材，解决了此问题。一般来说，常用的爆破片材料如316L. Inconel600等具有一定的耐腐蚀性。但工业介质种类繁多，使用工况苛刻，容易引起意外腐蚀(如应力腐蚀等)，因此，在选择爆破片材料时，必须充分分析爆破片可能接触的介质及其温度参数，合理、可靠选择材料。2.4 外部环境腐蚀工业上存在因环境腐蚀导致的爆破片失效案例。带有酸性的雨水在泄压侧积存，随着水分的蒸发，酸性组分逐渐累积，浓度不断提高，对槽形爆破片开槽根部区域产生腐蚀，会造成爆破片爆破压力下降或者直接泄漏。2.5 夹持力不足或不均匀爆破

9、片夹持力对爆破压力和开裂形态影响显著L夹持力不足或不均匀时，可能造成爆破片整体脱落或抽出，如图2所示。正拱带槽型爆破片抽出 正拱开缝型爆破片抽出I图2爆破片因夹持力不足导致的抽出事故即使爆破片未脱落或抽出，因爆破片周边不能保证有效刚性约束，将导致爆破片爆破压力降低，爆破后开裂形态不合格，甚至引起爆破片耐疲劳性降低。选择YC102-1.15-20爆破片开展实验研究，其材质为Ni201,爆破温度为20C。螺栓为6根，规格为M14x2.表2、图3为实验研究得到的不同加持扭矩下该爆破片的爆破压力及开裂形貌。可见，随夹持力增加，爆破压力增加。过小的加持扭矩将导致开裂形态差。表2爆破压力及爆破片开度实验结

10、果加持扭矩爆破压力MPa爆破片开度80.801/4 开150.96全开201.10全开301.14全开8N.m15N.m20N.m30N.m图3爆破片开裂形貌引起爆破片夹持力不足或不均匀的原因有很多，常见有如下几项：(1)扭矩施加原因：包括未按要求扭矩值施加扭矩、未使用扭矩扳手施加扭矩、未按规定的加载方案施加扭矩等；(2)螺栓原因：夹持法兰螺栓数量不足或螺栓不符合相应标准等;（3）垫片原因：爆破片装置与法兰之间使用软性垫片等；（4）空间原因：例如安装空间受限，不能有效使用扭矩扳手施加要求扭矩（如图4a）、爆破片泄压侧串联安全阀，法兰与螺栓顶到阀体（图4b）等。（5）其他原因：例如，爆破片装置进

11、出口法兰不平行，或者爆破片泄压侧串联安全阀或长泄放管引起的管线法兰密封而承载不均匀等。螺栓顶到安全阀阀体（b）爆破片螺栓顶到安全阀阀体（a）安装空间受限图4因空间原因导致夹持力不足的案例2.6 爆破片磕碰或损伤磕碰、损伤对反拱形爆破片性能的影响最为明显。反拱爆破片在储存、搬运、安装和使用过程中遭受磕碰或损伤后，爆破压力或耐疲劳性能会降低，降低情况依损伤位置及损伤程度而不同。对4片材质为Ni201的YC102/.片20爆破片开展了模拟损伤实验研究。4片爆破片如图5所示。1号、2号为模拟扳手、螺栓等物体掉落砸伤爆破片；3号、4号为模拟产品未拿住掉到地面损伤。各爆破片损伤模拟方法如下：1号：尖硬物敲

12、击拱面中心，变形严重，损伤大；2号：尖硬物敲击拱面中心，变形小，损伤小；3号：提高至1.5米自由落地，顶部损伤；4号：提高至1.5米自由落地，侧面损伤，变平。图5试验用反拱爆破片四片爆破片的实验结果及开裂形貌分别如表3、图6所示。可见，损伤爆破片对爆破压力降幅以及开裂形态的影响很大，当在爆破片安装时，若发现损伤，必须更换新爆破片。表3损伤爆破片实验结果编号损伤程度爆破压力MPa爆破压力降幅开裂形态1损伤大0.6840.4%未开2略有损伤0.9417.5%全开3顶部损伤0.7236.8%未开4底部损伤1.010%全开图6损伤爆破片开裂形貌2.7 爆破片进出口法兰配合不当爆破片必需安装在与其配套的

13、夹持器或法兰中，并且爆破片装置泄压侧的法兰口径必须不小于爆破片的公称直径，否则会阻碍爆破片打开泄放通道，无法满足爆破片的泄放要求。例如，某企业一容器采用反拱带槽形爆破片，但泄压侧法兰内径小于爆破片泄放口径，如图7所示，则爆破片翻转时遇到泄压侧法兰的阻挡，严重影响了爆破片的开裂状态。正常开裂形貌法兰阻碍爆破片打开时的开裂形貌图7泄压侧法兰内径小于爆破片泄放口径案例2.8 爆破片泄压侧防护不当爆破片在安装后，应在泄压侧进行适当防护。若没有设置防护或防护设置不当，可能造成爆破片遭受冰雹、飞石等损伤，显著降低爆破压力。例如，反拱爆破片凹面可能积存水、灰土、杂物等。如果爆破片凹面的积存物达到一定量，反拱

14、爆破片无法打开。另外，在我国北方地区，冬季冰冻常导致爆破片泄压侧积水后结冰，若容器内温度较高,泄压侧积水便会沿上表面先结冰封冻，随后当内部积水进一步结冰时，就会产生向下的膨胀力。由于爆破片厚度较薄，而且部分爆破片拱面还有压痕，所以爆破片拱面就极有可能发生变形，甚至爆破片被直接胀裂，从而造成破坏。3结论爆破片在使用时，较多因素均可能引起爆破片的异常失效。本文在描述三种爆破片失效工况的基础上，结合事故案例，分析了可能引起爆破片失效的因素，包括设计爆破压力或操作压力不当、设计爆破压力或操作温度不当、内部介质腐蚀、外部环境腐蚀、夹持力不足或不均匀、爆破片磕碰或损伤、爆破片进出口法兰配合不当、爆破片泄压侧防护不当。本文工作可为爆破片装置安全使用与事故调查提供指导。