1、压压 力力 管管 道道 1.1 概述概述 压力管道广泛地应用于石油、化工、机械、冶金、轻工、航空、航天、国防等工业部门的生产以及人民生活。压力管道是是具有爆炸危险的特种承压设备(特种输送设备)，承受着高压、高温、低温、易燃、易爆、有毒或腐蚀介质，一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾、二次爆炸与中毒等灾难性事故，造成严重的环境污染，给社会经济、生产和人民生命财产带来巨大损失和危害。由于承压设备（如压力管道等）在高温高压或易燃易爆工况下工作，具有一定的危险性，因此世界各国均将压力管道作为特种设备进行强制性管理，依据自己的生产技术水平和管理要求制定出符合本国国情的相应安全法规和技术标准体系。我国政府对承
2、压设备（压力管道）的安全监察工作十分重视，1996年4月颁布了压力管道安全管理与监察规定，有力的推动压力管道安全管理工作。1998年后国家实行机构改革，在国家质量技术监督总局（后更名为“国家质量监督检验检疫总局”）设立了锅炉压力容器安全监察局（后更名为“特种设备安全监察局”），实施强制性的第三方监督检验和许可证制度，建立和完善法律、法规、规章（管理规定、办法）和技术法规等四个层次的法规管理体系，强化安全监察。我国对压力管道实行国家全过程安全监察的制度，即把压力管道设计、制造、安装、使用、检验、改造、维修等各个环节作为一个系统实施管理。1.2 压力管道的定义与分类压力管道的定义与分类 1.2.1
3、 压力管道的定义压力管道的定义 根据特种设备安全监察条例的规定，压力管道的定义系指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于等于25mm的管道。包括其附属的安全附件、安全保护装置与安全保护装置相关的设施。1.2.2 压力管道的分类压力管道的分类一、压力管道根据不同的特性有各种不同的分类方法：一、压力管道根据不同的特性有各种不同的分类方法：根据管道承受内压的不同可以分为真空管道、中低压管道、高压管道、超高压管道等；根据输
4、送介质的不同可以分为工艺管道、蒸汽管道、燃气管道等，其中工艺管道又以所输送介质的名称命名各种管道；按管道采用的材料区分可以分为碳钢和低合金钢管道、高合金钢管道、不锈钢管道、有色金属管道、非金属管道以及复合材料管道。其中有色金属管道又可分为铝及铝合金管道、钛及钛合金管道、铜及铜合金管道、镍及镍合金管道、因康镍合金管道、巴氏合金管道等。复合材料管道又包括金属复合管道、非金属复合管道、金属与非金属复合管道。二、根据二、根据压力管道安全管理与监察规定压力管道安全管理与监察规定和有关和有关规定，压力管道按其用途可分为规定，压力管道按其用途可分为:工业管道、公用工业管道、公用管道、长输管道和动力管道。管道
5、、长输管道和动力管道。(1)长输管道是指产地、储存库、使用单位间用于输送商品介质的管道。通常用GA表示，根据输送介质、距离和设计压力共分GA1、GA2二个等级。(2)公用管道是指城市或乡镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道；通常用GB表示，级别划分如下：GB1：燃气管道；GB2：热力管道。(3)工业管道是指企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道。通常用GC表示，根据输送介质、设计温度和设计压力共计分为GC1级、GC2、GC3三个等级。(4)动力管道是指电站锅炉等大型锅炉设备输送高温、高压过热蒸汽的压力管道。压力管道技术规范对各类压力管道进行了分级，
6、具体规定如下：压力管道技术规范对各类压力管道进行了分级，具体规定如下：长输（油气）管道的分类分级 长输（油气）管道为GA类,分为GA1级和GA2级。a.GA1级是指满足符合下列条件之一的长输管道：a）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力p1.6MPa的管道；b）输送有毒、可燃、易爆液体介质，输送距离L200km，且管道公称直径DN300mm的管道；c）输送浆体介质，输送距离L50km且管道公称直径DN150mm的管道。注：输送距离是指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离。b.GA2级是指满足符合下列条件之一的长输管道：a）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力p1.6MPa
7、的管道；b）GA1中b）范围以外的长输管道；c）GA1中c）范围以外的长输管道。公用管道的分类分级 公用管道为GB类，分为GB1级和GB2级。GB1级为燃气管道；GB2级为热力管道。工业管道的分类分级 按照压力管道安全技术监察规程-工业管道的分级方法，将工业管道划分为GC1级、GC2级和GC3级。a.符合下列条件之一的工业管道为GC1级：a）输送毒性程度为极度危害介质，高度危害气体介质和工作温度高于其标准沸点的高度危害液体介质的管道；b）输送火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体（包括液化烃）的管道，并且设计压力p4.0MPa的管道；c）输送除前两项介质的流体介质并且设计压力大于或者等于1
8、0.0MPa，或者设计压力大于或者等于4.0MPa，并且设计温度高于或者等于400的管道。b.符合下列条件的为GC2级：除GC3级管道外，介质毒性程度、火灾危险性（可燃性）、设计压力和设计温度低于a规定的GC1级的管道。c.符合下列条件的为GC3级：输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或者等于1.0MPa，并且设计温度高于-20但是不高于185的管道。压力管道管系性能要求压力管道管系性能要求一、一、对管系性能的基本要求对管系性能的基本要求对压力管道最基本的要求是在确保安全的前提下有效运行，保证生产的长期稳定。这就需要压力管道必须具备生产工艺要求的特定使用性能：结构先进、安全可靠、制造安装容易
9、、维修方便、经济合理等。通常压力管道至少应保证以下性能：1、管道的强度管道强度是指管道和管道元件在限定的压力、温度条件下抵抗破裂或过量塑性变形的能力。如管道设计时强度不足，在压力作用下会产生塑性变形，最后导致管道破裂失效。2、管系的柔性通常对管系通过自身的变形而吸收热胀冷缩和其它位移的特性叫做管系的柔性，管系的柔性是反映管系变形难易程度的一个物理概念。影响管系柔性的因素通常包括以下几点：管系中管道元件的规格（管径和壁厚）；管系的空间几何形状和管道元件的数量；管系端部相关设施的刚度；管系中间支撑件的数量、支撑形式和约束效果；管系中特殊管道元件（柔性元件）的影响，柔性元件通常包括波纹管膨胀节、U型
10、膨胀节等。3、管系的稳定性管系的稳定性（刚度）是指管线中管道或管道部件在限定的载荷条件下抵抗弹性变形的能力。与强度不同，管道或管道的受压部件不会发生破裂和过量的塑性变形，但却会由于弹性变形过大丧失正常的工作能力。其影响因素主要是管系内管道的支撑、管道元件的布置和管道元件的规格。4、管系的密封性管系的密封不但指压力管道可拆连接处密封性，而且也包括各种母材和焊缝的致密程度。对易燃、毒性程度为高度危害和极度危害介质的管系，其密封性能要求更加严格。对盛装这类介质的管系不但要求采用可靠的密封结构，要求进行整体气密性试验，而且对制造和检验会有更多、更高的要求。压力管道的失效型式压力管道的失效型式一、一、压
11、力管道破坏的主要原因压力管道破坏的主要原因 压力管道在实际使用过程中，由于在设计、制造、安装及运行管理中存在各类问题，管道的破坏性事故时有发生。同时由于工作介质往往有易燃易爆、腐蚀及剧毒的特点，因此给压力管道的安全运行带来一定的威胁。1、长输管道在欧州国家长输管线破坏事故的原因中，外力损伤占第一位，其次是腐蚀、制造缺陷、材料损伤等。美国长输管线破坏事故的原因中，外力损伤占第一位，其次是腐蚀、材料损伤等。原苏联天然气管道的事故原因主要是腐蚀、其次是制造缺陷、材料损伤和外力损伤。我国管线事故原因主要是腐蚀、外力损伤、制造缺陷和材料损伤等原因，与原苏联的事故统计数据较为接近，和欧美国家情况相差较大，
12、其主要原因在于当时在管材、制管工艺、制造和安装水平比较落后。近几年，我国新建的西部油、气管线由于所采用的设备、材料已接近国际水平，加之防腐、自动化操作水平的提高，设备故障、腐蚀、误操作等原因造成的事故比例将会降低。2、公用管道 城市煤气和天然气管线破坏事故的原因主要是腐蚀、外力损伤、制造缺陷和材料损伤等。3、工业管道 国外有关统计资料表明，工业管道的破坏性事故中，腐蚀破坏约占281；疲劳破坏约占291；蠕变破坏约占288。可见腐蚀、疲劳、蠕变破坏是管道破坏的三大主要原因。将95年石化企业、类管道爆炸与严重损坏事故原因按图1所示进行了分类，很明显腐蚀与冲蚀比例偏高，而管理不善原因较低，其中腐蚀减
13、薄引起的占29.8，材料以及制造质量引起的占24.5，因安装原因引起的失效占26.7。二、二、压力管道的主要失效形式和分类压力管道的主要失效形式和分类1、压力管道的主要失效形式 压力管道的主要失效形式包括：因存在原始制造性缺陷和使用过程中新生缺陷引发的弹塑性断裂失效模式；因环境或介质影响造成的由腐蚀引发的破坏失效模式；因高温、高压、临氢、交变载荷环境造成的材料累积损伤失效模式，如珠光体球化、石墨化、回火脆化、蠕变破坏、疲劳破坏、氢损伤（包括氢腐蚀和氢脆）等。2、压力管道失效型式的分类 压力管道失效型式的分类方法有很多种。按破坏时宏观变形量的大小可分为韧性破坏(延性破坏)和脆性破坏两大类。a.韧
14、性破坏 韧性破坏是管道在压力的作用下管壁上产生的应力达到材料的强度极限，因而发生断裂的一种破坏型式。金属材料在外力的作用下，首先产生弹性变形，当外力引起的应力超过材料的弹性极限(屈服点)时，除继续产生弹性变形外，同时还产生塑性变形。当外力引起的应力达到材料的强度极限时，材料便发生断裂，这就是材料变形过程的弹性变形、弹塑性变形和断裂的三个阶段。韧性破坏是一种因强度不足而发生的破坏。如果管道不是由于存在明显的缺陷，或者材料也没有明显脆化，而是由于超压导致破坏时，都属于韧性破坏。通常具有如下一些特征：1)发生明显变形；2)一般不产生碎片；3)实际爆破压力与理论值相近。b.脆性破坏 脆性破坏是指管道破
15、坏时没有发生宏观变形，破坏时的管壁应力也远未达到材料的强度极限，有的甚至还低于屈服极限。脆性破坏往往在一瞬间发生，并以极快的速度扩展。这种破坏现象和脆性材料的破坏很相似，故称为脆性破坏。又因为它是在较低的应力状态下发生的，故也叫做低应力破坏。脆性破坏的基本原因是材料的脆性和存在严重缺陷。前者可因焊接和热处理工艺不当而引起，后者主要包括制造安装时焊接接头中遗留的缺陷和使用中产生的缺陷。此外，加载的速度、残余应力、结构的应力集中等都会加速脆断破坏的发生。此外按破坏时材料的微观(显微)断裂机制分类，也可以分为韧窝断裂、解理断裂、沿晶脆性断裂和疲劳断裂等。但实际工作中，往往采用一种习惯的混合分类方法，
16、即以宏观分类法为主，再结合一些断裂特征。通常分为：制造时产生的原始缺陷破坏、腐蚀冲刷破坏、疲劳破坏、材料损伤和其他形式破坏。压力管道制造时产生的原始缺陷破坏压力管道制造时产生的原始缺陷破坏a.压力管道焊接接头中常见的焊接缺陷b.钢管中常见的制造缺陷：纵向裂纹、横向裂纹、表面划伤、折叠、夹杂和分层等。c.锻件中常见的锻造缺陷：白点、锻造裂纹、龟裂、夹沙、非金属夹杂物以及缩孔和缩管。d.钢板中常见的制造缺陷：分层、裂纹、线状缺陷、非金属夹杂物、夹渣、折叠和偏析等。e.铸件中常见的制造缺陷：气孔、夹渣、夹沙、密集气孔、冷隔、缩孔和缩松、裂纹（热裂纹、冷裂纹等）。腐蚀破坏腐蚀破坏 压力管道的腐蚀是由于
17、受到内部输送物料及外部环境介质的化学或电化学作用(也包括机械等因素的共同作用)而发生的破坏。特别是石油化学工业，因其介质腐蚀性强，并常常伴有高温、高压、磨损等，最易发生管道破坏事故。压力管道的腐蚀破坏形态，主要有全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳及氢损伤。其中危害最大的当属应力腐蚀破裂，往往在没有先兆的情况下突然发生，造成预测不到的破坏。a.全面腐蚀 b.局部腐蚀 c.应力腐蚀开裂 中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院中国特种设备检测研究院 疲劳破坏疲劳破坏 压力管道的疲劳破坏是管道长期受到反复加压和卸压的交变载荷作用，而导致金属材料出现的一种破坏形式。金属在承受大小和方向都随
18、时间发生周期性变化的交变载何的作用时，尽管载荷所产生的应力不大，而且往往低于材料的屈服极限，但如果长期受这类载荷的作用，也会发生断裂破坏。疲劳破坏时一般没有明显的塑性变形，从型式上来讲与脆性破坏很相似，但其产生原因和发展过程却截然不同。金属承受的交变应力愈大，则所能承受的交变次数愈少；反之，交变应力愈小，则至断裂时所能承受的交变次数就愈多。当金属所承受的交变应力不超过某一数值时，它可承受无数次的交变应力而不会发生疲劳断裂，该应力值称为材料的疲劳极限。疲劳极限与抗拉强度有一定的比例关系。在拉伸一压缩对称的应力循环中，疲劳极限约为抗拉强度的40，若仅承受拉伸的脉动循环，则此比例还要高一些。腐蚀疲劳
19、腐蚀疲劳 交变应力与化学介质共同作用下引起金属力学性能下降、开裂，甚至断裂的现象称为腐蚀疲劳。腐蚀疲劳裂纹往往有许多条，但无分支。一般是穿晶裂纹。在用压力管道的材料损伤在用压力管道的材料损伤 室温下材料的组织和性能一般均较稳定，不随使用时间增加而改变。但在高温下材料的表现与室温下材料的表现不同，材料会发生损伤。压力管道材料损伤是指管道材料在高温下长期运行所引起的组织和性能发生变化的现象。通常管道材料发生的组织和性能变化形式有:珠光体的球化和碳化物聚集；石墨化；回火脆化；蠕变和蠕变脆化；氢损伤(包括氢腐蚀和氢脆)等。a.珠光体球化和碳化物聚集b.石墨化c.蠕变破坏d.回火脆化e.氢损伤压力管道安
20、全保护装置压力管道安全保护装置(1)压力表的分类压力表的分类 图图8-1 弹簧管式压力表图弹簧管式压力表图 图图8-2 弹簧管式压力表结构图弹簧管式压力表结构图 1-表壳表壳;2-弹簧管弹簧管;3-指针指针;4-机芯机芯;5-连杆连杆;6-刻度盘刻度盘;7-接头接头压力表的种类较多，有液柱式、弹簧式、活塞式和电量式四大类。在压力管道系统最常使用的压力表一般为弹簧式（如图8-1）。工作原理是弹簧管在压力作用下，产生弹性变形引起管端位移，其位移通过机械传动机构进行放大，传递给指示装置，再由指针在刻有法定计量单位的分度盘上指出被测压力量值。表8-1 压力表所测不同介质对应的色标测压介质色标颜色氧气表
21、天蓝色乙炔表白色氢气表深绿色氨气表黄色氯气表褐色其他可燃性气体红色其他惰性气体或液体黑色(2)温度计 温度计是用来测量物质冷热程度的仪表，可用来测量压力管道介质的温度。根据测量温度的方法不同，可分为接触式温度计和非接触式两种。接触式温度计有膨胀式、压力式以及热电阻和热电偶等多种类型；非接触式温度计有光学高温计、光电高温计和辐射高温计等，它们的感温元件不与被测物质接触，利用受热物质的表面亮度和辐射能的强弱，通过比较或变换来间接测量温度，常用来测量较高温度。以下介绍常用的接触式温度计。(1)温度计的分类 固体膨胀式温度计 它是利用两种不同热膨胀系数的金属，受热时产生机械变形而使表盘内的传动齿轮转动
22、，通过指针来指示温度的。测量范围-50600，可测量液体、气体和蒸汽的温度。其示值清楚，机械强度较好，但精度较低，不能远视。压力式温度计 压力式温度计是利用温包里的气体或液体因受热而改变压力的原理制成的。测量范围一般为-80400，可测量液体、气体的温度，能实现集中测量，但精度较低。其毛细管机械强度差，损坏后不易修复，因此敷设时应避免机械损伤，并注意不要将毛细管沿冷热介质的管道壁敷设，以免影响精度。热电阻温度计 热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部分（感温元件）是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度梯度存在时，所测得的温
23、度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。热电阻温度计由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。铂电阻的测量范围一般为-200650，铜电阻的测量范围一般为-50150。热电阻温度计可测量液体、气体和蒸汽等的温度，其精度较高，能远距离显示，最低温度可测到-200。和热电偶相比，其维护工作量大，震动场合容易损坏，特别是铂热电阻。图8-3 热电偶温度计1.热电偶 2.温度指示仪 3.补偿导线热电偶温度计 它是由测温元件热电偶和温度显示仪表两部分组成的，用补偿导线将二部分连接起来。如图8-3所示，热电偶由两种不同的金属（或半导体）一端焊接而成。图中a点一端放在测温处，称工作端（热端），另一端（
24、图中b、c）称自由端（冷端），当两端处于不同温度时，就会产生热电势，温度越高热电势就越大。采用冷端温度补偿方法，便可测量出热端的温度。热电偶温度计的测量范围如表8-2。表8-2 热电偶温度计的测量范围名称铂铑铂铑铂铑铂镍铬镍硅镍铬考铜铂考铜测量范围（）600160060014004001100400600350(3)安全泄压装置 安全泄压装置通过在预设压力下自动开启，防止工艺系统和储存容器因超压而破坏，从而保护人员和设备。安全泄压装置由入口处静压力启动，并被设计为在紧急情况或非正常条件下启动，防止内部流体或蒸汽压力上升超过设定值。该类装置还可以设计成防止设备内部真空度过大。安全泄压装置按结构型
25、式分为四种类型：（1）阀型 阀型安全泄压装置就是常用的安全阀它是通过阀的开启排出内部介质来降低设备内的压力。这类安全泄压装置的情点是：仅仅排泄器内高于规定的部分压力，而当器内压力降至正常工作压力时，它即自动关闭，设备可继续运行。装置本身能重复使用多次，安装调整也比较容易，但它的密封性能较差，泄压反应较慢，且阀口有被堵塞或阀瓣有被粘住的可能。阀型泄压装置适用于介质比较纯净的设备，不宜用于介质具有剧毒性的设备和器内压力有可能急剧升高的设备。（2）断裂型 断裂型安全泄压装置，常见的有爆破片。它是通过爆破片的断裂来排放气体的。这种装置的特点是：密封性能较好，泄压反应较快，但卸压后，爆破片不能继续使用，
26、容器也得停止运行。断裂型泄压装置宜用于介质有剧毒的容器和器内因化学反应使压力急剧升高的容器，不宜用于液化气体贮罐。（3）熔化型 熔化型安全泄压装置就是常用的易熔塞。它是利用装置内低熔点合金在较高的温度下熔化，打开通道而泄压的。这种装置的特点是：结构简单，更换容易，但降压后不能继续使用，排放面积小。它只能用于器内压力完全取决于温度的小型容器，如气瓶等。（4）组合型 这是一种同时具有阀型和断裂型或者是阀型和熔化型的泄压装置。常见的有弹簧安全阀和爆破片的组合型。它具有阀型和断裂型的优点，既能防止阀型安全泄压装置的泄漏，又可以在排放过高的压力以后使容器继续运行。容器超压时，爆破片断裂、安全阀开放排气，
27、待压力降至正常压力时，安全阀关闭，容器继续运行。管道中采用的安全泄压装置主要有安全阀和爆破片。泄压阀 泄压阀是一种在其工作介质侧静压过大时开启，使介质流出直至恢复正常压力值的自动泄压装置。该装置在工作介质侧达到一定的静压时开启，防止介质压力增长到超过预先确定的最大安全值。一旦系统压力下降至低于该阀的整定压力，恢复到正常情况时，该阀就会自动关闭，以防止介质过量流失。整定压力（开启压力）和回座压力取决于阀的类型和调整。它可以是安全阀、泄放阀、安全泄放阀或先导操作安全泄放阀。（一）安全阀 安全阀的作用是当系统压力升高超过允许值时，阀门能自动开启并迅速全量排放内部的过压气体；当压力恢复到允许值以下，阀
28、门又自动关闭，从而有效地保护管路的安全运行。图8-9 安全阀 （1）安全阀的基本结构和工作原理 安全阀通常由三个部分组成，即阀座、阀瓣和加载机构。阀座与设备相通，阀瓣常连带有阀杆，紧扣在阀座上。阀座上面是加载机构，载荷的大小是可以调节的。当系统内的压力在规定的工作压力范围内时，内压作用于阀瓣上的力小于加载机构施加在它上面的力，两者之差构成阀瓣与阀座之的密封力，使阀瓣紧压着阀座，维持系统正常的工作状态。当系统内压力超过工作压力达到安全阀的开启压力时，阀瓣离开阀座，安全阀开启，内部气体即通过阀座排出。如果安全阀的泄放量足够大，则经过短时间的排放，系统内压力会降至正常工作压力以下。此时内压作用于阀瓣
29、上的力又小于加载机构施加在它上面的力，阀瓣又紧压着阀座，气体停止排出，系统在工作压力继续运行。（2）安全阀的类型及其特点按整体结构及加载机构的不同可分为重锤杠杆式安全阀、弹簧式安全阀和脉冲式安全阀三种。重锤杠杆式安全阀重锤式械杆式安全阀结构简单，调整容易又比较准确；因加载机构载弹性元件，在温度较高的情况下及阀瓣升高过程中，施加于阀瓣上的载荷不发生变化。但它的加载机构比较容易振动，因而影响密封性能；其阀杆顶端的刀口易磨损，造成阀瓣偏斜；回座压力较低。弹簧式安全阀弹簧式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度较高，安装位置不受严格限制，是最常用的一种安全阀。弹簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺帽母来调节，以此
30、确定及校正安全阀的开启（整定）压力。其抗震性较好，但弹簧的伸缩性对阀门开启速度有影响，且弹力随温度变化而改变。脉冲式安全阀脉冲安全阀是一种非直接作用式安全阀，它由主阀和脉冲阀构成。脉动冲阀具有一套弹簧式的加载机构，它通过管子与主阀相连。当系统超压时，脉冲阀会像弹簧阀一样先行开启，续而带动主阀动作。它适用于压力较高或泄放量很大的场合；但其结构复杂，影响动作的可靠性。表8-4代 号0123456789安全阀A弹 簧 式脉冲式封 闭 式不封闭封闭不 封 闭带散热片全启式微启式全启式带 扳 手微启式带控制机构带 扳 手双弹簧微启式全启式全启式微启式全启式 安全阀的主要性能参数：a.公称压力。安全阀是按
31、公称压力（PN）标准系列进行设计制造的，其压力系列为1.6，2.5，4.0，6.4，10，16，32MPa。公称压力表示安全阀在常温状态下的最高许用压力，因此高温工况使用安全阀时还应考虑高温下材料许用应力的降低。b.公称直径。为了保证安全阀在系统超压泄放时，管道压力不再继续升高，要求安全阀的排 量必须不小于预定的安全泄放量。可根据有关公式计算阀的流道直径d0，选取稍大且接近于d0 的标准系列直径。c.开启高度。根据阀芯提升高度的不同，可将安全阀分为微启式和全启式两种：微启式安全阀的开启高度为阀座喉径的1/201/40；全启式安全阀的开启高度为阀座喉径的1/4以上。（4）安全阀的选用与安装 安全
32、阀的选用应符合下述原则：a.安全阀的制造单位必须按规定经审查批准并取得制造许可证才准生产；产品出厂应有合格证和技术文件。b.安全阀上应有铭牌，铭牌上应标明主要技术参数。例如公称压力、阀座喉径、适用介质、排放量、开启压力、回座压力等。c.安全阀的选用应根据工艺条件和工作介质的特性，从系统的安全泄放量、介质的物理化学性质以及工作范围压力等方面综合考虑:一般应选用弹簧式安全阀；在工作压力低、工作温度较高而以无震动的情况下可选用杠杆式安全阀。高压、大型装置要求安全泄放量大，应选用全启式安全阀；对工作压力要求高度平稳，应选用微启式安全阀。对有毒、易燃或污染环境的介质的管道应选用封闭式安全阀。不要将公称压
33、力很低的安全阀用在工作压力很高的系统中，也不要将公称压力很高的安全阀用在工作压力很低的系统中。（二）泄放阀 泄放阀是弹簧式压力释放装置，用于以液体为介质的设备。当入口压力达到整定值时，克服弹簧阻力将阀瓣顶离阀座，并随着入口压力和阀瓣提升高度的增加，液体流量增加。阀回座压力值低于整定压力值，介质排出后压力即可达到回座压力值。泄放阀按用途可选择超压10%或25%的类型。为防止腐蚀、有毒或贵重流体放出，阀盖为封闭设计，它们可根据需要配有提升手柄、平衡波纹管和软阀座。ASME规范要求从1986年1月1日后，液体装置泄放阀出厂需带有参数证明和标记。常规型安全泄放阀下列情况不能使用泄放阀：a）水蒸气、空气
34、、气体或挥发气介质设备中；b）背压易变化的设备中，除非阀设计有平衡波纹管或活塞；c）作为压力控制或旁通阀。（三）安全泄放阀 安全泄放阀是一种弹簧式泄压阀，当用于气体或挥发气的设备时，作为安全阀使用；用于液体设备时，作为泄放阀使用。有封闭弹簧的阀盖形成压力密封的安全泄放阀称为常规型，能够降低背压对操作的影响的安全泄放阀称为平衡型。安全泄放阀在可压缩介质中压力超出整定值的10%或在不可压缩介质中压力超出整定值的25%即全部开启，见图8-10。图8-10 常规型安全泄放阀 爆破片 爆破片是一种断裂型的超压防护装置，装设在那些不适宜于装设安全阀的压力管道上。当系统压力超过正常工作压力并达到爆破片设计压
35、力时即自行爆破，使系统内的气体经爆破片断裂后形成的流出口向外排出，避免事故。泄压后断裂的爆破片不能继续使用，管路被迫停止运行。因此，爆破片只作为安全阀的一种代用装置。图8-11 爆破片装置(1)爆破片的型式及其特点 爆破片装置 爆破片主要由一块很薄的膜片和相应的夹持器组成，按其断裂特征可以分为剪切型、弯曲型、正拱普通拉伸型、正拱开缝型、反拱型等几种。它们的主要区别在于膜片预制形状和膜片材料性质不同。剪切破坏型（切破型）爆破片 这是早期广泛使用的一种爆破片，目前使用得较少。常用的有夹片式和凸台式。膜片中间部分较厚，是为了防止在承压时产生大的弯曲变形，使其周边受到大剪切载荷而沿边缘切断。这种爆破片
36、一般用不锈钢、铜、铝、镍等塑性好的材料制作。其特点是：全面积开放，阻力小，排气量系数较大；在相同条件下，膜片较厚，较易加工制造；但爆破片的实际动作压力受周边条件（如夹持器周边的锋利度）的影响很大，因而不够稳定；膜片破后常整体冲出，易堵塞排气管道。弯曲破坏型（碎裂型）爆破片 它是利用膜片在较高的压力下，产生弯曲应力达到材料的抗弯强度极限时即碎裂而排气的，所以膜片常用铸铁、硬塑料、石墨等脆性材料制造。常用的爆破片有夹紧式和自由嵌入式两种。其特点是：有明显的塑性变形，动作反应最快；膜片比较厚，容易按需要的尺寸加工制造；适用于动载荷的脉动载荷；动作压力受材料强度及装配误差的影响而波动大，故最不稳定；膜
37、片强度低，常因安装操不慎而破裂；膜片破裂后成碎片飞出，影响排气管道的畅通。正拱普通型拉伸破坏型（破裂型）爆破片 这种爆破片是用塑性良好的材料，如不锈钢、镍、铜、铝等箔材制成的爆破片装在一幅夹持器内而构成的，膜片经过液压预拱成凸型。预拱成型压力一般都不大于系统的正常工作压力，因而膜片安装后形状不会改变。其特点是：无碎片飞出，阻力也不大；膜片的动作压力较前两种稳定；膜片在高的拉伸应力长期作用下，尤其承受脉动载荷时，寿命较短；由于受成型箔材厚度规格的限制，往往难以取得所需要的动作压力。正拱普通型拉伸破坏型（破裂型）爆破片这种爆破片是在普通拉伸型的基础上为解决成型箔材的厚度规格不适应各种需要的动作压力
38、而发展起来的。它在预拱成凸型的膜片上开设一圈小孔，膜片承压后，小孔之间的孔带即产生较大的拉伸应力，并在压力达到规定值后而断裂。由于小孔沿径向开槽，所以断裂后膜片沿此槽开裂，使其能顺利排气。膜片凹侧贴有一层含氟塑料，以保持在正常工作压力的密封和变形。其特点是：膜片可以采用较大的厚度，以增加刚性；调整小孔的孔带宽度可以获得任意的动作压力；开裂的程度较大，有利于气体的排放；加工精度较高，制造较困难；内衬的密封薄膜易破裂而使爆破片过早失效。反拱型（失稳型、压缩型）爆破片反拱型爆破片凸面承受压力，当压力达到一定值时，凸型膜片会失稳而突然翻转，随即被装设在它上面的刀具切破，或膜片整体脱落弹出。制造膜片的材
39、料与正拱型膜片相同。其特点是：在形状尺寸一定的情况下，失稳压力只与膜片材料的弹性模量E有关，而材料的E一般是比较稳定的，所以膜片的动作压力较易控制；在压力与直径相同的条件下，膜片较厚，有利于加工制造；在工作压力下，膜片产生压缩应力一般小于材料的屈服极限，对疲劳、蠕变不敏感，因而膜片寿命较长；通过调整膜片的相对高度可以获得所需的动作压力，因而膜片的厚度能按箔材的成品标准厚度选用；由于要装设切破工具等，排放面积受天影响，排量系数减小；另外，加工组装精度要求高。安全泄压装置故障原因（一）腐蚀 几乎所有类型的腐蚀都会出现在炼制设备中，腐蚀是大部分问题出现的基本原因。腐蚀通常表现为：凹坑或阀门部件断裂，
40、腐蚀残渣沉积物妨碍活动部件运作，泄放装置材料的普遍劣化。图20至图26表明泄压阀腐蚀的影响。除内部部件以外，露在外部的螺栓易受环境腐蚀的侵害。图8-20 由阀座表面泄漏引起的酸蚀图8-21 18Cr8Ni钢入口接管的酸蚀图8-22 18Cr8Ni钢阀帽（机械加工的阀座表面）的氯腐蚀图8-23 原油蒸馏装置中的碳钢阀瓣的硫腐蚀图8-24 18Cr8Ni钢阀瓣的氯损伤 图8-25 18Cr8Ni钢（316型）波纹管的点腐蚀图8-26 酸气介质中的蒙乃尔合金爆破片的腐蚀 通过选择适当的泄压装置材料或较好的车间维护和维修，确保更好的阀门密封性通常可以缓解或阻止腐蚀。渗漏阀使得腐蚀流体在阀的上部部件周围
41、循环，使活动部件遭受腐蚀，图27所示腐蚀保护层已在许多装置中应用。在许多情况下，采用不同结构的阀可能避免、减少甚至完全可以控制腐蚀的影响。在安全泄放阀上使用O形密封环有时能阻止在阀座表面的渗漏，并且避免在阀的工作部件上造成腐蚀。如果不能完全阻止渗漏或如果引起背压的介质具有腐蚀性，可用波纹管来保护阀的活动部件免受腐蚀性流体的腐蚀。（二）阀座表面损伤 由于必须尽量减小压差，以防止承载流体渗漏，必须使泄压阀阀座表面的粗糙度符合在光谱三段（0.0008838mm，见API Std 527）的可选精密度。阀座面的任何缺陷都将导致设备中阀的失效。在炼油或化工装置设备中有许多原因使阀座受损，包括下述情况：a
42、)腐蚀。b)当阀开启时外部颗粒物进入阀入口，流经阀门，例如矿物质、焊渣或炉渣，腐蚀沉积物，炭焦或脏物、杂物，颗粒物可能损伤其接触的阀座，而大多数泄压阀需要紧密配合。这种破坏可能出现在维修车间维修时或在工作状态中。c)阀入口管不适当、过长或者管线堵塞，这将导致阀受水击作用。来自阀座下方的压力足够大时，可将阀打开。然而，流体一进入，连接管内的压降就相当大，以至于压力下降、阀关闭。一个开、关循环形成并越来越快，使阀座表面受到水击的损伤，有时这种损伤无法修理，图28和图29所示阀座表面受水击和频繁的压力波动的破坏情况。图8-27 涂有防腐环氧漆的阀体、阀帽图8-28 水击引起的阀瓣密封面变形图8-29
43、 阀整定压力与工作压力差太小引起阀频繁开启，从而造成阀座和阀瓣的损伤图8-30 腐蚀造成的弹簧失效 d)维护期间的不精心搬运，例如阀部件的碰撞、摔落、震动或划伤。e)阀安装后阀座表面的渗漏。这种渗漏会引起划痕或阀座表面腐蚀，从而导致阀座受损，并逐渐恶化。其原因可能是维护或安装不当，诸如零件不对中、支撑不当引起管路变形或排泄管路无支撑。产生此类泄漏的其他原因还有阀杆不同心，弹簧与弹簧垫圈装配不当，弹簧垫圈与它们各自的支撑点间或阀杆与阀瓣及阀盘之间的受力不均，因此阀杆应直观检查其直度。在弹簧服役期间，弹簧及其垫圈作为组合件必须保持在一起。f)不合适的放空环路设计。这种情况能引起泄压阀中产生水击。对
44、用于液体和挥发气的泄放阀，厂商应提供特定的排放环路装置。（三）弹簧的失效 弹簧失效有两种形式，一种是弹性减弱，导致整定压力降低和阀过早开启；第二种是弹簧完全失效（全部断裂），导致阀失控开启。泄压阀弹簧失灵几乎都是由腐蚀引起的。在炼制设备中的以下两种腐蚀易引起这种失灵：a)表层腐蚀损伤弹簧表面，直至弹簧环绕部分无法提供充分、必需的弹力。它也可能产生凹坑，使应力增加及引起弹簧表面裂纹，进而导致弹簧失灵（见图30）。b)应力腐蚀有时会迅速引起弹簧脆断。这种腐蚀很难预测，因为在弹簧断裂前很难被检测出。在图31中示出由应力腐蚀引起的弹簧脆断。硫化氢（H2S）引起的应力腐蚀，经常造成化工厂内安全阀的弹簧脆
45、断。弹簧是否在预定的时间内失效，取决于弹簧的类型、腐蚀的速度、弹簧所受应力的水平以及弹簧材料和已经投入使用的时间。在腐蚀经常发生的地方，可以采取以下三种预防措施：a)弹簧材质具有抗腐蚀性能；b)弹簧可以用波纹管保护起来；c)弹簧可用特殊的适应工作温度和环境的镀膜包覆以抗腐蚀。（四）不适当的定压和调整 由于操作疏忽或操作人员培训维修技术不足、维修车间的所用设备较差或不知道如何正确调整泄压装置，而造成的定压不准是经常发生的。泄压阀制造厂商提供的说明书，已经提供了如何考虑温度、背压和其他因素，以减少所受的影响。在炼油厂、化工厂中，采用利用工作介质流经泄压阀的方法，对被保护设备上的泄压阀定压通常是不现
46、实的。所以，它有别于锅炉安全阀，需要在维修车间的相应的设备上定压。在检查和修理泄压阀时，利用专门设计的试验台上的装置定压和调整压阀，泄压阀铭牌上标注的项目，需要通过修理工作达到。参见ASME规范第卷第一节UG129段，它说明泄压装置铭牌标注的意义。水、空气、瓶装氮气一类的惰性气体一般是车间采用的检测介质。整定安全泄放阀使用空气或其他气体要比用水好些，这取决于所被检测阀的类型。气体调试过程中，压力达到整定压力时能产生明显的爆发声或清晰的声音。为保证阀开启，采用某些过压时需小心施加压力，否则可听到的泄漏声可能被误认为是达到了整定压力。但是大多数安全泄放阀达到整定压力时都会出现明显的爆发声，误解可能
47、性不大。试验台尺寸设计不当的话，由于试验台没有足够的冲击容量，不足以引起明显的爆发声，整定压力也会有偏差。介质为气体的阀，应该利用空气整定开启压力。介质为水蒸气的泄压阀，应该用水蒸气整定压力。如果欲避免腐蚀，也可以用空气整定压力。介质为液体的阀，应用水为介质整定压力。使用标定不正确的压力表是另一个经常致使泄压阀调压不正确的原因。要保证精确度，压力表应该经常在正规的定负荷式标定试验台上标定。压力表的压力范围选择的原则是，泄压阀定压值为表量程的2/3，一般不推荐在压力表前装缓冲器，因为这能产生阻塞或产生压力滞后。如何调整控制阀的单环或环组，经常难以掌握。调整环或环组控制的阀是控制排放一开启压力值和
48、回座压力值的压差，或是控制阀放空和慢泄，这决定于被测定阀的设计资料。因为阀采用的材料的密度和膨胀特性是变化的，试验设备的尺寸也是有限的，所以在维修车间的试验容器上，要把环调整到最佳状态通常是不可能的。所以在试验容器上，阀的环组调整也只能获得一个爆发响声，然后按照生产厂商的意见再检验及再调整至正确的排放，重新安装时应保证阀达到最佳平均特性。对于介质为液体或气体的阀的正确排放，环的调整应按照泄压阀生产厂家的要求，充分理解术语是十分重要的（见ASME PTC 25.3）。（五）堵塞和粘结 在化工装置中，有时会产生工艺固体，例如油焦或固态产品，堵塞各种阀件和管道的现象。图32为严重的淤塞情况，它显示出
49、阀入口被油焦和催化剂的混合物所塞堵；图33示出阀的出口被公用排放汇管中来自其他阀门的排放沉积物所堵淤；图34、图35展示了轻度的淤塞，也可能使阀难以正常运作。阀的所有部件，特别是阀杆表面，都应彻底检查清除其上的粘结物。活动表面和螺纹都应使用硫化钼或石墨及推荐的润滑脂进行润滑。泄压阀也可能由于阀瓣或阀盘粘污而失去作用，这可能由于金属的磨损或腐蚀或者为导向部分外部颗粒物所致，如图36所示，阀瓣的导向部分粘结是由于周围酸气腐蚀的结果。如果因腐蚀造成粘结，可利用两种方法消除，一是利用波纹管，使活动部件与腐蚀介质隔离，特别是在密闭系统；第二是可以利用O形环密封导向面，使之与承载的液体隔离，导向部件表面的
50、外部颗粒物，有积压于金属表面的趋势，使泄压装置磨损，可使用波纹管隔开外部的颗粒物。阀的粘结可能使阀杆的机械部件配合超出生产厂家确定的公差。图8-32 反应器气相线上使用9个月后油焦和催化剂造成的入口管堵塞图8-33 公用排放汇管中来自其他阀门的沉积物造成的阀出口堵塞图8-34 FeS2造成的阀移动部件的淤塞图8-35 FeS2沉积而导致阀卡滞图8-36 由酸性蒸气介质腐蚀产物沉积造成的导向上阀瓣卡滞 当导向部分的金属磨损不是由于腐蚀和外部颗粒物造成时，常常是因为不适当的进出口接管或阀门尺寸过大产生的振动或颤动造成的。纠正这些接管尺寸不当就能停止磨损，导向面的磨损也可能与这些表面不正确的粗糙度有
