气瓶安全泄放量计算方法探讨

基于目前国内外标准中对气瓶安全泄放量的计算存在诸多差异的现状,对国内原气瓶用爆破片标准GB 16918—1997、美国压缩气体协会标准CGAS-1.1—2005、美国石油学会标准API521—2007中气瓶泄放量的计算方法进行了分析。将CGAS-1.1安全泄放量公式中空气的当量体积排放量推导转化为实际介质的安全泄放质量流量,该成果有助于正确理解和应用CGAS-1.1标准。分析比较认为:CGAS公式计算结果较API相比,爆破片计算面积差别不大,但泄放阀结果明显偏大。API 521中对受火引起超压的气瓶泄放面积计算,具有扎实的理论基础,但对因其他原因导致的超压,适用性有待考证。GB 16918中气瓶安全泄放量公式采用的是CGAS-1.1中适用于单一压力泄放阀的泄放量公式,因此当泄放装置采用爆破片时,不能采用GB 16918进行计算,建议补充完善GB 16918中安全泄放相关内容。

压缩天然气长管拖车气瓶用爆破片安全泄放装置的结构探讨

长管拖车是指将几个或十几个高压大容积无缝气瓶固定在半挂车或集装框架内,用汽车来运输高压气体的运输设备。按相关标准要求,长管拖车气瓶必须安装爆破泄放装置,目前已使用过多种结构泄放装置。这些泄压装置结构不同,其性能特点和安全性也各不同。探讨了几种在长管拖车气瓶上曾使用过的爆破片泄放装置的结构特点及存在问题,为长管拖车气瓶合理选用爆破片装置提供参考。

爆破片与安全阀串联组合泄放特性

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。

受损反拱形爆破片失稳压力变化有限元分析

采用有限元分析方法,通过对受到损伤而带有缺陷的反拱形爆破片壳体进行稳定性分析,得到了不同尺寸的缺陷对反拱形爆破片失稳压力的影响结果以及影响失稳压力的最主要几何因素,其结果可为工程应用提供参考。

CGAS-1.1中关于气瓶安全泄放量计算方法的再讨论

气瓶安全泄放量的准确计算是开展气瓶超压泄放设计的基础。比较权威的美国压缩气体协会标准CGAS-1.1对多种类型的气瓶安全泄放量计算作了规定。由于国内较多研究人员对CGAS-1.1标准计算方法不够理解,分析了CGAS-1.1标准中气瓶安全泄放量的计算方法。结果表明,CGAS-1.1标准虽然对采用压力泄放阀以及压力泄放阀以外的气瓶安全泄放量规定了不同的计算公式,但当换算为实际气体的安全泄放量时,其计算公式完全一致。安全泄放量与泄放结构类型无关。简化了气瓶泄放面积的计算方法,发现泄放面积仅与气瓶容积、泄放系数有关,与气瓶内介质种类、特性无关。

可在线校验与监测的弹簧式安全阀结构设计与试验研究

提出了一种新的安全阀在线校验和监测方法,根据该方法设计了安全阀的结构,并进行了试验研究。

无隔热气瓶火灾工况下安全泄放量计算方法比较与讨论

对于无隔热气瓶,如果不考虑外界介质注入及内部化学反应引起的超压,此类容器超压基本是外界温升或火灾引起的气体、液体膨胀所致。对美国CGA S-1. 1无隔热压缩气体气瓶泄放量计算公式进行了推导,确定了压缩气体及液化气体泄放量与泄放面积计算公式,并与GB/T 33215-2016中泄放量计算公式进行了比较,提出了采用GB/T 33215-2016标准计算公式存在的问题,为标准修订提供参考。

爆破片安全装置与安全完整性等级探讨

在国内化工装置相继开展安全仪表系统(SIS)配备以及安全完整性等级(SIL)定级等背景下,针对爆破片安全装置,研究人员相继提出“爆破片是否属于安全仪表系统零部件”“爆破片做不做安全完整性等级认证”“爆破片与安全完整性等级有没有关系”三个问题。探讨并解答了这些问题,提出了爆破片后续研究方向。分析认为,爆破片不属于安全仪表系统零部件,不需要做安全完整性等级认证,但是,爆破片与安全仪表系统的安全完整性等级评级有关系,需要明确爆破片分别作为独立事件和独立保护层失效两种情况下的失效概率。后续研究方向为获得爆破片在不同失效模式下的失效率数据。

爆破片失效影响因素分析及失效案例

频繁发生的爆破片失效事故,为具有超压风险的容器及设备的安全运行带来了隐患。分析了可能引起爆破片失效的8个因素,分别为设计爆破压力或操作压力不当、设计爆破温度或操作温度不当、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等因素,详细探讨了各因素对爆破片爆破性能的影响规律,并给出了事故案例,可为防止爆破片发生类似失效事故提供参考。

爆破片失效模式及使用寿命探讨

科学、合理地确定爆破片更换周期是爆破片设计、制造及使用单位的迫切需求。归纳了爆破 片提前失效模式、延迟失效模式及开度失效模式这3种失效模式,定义了爆破片使用寿命,即从爆 破片安装后的初始承压开始至爆破片出现提前失效不能再使用为止的时间周期。探讨了影响爆破 片使用寿命的疲劳、高温蠕变、常温静载及腐蚀等因素。提出从各影响因素对不同类型爆破片使用 寿命影响规律的量化,以及基于使用寿命确定更换周期安全裕量的方法这2方面进行后续研究,以 期为爆破片设计、制造、使用、寿命预测以及更换周期确定提供参考。

夹持条件对反拱形爆破片失稳压力影响研究

采用有限元分析方法,对不同夹持条件下的反拱形爆破片壳体进行稳定性分析,得出了不同边界约束下反拱形爆破片失稳压力的变化,确定了夹持条件对反拱形爆破片失稳压力具有重大影响,其结果可为反拱形爆破片的安装使用提供指导。

从安定性分析上讨论两种正拱形爆破片的最大允许操作比

采用球壳薄膜理论详细分析了两种类型的正拱形爆破片膜片中的总体膜应力,并利用压力容器分析设计中的安定性分析,初步确定了两种类型的正拱形爆破片的最大允许操作比,为爆破片设计、制造及长久使用提供理论指导。

超临界/密相二氧化碳长输管道内径计算方法探讨

随着二氧化碳捕集、利用及封存技术的不断应用,二氧化碳管道的建设需求逐渐增大。确定长输管道的直径,是研究超临界/密相二氧化碳管道输运工艺及经济性的首要问题。通过理论分析,基于机械能衡算方程推导了超临界/密相二氧化碳长输管道内径计算公式,分析了部分计算参数,如平均压力、平均温度、平均压缩因子和摩擦因数等的确定方法。将管道内径计算结果与现有文献计算结果进行了对比,验证了提出的管道内径计算公式的可靠性。

DN200蒸汽管道平盖封头破坏原因分析

采用平板理论对DN200蒸汽管道的平板封头进行了塑性变形与强度破坏分析,分析得出空泡溃灭水锤是引起该封头超压破坏的根本原因,保守计算出空泡溃灭水锤的破坏压力,并对原结构提出了改进措施。

管道容器连通系统内气体爆炸影响因素的数值分析

采用数值模拟方法,通过对小型连通容器爆炸过程的分析,系统研究了管道和容器连通的系统内可燃介质发生爆炸时着火点位置和容器的几何尺寸对系统爆炸强度的影响,模拟结果与已有的实验结果基本一致。该研究结果可为大型连通容器系统安全防爆设计提供参考。

不同粒径PMMA粉尘爆炸特性研究

采用20L球形爆炸测试装置,对比研究了30μm、800 nm、100 nm的微纳米PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)粉尘的爆炸特性,得出纳米粉尘相比微米粉尘具有爆炸升压速率大、爆炸持续时间短的特性;在密闭容器内,100 nm和800 nm粉尘颗粒的最佳爆炸浓度为250 g/m^3,最大爆炸压力P_(max)分别0.821 MPa和0.865 MPa,爆炸指数K_(st)分别为27.3 MPa·m/s和25.8 MPa·m/s;30μm粉尘颗粒最佳爆炸浓度为750 g/m^3,最大爆炸压力0.708 MPa,爆炸指数K_(st)为10 MPa·m/s^1,总体上纳米粉尘的爆炸危害远大于微米粉尘,但由于粒径减小团聚效果增大,100 nm粉尘只在低浓度下(<250 g/m^3)的爆炸威力高于800 nm粒径,当浓度增大,团聚严重,其爆炸威力却低于800 nm粒径,所以对有机纳米粉尘并非粒径越小,爆炸威力越大,而更应关注纳米粉尘在低浓度下的爆炸危害,研究结论可为加工、储存有机纳米材料的安全防护与安全设计提供指导。

承压设备接管结构对气体泄放影响的数值模拟研究

根据承压设备气体超压泄放研究中泄放接管的结构往往被忽略的现状,对插入型接管、平齐式接管、倒圆角接管这3种常用泄放接管结构进行模拟分析,得出3种接管结构在其不同结构尺寸、不同亚临界条件和临界条件下的泄放规律,并将其与ISO标准综合泄放系数比较,分析其适用条件。结果表明,亚临界条件下,插入型接管结构的插入管长对泄放没有影响,倒圆角接管结构的圆角半径与泄放系数保持线性正相关。在临界条件下,插入型接管结构在插入管长80-100mm内对泄放阻碍明显,管长再增加则对泄放无影响;倒圆角型接管圆角半径在35-50mm时,对实际泄放有参考意义。同时发现国际标准规定的插入型接管结构的泄放系数（0.68）,在亚临界条件下存在部分不安全泄放,但临界条件下偏保守;平齐式接管泄放系数（0.73）和倒圆角接管泄放系数（0.80）在临界条件下都将引起不安全泄放,临界条件下较合理。

操作比对反拱带槽型爆破片使用寿命及更换周期的影响研究

目前,工程上还没有明确的预测爆破片寿命的方法,因此,爆破片的更换周期的确定一直困扰着爆破片使用单位和监督管理部门。采用试验结合数学拟合分析的方法,分别对两种不同材料316L和Inconel 600反拱形带槽型爆破片进行静态载荷下的持久寿命和循环载荷下的疲劳寿命分析,发现了两者具有相似的寿命规律。在高操作比时,操作比的变化对其爆破片的寿命影响不大;在低操作比时,其寿命会随着操作比的变化而发生急剧变化。最后,提出了爆破片寿命安全系数为20,确定了适用于工程应用的反拱带槽型爆破片寿命预测公式,从而为反拱带槽型爆破片的更换周期的制定提供了参考依据。

两相流模型在泄放面积计算中的应用

探讨了用两相流模型求解泄放面积的方法和适用范围,对比了API 520和DIERS中给出的两相流模型计算方法的特点,对计算精度进行了详细讨论。

爆炸片爆破压力设计及校核方法探讨

基于GB 567-2012和GB 150-2011标准,对爆破片爆破压力设计和校核流程进行了阐释。详细分析了容器工作压力及设计压力、标定爆破压力、设计爆破压力、最大最小爆破压力之间的关系。结果表明,设计爆破压力是最小爆破压力、爆破压力负允差与制造范围下限绝对值之和。最大爆破压力是设计爆破压力、制造范围上限与爆破压力正允差之和。最小爆破压力与容器工作压力有关,最大爆破压力与容器设计压力有关。最后给出了爆破片爆破压力设计及校核案例。