安全閥|爆破片的操作比
1、爆破片的操作比
對于爆破片裝置，為了避免疲勞損傷，從而導致在操作中出現提前破裂失效，提出了操作比的概念。大部分標準規范都是采用操作比（容器預期最大工作壓力與爆破片最低爆破壓力之比）來衡量該差值空間大小的。ISO4126-6、GB567.2給出了幾種典型結構爆破片的最大操作比，如表1所示。
表1 典型結構爆破片最大操作比
| 爆破片類型 | 最大操作比 |
| 正拱普通型 | 0.7 |
| 正拱開縫、刻槽型 | 0.8 |
| 反拱形 | 0.9 |
| 石墨爆破片 | 0.8 |
| 平板開縫、刻槽型 | 0.5 |
| 平板開縫、刻槽型 | 0.6 |
1、 表中給出了溫度范圍在15-30℃內的最大操作比。 2、 操作比確定應考慮各項因素，包括爆破片材料、溫度、壓力循環或需考慮的振動以獲得一較合理的爆破片使用更換周期。 | |
爆破片操作比是科學合理地確定爆破片的設計爆破壓力和爆破壓力允差，進而影響被保護設備設計壓力確定的重要因素。
也可以將操作比理解為設備工作壓力和爆破片爆破壓力之間的差值空間，空間大小和爆破片材料、爆破片結構類型及操作過程條件（如溫度、壓力脈動等）有關。需要的差值空間越大，則說明該種結構型式爆破片抗疲勞性能越差。
2、安全閥的操作比
對于安全閥，如果要保證其在正常操作時避免失效（泄漏、提前開啟等），同樣應對安全閥整定壓力與設備最大正常工作壓力之間的差值空間作出規定。為了敘述和理解的方便，不妨將這一技術要求也定義為安全閥的操作比（設備正常最大工作壓力與安全閥整定壓力之比，用符合η標識）。
2.1 安全閥操作比的確定原則
安全閥的操作比大小的確定應綜合考慮壓力系統工藝要求，安全閥的出廠密封性能試驗壓力、安全閥回座壓力、整定壓力（pz）制造允差、被保護設備工作壓力（pw）等因素。
（1）應考慮到制造偏差下限，工作壓力不能低于最小整定壓力；
（2）密封性能試驗壓力應高于最大正常工作壓力；
（3）回座壓力一般高于最大正常工作壓力且不小于密封試驗壓力。
2.2 國內標準規定
GB150.1-2012版附錄B對此有個原則性規定：根據容器的工作壓力pw，確定安全閥的整定壓力pz，一般取pz=（1.05~1.1）pw；當pz＜0.18MPa時，可適當提高pz相對于pw的比值。
為了分析這一規定的合理性與否，接下來把產品標準中（比如GB/T12243-2021）適用于壓力容器的彈簧直接載荷式安全閥密封性能試驗壓力、回座壓力及整定壓力偏差匯總如下。GB/T12441-2021規定，對于壓縮氣體介質安全閥的啟閉壓差范圍為整定壓力的2%~15%。
表4 壓力容器和管道用安全閥的整定壓力極限偏差
| 整定壓力（MPA） | 整定壓力極限偏差（MPA） |
| ≤0.5 | ±0.015 |
| ＞0.5 | ±3%整定壓力 |
表8 氣體用安全閥的啟閉壓差(GB/T 12243-2021)
| 整定壓力（MPA） | 啟閉壓差（MPA） |
| ≤0.2 | ≤0.03 |
| ＞0.2 | ≤15%整定壓力 |
表9 液體用安全閥的啟閉壓差(GB/T 12243-2021)
| 整定壓力（MPA） | 啟閉壓差（MPA） |
| ≤0.3 | ≤0.06 |
| ＞0.3 | ≤20%整定壓力 |
表10 密封試驗壓力
| 安全閥適用介質 | 密封試驗壓力（MPA） | |
| 整定壓力≤0.3 | 整定壓力＞0.3 | |
| 蒸汽 | 比整定壓力低0.03 | 90%整定壓力或最低回座壓力（取較小值） |
| 氣體 | 比整定壓力低0.03 | 90%整定壓力 |
| 液體 | 比整定壓力低0.03 | 90%整定壓力 |
無論按GB/T150.1-2012附錄B下限還是上限確定整定壓力，當安全閥按GB/T12443-2021進行試驗時，結果都出現密封試驗壓力和回座壓力最小值小于工作壓力最大值，如下表所示。
| 工作壓力 | 整定壓力 | 整定壓力標定范圍 | 密封試驗壓力 | 回座壓力最小值 |
| 1.0MPA | 1.05MPA | 1.019MPA-1.082MPA | 0.945MPA | 0.892MPA |
| 1.0MPA | 1.1MPA | 1.067MPA-1.133MPA | 0.99MPA | 0.935MPA |
顯然，如果按極限取值，標準之間存在一些不協調。工程人員在設計選用安全閥參數時，應綜合考慮不同標準之間的關聯性，根據設備工作壓力科學確定整定壓力、密封性能試驗壓力、回座壓力。比如上表工況中，為了保證安全閥在實際工況中不發生泄漏，安全閥密封壓力和回座壓力應滿足：
| 工作壓力 | 整定壓力 | 整定壓力標定范圍 | 密封試驗壓力 | 回座壓力最小值 |
| 1.0MPA | 1.05MPA | 1.019MPA-1.082MPA | ＞1.0MPA | ＞1.0MPA |
| 1.0MPA | 1.1MPA | 1.067MPA-1.133MPA | ＞1.0MPA | ＞1.0MPA |
2.3 國際標準規定
ASMEⅧ-1 附錄M關于容器的工作壓力pw與安全閥的整定壓力pz規定如下表所示：
| 整定壓力范圍psi | 最小壓差 | 工作壓力最大值 | 整定偏差 | 密封性能試驗壓差 | 啟閉壓差 |
| ＜70 | 5psi | ±2psi | Max（10%，5psi） | Max（7%，3psi） | |
| 70-1000 | 10% | ±3% | 10% | ||
| ＞1000 | 7% | ±3% | 5% | ||
| 舉例：100 | 10psi | 90psi | ±3psi | 10psi | 7psi |
| 表中%均以整定壓力為基準 | |||||
上表對安全閥各性能壓力參數之間關系的確定是按不同壓力等級來區分的，但對于pz<70psi壓力等級，規定的最小壓差為5psi，顯得有些跳躍，不合理，個人認為更合理的規定應是：最小啟閉壓差為Max(10%,5psi)。
對于pz>1000psi壓力等級，可能出現回座壓力小于密封試驗壓力的極端情況，密封性能試驗壓差規定為整定壓力的7%更為合適。
由于是以整定壓力為基準來確定最小壓差，與密封試驗壓差和回座壓差確定基準一致，從上表舉例可以看出，最小壓差的規定與密封壓力和啟閉壓差之間的規定協調性較好。
2.4 GB/T150.1-2012附錄B修訂建議
通過上述分析，可以發現，GB/T150.1-2012附錄B關于安全閥整定壓力與被保護設備工作壓力之間的關系確定仍有待改進，考慮到與國內安全閥產品標準的協調性，并結合ASMEⅧ-1 的相關規定，建議可按以下原則進行完善：
（1）以整定壓力為基準確定設備工作壓力，即引進操作壓差或操作比概念；
（2）按不同壓力等級來確定安全閥相關壓力性能參數；
（3）綜合考慮整定壓力、密封性能試驗壓力、回座壓力與工作壓力之間的關系，對密封性能試驗壓力和回座壓力給出更詳細的規定（而不是如GB/T12443中僅給出極限值）。
| 整定壓力范圍psi | 工作壓力最小壓差 | 最大操作比η | 整定壓力制造偏差 | 密封性能試驗壓差 | 最大啟閉壓差 |
| ＜0.5 | Max（10%，0.03Mpa） | - | ±0.015Mpa | Max（10%，0.03Mpa） | Max（7%，0.02Mpa） |
| 0.5-6.9 | 10% | 90% | ±3% | ＜10% | |
| ＞6.9 | 7% | 93% | ±3% | ＜7% | |
| 1、表中%均以整定壓力為基準。2、η=Pw/Pz | |||||
綜合以上考慮，可參考上表來規定安全閥的相關壓力性能參數。對于有毒、易爆介質，可能需要更大的工作壓力最小壓差。對于液體用安全閥，當啟閉壓差難以滿足7%要求時，可以適當增加壓差。
摘自：安全附件公眾號 作者：吳全龍