安全阀|爆破片的操作比
1、爆破片的操作比
对于爆破片装置，为了避免疲劳损伤，从而导致在操作中出现提前破裂失效，提出了操作比的概念。大部分标准规范都是采用操作比（容器预期最大工作压力与爆破片最低爆破压力之比）来衡量该差值空间大小的。ISO4126-6、GB567.2给出了几种典型结构爆破片的最大操作比，如表1所示。
表1 典型结构爆破片最大操作比
| 爆破片类型 | 最大操作比 |
| 正拱普通型 | 0.7 |
| 正拱开缝、刻槽型 | 0.8 |
| 反拱形 | 0.9 |
| 石墨爆破片 | 0.8 |
| 平板开缝、刻槽型 | 0.5 |
| 平板开缝、刻槽型 | 0.6 |
1、 表中给出了温度范围在15-30℃内的最大操作比。 2、 操作比确定应考虑各项因素，包括爆破片材料、温度、压力循环或需考虑的振动以获得一较合理的爆破片使用更换周期。 | |
爆破片操作比是科学合理地确定爆破片的设计爆破压力和爆破压力允差，进而影响被保护设备设计压力确定的重要因素。
也可以将操作比理解为设备工作压力和爆破片爆破压力之间的差值空间，空间大小和爆破片材料、爆破片结构类型及操作过程条件（如温度、压力脉动等）有关。需要的差值空间越大，则说明该种结构型式爆破片抗疲劳性能越差。
2、安全阀的操作比
对于安全阀，如果要保证其在正常操作时避免失效（泄漏、提前开启等），同样应对安全阀整定压力与设备最大正常工作压力之间的差值空间作出规定。为了叙述和理解的方便，不妨将这一技术要求也定义为安全阀的操作比（设备正常最大工作压力与安全阀整定压力之比，用符合η标识）。
2.1 安全阀操作比的确定原则
安全阀的操作比大小的确定应综合考虑压力系统工艺要求，安全阀的出厂密封性能试验压力、安全阀回座压力、整定压力（pz）制造允差、被保护设备工作压力（pw）等因素。
（1）应考虑到制造偏差下限，工作压力不能低于最小整定压力；
（2）密封性能试验压力应高于最大正常工作压力；
（3）回座压力一般高于最大正常工作压力且不小于密封试验压力。
2.2 国内标准规定
GB150.1-2012版附录B对此有个原则性规定：根据容器的工作压力pw，确定安全阀的整定压力pz，一般取pz=（1.05~1.1）pw；当pz＜0.18MPa时，可适当提高pz相对于pw的比值。
为了分析这一规定的合理性与否，接下来把产品标准中（比如GB/T12243-2021）适用于压力容器的弹簧直接载荷式安全阀密封性能试验压力、回座压力及整定压力偏差汇总如下。GB/T12441-2021规定，对于压缩气体介质安全阀的启闭压差范围为整定压力的2%~15%。
表4 压力容器和管道用安全阀的整定压力极限偏差
| 整定压力（MPA） | 整定压力极限偏差（MPA） |
| ≤0.5 | ±0.015 |
| ＞0.5 | ±3%整定压力 |
表8 气体用安全阀的启闭压差(GB/T 12243-2021)
| 整定压力（MPA） | 启闭压差（MPA） |
| ≤0.2 | ≤0.03 |
| ＞0.2 | ≤15%整定压力 |
表9 液体用安全阀的启闭压差(GB/T 12243-2021)
| 整定压力（MPA） | 启闭压差（MPA） |
| ≤0.3 | ≤0.06 |
| ＞0.3 | ≤20%整定压力 |
表10 密封试验压力
| 安全阀适用介质 | 密封试验压力（MPA） | |
| 整定压力≤0.3 | 整定压力＞0.3 | |
| 蒸汽 | 比整定压力低0.03 | 90%整定压力或最低回座压力（取较小值） |
| 气体 | 比整定压力低0.03 | 90%整定压力 |
| 液体 | 比整定压力低0.03 | 90%整定压力 |
无论按GB/T150.1-2012附录B下限还是上限确定整定压力，当安全阀按GB/T12443-2021进行试验时，结果都出现密封试验压力和回座压力最小值小于工作压力最大值，如下表所示。
| 工作压力 | 整定压力 | 整定压力标定范围 | 密封试验压力 | 回座压力最小值 |
| 1.0MPA | 1.05MPA | 1.019MPA-1.082MPA | 0.945MPA | 0.892MPA |
| 1.0MPA | 1.1MPA | 1.067MPA-1.133MPA | 0.99MPA | 0.935MPA |
显然，如果按极限取值，标准之间存在一些不协调。工程人员在设计选用安全阀参数时，应综合考虑不同标准之间的关联性，根据设备工作压力科学确定整定压力、密封性能试验压力、回座压力。比如上表工况中，为了保证安全阀在实际工况中不发生泄漏，安全阀密封压力和回座压力应满足：
| 工作压力 | 整定压力 | 整定压力标定范围 | 密封试验压力 | 回座压力最小值 |
| 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 国际标准规定
ASMEⅧ-1 附录M关于容器的工作压力pw与安全阀的整定压力pz规定如下表所示：
| 整定压力范围psi | 最小压差 | 工作压力最大值 | 整定偏差 | 密封性能试验压差 | 启闭压差 |
| ＜70 | 5psi | ±2psi | Max（10%，5psi） | Max（7%，3psi） | |
| 70-1000 | 10% | ±3% | 10% | ||
| ＞1000 | 7% | ±3% | 5% | ||
| 举例：100 | 10psi | 90psi | ±3psi | 10psi | 7psi |
| 表中%均以整定压力为基准 | |||||
上表对安全阀各性能压力参数之间关系的确定是按不同压力等级来区分的，但对于pz<70psi压力等级，规定的最小压差为5psi，显得有些跳跃，不合理，个人认为更合理的规定应是：最小启闭压差为Max(10%,5psi)。
对于pz>1000psi压力等级，可能出现回座压力小于密封试验压力的极端情况，密封性能试验压差规定为整定压力的7%更为合适。
由于是以整定压力为基准来确定最小压差，与密封试验压差和回座压差确定基准一致，从上表举例可以看出，最小压差的规定与密封压力和启闭压差之间的规定协调性较好。
2.4 GB/T150.1-2012附录B修订建议
通过上述分析，可以发现，GB/T150.1-2012附录B关于安全阀整定压力与被保护设备工作压力之间的关系确定仍有待改进，考虑到与国内安全阀产品标准的协调性，并结合ASMEⅧ-1 的相关规定，建议可按以下原则进行完善：
（1）以整定压力为基准确定设备工作压力，即引进操作压差或操作比概念；
（2）按不同压力等级来确定安全阀相关压力性能参数；
（3）综合考虑整定压力、密封性能试验压力、回座压力与工作压力之间的关系，对密封性能试验压力和回座压力给出更详细的规定（而不是如GB/T12443中仅给出极限值）。
| 整定压力范围psi | 工作压力最小压差 | 最大操作比η | 整定压力制造偏差 | 密封性能试验压差 | 最大启闭压差 |
| ＜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%均以整定压力为基准。2、η=Pw/Pz | |||||
综合以上考虑，可参考上表来规定安全阀的相关压力性能参数。对于有毒、易爆介质，可能需要更大的工作压力最小压差。对于液体用安全阀，当启闭压差难以满足7%要求时，可以适当增加压差。
摘自：安全附件公众号 作者：吴全龙