一种用于高压氢气安全泄放的安全阀组合装置及方法

技术领域

本发明属于安全泄放设备领域，具体涉及一种安装在天然气管道上的高压氢气安全泄放的安全阀组合装置及方法。

背景技术

安全阀是特种设备（锅炉、压力容器、压力管道等）上的一种限压、泄压起到安全保护作用的重要附件。安全阀一般直接安装在特种设备上的，他的设计、制造、安装、使用、检验等都要符合特种设备相关规定的要求，因为它的动作可靠性和性能好坏直接关系到设备和人身的安全，并与节能和环境保护紧密相关。

安全阀是启闭件，受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门，主要用于锅炉、压力容器和燃气管道上，对人身安全和设备运行起重要保护作用。安全阀一般按结构形式分为弹簧式安全阀、杠杆式安全阀、脉冲式安全阀，其中弹簧式安全阀应用最为广泛。

安全阀的技术参数包括公称压力、整定压力和排放压力等，其中整定压力是阀瓣在运行条件下开始升起时的进口压力，是区分安全阀高压低压的重要指标。目前市面上低中压安全阀泄放时的尾气大多选择直接排空，是开放式安全阀，其阀腔直接与大气相通，这样有利于降低气体的温度，主要适用于介质为蒸汽，以及对大气不产生污染的高温气体的容器。高压可燃气管道工况下，安全阀稳定泄放时，高压易燃气体不断与阀瓣和阀腔内壁摩擦，如果选择直接排空，高温易燃气体直接与大气相通而不采取措施降低气体问题，极易与空气混合出现爆燃爆炸事故，高压可燃气体工况下的合理泄放问题需要逐步分段考虑。

当前我国有关高压安全阀的专利几乎处于空白状态，可以同该方向相联系的专利有：专利CN202022895572.4和CN202022365078.7《一种超高压安全阀》公开了一种小型超高压安全阀，它适用于液体介质，不需要考虑高压工况对温度的影响，同时这类安全阀在尺寸方面有诸多限制，在小范围提高整定压力的基础下严格限制入口处的尺寸，并不是从机械结构上实现整定压力的提高。

另外，高压介质稳定泄放时，高压介质不断与阀瓣、阀腔壁面摩擦，温度急剧增高，介质通过排放管与大气接触后，如果不采用有效措施降温和降低浓度，极易出现爆燃爆炸事故。高压可燃气安全阀不同于低压普通介质安全阀既需要加装直排放管，又需要考虑多重散热装置和混合装置，确保安全阀安全稳定泄放。

适用于安全阀设备上的散热和混合装置专利很少，可以稍加参考的资料为：CN202123209901.6 《一种安全阀散热装置及使用该散热装置的安全阀》公开了一种在阀腔和弹簧腔连接处加装散热块和散热孔的安全阀；CN201721042903.1 《一种高温安全阀》公开了一种在阀盖与阀体之间加装冷却水盘管并保持一定的间隙的高温安全阀等等。以上这些改进的安全阀都是在阀体内部加装散热装置达到合理散热，而在实际生产和使用过程中，综合考虑散热和预混问题的安全阀及配套装置鲜有专利公开。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种高压氢气安全泄放的安全阀组合装置，该装置规避了高压高温可燃气直接排放后的爆燃爆炸风险，大大提高了高压高温工况下安全阀稳定排放时的安全系数，增大了相同结构安全阀的使用工况。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于高压氢气安全泄放的安全阀组合装置，包括安全阀主体，还包括沿泄放气体流动路径依次连接的：散热排放管、散热稀释装置、混合散热管以及排放漏斗，其中，

所述散热排放管用于对从所述安全阀主体泄放出的高压高温可燃气进行初级散热；

所述散热混合稀释装置通过从外界吸收并过滤后的气体与经散热排放管排出的高浓度可燃气混合，以降低可燃气体浓度；

所述混合散热管用以将经所述散热混合装置排出的稀释后分层的可燃气体进行进一步充分混合以获得达到安全排放条件的可燃气，最终经过所述排放漏斗排放至大气中。

进一步的，所述散热排放管包括一个直筒形管体，所述直筒形管体一端与所述安全阀主体之间通过螺纹或法兰连接件连接，另一端与所述散热稀释装置的进气口密封连接，所述直筒形管体的外壁上设有太阳花散热片。

进一步的，所述散热稀释装置包括一壳体，所述壳体一端设有与散热排放管出气口直接相连的第一进气口；

所述壳体另一端设有出气口，所述第一进气口与所述出气口之间按照气体流向依次连通有空腔和导流腔；

还包括第二进气口，为设置在所述壳体上且位于所述第一进气口外周的环形结构，所述第二进气口将所述空腔与大气相连通；

所述空腔内设有第一螺旋叶片，所述第一螺旋叶片安装在转动轴上，转轴两端通过轴承旋转支撑在所述壳体上；

所述导流腔包括两个分别是位于壳体内中心处的主导流腔、以及位于所述主导流腔和壳体之间呈环状的辅助导流腔，所述主导流腔呈渐缩结构，大直径端与所述空腔相连，小直径端与所述混合散热管一端相连；

所述辅助导流腔的一端与所述空腔相连，另一端与大气相连通。

进一步的，所述辅助导流腔的腔壁上设有导流用的第二螺旋叶片。

进一步的，所述壳体上的第二进气口后部设有安装过滤网片用的环形安装槽，所述过滤网片的表面涂纳米级铁粉起到吸收空气中氧气的作用。

进一步的，所述混合散热管道为在散热排放管的基础上，在管道内部安装静态混合胶芯，所述静态混合胶芯起到混合分层气体的作用。

本发明进一步公开了一种基于所述的用于高压氢气安全泄放的安全阀组合装置的排放方法，高压可燃气装置出现超压现象，安全阀主体开启，高压高温可燃气经过安全阀主体的出口处排放到所述散热排放管，通过散热排放管外壁设置的太阳花散热片实现对高温可燃气的初步降温；

经过散热排放管的可燃气继续进入所述散热稀释装置，冲击第一螺旋叶片，驱动第一螺旋叶片转动，第一螺旋叶片不断吸收高压可燃气的同时也将外部空气通过所述第二进气口吸入空腔中与可燃气体混合；

通过所述过滤网片吸收外部空气中的氧气；

第一螺旋叶片吸收的稀释后的可燃气绝大部分由所述主导流腔引向混合散热管，最终经所述排放漏斗排放到大气中；

小部分稀释后的可燃气经过所述辅助导流腔内的若干第二螺旋叶片带走所述混合散热管外的热量，起到第二次降温的作用。

有益效果

第一．本发明用于高压氢气安全泄放的安全阀组合装置，利用散热排放管用于对从所述安全阀主体泄放出的高压高温可燃气进行初级散热；

利用散热稀释装置通过从外界吸收气体与经排放管排出的高浓度可燃气混合，以降低可燃气体浓度；

利用混合散热管将经所述散热混合装置排出的稀释后分层的可燃气体进行进一步混合以获得达到安全排放条件的可燃气，最终经过所述排放漏斗排放至大气中。

第二．所述导流腔包括两个，分别是位于壳体内中心处的主导流腔、以及位于所述主导流腔和壳体之间呈环形的辅助导流腔；所述辅助导流腔的一端与所述空腔相连，另一端与大气相连通；第一螺旋叶片吸收的稀释后的可燃气绝大部分由所述主导流腔引向混合散热管，最终经所述排放漏斗排放到大气中；小部分稀释后的可燃气经过所述辅助导流腔内的若干第二螺旋叶片带走所述混合散热管外的热量，起到第二次降温的作用。

第三．考虑到第一螺旋叶片吸收的空气中含有部分氧气，混合后同样有爆燃爆炸风险，在第一螺旋叶片前部安装过滤网，并在表面涂纳米级铁粉起到吸收空气中氧气的作用。

附图说明

图1为本发明用于高压氢气安全泄放的安全阀组合装置的结构示意图；

其中，1—安全阀主体；2—法兰连接装置；3—散热排放管；4—过滤装置；5—第一螺旋叶片；6—转轴；7—第二螺旋叶片；8—导流内壁；9—外壳；10—混合散热管；11—排放漏斗；12—轴承；

图2为安全阀主体的内部结构示意图；

其中，1-1—阀帽、1-2—调节器、1-3—阀杆、1-4—弹簧、1-5—弹簧座、1-6—阀体、1-7—阀芯、1-8—阀座。

图3为散热稀释装置和混合散热管内部结构示意图；

图4为气体走向示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

本发明一种高压氢气安全泄放的安全阀组合装置，利用泄放后的高压气体驱动叶片不断混合空气和高浓度可燃气并带走高压气体经过混合散热管后的热量，最终排放大气的是低温、低浓度的可燃气体，具体包括以下结构：

一种高压氢气安全泄放的安全阀组合装置结构包括安全阀主体、散热排放管、散热稀释装置、混合散热管。所述散热排放管用于对从所述安全阀主体泄放出的高压高温可燃气进行初级散热；

所述散热稀释装置通过从外界吸收气体与经排放管排出的高浓度可燃气混合，以降低可燃气体浓度；

所述混合散热管用以将经所述散热稀释装置排出的稀释后分层的可燃气体进行进一步混合以获得达到排放条件的可燃气，最终经过所述排放漏斗排放至大气中。

所述安全阀主体主要由阀体、阀座、阀芯、阀瓣、弹簧和附属调节件和连接件组成。调节件包括弹簧座、调节杆、调节器等组成。安全阀与工作装置的连接方式采用螺纹连接，同时可加装法兰盘，与排放管采用法兰连接，主要是起被动泄压的作用。

实施例1

所述散热排放管主要是由直筒形管体、太阳花散热片组成，其中直筒形管体要尽量避免曲折和急转弯，以尽量减少阻力，直通安全地点，并有足够的流通截面积，保证排汽畅通。直筒形管体外还加装了太阳花散热片，并在散热片接触面涂上一层导热硅脂，使得高温气体发出的热量更有效地传导到散热片上，再经散热片散发到周围空气中去。

所述散热稀释装置包括一壳体，所述壳体一端设有与排放管出气口直接相连的第一进气口；

所述壳体另一端设有出气口，所述第一进气口与所述出气口之间按照气体流向依次连通有空腔和导流腔；

还包括第二进气口，为设置在所述壳体上且位于所述第一进气口外周的环形结构，所述第二进气口将所述空腔与大气相连通；

所述空腔内设有第一螺旋叶片5，所述第一螺旋叶片5设置在转轴6上，转轴6两端通过轴承旋转支撑在所述壳体上；

所述导流腔包括两个，分别是位于壳体内中心处的主导流腔、以及位于所述主导流腔和壳体之间呈环形的辅助导流腔，所述主导流腔呈渐缩结构，大直径端与所述空腔相连，小直径端与所述混合散热管10一端相连；

所述辅助导流腔的一端与所述空腔相连，另一端与大气相连通。

实施例2

该实施例与实施例1的区别在于，所述辅助导流腔的腔壁上设有导流用的第二螺旋叶片。

实施例3

该实施例与上述两个实施例的区别在于，所述壳体上的第二进气口后部设有安装过滤网片用的环形安装槽，所述过滤网片的表面涂纳米级铁粉起到吸收空气中氧气的作用。

本发明一种基于所述的用于高压氢气安全泄放的安全阀组合装置的排放方法，高压可燃气装置出现超压现象，安全阀主体开启，高压高温可燃气经过安全阀主体的出口处排放到所述散热排放管3，通过散热排放管3外壁设置的太阳花散热片实现对高温可燃气的初步降温；

经过排放管的可燃气继续进入所述散热混合装置，冲击第一螺旋叶片5，驱动第一螺旋叶片5转动，第一螺旋叶片5不断吸收高压可燃气的同时也将外部空气通过所述第二进气口吸入空腔中与可燃气体混合；

通过所述过滤网片吸收外部空气中的氧气；

第一螺旋叶片5吸收的稀释后的可燃气绝大部分由所述主导流腔引向混合散热管10，最终经所述排放漏斗排放到大气中；

小部分稀释后的可燃气经过所述辅助导流腔内的若干第二螺旋叶片7带走所述混合散热管10外的热量，起到第二次降温的作用。

所述涡轮叶片混合装置部分是由静态混合胶芯组合而成，由于气体密度的不同，混合后的低浓度气体如果不经过后续混合装置极易出现分层现象。表面上浓度降低，实际排出的仍是高浓度可燃气，具有爆燃爆炸风险。