Разрывная мембрана , также известная как предохранительный диск давления , разрывная мембрана , разрывная мембрана или разрывная мембрана , представляет собой неперекрывающееся предохранительное устройство для сброса давления , которое в большинстве случаев защищает сосуд , оборудование или систему под давлением от избыточного давления или потенциально опасных условий вакуума .
Разрывной диск — это тип жертвенной детали , поскольку он имеет одноразовую мембрану, которая выходит из строя при заданном перепаде давления, либо положительном, либо вакуумном, и при соответствующей температуре. Мембрана обычно изготавливается из металла, [1], но практически любой материал (или различные материалы в слоях) может использоваться для соответствия конкретному применению. Разрывные диски обеспечивают мгновенную реакцию (в течение миллисекунд или микросекунд в очень малых размерах) на увеличение или уменьшение давления в системе, но после того, как диск разорвется, он не будет повторно герметизироваться. Основные преимущества применения разрывных дисков по сравнению с использованием предохранительных клапанов включают герметичность, стоимость, время срабатывания, ограничения по размеру, площадь потока и простоту обслуживания.
Разрывные диски обычно используются в нефтехимической , аэрокосмической , авиационной , оборонной, медицинской, железнодорожной , ядерной , химической , фармацевтической , пищевой и нефтедобывающей промышленности . Их можно использовать как отдельные защитные устройства или как вторичное предохранительное устройство для обычного предохранительного клапана ; если давление увеличивается и предохранительный клапан не срабатывает или не может достаточно быстро сбросить давление, разрывной диск лопнет. Разрывные диски очень часто используются в сочетании с предохранительными клапанами, изолируя клапаны от процесса, тем самым экономя на обслуживании клапана и создавая герметичное решение для сброса давления. Иногда возможно и предпочтительно для максимальной надежности, хотя и с более высокой начальной стоимостью, избегать использования аварийных устройств сброса давления, разрабатывая искробезопасную механическую конструкцию, которая обеспечивает сдерживание во всех случаях.
Хотя обычно они производятся в форме дисков, устройства также производятся в виде прямоугольных панелей («разрывные панели», «вентиляционные панели» или взрывные отверстия ) и используются для защиты зданий, закрытых конвейерных систем или любых очень больших пространств от избыточного давления, как правило, из-за взрыва. Размеры разрывных дисков варьируются от 0,125 дюйма (3 мм) до более 4 футов (1,2 м) в зависимости от отраслевого применения. Разрывные диски и вентиляционные панели изготавливаются из углеродистой стали , нержавеющей стали , хастеллоя , графита и других материалов, в зависимости от требований конкретной среды использования.
Разрывные мембраны широко используются в промышленности и указаны в большинстве мировых норм проектирования оборудования, работающего под давлением ( Американское общество инженеров-механиков (ASME), Директива по оборудованию, работающему под давлением (PED) и т. д.). Разрывные мембраны могут использоваться для специальной защиты установок от неприемлемо высокого давления или могут быть спроектированы для работы в качестве одноразовых клапанов или пусковых устройств для инициирования с высокой надежностью и скоростью последовательности требуемых действий.
Во всех разрывных дисках используются две технологии разрывных дисков: прямого действия (нагруженные растяжением) и обратного изгиба (сжатие). Обе технологии могут быть объединены с индикатором разрывного диска для обеспечения визуальной и электрической индикации отказа. [2]
В традиционной конструкции прямого действия нагрузки прикладываются к вогнутой стороне куполообразного разрывного диска, растягивая купол до тех пор, пока растягивающие силы не превысят предельное растягивающее напряжение материала и диск не разорвется. Плоские разрывные диски не имеют купола, но при приложении давления все еще подвергаются растягивающим усилиям и, таким образом, также являются дисками прямого действия. Толщина исходного материала, используемого при производстве (также известная как толщина перемычки в графитовых дисках), и диаметр диска определяют разрывное давление. Большинство дисков прямого действия устанавливаются в системах с коэффициентом использования 80% или ниже. [3]
В более поздних итерациях конструкций дисков прямого действия прецизионная резка или лазерные насечки в материале во время производства использовались для точного ослабления материала, что позволяло большему количеству переменных контролировать давление разрыва. Этот подход к разрывным дискам, хотя и эффективный, имеет ограничения. Диски прямого действия подвержены усталости металла, вызванной циклическим изменением давления и условиями эксплуатации, которые могут выходить за пределы рекомендуемых пределов для диска, в результате чего диск разрывается при более низком, чем его маркированное давление разрыва. Низкие давления разрыва также представляют проблему для этой технологии дисков. По мере снижения давления разрыва толщина материала уменьшается. Это может привести к получению чрезвычайно тонких дисков (похожих на оловянную фольгу), которые очень подвержены повреждениям и имеют большую вероятность образования точечных утечек из-за коррозии. Эти диски по-прежнему успешно используются сегодня и являются предпочтительными в некоторых ситуациях.
Разрывные диски обратного изгиба являются инверсией диска прямого действия. Купол переворачивается, и теперь давление прикладывается к выпуклой стороне диска. Как только порог обратного действия будет достигнут, купол схлопнется и проскочит, чтобы создать купол в противоположном направлении. Пока это происходит, диск открывается ножевыми лезвиями или металлическими точками, расположенными вдоль линии надреза на выходной стороне диска. Нагружая диск обратного изгиба сжатием, он способен противостоять циклическому давлению или пульсирующим условиям. Толщина материала диска обратного изгиба значительно выше, чем у диска прямого действия того же размера и давления разрыва. Результатом является большая долговечность, точность и надежность с течением времени. Правильная установка дисков обратного изгиба имеет важное значение. Если установить его вверх дном, устройство будет действовать как диск прямого действия и из-за большей толщины материала может разорваться при давлении разрыва, намного превышающем указанное давление разрыва. [4]
Выдувные панели , также называемые выдувными панелями , области с намеренно ослабленной конструкцией, используются в ограждениях, зданиях или транспортных средствах, где может возникнуть внезапное избыточное давление. Выходя из строя предсказуемым образом, они направляют избыточное давление или волну давления в направлении, где она причиняет контролируемый, направленный минимальный вред, вместо того, чтобы вызывать катастрофический отказ конструкции. Альтернативным примером является намеренно ослабленная стена в помещении, используемом для хранения баллонов со сжатым газом; в случае пожара или другой аварии огромная энергия, хранящаяся в (возможно, воспламеняющемся) сжатом газе, направляется в «безопасное» направление, а не потенциально разрушает конструкцию аналогично термобарическому оружию .
Выбросные панели используются в боеукладках некоторых танков для защиты экипажа в случае взрыва боеприпасов, превращая катастрофическое поражение в поражение меньшей огневой мощью. Выбросные панели устанавливаются в нескольких современных основных боевых танках , включая M1 Abrams .
В военных хранилищах боеприпасов противовыбросовые панели включены в конструкцию бункеров, в которых размещаются взрывчатые вещества. Такие бункеры обычно проектируются с бетонными стенами с четырех сторон и крышей из более легкого материала, покрытого землей. В некоторых случаях этот более легкий материал — дерево, хотя также используется металлическая обшивка. Конструкция такова, что если бы произошел взрыв или пожар в бункере боеприпасов (также называемом шкафчиком), сила взрыва была бы направлена вертикально и в сторону от других сооружений и персонала.
В прошлом противовыбросовые панели рассматривались как возможное решение проблемы взрывов погребов на линкорах . Однако конструкции линкоров с 1920-х годов вместо этого использовали схему брони «все или ничего» , особенно с его бронированной цитаделью, охватывающей жизненно важные части линкора, включая механизмы и погреба, и в случае проникновения в погреб единственным выходом было затопление погреба. Отсутствие противовыбросовых панелей привело к катастрофическим повреждениям во время взрывов погребов нескольких линкоров, включая Tirpitz и Yamato .
Некоторые модели генной пушки также используют разрывной диск, но не как предохранительное устройство. Вместо этого их функция является частью нормальной работы устройства, позволяя осуществлять точный контроль давления при нанесении частиц на образец. В этих устройствах разрывной диск спроектирован так, чтобы разрушаться в оптимальном диапазоне давления газа, который был эмпирически связан с успешной интеграцией частиц в ткань или клеточную культуру. Для некоторых моделей генной пушки могут быть доступны различные прочности дисков.
