Forward Acting Rupture Disk (رپچر دیسک فشار از بالا)

Forward Acting Rupture Disk نوعی دیسک ایمنی فشار است که فشار فرآیند از سمت بالای دیسک اعمال می‌شود و دیسک در اثر رسیدن به فشار تنظیم‌شده (Burst Pressure) از سمت بالا پاره می‌شود.

• ساده‌ترین و قدیمی‌ترین نوع Rupture Disk
• عملکرد مستقیم و قابل پیش‌بینی

نحوه عملکرد (Working Principle)

• فشار از سمت Upstream (بالادست) به دیسک وارد می‌شود
• با رسیدن فشار به حد طراحی‌شده:
  • دیسک کشش مکانیکی را از دست می‌دهد
  • پارگی از نقطه ضعیف طراحی‌شده آغاز می‌شود
• سیال فوراً تخلیه می‌گردد

در این نوع، خود ضخامت و متریال دیسک تعیین‌کننده فشار انفجار است.

---

انواع Forward Acting Rupture Disk

1. Flat Type (ساده / تخت)
2. Scored Rupture Disk (شیاردار)
3. Composite Forward Acting Disk

متریال‌های رایج

• Stainless Steel 316 / 304
• Inconel
• Hastelloy
• Nickel
• Aluminum

انتخاب متریال وابسته به:

• دما
• فشار
• خورندگی سیال

---

کاربردها (Applications)

• مخازن تحت فشار
• بویلرها
• خطوط لوله صنعتی
• صنایع:
  • نفت و گاز
  • پتروشیمی
  • شیمیایی
  • دارویی

---

Reverse Acting Rupture Disk (رپچیر دیسک فشار از پایین)

تعریف و عملکرد

Reverse Acting Rupture Disk یا دیسک پاره‌شونده معکوس، نوعی تجهیز تسکین فشار است که فشار از سمت محدب (Convex Side) به دیسک وارد می‌شود — برعکس دیسک‌های معمول (Forward Acting) که فشار از سمت مقعر اعمال می‌گردد.

در این طراحی، دیسک ابتدا تحت فشار کمانش معکوس (Reverse Buckling) قرار می‌گیرد و سپس توسط المان‌های برش‌دهنده پاره می‌شود.

مکانیزم عملکرد

مرحله ۱ — بارگذاری نرمال:

دیسک در حالت محدب قرار دارد؛ فشار سیستم از پایین (سمت محدب) به آن وارد می‌شود.

مرحله ۲ — رسیدن به فشار تنظیمی (Set Pressure):

در فشار تعریف‌شده، دیسک به سرعت Snap-Through می‌کند — یعنی کمانش معکوس رخ می‌دهد.

مرحله ۳ — پارگی:

دیسک معکوس‌شده با تیغه‌های برش (Knife Blades / Slotted Inserts) برخورد کرده و کاملاً باز می‌شود.

---

ویژگی‌های فنی کلیدی

پارامتر	مشخصه
جهت فشار	از پایین (محدب)
مکانیزم باز شدن	Reverse Buckling + Knife Blades
نوع شکست	Full-Bore Opening
Manufacturing Range	±5% تا ±2% (دقت بالا)
Backpressure Resistance	عالی
قابلیت استفاده مجدد	ندارد (One-Time Device)

---

مزایا نسبت به Forward Acting

• تحمل فشار معکوس (Backpressure) بدون نیاز به قطعات اضافی
• عدم خستگی دیسک (Fatigue) در سیکل‌های فشاری — چون دیسک در وضعیت پایدار محدب است
• دقت عملکرد بالاتر در فشارهای نزدیک به فشار عملیاتی
• Full-Bore Opening — مقاومت بسیار کم در برابر جریان پس از عملکرد
• مناسب برای نسبت عملیاتی بالا (Operating Ratio تا ۹۵٪)

معایب

• هزینه ساخت بالاتر از نوع Forward Acting
• نیاز به Knife Blade Assembly که باید در بازرسی‌ها چک شود
• در برخی سایزهای کوچک محدودیت طراحی دارد

کاربردها

• صنایع پتروشیمی و پالایشگاه — جایی که فشار معکوس وجود دارد
• راکتورها — جایی که فشار عملیاتی نزدیک به Set Pressure است
• سیستم‌های دوفازی (گاز-مایع)
• Compressor Protection
• Heat Exchanger Overpressure Protection
• هر جا Pulsating Pressure یا Pressure Cycling وجود دارد

---

Graphite Rupture Disk (رپچیر دیسک گرافیتی — دماهای بالا)

تعریف و عملکرد

Graphite Rupture Disk یا دیسک پاره‌شونده گرافیتی، نوعی Pressure Relief Device است که از گرافیت خالص (Pure Graphite) یا گرافیت تقویت‌شده (Reinforced Graphite) ساخته می‌شود. این دیسک به‌طور خاص برای شرایطی طراحی شده که دما و خوردگی، استفاده از فلزات را ناممکن یا غیراقتصادی می‌کند.

ماده گرافیت ذاتاً شکننده (Brittle) است؛ بنابراین مکانیزم عملکرد آن بر اساس شکست ترد (Brittle Fracture) در فشار تنظیمی است — نه کمانش یا پارگی داکتیل.

مکانیزم عملکرد

حالت نرمال:

دیسک گرافیتی در داخل هولدر (Holder) نگه داشته شده؛ فشار سیستم از یک سمت اعمال می‌شود.

رسیدن به Set Pressure:

در فشار تنظیم‌شده، ساختار گرافیتی به‌صورت ناگهانی و کامل می‌شکند و مسیر جریان کاملاً باز می‌شود.

مهم: در برخی طرح‌ها، Score Lines یا شیارهای از پیش تعریف‌شده روی دیسک حک می‌شود تا الگوی شکست کنترل‌شده باشد.

---

ویژگی‌های فنی کلیدی

پارامتر	مشخصه
ماده اصلی	Pure Graphite / Resin-Impregnated Graphite
محدوده دما	تا +450°C (برخی گرید تا +500°C)
محدوده فشار	0.1 bar تا 40 bar (بسته به طراحی)
Manufacturing Range	±10%
مقاومت شیمیایی	بسیار بالا
Full-Bore Opening	بله

---

انواع گرافیت مورد استفاده

. Pure Graphite (گرافیت خالص)

• بالاترین مقاومت شیمیایی
• شکننده‌تر — نیاز به هندلینگ دقیق
• مناسب اسیدهای قوی

۲. Resin-Impregnated Graphite

• گرافیت آغشته به رزین فنولیک یا فلوئوروکربن
• استحکام مکانیکی بالاتر
• محدودیت دمایی کمتر نسبت به گرافیت خالص

۳. Carbon/Graphite Composite

• برای فشارهای بالاتر
• ترکیبی از خواص مکانیکی و شیمیایی

مزایا

• مقاومت استثنایی در برابر خوردگی — اسیدهای قوی مثل HCl، H₂SO₄، HF
• پایداری در دمای بالا — تا 450°C بدون افت عملکرد
• بی‌اثر در برابر اکثر محیط‌های شیمیایی
• عدم آلودگی سیال فرایند — گرافیت غیرفعال است
• مناسب برای Vacuum Service و Low Pressure Applications
• Full-Bore Opening پس از عملکرد

 معایب

• شکنندگی مکانیکی — نصب و حمل‌ونقل باید با دقت انجام شود
• Manufacturing Range بالاتر از نوع فلزی (±10%)
• حساس به ضربه مکانیکی (Mechanical Shock) — ممکن است قبل از رسیدن به Set Pressure بشکند
• قابلیت تحمل Backpressure محدود — در برخی طراحی‌ها نیاز به Support Plate دارد
• قیمت بالاتر نسبت به دیسک‌های کربن استیل

کاربردها

• صنایع شیمیایی — واکنش‌های با اسیدهای قوی
• صنایع داروسازی (Pharmaceutical)
• تولید کلر و محصولات کلردار
• صنایع کاغذ و سلولز — محیط‌های اسیدی
• Hydrofluoric Acid (HF) Service
• صنایع غذایی — دماهای بالا + الزامات بهداشتی
• فشارهای پایین با دماهای بالا که فلزات دچار Creep می‌شوند

نکات نصب و نگهداری

• هرگز دیسک گرافیتی را بدون Holder نصب نکنید — ساختار شکننده است
• گشتاور پیچ‌های فلنج باید دقیقاً طبق دستورالعمل سازنده باشد — Over-tightening = شکست زودرس
• از ضربه، لرزش، و Thermal Shock در حین نصب پرهیز کنید
• Support Ring یا Vacuum Support برای سرویس‌های Backpressure الزامی است
• بازرسی دوره‌ای از نظر ترک‌خوردگی، رطوبت جذب‌شده، و خوردگی Holder انجام شود
• در محیط‌های مرطوب، گرافیت آغشته به رزین توصیه می‌شود

---

Composite Rupture Disk (رپچیر دیسک چند لایه)

تعریف و عملکرد

Composite Rupture Disk یا دیسک پاره‌شونده چند لایه، نوعی Pressure Relief Device است که از ترکیب دو یا چند لایه متریال مختلف ساخته می‌شود. هر لایه وظیفه مشخصی دارد: یک لایه استحکام مکانیکی تأمین می‌کند، لایه دیگر مقاومت شیمیایی یا آب‌بندی.

این طراحی زمانی به‌کار می‌رود که هیچ متریال تک‌لایه‌ای به‌تنهایی نتواند همه الزامات فرایند را پوشش دهد.

 ساختار لایه‌ها

لایه پایه (Base Layer / Structural Layer)

• معمولاً فولاد ضدزنگ (SS 316L)، Inconel، یا Hastelloy
• وظیفه: تحمل فشار و تعیین Set Pressure

لایه محافظ (Liner Layer)

• PTFE، PVDF، Tantalum، Silver، یا گرافیت
• وظیفه: ایزولاسیون شیمیایی و جلوگیری از تماس سیال با لایه ساختاری

لایه اضافی (Optional)

• در برخی طرح‌ها لایه سوم برای Vacuum Support یا Back-Pressure Resistance اضافه می‌شود

---

ویژگی‌های فنی کلیدی

پارامتر	مشخصه
نوع ساختار	Multi-Layer Laminated
محدوده دما	بسته به متریال: تا 600°C+
محدوده فشار	0.5 bar تا 700 bar
Manufacturing Range	±5%
مقاومت شیمیایی	بالا (بسته به Liner)
Full-Bore Opening	بله (در اکثر طرح‌ها)

---

انواع رایج

۱. Metal + PTFE Liner

• رایج‌ترین نوع
• مقاومت شیمیایی PTFE + استحکام فلز
• مناسب اسیدها، بازها، حلال‌ها

۲. Metal + Tantalum Liner

• برای محیط‌های بسیار خورنده (HCl غلیظ، H₂SO₄ داغ)
• Tantalum: شبیه به Platinum از نظر مقاومت شیمیایی

۳. Graphite + Metal Support

• گرافیت به‌عنوان Liner روی پایه فلزی
• مناسب دماهای بالا + خوردگی

۴. Inconel + Silver Liner

• برای سرویس‌های خاص صنایع دارویی و هسته‌ای

مزایا

• ترکیب خواص چند متریال در یک قطعه — بهترین عملکرد از هر لایه
• مقاومت شیمیایی بالا بدون فداکاری در استحکام مکانیکی
• قابلیت طراحی برای Vacuum Service و Backpressure
• مناسب فشارهای پایین که دیسک فلزی تک‌لایه کافی نیست
• Operating Ratio بالا — تا 95%
• دقت بهتر نسبت به دیسک گرافیتی تک‌لایه

 معایب

• هزینه ساخت بالاتر نسبت به دیسک‌های تک‌متریال
• پیچیدگی بازرسی — باید یکپارچگی هر لایه بررسی شود
• احتمال Delamination در سیکل‌های حرارتی شدید
• Lead Time بیشتر برای طرح‌های سفارشی

 کاربردها

• صنایع پتروشیمی — سرویس‌های خورنده با فشار بالا
• صنایع داروسازی (Pharma / Biotech) — الزامات GMP + خوردگی
• صنایع غذایی — دماهای بالا + استانداردهای بهداشتی
• سیستم‌های کلرین و هیپوکلریت
• Hydrochloric Acid (HCl) و Sulfuric Acid (H₂SO₄) Service
• Vacuum Reactors — جایی که هم فشار و هم خلاء وجود دارد
• صنایع هسته‌ای — متریال‌های خاص مثل Inconel + Silver