压力容器安全技术.

《压力容器安全技术》2016年3月主讲：付洪亮目录前言第一章压力容器界定、分类和规范第二章压力容器结构第三章压力容器的生产第四章压力容器安全附件第五章典型压力容器第六章压力容器安全管理第七章压力容器事故处理前言一、事故率：高于其他机械设备的事故率，不容乐观。二、事故率高的原因：1、技术条件1.1使用条件比较苛刻；1.2容易超负荷运行；1.3局部应力比较复杂；1.4容器常存在有严重缺陷。2、使用管理。2.1使用非法产品；2.2压力容器管理和操作人员不符合要求；2.3压力容器管理处于“四无”状态；2.4擅自改变使用条件，擅自修理改造；2.5政府部门安全监督管理不到位。三、事故造成的危害：压力容器是一种比较容易发生事故，而且事故造成的危害又特别严重的特种设备。一旦发生事故不仅设备本身遭到毁坏，而且会波及周围的设备及建筑物，甚至造成灾难性事故。第一章压力容器界定、分类和规范标准1.1压力容器的界定及分类1.1.1压力容器的概念是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa(表压)气体或液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积大于或者等于30L且内直径(非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm的固定式容器和移动式容器;盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压),且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa*L气体、液化气和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱。1.1压力容器的界定及分类1.1.2容器的分类按2009版《特种设备安全监察条例》中，压力容器包括固定式压力容器、移动式压力容器、气瓶和氧舱四类设备。1、按制造方法分焊接容器，铆接容器、铸造容器、锻造容器等。2、按承压力方式分可分为内压容器和外压容器。3、按设计压力分a)低压容器(代号为L）0.1MPa≤P＜1.6MPab)中压容器(代号为M）1.6MPa≤P＜10MPac)高压容器(代号为H）10MPa≤P＜100MPad)超高压容器(代号为U）P≥100MPa1.1压力容器的界定及分类4、按容器的设计温度分a)低温容器T≤-20℃b)常温容器-20℃＜T＜150℃c)中温容器150℃≤T＜400℃d)高温容器T≥400℃5、按容器的制造材料分钢制容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器等。6、按容器外形分圆筒形容器、球形容器，矩形容器和组合式容器等。1.1压力容器的界定及分类7、按容器在生产工艺过程中的作用原理分反应容器（代号为R）如:反应器、反应釜；换热容器（代号为E）如:热交换器、冷凝器；分离容器（代号为S）如:分离器、吸收塔；储存容器（代号为C）如:储罐、缓冲罐。8、根据容器的压力高低、容积大小，使用特点、材质，介质的危害程度(第一组为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体；除第一组介质以外为第二组介质。）“固容规”将容器分为第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。1.2压力容器规范标准1.ASME规范ASME是美国机械工程师学会的英文简称。ASME锅炉压力容器规范规定了锅炉和压力容器以及核电设备建设过程中有关设计、制造及检测的各项安全事项。第I卷动力锅炉建造规则；第II卷材料第III卷NUC核容器建造规则；第IV卷采暖锅炉建造规则第V卷无损检测；第VI卷采暖锅炉维护和运行推荐规则；第VII卷动力锅炉维护推荐指南；第VIII卷压力容器建造规则（共分VIII-1，VIII-2，VIII-3）；第IX卷焊接和钎接评定标准；第X卷纤维增强料压力容器；第XI卷核动力厂部件在役检验规则；第XII卷运输罐建造和延续使用规则。2.TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》2009年国家质检总局颁布，共八章155条，规定了固定式压力容器的相关要求，其内容包括总则、材料、设计、制造、安装、使用管理与修理改造、定期检验、安全附件和附则。2011年国家质检总局又颁布了《移动式压力容器安全技术监察规程》其内容包括总则、材料、设计、制造、使用管理、充装与卸载、改造与维修、定期检验、安全附件和承压附件、附则。3.GB150-2011《压力容器》本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会负责制定和归口的压力容器大型通用技术标准之一。用以来规范在中国境内建造和使用压力容器设计、制造、检验和验收的相关技术标准。本标准分为四个部分：第1部分：通用要求第2部分：材料第3部分：设计第4部分：制造、检验和验收4.压力容器有关的特种设备安全技术规范(TSG)(1)TSGZ6001-2008《压力容器安全管理人员和操作人员考核大纲》(2)TSGZ6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》(3)TSGZ0004-2007《特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求》(4)TSGZ0005-2007《特种设备制造、安装、改造、维修许可鉴定评审细则》(5)TSGR6003-2007《简单压力容器安全技术监察规程》(6)TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》4.压力容器有关的特种设备安全技术规范(TSG)(7)TSGZC001-2009《锅炉压力容器用钢板（带）制造许可规则》（8）TSGR6003-2006《压力容器压力管道带压密封作业人员考核大纲》（9）TSGRF001-2009《气瓶附件安全技术监察规程》（10）TSGR6004-2006《气瓶充装人员考核大纲》（11）TSGR4001-2006《气瓶充装许可规则》（12）TSGR6002-2006《医用氧舱维护管理人员考核大纲》（13）TSGR3001-2006《压力容器安装改造维修许可规则》5.压力容器部分国家标准(1)GB/T151-2014《热交换器》(2)GB12337-2014《钢制球形储罐》(3)GB25198-2010《压力容器封头》(4)GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》(5)GB3531-2008《低温压力容器用低合金钢钢板》(6)GB8163-1999《输送液体用无缝钢管》(7)GB/T21433-2008《不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验》(8)GB/T27698-2011《热交换器及传热元件性能测试方法》(9)GB567-2012《爆破片安全装置》6.国家能源局推荐性标准-行业标准(1)NB/T47041-2014《塔式容器》(2)NB/T47008-2010《承压设备用碳钢和合金钢锻件》(3)NB/T47009-2010《低温承压设备用低合金钢锻件》(4)NB/T47010-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》(5)NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》(6)NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》(7)NB/T47016-2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》(8)NB/T47019-2011《锅炉、热交换器用管订货技术条件》作业：1.压力容器的定义?2.压力容器的分类？第二章压力容器结构压力容器的结构形式是多种多样的，它是根据容器的作用、工艺要求、加工设备和制造方法等因素确定的。如图所示分别是常见的球形容器、圆筒形容器、箱形容器和锥形容器等。第一节壳体一、圆筒形壳体：形状特点是轴对称，圆筒是一个平滑的曲面，应力分布比较均匀，承载能力较高，易于制造，便于内件的设置和装拆。应用比较广泛。第一节壳体二、球形壳体球形壳体：本体是一个球壳，其形态特点是中心对称。1、优点：受力均匀；在相同的壁厚条件下，承载能力最高，或者可以说在同样的内压下，球形壳体所需的壁厚最薄；在相同容积条件下，球形壳体表面积最小；节约保温或隔热材料，降低成本。2、缺点：制造比较困难，工艺复杂，成本高；不便于在容器内部安装工艺内件，也不便于内部互相作用的介质流动；一般只用于中、低压的储装容器。第二节封头一、封头的概念：凡与筒体焊接连接而不可拆的称为封头，与筒体及法兰等连接而可拆的则称为端盖。二、封头按形状可以分为凸形，锥形和平板封头。1、凸形封头有半球形，碟形，椭圆形和无折边球形封头等。2、锥形封头。3、平板封头。第三节开孔及接管、法兰一、接管：接管一般设置在封头或筒体上，用于介质的进出，安全附件的安装等，为适应压力容器的安全运行和工艺生产的需要，常用的接管有：螺纹短管、法兰短管和平法兰接管。第三节开孔及接管、法兰二、人孔和手孔：人孔和手孔的作用#人孔和手孔的形状#人孔和手孔的封闭形式#第三节开孔及接管、法兰三、法兰：法兰按其密封面形式又可分为：平面法兰；凹凸面法兰。在法兰之间，利用不同的密封元件和不同的连接件相组配，构成了各种不同的密封结构。1．强制密封。2．自紧密封。3．半自紧密封。第四节支座支座是用于支承容器的重量并将它固定在基础上的附加部件。支座的结构形式取决于容器的安装方式，容器的重量和其他载荷。支座一般分为两大类：立式支座；卧式支座。作业：1.压力容器的圆筒形壳体及球形壳体的优点?2.常见的封头、接管、法兰及支座各有几种？第二章压力容器的生产设计制造检验第一节设计根据给定的，遵循规定，在确保的前提下，经济、正确地，并进行结构、强（刚）度和密封设计。工艺设计条件现行的规范标准安全选择材料设计依据的法规和标准：TSGR0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》《简单压力容器安全技术监察规程》《移动式压力容器安全技术监察规程》GB150-2011《压力容器》GB151-2014《热交换器》失效形式失效判据（选择）设计准则（相应）设计是否合理（判别）设计准则一、正确选材制造压力容器的材料种类较多，但目前绝大多数的压力容器都是钢制的。压力容器是在承压下工作的，还有些要承受高温或腐蚀介质的作用，此外，在制造时要进行冷热成形加工，因此压力容器要比其他设备容易损坏。为保证压力容器安全运行，正确选用钢材是一个重要的保证。一、制造压力容器的钢材选用要重点考虑钢材的力学性能、物理性能、工艺性能和耐腐蚀性。1、力学性能：是指材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力；主要有强度、塑性、韧性和硬度四个指标。1.1强度：物体的原子间存在着的相互作用力称为内力。金属材料的强度是指金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度指标有抗拉强度δb和屈服强度δs,是材料的短时强度性能，在高温条件下，还要考虑蠕变极限δn和高温持久强度δD,是金属材料的长时间高温强度性能。设计中许用应力是根据这些数值决定的。1.2塑性：是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。塑性指标包括伸长率δ和断面收缩率ψ。塑性变形是物体在外力作用下，应力超过材料屈服极限以后产生的变形，即使除去外力，也不能恢复到变形前的形状和尺寸。塑性变形是一种不可自行恢复的变形。断面收缩率ψ是试样拉断后，颈缩处横断面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比，也是拉伸试验提供的一个塑性指标。ψ越大，塑性越好。1.3韧性：是指金属材料在使用温度下抵抗脆性破坏的能力。韧性常用冲击功Ak和冲击韧性ak表示，材料抵抗冲击性能一般用有缺口的冲击试样作冲击实验测得。冲击韧性也称缺口韧性是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比V型缺口的标准试件做冲击试验（下图），以击断试件所消耗的冲击功大小来衡量钢材抵抗脆性破坏的能力。冲击韧性也叫冲击功，用AKV或CV表示，单位为J（1J=1N×1m，即1焦耳＝1牛顿×1米）。试验表明，钢材的冲击韧性值随温度的降低而降低，但不同牌号和质量等级钢材的降低规律又有很大的不同。因此，在寒冷地区承受动力作用的重要承重结构，应根据其工作温度和所用钢材牌号，对钢材提出相当温度下的冲击韧性指标的要求，以防脆性破坏发生。1.4硬度：表示材料抵抗局部变形的能力，是衡量金属材料软硬程度的性能指标。一般情况下材料的硬度与强度呈一定的正比关系，最常用的是静负荷压入法硬度试验如布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（HV）等，其中以布氏HB硬度及洛氏HRC硬度指标较为常用。还有回跳法硬度试验如肖氏硬度（HS）。