压力容器安全技术

压力容器安全技术压力容器定义：容器器壁两边存在着一定压力差的所有密闭容器，均可称作压力容器；目前完全纳入《压力容器安全技术监察规程》适用范围的压力容器应同时具备下列三个条件；1、高工作压力Pw≥0.1MPa（不含液体静压）；2、内直径（非圆形截面指其最大尺寸）不小于0.15m,且容积V≥0.025m³；3、盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。界定：压力载荷：压力容器器壁两边（内、外）所存在的压力差称作压力载荷，由于压力容器器壁承受压力载荷，所以压力容器也称作受压容器。压力容器所承受的这种压力载荷等于人为的将能量进行提升、积蓄，使压力容器具备了能量随时释放的可能性和危险性，也就是会泄露的爆炸。工作介质：指容器所盛装的，或在容器中参与反应的物质。工作压力：指容其在正常使用过程中，所承受的最高载荷。一般来说工作压力越高，或者容器的容积越大则容器爆炸时气体膨胀所释放的能量越大，事故的危害性越严重。应用：压力容器的主要作用是储存、运输有压力的气体或液化气体，或者是为这些流体的传热、传质反应提供一个密闭的空间。压缩空气是一种实用的较为普遍的动力能源，被广泛用于机械制造、交通运输、建筑、装修、采矿、化工、冶金及国防工业等各个领域部门。压缩空气的主要来源是空气压缩机，压缩机的附属设别主要有：气体冷却器、油水分离器、储气罐、干燥过滤装等都是压力容器。分类：分类依据１、承压方式：内压容器、外压容器；２、几何形状：球形容器、圆筒形容器和其他特殊形状容器；３、制造方法：焊接容器、锻造容器、铆接容器、铸造容器；４、材料：有色金属容器和非金属容器；５、安放形式：立式容器、卧室容器等；６、壁厚：薄壁容器ＤＯ／ＤＩ＜1.2和厚壁容器７、温度：高温容器、常温容器和低温容器；压力容器的使用特点和安全管理方面考虑，压力容器一般分为固定式和移动式两大类固定式压力容器是指除了用于运输储存气体的盛装容器以外的所有容器。特点：固定的安装和使用地点；工艺条件和适用操作人员也比较固定，容器一般不是单独装设，而是用管道与其他设备相连接。固定式压力容器按压力分类：0.1Mpa1.6Mpa10Mpa100Mpa工艺要求：低压容器Ｌ中压容器Ｍ高压容器Ｈ超高压容器Ｕ反应容器Ｒ换热容器Ｅ分离容器Ｓ储存容器Ｃ（球罐Ｂ）反应容器：反应器、反应釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、煤气发生炉；换热压力容器：余热锅炉、冷却器、冷凝塔、加热器、热交换器、溶剂预热器蒸锅；储存压力容器：压缩气体储存罐、压力缓冲器；永久气体气瓶（12.5MPa15MPa）液化气体气瓶（充装以低温液态罐装）溶解气体气瓶（主要指专供盛装乙炔气的气瓶）气瓶其他气瓶：低温绝热气瓶、纤维缠绕气瓶和非重复充装气瓶移动式槽车：或称罐车，是固定安装在流动的车架上的一重卧室储槽（罐）火车槽车和汽车槽车，主要运输液化气体。按安全的重要程度分类：最高容质量浓度≤0.1㎎/m³――1.0㎎/m³――10㎎/m³≥10㎎/m³压力容器类别：第三类压力容器（Ⅲ）：高压、高毒中压、易燃中亚搪玻璃压力容器、移动式压力容器等第二类压力容器（Ⅱ）：中压、高毒低压、中毒低压反应容器、低亚搪玻璃压力容器第三类压力容器（Ⅰ：除列入第三类、第二类的低压容器之外的所有低压容器。代号标记法：ⅢＨＲ第三类高压反应容器设计制造就单台压力容器的设计而言，主要包括两部分内容：一、工艺设计：根据要进行设计的压力容器的原始数据和工艺要求，确定容器的主要尺寸，如形状、容积、直径、高度等。二、机械设计：根据工艺设计的结果，分析压力容器的使用要求和操作条件。对容器进行受力分析，结合选择材料，确定合理的结构形式，制定制造工艺和质量要求。按容器可能发生的实效破坏新式，通过强度计算决定出最佳结构尺寸，使容器溶解在溶剂（常用丙酮）中Ｐ≤3.0MPa高度危害Ⅱ氢氰酸中度危害Ⅲ硫化氢轻度危害Ⅳ氢氧化钠极度危害Ⅰ氯各部位均能满足所需的强度、刚度或不致引起断裂等要求。代表性：ＧＢ１５０—１９９８《钢制压力容器》、《压力容器安全技术监察规程》和《特种设备事故报告和调查处理规定》等；考虑材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能、制造工艺性能、价格和来源。压力容器设计、制造、安装、验收、使用、修理、改造、报废等都需要相关部门的批准或注册，才能进行压力容器的地各项工作。破坏形式相关概念应力：物体在外力作用下，单位截面上产生的内力；应力集中：物体在形状发生突变时局部应力急剧升高的现象；强度：金属材料在外力作用下对变形和断裂的抗力。塑性：金属材料在断裂前发生塑性变形的能力；（断面收缩率、伸长率）韧性：金属材料抵抗冲击负荷的能力。硬度：衡量材料软硬程度的一个性能指标。反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。延性破裂：在内部压力作用下，器壁上产生的应力达到器壁的强度极限，从而发生断裂破坏的形式。三个阶段：弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和断裂阶段。特征：①器壁上有明显的伸长变形；环向应力比轴向应力大一倍，容器直径增大，容积增大、器壁减薄，而轴向增长较小，产生“腰鼓形”变形。圆周长的最大增长率和容积变化率可达10﹪～20﹪。②端口呈暗灰色纤维状；③容器一般不是碎裂。塑性和延性较好。④容器实际爆破压力接近计算爆破压力。原因：①过量充装，应按规定的充装系数进行充装。②使用中的压力容器超温超压运行。③容器壳体选材不当或容器安装不符合安全要求。④维护保养不当。压力容器器壁发生大面积腐蚀，壁厚减薄。预防：①设计制造压力容器时，要选用有足够强度和厚度的材料。②压力容器应按规定的工艺参数运行，安全附件应安装齐全、正确，并保证灵敏可靠。③使用中加强巡回检查，严格按照工艺参数进行操作，严禁压力容器超温、超压、超负荷运行，防止过量充装。④加强维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质及大气对压力容器的腐蚀。脆性破裂：压力容器使用温度低于容器材料冷脆转变温度形成的断裂，没有明显的塑性变形。机理：①钢在低温下其冲击韧性显著降低，表明温度低时钢对缺口的敏感性增大，这种现象称为钢的冷脆性。②低碳钢在３００℃左右会出现强度升高，塑性降低的区域，这种现象称为材料的蓝脆性。使用和制造过程中在这个温度，就会产生蓝脆，导致断裂事故发生。③某些刚才长期停留在４００～５００℃温度范围内以后冷却至室温，其冲击值，明显下降，这种现象称为钢的热脆性，此时压力容器经受变形应力，也有可能导致脆性断裂。特征：①容器壁没有明显伸长变形。②裂口齐平，断口呈金属光泽的结晶状。③容器常破裂成碎块。④事故多在温度较低的情况下发生。原因：１、温度因为钢在低温下或某一特定温度范围内其冲击韧性将急剧下降。２、裂纹性缺陷压力容器受压元件一旦产生裂纹，其尖端前缘产生很高的应力峰值，且应力状态也发生变化，变为三相拉伸应力。预防：１、提高容器制造质量，特别是焊接质量，防止容器脆性破坏的重要措施。２、容器材料在使用条件下，应由较好的韧性。材料的韧性差是造成脆性破裂的另一主要原因。３、加强压力容器的维护保养和定期检验工作，及时消除检验中发现的裂纹性缺陷，确保容器安全运行。容器使用温度≤－２０℃时，应按照低温钢制容器制材。疲劳破裂：压力容器器壁在反复压和卸压过程中受到交变载荷的长期作用,没有经过岷县的塑性变形而导致容器断裂的一种破坏性是,发生突然,因此具有很大的危险性.压力容器在运行中的破坏事故有75﹪以上是由疲劳引起的.机理：低压力高周疲劳,材料循环周次十万次以上,外在超过弹性范围内的应力值极限后材料就易发生断裂.高应力低周疲劳,材料承受的应力水平较高,交变应力幅度大,但交变周次叫少,100～100000次后,材料易发生断裂.特征:1、容器破坏时没有明显的塑性变形。产生微裂纹，突然破裂2、疲劳断裂与脆性破坏的断口形貌不同，疲劳端口存在两个明显的区域，疲劳裂纹产生扩展区和最终断裂区。3、容器的疲劳破坏一般是疲劳裂纹穿透容器而泄露失效。4、疲劳破裂总是在经过多次的反复加压和泄漏以后发生。原因：1、内部因素压力容器存在着局部高应力区（如接管、开孔、转角以及其他几何形状不连接处），具备了微裂纹向疲劳裂纹开裂的条件。2、外部因素压力容器存在着反复交变载荷，这种载荷的形式不是对称循环型，而是变化幅度大的非对称循环载荷，如间歇式操作的容器，器内压力、温度波动较大。事故预防：１、压力容器的制造质量符合要求，避免先天性缺陷，以减少过高的局部应力。２、在压力容器安装中应注意防止外来载荷源影响，以减少压力容器本体的交变载荷。３、运行中要注意操作正确性，尽量减少外压、卸压得次数，操作中要防止温度压力波动过大。４、对无法避免的外来载荷、无法减少开停次数的压力容器，制造前应作疲设计，以保证压力容器不致发生疲劳破裂。腐蚀破裂：指压力容器材料在腐蚀性介质作用下，引起容器器壁由厚变薄或材料组织结构改变、力学性能降低，使压力容器承载能力不够而发生的破坏形式。腐蚀类别：1均匀腐蚀2局部腐蚀3晶间腐蚀4断裂腐蚀5氢损伤原因：1、压力容器维护保养不当。2、选材不当或未采取有效防腐措施。3、结构不合理，或焊接不符合规范要求。4、介质中杂质的影响。预防：1、根据介质选用合适厚度的防腐蚀材料的容器。2、控制易造成腐蚀介质含量，避免在敏感温度下使用3、选择有腐蚀隔离措施的容器以避免腐蚀介质对容器壳体产生腐蚀。4、选用结构合理、设计制造质量符合国家标准和要求得容器。5、采取适当的工艺措施降低腐蚀速度。压力冲击破裂：指容器内的压力由于各种原因而急剧升高，使壳体受到高压力的突然冲击而造成的破裂爆炸。产生机理：1、可燃气体与助燃气体反应爆炸2、聚合釜的爆炸，聚合大都是放热反应。3、压力容器内反应失控4、液化气体的“爆沸”特征：壳体碎裂壳体内壁附有化学反应产物和痕迹断裂时常伴有高温产生断口形貌类似脆性断裂容器释放的能量较大事故预防1、完善规程和管理制度2、加强现场的管理和作业人员培训蠕变破裂：指压力容器的壁温高于某一限度时，即使应力低于屈服迹象，容器材料也会发生缓慢的塑性变形，长期积累，最终导致压力容器的破坏特征：1、蠕变破坏往往发生在容器温度达到或超过了其材料溶化25﹪～35﹪的时候，一般碳素钢的蠕变温度界限为350～400℃，部分低合金钢的界限大于450℃。2、蠕变破坏是高温及拉盈利长期作用的结果。原因：1、压力容器发生蠕变破坏往往是由于容器长期在某一高温下运行,即使其盈利低于材料屈服极限,材料也能发生缓慢塑性变形.2、压力容器因选材不当结构不合理，造成蠕变破坏。3、容器由于结垢、结碳、结疤等影响传热，造成局部过热。事故预防：1、选择满足高温力学性能要求的合金钢材料制造压力容器。2、选用结构合理制造质量符合标准的压力容器。3、在使用中防止容器局部过热。经常维护保养，消除积垢、结碳、可有效防止容器破坏事故的发生。压力容器安全附件压力容器的安全附件包括安全阀、爆破片、紧急防空阀、液位计、压力表、单向阀、限流阀、温度计、喷淋装置、紧急切断装置、防雷击装置等。泄方装置安全阀爆破片易溶合金塞安全阀：压力容器安全阀是取等于或略高于容器在正常工作过程中可能产生的最高压力进行设计的。是一种安全泄放装置，其目的就是为了容器超压时，能把压力介质及时排出。安全阀按照加载机构分为三类：静重式杠杆式弹簧式安全法的选用1、形式按安全阀加载机构的形式来选，工作压力不高，温度较高的容器大多选用杠杆式，高压容器大多选用弹簧式。如果容器工作介质有毒、易燃、易爆的气体或者是制冷剂或其他会污染大气的气体，选用封闭式2、压力范围不应把工作压力较低的安全阀强行加在用在较高的容器上，同时也不应把工作压力较高的安全阀过分安装在压力较低的容器上。3、额定泄放量不论选择何种结构的安全阀，都必须具有足够的额定泄放量。压缩气体泄方量W=2.83×0.001×ρud2安全阀校验压力起始压力回座压力一般气体气体在管内流速10-15m/s空气密度在压力为0.6MPa时为8.161kg/m3安全阀的装设1、直接相连，垂直安装。2、保持畅通、稳定可靠。3、防止腐蚀，安全排放。爆破片金属平板型普通正拱型开缝正拱型和反拱型石墨等适用于1、压力急剧升高，安全阀不能及时