压力容器操作培训教材

压力容器压力管道特种设备操作培训教材制作:赵龙坤2007年1月一、特种作业培训目的生产的需要随着工业的发展，压力容器的使用日益广泛，数量日益增加，并逐渐趋向容器大型化和结构复杂化今年来，压力容器的设计制造不断采用新材料、新工艺和新技术安全的需要压力容器的事故率比一般的机械设备高事故的危害性又特别严重国家法律、法规的要求根据《压力管道安全管理与监察规定》根据《特种设备安全监察条例》《压力容器产品安全质量监督检验规则》《安全生产法》《关于在用锅炉压力容器安全阀校验的若干意见》等有关法规、规章，从事锅炉压力容器压力管道特种设备的操作人员，必需考核合格，持证上岗。压力容器爆炸案例之一2005年11月13日下午，吉林石化公司双苯厂一车间发生爆炸，造成当班的6名工人中5人死亡、1人失踪，事故还造成60多人不同程度受伤。目前仍有23名伤员住院治疗，但都无生命危险。原因是由于当班操作工停车时，疏忽大意，未将应关闭的阀门及时关闭，误操作导致进料系统温度超高，长时间后引起爆裂，随之空气被抽入负压操作的T101塔，引起T101塔、T102塔发生爆炸，随后致使与T101、T102塔相连的两台硝基苯储罐及附属设备相继爆炸，随着爆炸现场火势增强，引发装置区内的两台硝酸储罐爆炸，并导致与该车间相邻的55#灌区内的一台硝基苯储罐、两台苯储罐发生燃烧。再次发生爆炸时冒出黄烟再次发生爆炸时冒出黄烟大火现场压力容器爆炸案例之二2002年2月中铝某厂Nt112发生爆炸，造成一人死亡，直接经济损失近百万元压力容器基础知识压力容器在工业生产中的应用压力容器是一种能承受压力载荷的密闭容器主要作用是贮存、运输有压力的气体或液化气体，或者为这些流体的传热、传质反应提供密闭的空间形状各样，体积从几升到上万立方米，应用广泛压力容器是容易发生破坏事故的特殊设备压力容器的事故率事故率高的原因：使用条件苛刻、容易超负荷、局部应力比较复杂、常隐藏有严重缺陷容器爆炸可能造成的严重破坏，举例说明压力容器的定义最高工作压力Pw≧0.1MPa(表压,不含液体静压)内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)Di≧0.15m，且容积V≧0.025m3介质为气体,液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体压力容器的分类——固定式压力分类低压容器：0.1MPa≦p﹤1.6MPa中压容器：1.6MPa≦p﹤10MPa高压容器：10MPa≦p﹤100MPa超高压容器：p≧100MPa用途分类：盛装容器、反应容器、换热容器、分离容器压力容器的分类——移动式气瓶：永久气瓶、液化气体气瓶（低压、高压两种）、溶解气体气瓶槽（罐）车：汽车槽车、火车槽车压力容器的基本结构主体简单，主要作用是盛装有压力的气体或液化气体，或者是为这些介质的传热、传质或化学反应提供一个密闭的空间主要部件是一个能承受压力的壳体及其他必要的连接件与紧固件中、低压容器的形状与结构球形容器：承受力大、直径大、省材，制造及组焊困难圆筒型容器：易制造，普遍使用高压容器本体结构容器壁厚外径与内径比值大于1.1，制造困难，非盛装容器分单层筒体，多层筒体、绕带筒体压力容器承压时产生的应力薄膜理论：壁厚与直径比很小，壳壁就像薄膜一样，只能承受拉应力或压应力，完全不能承受弯矩和弯曲应力，又称为无力矩理论壳体处于两向应力状态，只存在径向（平行于中心轴的方向）和环向应力，而不存在径向（厚度方向）应力；应力沿壁均匀分布，也就是内外壁的应力相等厚壁容器应力特点存在三向应力：经向应力（轴向应力）、环向应力（周向应力）、径向应力（厚度方向的应力经向应力沿壁厚均匀分布，环向应力和径向应力沿壁厚非均匀分布筒体上任意点的径向应力都是压缩应力筒体上任意点的环向应力都是拉伸应力筒体的轴向应力是均匀分布的拉伸应力容器部件由于变形受约束而产生的应力不连续应力：由于部件结构或厚度尺寸的不同而引起的变形不同的现象，只发生在两个部件连接处的边界地区，称“边界效应”或“边界问题”，而由边界效应引起的应力称为“边界应力”或“不连续应力”热应力：因部件温度变化而产生的变形受的约束所引起的应力，称热应力或温差应力热应力产生的几种情况容器在较高或较低的温度下运行，虽然部件内部的温度分布均匀，但运行时因温度变化而引起的变形受到外部的约束限制由两个或两个以上的零部件构成的组合容器，在运行中温度发生变化，由于两部件的温升不同，或构件材料的热膨胀系数不同，部件之间相互受到约束构件内部温度分布不均匀，各部件产生不同的膨胀，构件本身材料相互约束热应力的特性及其影响具有自限性，塑性材料部件产生塑性流动形成有利的应力分布，脆性材料难以产生塑性变形，热应力得不到缓解易发生破裂压力容器的设计与制造质量压力容器通常在较为复杂的条件下连续工作，它不仅承受操作压力和介质温度的作用，还同时伴有介质引起的各种腐蚀。压力容器能否在规定的环境与工艺条件（压力、温度、介质特性）下安全运行，首先取决于容器本身的安全可靠性，也就是看它在设计上是否符合安全要求，以及在制造上是否确保制造质量。压力容器设计的基本要求根据给定的工艺条件，考虑制造、安装、检修的方便，从适应生产能力、保证强度、正确选材、结构合理等主要方面出发，实现安全可靠的设计要求材料选择从容器的制造方面考虑，要求容易加工成型，不易产生缺陷从使用条件方面考虑，要求对使用环境，包括所接触的工作介质、压力、温度和载荷特性等操作条件，甚至包括装设地区的地理环境，具有必须的适应能力对材料力学性能的基本要求强度——指材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力。常用的强度指标有强度极限σb和屈服极限σs，高温时考虑蠕变极限σn及持久极限σD塑性指标——在外力作用下塑性变形能力。用断裂前塑性变形的大小来衡量，有延伸率δ和断面收缩率Ψ韧性——抵抗冲击功的能力。冲击值Ak各项力学性能的联系相互联系有相互矛盾使用条件要求较高强度的钢，但塑性和韧性较差，容易产生焊接裂纹缺陷，有应力腐蚀制造要求有较好的塑性制造工艺性能与要求冲压性能——指材料冷塑性变形的能力焊接性能（可焊性）——指在规定的工艺条件下能否得到质量优良的焊接接头的性能热处理性能——指它可以通过热处理来调整显微组织和力学性能的能力耐腐蚀性能与要求耐腐蚀性能指它在使用环境和操作条件下抵抗工作介质对其腐蚀的能力根据介质的种类（非电解质和电解质）分为化学腐蚀和电化学腐蚀材料的耐腐蚀性用腐蚀速度表示，大多数用单位时间内单位面积的金属质量损失表示金属的耐腐蚀性标准（三级）耐腐蚀性良好：腐蚀速度小于0.1mm/年耐腐蚀性一般：腐蚀速度0.1~1mm/年耐腐蚀性差：腐蚀速度大于1mm/年压力容器的连续腐蚀少见，一般都是局部性的如点腐蚀、片状腐蚀等。对压力容器最严重、最危险的是应力腐蚀。安全系数安全系数指制造构件材料的强度性能指标与构件工作时实际产生的应力的比值安全系数材料对常温下的强度极限的安全系数，nb对常温或设计温度下的屈服极限的安全系数，ns对设计温度下持久极限的安全系数，nD对设计温度下蠕变极限的安全系数，nn平均值最小值碳钢、低合金钢、铁素体高合金钢≧3.0≧1.6≧1.5≧1.25≧1.0奥氏体高合金钢≧1.5≧1.5≧1.25≧1.0许用应力许用应力是指材料或构件工作时所产生的应力允许达到的数值材料的许用应力应力等于材料的强度指标除以许用安全系数『σ』＝“σ”/n腐蚀裕量设计时根据介质对部件材料的腐蚀速率和容器的使用年限（设计使用寿命），增加元件的腐蚀裕量，使部件在设计使用期限内的壁厚始终不小于计算壁厚薄壁容器的强度要求内外径比不大于1.2略压力容器制造质量要求与检验壳体的成型影响壁厚变化的主要因素有材料的性能封头的形状封头成型方法压制成型优点：被压制的封头直径一般不受限制缺点：是封头壁厚较薄时,成型质量难于保证,易产生皱折和鼓包旋压优点：能较好控制尺寸，对薄壁大尺寸封头的加工可保证旋压质量缺点：无法旋压壁厚尺寸较大的封头壳体的装焊略制造缺陷与影响（重点）焊接缺陷——表面缺陷咬边弧坑和擦伤焊缝尺寸不符合要求焊接缺陷——气孔和夹渣气孔夹渣焊接缺陷——未焊透和未熔合焊接缺陷——裂纹裂纹：裂纹是焊接中或焊接后在焊接头部位出现的局部破裂现象。按其在焊接处产生部位的不同可分为纵向裂纹，横向裂纹，根部裂纹，弧坑裂纹，热影响区裂纹等焊接缺陷——组织缺陷组织缺陷是难于发现而又十分危险的缺陷。过热：金属在高温下表面变黑起氧化皮，内部晶粒粗大而变脆的现象过烧：金属在高温下不仅晶粒变粗大，而且晶间被氧化使晶粒间的连接受到破坏的现象疏松：若被氧化的金属粗大晶粒之间还有夹杂物存在记住，过热和疏松严重降低的强度和塑性，对焊接件的影响极大。其中过热可在焊后通过正火等热处理方法细化晶粒加以改善，过烧和疏松则是不允许存在焊接缺陷——加工成型与组装缺陷加工成型与组装中的生产缺陷主要是几何形状不符合要求。包括凹凸不平，截面不圆，接缝错边和对接接缝角变形等缺陷。制造缺陷对壳体安全的影响制造过程中所产生的缺陷主要归结为缺口、几何形状不连续及较大的附加内应力等类，它对壳体的安全使用有重要的影响缺口的影响减少了焊缝的的承受载截面积，削弱了焊缝的静力拉伸强度，严重时也会导致壳体的延性破坏改变了缺口周围的受力条件，不利于材料的塑性形变，使之趋于或处于脆性状态，同时还引起缺口根部的应力集中几何形状不连续的影响壳体几何形状的不连续，如表面凹凸不平，截面不圆和接缝角变形等，当壳体承受压力时会在内形成附加弯曲应力，如果变化十分缓和，则附加应力相应较小。残余应力的影响焊件越厚，刚性越大，焊后残余应力就越大压力容器使用管理与安全运行压力容器使用管理基础工作压力容器的选购验收安全调试技术档案使用登记统计报表压力容器的安装与调试调试工作一般由生产、技术、设备、安全和使用车间等几个部门组成的调试领导小组，由使用车间挑选具有丰富操作经验的持证操作人员负责调试操作，安装单位组织有关人员现场负责处理故障压力容器的技术档案原始技术资料：设计资料和制造资料容器使用情况记录资料：运行情况记录、检验和修理记录安全附件技术资料：安全装置的技术说明书和检验或更换记录资料压力容器使用登记使用单位在压力容器投入使用前，应按《压力容器使用登记管理规则》的要求，向地、市级质量技术监督部门锅炉压力容器安全监察机构申报和办理使用登记手续，取得使用证，才能将容器投入运行压力容器的统计报表年报表：统计当年某一确定时间处于使用状况态的压力容器具体数量、类别及用途情况检验和修理情况报表使用情况的统计报表使用管理工作的内容与要求书本137页压力容器的使用管理制度容器操作人员的职责按照安全操作规程的规定，正确操作使用认真填写操作记录、生产工艺记录或运行记录做好维护保养工作（包括停用期间）经常对压力容器运行情况进行检查，发现操作条件不正常时及时进行调整，遇紧急情况应按规定采取紧急处理措施并及时向上级报告对任何有害压力容器安全运行的违章指挥，应拒绝执行努力学习业务知识，不断提高操作技能使用管理过程中的管理制度定期检验制度修理、改造、检验、报废技术审查和报批制度安装、改造、移装竣工验收制度安全检查制度交接班制度维护保养制度安全附件效验与修理制度紧急情况处理制度事故报告与处理制度接受压力容器安全监察部门监督检查制度压力容器的使用管理制度压力容器操作人员应履行以下职责按照安全操作规程的规定，正确操作使用压力容器认真填写操作记录，生产工艺记录或运行记录做好压力容器的维护保养工作经常对压力容器的运行情况进行检查，发现操作条件不正常时及时进行调整对任何有害压力容器安全运行的违章指挥，应拒绝执行努力学习业务知识，不断提高操作技能安全操作规程安全操作规程至少应有下列内容压力容器的操作工艺控制指标，包括最高工作压力，最高或最低工作温度，压力及温度波动幅度的控制值、介质成分特别是有腐蚀性的成分控制值等；压力容器岗位操作方法，开、停车