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压力容器安全管理•一、压力容器基础知识1、压力容器的基本概念压力容器是国民生产和人民生活中不可缺少的一种设备，它广泛应用于工业、农业、国防、医疗卫生等行业和领域；它不同与其他的生产装置和设备，由于本身的特殊性和复杂性，以及操作条件的苛刻，发生事故时不仅自身遭到破坏，往往还会诱发一系列恶性事故，给国民经济和人民财产造成重大损失。本章将介绍一些与压力容器相关的基础知识。1.1、压力压力是指垂直作用在物体表面上的力，而垂直作用在物体表面单位面积上的力称为压强。但在工程上，习惯于将垂直作用在物体表面单位面积上的力（压强）称为压力，其表达式为：P（压强）=F（压力）/S（受力面积）其中：F的单位是牛顿（用“N”表示），S的单位是平方米（用“m2”表示），则P的单位为“帕斯卡”（用“Pa”表示），即：1Pa=1N/m2在压力容器的设计、使用领域，我们通常还将容器内介质的实际压力称为绝对压力（用“P绝”表示），用各种压力仪表测得的容器介质压力的读数值称为表压力或表压（用“P表”表示），绝对压力、表压力和大气压力三者之间的关系为：P绝=P表+P大气注意：我们通常所说的容器的压力或介质的压力均为表压力。1.2、容器的压力源常用的压力容器工作介质为各种气体，而气体介质的压力来源可分为容器内和容器外两大类。在压力容器的使用过程中，介质压力产生于容器外部的设备较多，而产生于容器内部较少，但后者的危险性较大。1.3、压力容器的界限所有承受压力的密闭容器均被称为压力容器，或者被称为受压容器。由于压力容器的特殊性，一旦发生事故其危害性较大，因此必须有专门机构对其设计、制造和使用管理等方面，按相应的安全技术管理规范进行监督。划分压力容器界限时，应考虑的因素主要有事故发生的可能性与事故危害性的大小两个方面；还要考虑容器内工作介质的状态、容器的工作压力和容积等因素。综上所述，国家质量技术监督检验检疫总局，在其颁布的《压力容器安全技术监察规程》中对我国压力容器的界限范围做出了明确的划分，《容规》规定同时具备下列三个条件的容器为《容规》所管辖的压力容器：⑴最高工作压力大于等于0.1MPa（不包括液体静压力，下同）；⑵内直径大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3；⑶介质为气体、液化气体和最高工作温度高于等于标准沸点（指1个大气压下的沸点）的液体。2、压力容器的工艺参数压力容器的工艺参数是根据生产工艺要求所确定的，是进行压力容器设计和安全操作的主要依据。压力容器的主要工艺参数为压力、温度和介质。2.1、压力压力容器的压力通常分为工作压力、最高工作压力和设计压力等概念，具体定义如下：工作压力：也称为操作压力，是指容器顶部在正常工艺操作时的压力（不包括液体静压力）。最高工作压力：指的是容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大压力（不包括液体静压力）。注意，最高工作压力应不超过设计压力。设计压力：指在相应的设计温度下用以确定容器计算壁厚的压力。它由容器的设计单位根据设计条件要求和有关规范确定。2.2、温度温度又分为使用温度、设计温度和试验温度。使用温度：指容器运行时，用测温仪表测得的工作介质的温度。设计温度：指容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。试验温度：进行压力试验时容器壳体的金属温度。2.3、介质介质是指压力容器内盛装的物料，按其状态可分为液态、气态和气液混合态；按其性质又可分为易燃、易爆、腐蚀性和毒性介质。3、压力容器的基本要求压力容器除必须符合工艺要求的特定使用性能外，还应安全可靠；同时应具备制造安装简单，结构先进，维修方便和经济合理等方面的特点，故设计时必须满足强度、刚度、稳定性、耐久性和密封性五个方面的要求。4、压力容器的分类4.1、按压力分类可分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器，具体划分为：低压容器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。4.2、按壳体承压方式分类可分为内压容器和外压容器两大类。4.3、按设计温度分类可分为低温容器t≤-20℃、常温容器-20℃＜t＜450℃和高温容器t≥450℃三大类。4.4、以安装方式分类可分为固定式和移动式两大类。4.5、按生产工艺过程中的作用原理分类可分为反应容器、换热容器、分离容器和贮存容器四大类。4.6、《容规》对压力容器的分类第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。5、压力容器常用钢材用于制造压力容器的钢材应能适应容器的操作条件，如温度、压力、介质特性等，并有利于容器的加工制造和质量保证，其重点应考虑钢材的机械性、工艺性能和耐腐蚀性能。机械性能方面，压力容器用钢主要考虑其强度、塑性、韧性和硬度四个性能指标。一般情况下材料的硬度与强度呈正比，但是，硬度高的材料对裂纹和裂纹扩展的敏感性较强，故压力容器不宜采用硬度较高的材料。6、压力容器的应力及其对安全的影响略。具体见书P14-15。•二、压力容器基本结构1、压力容器的基本结构形式压力容器的基本结构形式有:球形容器、圆筒形容器、箱形容器、锥形容器四种。其中，因圆筒形容器的几何形状对称、受载应力分布均匀、承载能力较高、且制造方便、质量易得到保证，工艺内件易于装拆，可用作任何用途的容器，故是目前使用最广泛的一种。2、压力容器的组成压力容器的结构一般比较简单，主要有一个能承受一定压力的壳体及必要的连接件、密封件和内件构成。具体来说，压力容器一般由筒体、封头（管板）、法兰、接管、人（手）孔、支座等部分组成。•三、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、压力表、液面计、温度计等。1、安全阀安全阀是一种超压自动泄压阀门，是压力容器上应用最为普遍的，最重要的安全附件之一。当容器内的压力超过某一规定数值时，安全阀就会自动开启迅速排放容器内部的过压气体，实现降压措施。当容器内的压力回到设定值时，安全阀又会自动关闭，从而使容器恢复到正常的密闭状态，始终使容器内的压力低于允许范围的上限，不致因超压而酿成事故。安全阀按其整体结构和加载机构的形式分成杠杆式、弹簧式、净重式和先导式四种。其中，弹簧式安全阀的应用最为广泛，主要是因为其结构紧凑、轻便严密，受振动不易泄漏，灵敏度高，调整方便，使用范围广，但弹簧式安全阀的制造比较复杂，对其中的弹簧材质和加工工艺要求很高，而且，使用时间较长后弹簧易发生变形，从而影响其灵敏度。2、安全阀的主要性能参数安全阀的主要性能参数有公称压力（它应与容器的工作压力相匹配）、开启高度（即安全阀开启时阀芯提升的高度，由此可将安全阀分成微启式和全启式两种）以及安全阀的排放量（该数据由阀门制造厂通过设计计算与实际测试确定，但要求排量不能小于容器的安全泄放量）。3、安全阀的选用与安装要求3.1、安全阀的选用原则⑴安全阀的制造单位必须是国家定点的厂家和取得相应类别制造许可证的单位，产品出厂应有合格证和技术文件⑵安全阀上应有标牌，并应注明主要技术参数，如排放量、开启压力、回座压力等。⑶应根据容器的工艺条件和工作介质的特性、安全泄放量，介质的物理化学性质以及工作压力范围等因素选用适宜的安全阀。⑷所选安全阀的排量必须大于等于它的安全泄放量，因为安全阀的排量是保证容器安全运行的关键参数。⑸高压容器、大型容器以及安全泄放量较大的中、低压容器最好选用全启式安全阀，操作压力要求绝对平稳的容器应选用微启式安全阀。⑹对盛装有毒、易燃或污染环境的介质的容器应选用封闭式安全阀。⑺选用安全阀时应使其公称压力与容器的工作压力相匹配。3.2、安全阀的安装要求安全阀必须垂直安装在容器的气相空间上，安装在室外露天的安全阀，应有可靠的冬季防冬、防冻结的措施，有毒介质安全阀的排放应导入封闭系统，易燃易爆介质安全阀的排放最好应引入火炬。4、安全阀的调整、维护与检验4.1、安全阀的调整安全阀在安装前应先进行水压试验和气密性试验，合格后才能进行开启压力的调整校验。要注意，安全阀的开启压力不得超过容器的设计压力，一般为容器最高工作压力的1.05—1.10倍，对于工作压力较低的低压容器，安全阀开启压力可调节到比容器最高工作压力高一个大气压，同时应精确确定排放压力和回座压力，经校正后的安全阀应进行铅封。4.2、安全阀的维护应加强安全阀的日常维护和保养，以确保其动作灵敏可靠和密封性能良好；应经常保持安全阀的清洁，防止阀体弹簧等零件的污损和锈蚀；应经常检查安全阀铅封的完好状况、冬季时的冻结情况、以及安全阀是否有泄漏和排气管是否有阻塞等；安全阀动作后应及时找出容器升压的原因，并对症采取措施，防止压力再次升高。4.3、安全阀的定期校验安全阀的校验应有具有相应资质的单位进行，《容规》规定，安全阀每年至少应校验一次。当安全阀进行在线校验时必须有主管压力容器安全技术的人员在场。5、防爆片防爆片又称为爆破片，是一种断裂型的超压防护装置，它主要用来装设在那些不适宜装设安全阀的压力容器上，当容器内的压力超过正常工作压力并达到设计压力时即自行爆破，使容器内的气体经防爆片断裂后形成的出口向外排出，避免容器本体发生爆炸。它只用在不宜装设安全阀的压力容器作为其代用装置。爆破片的装设应符合以下三种情况：⑴容器内的介质易于结晶或聚合，或带有较多的粘性（或粉状）物质。⑵容器内的压力由于化学反应或其他原因迅猛上升，装设安全阀难以即使排除过高的压力。⑶容器内的介质为剧毒气体或不允许微量泄漏的气体，用安全阀难以保证这些气体不泄漏。防爆片的结构形式、安装使用以及它与安全阀的组合应用见书P29-30。6、压力表压力表是为了测量容器内介质的压力，并为操作人员提供操作依据而设置的压力容器安全附件；所以压力表的准确与否直接关系到容器的安全运行。目前容器上常用的压力表有液柱式、弹性单元式、活塞式和电量式四种，其中，以单弹簧管式压力表在容器上的应用最为广泛，这种压力表具有结构坚固、不易泄漏、准确度较高、安装使用方便、测量范围较宽、价格低廉等优点。6.1、压力表的选用选用压力表时应注意其量程、精度和表盘的直径三项参数的合理性，一般情况下，压力表的最大量程最好选用为容器工作压力的2倍，最小不能小于1.5倍，最大不能大于3倍；使用压力范围不应超过压力表刻度极限的70%，在压力有波动的场合，不应超过60%。压力表的精度是以压力表的允许误差占表盘刻度极限值的百分数来表示的，选用时应根据容器的压力等级和实际工作需要来确定精度，一般低压容器不应低于2.5级，中压容器不应低于1.5级，高压容器应为1级。为了使操作人员清楚准确地读出压力表的指示值，表盘直径一般不应小于100毫米。6.2、压力表的安装压力表应安装在最醒目的位置，并有足够的照明以便于操作人员的观察；压力表的安装应便于更换和校验，同时还应注意高温介质、腐蚀性介质对它的影响；压力表的表盘上应划有警示红线。6.3、压力表的维护压力容器的操作人员应加强对压力表的维护，具体应作好以下几项工作：①．保持压力表的清洁，表盘玻璃要明亮清晰，表内指针指示清楚，表盘玻璃如有破损或表盘刻度模糊时应停止使用。②．压力表的连通管要定期进行吹扫，以防堵塞，要经常检查压力表指针的转动与波动是否正常。③．压力表必须进行定期校验，每年至少经计量部门校验一次。7、液位计液位计是用来测量液化气体或物料的液位、流量、充装量、投料量等的一种计量仪表。压力容器的操作人员应根据其指示值来控制或调节充装量，从而保证容器内介质的液位始终在正常范围内，防止因超量充装或投料而造成的事故发生。目前常用的液位计有玻璃管式液位计、玻璃板式液位计、浮球式液位计、旋转管式液位计、滑管式液位计以及差压变送液位计，具体内容见书P34-36。8、温度计温度计是用来测量容器内物料温度变化的测量仪表。在压力容器的操作过程中，温度对大部分反应物料或贮存介质的压力升降具有决定性的作用，同时，反应物或工作介质往往会由于温度的变化而发生质量上的变化；如果，容器的操作温度超过了工艺规定的温度值时，不仅有可能产出不合格产品，更有可能发生容器的安全事故；所以，在压力容器的操作中，温度的控制一般比压力控制更严格。目前，压力容器常用的温度计主要有膨胀式温度