第4章--压力容器安全技术

第四章压力容器安全技术压力容器由于危险性大，政府设有专门机构进行监督，压力容器的设计、制造、安装、维修、改造、检验或使用都必须遵照执行原劳动部颁发的《压力容器安全技术监察规程》，这些部门并都应有政府颁发的生产许可证，才可从事这些工作。应用的广泛性第一节：压力容器的概述一、何谓压力容器一般指在工业生产中盛装用于完成反应、传质、传热、分离和贮存等生产工艺过程的气体、液体，并能承载一定压力的密闭容器。它广泛用于化工、石油、能源、冶金、机械、医药、轻纺、国防等工业领域。一般指具备下列条件的容器：（下述三个条件需同时符合）①最高工作压力大于或等于0.1MPa（不含液体静压力，下同）②内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积（V）大于或等于0.025m³。③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。二、压力容器的分类1、按工作压力分类按压力容器的设计，压力分为低压、中压、高压、超高压4个等级低压（代号L）0.1MPa≦P﹤1.6MPa中压（代号M）1.6MPa≦P≦10MPa高压（代号H）10MPa≦P≦100MPa超高压（代号U）100MPa≦P≦1000MPa2、按用途分类⑴反应容器(代号R)：主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。如：反应釜、分解锅、分解塔、蒸压锅等⑵换热容器（代号E）：主要用于完成介质的热交换的压力容器。如：冷凝器、热交换器、蒸发皿、加热器、蒸脱机等⑶分离容器（代号S）：主要用于完成介质的液体压力平衡和气体净化分离等的压力容器。如：分离器、过滤器、吸收塔、干燥塔、汽提塔等⑷贮存容器（代号C，其中球罐代号B）：主要盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等的压力容器，如各类贮罐。如具备两个以上作用，应按主要作用划分。3、按危险性和危害性分类：⑴一类压力容器：非易燃或无毒介质的低压容器。易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器。⑵二类压力容器：①任何介质的中压容器②易燃介质或毒性强度为中度危害介质的低压反应容器和贮存容器③毒性程度为极度和高度危害介质的低压反应容器④低压管壳式余热锅炉⑤搪瓷玻璃压力容器⑶三类压力容器：①毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和PV（设计压力×容积）≧0.2MPa·m³的低压容器②易燃或毒性程度为中度危害介质且PV≧0.5MPa·m³的中压反应容器③PV≧10MPa·m³的中压贮存容器④高压、中压管壳式余热锅炉⑤高压容器具体可见教科书P101图4－1三、压力容器的特点应用的广泛性压力容器不仅被广泛用于化学、石油化工、医药、冶金、机械、采矿、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，在农业、民用和军工部门也颇常见，其中尤以石油化学工业应用最为普遍，石油化工企业中的塔、釜、槽、罐无一不是贮器或作为设备的外壳，而且绝大多数是在压力温度下运行，如一个年产30万吨的乙烯装置，约有793台设备，其中压力容器281台，占了35.4%。蒸汽锅炉也属于压力容器，但它是用直接火焰加热的特种受压容器，至于民用或工厂用的液化石油气瓶，更是到处可见。操作的复杂性压力容器的操作条件十分复杂，甚至近于苛刻。压力从1～2×10－5Pa的真空到高压、超高压，如石油加氢为10.5～21.0MPa；高压聚乙烯为100～200MPa；合成氨为10～100MPa；人造水晶高达140MPa；温度从-196ºC低温到超过一千摄氏度的高温；而处理介质则包罗爆、燃、毒、辐(照)、腐(蚀)、磨(损)等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造、安裝到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设备。安全的高要求压力容器因其承受各种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度载荷；其次，大多数容器容纳压缩气体或饱和液体，若容器破裂，导致介质突然卸压膨胀，瞬间释放出来的破坏能量极大，加上压力容器极大多数系焊接制造，容易产生各种焊接缺陷，一旦检验、操作失误容易发生爆炸破裂，器内易爆、易燃、有毒的介质将向外泄漏，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压力容器要求很高的安全可靠性。当前压力容器向大容量、高参数发展，如核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为14～16MPa，工作温度为250～330ºC，容器内直径7800mm，壁厚317mm，重650吨；又如煤气化液化装置中的压力容器工作压力为17.5～25MPa，工作温度为450～550ºC，内直径为3000～5000mm，壁厚为200～400mm，重400～2600吨，对这类容器的工艺要求和运行可靠性要求更高，显然比一般压力容器又有更高更严格的安全性要求。量大面广1996年12月的统计资料表明，国内在用固定式压力容器多达122.22万台，移动式压力容器中罐车16910辆，在用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数也高达51.57万台。此外全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个，设计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在，以及地域广泛的制造设计部门，自然成为国内外政府部门特别重视其安全管理和监察检查的原因。事故率高国内1998年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸事故132起，严重事故274起，共死亡104人，受伤371人，直接经济损失2813.58万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸事故率分别为1.07次/万台，0.28次/万台，0.65次/万台。压力容器的事故实例1986年4月28日前苏联切尔诺贝利核电站压力壳发生核泄漏，31人死亡，20个国家4亿人受害。压力容器的事故实例1984年12月3日印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏，2580人死亡，125000人中毒，5万人失明。第二节压力容器的安全使用一、压力容器的安全附件安全附件是承压设备安全、经济运行不可缺少的一个组成部分。有安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力表、液位计、测温仪表、快开门式压力容器的安全联锁装置。（一）安全装置的作用与类型按照功能可分成三类：（1）泄压装置—安全阀、爆破膜及其组合等。（2）计量显示或（和）报警装置—液面计、压力表、温度计及其报警装置等。（3）联锁装置—联锁开关、联动阀、电接点压力表或温度计、自动液面计等。（二）安全泄压装置类型阀型断裂型熔化型组合型装置安全阀爆破片（帽）易熔塞安全阀+爆破片优点自动关闭重复使用调整容易密封性好泄压反应快对污物不敏感结构简单更换容易精度较高密封性好重复使用缺点密封性差滞后现象不洁堵塞一次性使用易受疲劳影响精度不易控制一次性使用泄放量小不稳定结构复杂应用不洁气体、剧毒、压力骤升不宜剧毒或压力骤升、液化气、频繁超压不宜气瓶剧毒、贵重介质不宜压力骤升1、安全阀作用原理：它正常使用时，严密不漏，当压力超过设定值时，安全阀在压力作用下自行开启，使容器泄压，以防止容器或管线的破坏，当容器压力泄至正常值时，它又能自行关闭，停止泄放。安全阀选用：①制造单位有制造许可证②应根据器皿的工艺条件及工作介质的特性从安全阀的安全泄放量、加载机构、封闭机构、气体排放方式、工作压力范围等方面来考虑③安全阀工作压力范围，要与压力容器的工作压力范围相匹配。安全阀要定期检查，每年至少检查一次。定期检查工作包括清洗、研磨、试验和校正。安全阀的安装注意事项1、新装安全阀应附有产品合格证2、安全阀应铅直安装，并应装设在容器或管道气相界面位置上。3、安全阀的出口应无阻力或避免产生背压现象。4、压力容器与安全阀之间不得装有任何阀门5、安全阀与锅炉压力容器之间的连接短管的截面积，不得小于安全阀通流截面2、防爆片：防爆片又称防爆膜、防爆板，时一钟断裂型的安全泄压装置。特点：密封性好，反应动作快，以及不易受介质中粘污物的影响等优点。但泄压后不会恢复，不能再使用，容器也被迫停止。它只安装在不宜装安全阀的压力容器上如：①易存在突爆②有可能剧毒物泄漏③易产生大量沉淀或粉状黏附物，妨碍安全阀动作设计压力为工作压力的1.25倍，但爆破压力都不得大于容器设计压力。3、压力表压力表是测量压力容器中介质压力的一种计量仪表压力表种类：液柱式、弹性元件式、活塞式、电量式四类压力表的选用应根据被测压大小、安装位置的高低、介质的性质（如温度、腐蚀性等）来选择精度等级、最大量程、表盘大小以及隔离装置。压力表选用的要求如下：(一)选用的压力表，应当与压力容器内的介质相适应。(二)设计压力小于1.6MPa压力容器使用的压力表的精度不应当低于2.5级(相对误差%)，设计压力大于等于1.6MPa压力容器使用的压力表的精度不应当低于1.6级。(三)压力表盘刻度极限值应当为最大允许工作压力的1.5～3.0倍，最好是2倍。表盘直径不应当小于100mm。压力表校验：压力表的校验和维护应当符合国家计量部门的有关规定，压力表安装前应当进行校验，在刻度盘上应当划出指示最高工作压力的红线，注明下次校验日期。一般每6个月校验一次，通常压力表上应有校验标志，注明下次校验日期或校验的有效期。校验后的压力表应加铅封，未经校验合格和无铅封的压力表均不准安装使用。压力表的安装要求如下：(1)用于水蒸气介质的压力表，在压力表与压力容器之间应当装有存水弯管。(2)用于具有腐蚀性或高粘度介质的压力表，在压力表与压力容器之间应当装设能隔离介质的缓冲装置。(3)压力表与压力容器之间，应当装设三通旋塞或针形阀；三通旋塞或针形阀上应当有开启标记和锁紧装置；压力表与压力容器之间，不得连接其他用途的任何配件或接管。4、液面计作用：显示压力容器内的液面（或粉面）的高度压力容器用液位计应当符合有关标准的规定，并且应当符合下列要求：(一)应当根据压力容器的介质、最大允许工作压力和温度正确选用。(二)在安装使用前，设计压力小于10MPa压力容器用液位计，应当进行1.5倍液位计公称压力的液压试验；设计压力大于等于10MPa压力容器的液位计，应当进行1.25倍液位计公称压力的液压试验。(三)盛装0℃以下介质的压力容器，应当选用防霜液位计。(四)寒冷地区室外使用的液位计，应当选用夹套型或保温型结构的液位计。(五)用于易燃、毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器上，应当有防止泄漏的保护装置。(六)要求液面指示平稳的，不应当采用浮子（标）式液位计。二、压力容器使用安全管理压力容器的设计、制定和安装1、设计：有许可证才能设计压力容器设计过程中直接影响容器安全运行的三个方面：壁厚的确定、材料的选用、合理的结构⑴壁厚确定：要求它的承压部件具有足够的强度，以抵抗外力的作用。⑵材料选用：钢材选用是否合适是设计的一个关键问题。如选材不当，即使壁很厚，有可能在使用条件下，或者由于材料韧性降低而发生脆性断裂，或由于材料的受腐蚀裂开等等选用钢材应符合《钢制压力容器》的规定注意：含碳量大于0.24％的材料不得用于焊制容器（原因太脆）几种常用材料介绍：①A3钢（Q235－A）：特点：含硅量多，脱氧完全，因而质量较好使用范围：设计压力≦1.0MPs，设计温度0～350℃，用于制造壳件时，钢板厚度不得大于16mm，不得用于盛装液化石油气体，毒性程度为极度、高度危害介质及直接受火焰加热的压力容器。②20g：20g锅炉钢板与一般20号优质钢相同，含硫量比Q235－A钢低，具有较高的强度，δb≧402MPa，δs=225~255MPa,使用温度范围为﹣20～475℃，常用于制造温度较高的中压容器。③16MnR：普通低合金容器钢板，含碳量0.12％～0.20％，含碳量为1.2％～1.6％，强度极度δb＝470～510MPa,屈服极限δs＝284～343MPa，用这种钢制造时，低压容器可减轻温度较高的容器重量，使用温度范围﹣20～475℃。④低温容器材料（指﹤﹣20℃下使用）。要求：较好的韧性防脆裂。一般的在使用温度下的冲击值αk作为依据。深冷容器用高合金钢（如OCr18Ni9,OCr18Ni9Ti等使用温度，下限为﹣196℃）一般低温容器用钢多采用锰钒钢（16MnR、09Mn2VR）⑤高温容器用钢：温度小于400℃可用普通碳钢（沸腾钢为250℃）使用温度400～500℃可用15MnVR、14MnMoVg使用温度500～600℃可采用OCr13Ni9.OCr18Ni9Ti