《压力容器安全》培训

茂名分公司安全环保部2004.12压力容器安全技术柯卓坤一、压力容器的安全问题特种设备----涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施等。--《特种设备安全监察条例》一、压力容器的安全问题1、压力容器与一般机械设备不同的特点(1)应用广泛性(2)操作条件复杂性(3)对安全的高要求一、压力容器的安全问题据统计，国内1998年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸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是1.07、0.28、0.65次/万台。2、压力容器事故的主要特征(1)事故率高一、压力容器的安全问题2000年共发生锅炉、压力容器、气瓶、压力管道爆炸事故155起，严重事故151起，死亡175人，受伤368人，直接经济损失4503.23万元。锅炉、压力容器爆炸事故率分别为0.16、0.22起/万台。2003年共发生锅炉、压力容器、压力管道（下称承压类设备）事故159起，死亡114人，受伤281人，直接经济损失1779.63万元，承压类设备（不包括气瓶、压力管道、“土锅炉”）事故率为0.35起/万台。一、压力容器的安全问题1984年12月3日，印度博帕尔市农药厂异氰酸甲酯储罐发生泄漏，2580人死亡，125000人中毒，5万人失明；(2)危害性大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。一、压力容器的安全问题3、发生压力容器事故的主要原因对国内1990～1992年260起锅炉、压力容器、气瓶爆炸事故的统计分析58.1%29.6%12.3%使用管理不善制造不良其他一、压力容器的安全问题118521024681012操作不当非法制造、安装安全附件失灵制造质量低劣内部存在缺陷操作不当非法制造、安装安全附件失灵制造质量低劣内部存在缺陷2000年27起压力容器爆炸事故分析一、压力容器的安全问题特种设备安全监察法规体系相关标准及技术规定规范性文件部门规章行政法规法律一、压力容器的安全问题《压力容器安全技术监察规程》(“容规”)2000年1月1日国家质量技术监督局修订实施《特种设备安全监察条例》国务院373号令公布，2003年6月1日实施二、压力容器的分类1、定义压力容器--是指盛装气体或液体，承受一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L的气体、液化气体和最高工作高于或者等于标准沸点的液体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1.0MPa·L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等二、压力容器的分类属于安全监察范围(“容规”)的压力容器：最高工作压力大于等于0.1MPa(不包含液体静压力)；内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)大于等于0.15m，且容积大于等于0.025m3;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。二、压力容器的分类固定式压力容器，即固定安装使用地点的容器；移动式压力容器，指气瓶、槽车等无固定安装和使用地点的容器2、分类(1)按使用位置分二、压力容器的分类•低压容器•中压容器•高压容器•超高压容器：0.1≤ｐ＜1.6MPa；：1.6≤ｐ＜10MPa；：10≤ｐ＜100MPa；：ｐ≥100MPa(2)按设计压力分二、压力容器的分类•反应容器：主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、反应釜、合成塔等；•换热容器：主要用于完成介质的热量交换的压力容器，如热交换器、蒸发器等•分离容器：主要用于完成介质的液体压力平衡和气体净化分离等的容器，如过滤器、分离器、吸收塔等•储存容器：主要用于盛装生产或生活用的原料气体、液体、液化气体等容器，如各种贮罐、槽车等(3)按工艺作用分二、压力容器的分类(4)按安全监察管理分根据容器在生产过程中的重要性、压力高低和介质危害程度(指易燃、毒性介质)将容器分成三类一类容器二类容器三类容器三、压力容器的结构和应力分析1、压力容器的结构组成基本承受部件附件安全附件器身封头阀门连接件接管人孔仪表支座压力容器三、压力容器的结构和应力分析2、压力容器的结构特征–圆筒形与球形容器的比较项目圆筒形球形受力状况较好好表面积/体积大小(10-30%)材料消耗多少(30-40%)制造易难内件安装易难应用广泛大型液化气、液氨储罐三、压力容器的结构和应力分析各种封头的比较项目平板锥形无折边球形碟形椭球形半球形受力状况最差差较差较好好最好材料消耗最多多较多较少少最少制造最易易较难较易较易最难应用高压或小直径容器气体均匀分布物料汇集卸料较小直径较低压力容器较大直径较低压力容器广泛使用大直径或高压储器三、压力容器的结构和应力分析3、应力分析•一次应力(薄膜应力)•二次应力(不连续应力)由外载引起的正应力和切应力由于相邻部件的约束或结构本身约束引起的应力三、压力容器的结构和应力分析P=（πr2）p=（π/4）Di2p=πDtσφσφ=PD/4t承受均匀内压圆筒的薄膜应力——轴向应力三、压力容器的结构和应力分析承受均匀内压圆筒的薄膜应力——周向应力F=（2r）Lp=DiLp==DLp=2Ltσθσθ=pD/2tσθ==2σφ三、压力容器的结构和应力分析3、选择合理的结构(1)、避免总体和局部结构的不连续×√×√三、压力容器的结构和应力分析(2)、避免应力集中和削弱强度部位的叠加三、压力容器的结构和应力分析(3)、避免刚性结构：防止热胀冷缩限制三、压力容器的结构和应力分析B、尽量采用对接接头(4)、焊接结构A、合理选择焊缝坡口形式三、压力容器的结构和应力分析C、不允许采用的焊接结构角接未焊透搭接×××四、压力容器的破坏形式和原因分析1、容器（材料）的失效由于材料的力学行为（材料在外力作用下所表现出的变形和开裂行为），而使容器丧失正常功能、安全性和耐久性的现象，称为容器（材料）失效（Failure）。容器在压力和温度作用下主要发生两种形式的失效——变形、破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析变形-弹性变形-塑性变形-弹或(和)塑性失稳四、压力容器的破坏形式和原因材料拉伸试验－弹性阶段（O-B2）比例极限σpσ=Eε（E—弹性模数）弹性极限σe－屈服阶段（B2-C）屈服极限σs－强化阶段（C-D）抗拉强度极限σb－缩颈阶段（D-E）σsεOσbσeσpσB2CDEB1四、压力容器的破坏形式和原因分析破(断)裂－韧(延)性破裂－脆性破裂－疲劳破裂－腐蚀破裂－蠕变破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析特征：－显著的形状改变和较大的塑性变形－一般不会产生碎片－断口不平齐，无金属光泽容器在压力作用下，器壁上产生的应力达到材料的强度极限而发生断裂的破坏形式韧性破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析•液化气体介质充装过量•超温超压运行•选材不当或安装不符合安全要求•维护不当(壁厚减薄)破裂原因四、压力容器的破坏形式和原因分析[断口分析]韧性破裂[理论计算]σ=PDi/2t=0.8（1000+1）/2=400MPa某小化肥厂一加压变换冷却塔，Di＝1000mm,t=8mm,PW＝0.8MPa。材料16Mn：σS=345MPa.因增加3米高一塔节未采取防腐蚀措施，以致介质将器壁腐蚀，三年后爆裂。经检查最大剩余厚度为3mm，最小仅为1mm。事故案例四、压力容器的破坏形式和原因分析•选用有足够强度和厚度的材料•按核定的工艺参数运行•加强巡回检查•加强维护保养工作预防措施四、压力容器的破坏形式和原因分析特征：－没有明显的预兆和塑性变形－容器常断裂成碎片飞出－断口平齐，呈金属光泽的结晶状容器不发生或未发生充分塑性变形下就突然破坏的破裂脆性破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析•低温•裂纹性缺陷破裂原因四、压力容器的破坏形式和原因分析1962年1月爆裂成43块，其中一块重约1t，飞出127m，伤亡十余人。P爆炸=2.8MPa。某化肥厂一水洗塔，Di=2.2m，t=44mm，H=21m。Pd=3MPa，材料为普通碳素钢。1957年10月建成投产。[断口分析]脆性破裂[理论计算]σ计算=PDi/2t=71MPa=29%σS(240MPa)[原因分析]焊缝质量差（13～19mm深裂缝）；环境气温低（－27℃），材料的韧性较差。案例分析四、压力容器的破坏形式和原因分析•提高容器制造质量(焊接质量)•选用在使用温度下仍能保持较好韧性的材料•加强维护保养和定期检验，及时消除裂纹性缺陷预防措施四、压力容器的破坏形式和原因分析特征：－没有明显的整体塑性变形－不会脆断成许多碎片，只是一般开裂压力容器在长期交变载荷下作用（反复加减压），出现金属疲劳，而产生的破裂或泄漏疲劳破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析•存在局部高应力区•存在反复交变载荷破裂原因四、压力容器的破坏形式和原因分析•制造质量符合要求，避免先天性缺陷•防止外来载荷源影响，减少交变载荷•注意操作正确性，防止温度压力波动过大预防措施四、压力容器的破坏形式和原因分析特征：－宏观形态具有脆性破裂的特征，即无宏观的塑性变形－断口可见腐蚀产物－断口与脆性破裂不同，无金属光泽、有腐蚀产物覆盖容器壳体由于受到介质的腐蚀而产生的一种破裂形式腐蚀破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析•维护保养不当•选材不当或未取有效防腐措施•结构不合理，或焊接不符合规范要求•介质中杂质的影响破裂原因四、压力容器的破坏形式和原因分析•根据介质选用合适厚度的防腐材料•避免在不锈敏感温度下使用•采取防腐隔离措施•采取适当的工艺措施降低腐蚀速率预防措施四、压力容器的破坏形式和原因分析液氨对碳钢及低合金钢容器的应力腐蚀硫化氢对钢制压力容器的腐蚀热碱对钢制压力容器的腐蚀高温高压氢气对钢压力容器的腐蚀氯离子引起的不锈钢容器应力腐蚀一氧化碳对钢瓶的腐蚀压力容器常见的介质腐蚀：四、压力容器的破坏形式和原因分析特征：-有明显的塑性变形和蠕变小裂纹-断口无金属光泽，呈粗糙颗粒状-表面有高温氧化层或腐蚀物在高温工作的压力容器，操作温度超过一定极限，材料在应力的作用下发生缓慢的塑性变形，这种塑性经过长期的累积后，最终导致材料破裂蠕变破裂四、压力容器的破坏形式和原因分析•容器长期在某一高温下运行，发生缓慢塑性变形•选材不当•结垢、结炭等影响传热，造成局部过热破裂原因五、压力容器的安全附件-连锁装置-警报装置-计量装置-压力表-液位计-泄压装置-安全阀-爆破片五、压力容器的安全附件-按整体结构和加载结构形式:重锤杠杆式、弹簧式和控制式-按阀瓣式开启高度与阀流通直径之比：微启式、全启式-按气体排放的方式：全封闭式、半封闭式和敞开式安全阀五、压力容器的安全附件G＞WS压缩气体容器安全泄放量WS：WS=2.83×10-3ρ·υ·d2安全阀排气量:G=7.6×10－2·C0·X·p·A·(M/ZT)-2五、压力容器的安全附件-运行中安全阀和前后的截止阀保持全开状态并加铅封。-安全阀工作压力范围与压力容器工作压力范围相匹配-安全阀要定期检验，每年至少校验一次注意事项：五、压力容器的安全附件2、压力表-液柱式-弹性元件式-活塞式-电量式五、压力容器的安全附件注意事项：-最大量程应为容器最高工作压力的1.5－3倍，最好为2倍-选用合适的压力表精度等级-压力表应安装在最醒目的位置，有充足的照明，便于操作人员观察-在刻度盘上划明警戒红线-未经检验合格和无铅封的压力表不准安装使用-经常检查压力表指针的转动与波动是否正常五、压力容器的安全附件-在无压力时，指针转动后不能回到限制钉处-表面玻璃破碎或表盘刻度模糊不清-铅封损坏或超过校验有效期限-表内漏气或指针跳动压力表有下列情况时，应停止使用：五、压力容器的安全附件3、液位计-安装在便于观察的位置，经常保持完好和清晰。-使用温度不要超过玻璃管、板的允许使用温度。-防止液面计堵而发生假液位。-在液面计刻度板上对最高和最低安全液位用红色漆画出警戒线。六、压力容器的使用管理1级：压力容