壓力容器基礎及安全技術.doc

行業(yè)資料：_壓力容器基礎及安全技術單位：_部門：_日期：_年_月_日第 1 頁 共 16 頁壓力容器基礎及安全技術壓力容器是我們廠最重要、最危險、使用最多的設備類型，申報的兩個重大危險源（氧氣球罐和液氧貯罐）也都是壓力容器。因此，了解掌握壓力容器基礎及安全知識，對提高我們廠的安全生產(chǎn)水平是很有意義的。我主要講七個方面的內(nèi)容：壓力容器的定義、分類、結構、失效、氧氣瓶安全知識、事故危害與案例以及安全管理要點。1壓力容器的定義壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或等于0.1MPa（表壓），壓力與容積的乘積大于或等于2.5MPa?L，盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度等于或高于標準沸點的液體的容器。制氧車間的壓力容器包括26臺固定式壓力容器和520個氧氣瓶，最低工作壓力0.18MPa，最高為15MPa。2壓力容器的分類壓力容器的使用范圍廣、數(shù)量多、工作條件復雜，發(fā)生事故所造成的危害程度與工作壓力、工作溫度、使用場合、安裝方式等多種因素有關。危害程度越高，壓力容器的管理要求也越高。因此，需要對壓力容器進行合理分類。壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程規(guī)定了四種分類方法。2.1按設計壓力分類把內(nèi)壓容器分為四類：低壓容器（代號L，0.1MPaP1.6MPa）、中壓容器（代號M，1.6MPaP10.0MPa）、高壓容器（代號H，10MPaP100MPa）和超高壓容器（代號U，100MPa）。制氧車間固定式壓力容器中包括17個低壓容器和9個中壓容器，氧氣瓶均為高壓容器。2.2按容器在生產(chǎn)中的作用分類可分為反應壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器4種。a.反應壓力容器(代號R)主要用于完成介質(zhì)的物理、化學反應。如鍋爐的上鍋筒。b.換熱壓力容器(代號E)主要用于完成介質(zhì)熱交換。如350m3/h制氧機的高效冷卻器、1000m3/h制氧機的空壓機后冷卻器和增壓機后冷卻器等。c.分離壓力容器(代號S)主要用于完成介質(zhì)流體壓力平衡緩沖和氣體分離凈化。如制氧機的水分離器和吸附器。d.儲存壓力容器(代號C，其中球罐代號B)主要用于儲存盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)。如制氧車間的低溫液體貯罐、氧氣球罐等。2.3按安裝方式分類可分為固定式壓力容器和移動式壓力容器。固定式壓力容器：有固定的安裝和使用地點，工藝條件和操作人員也比較固定。移動式壓力容器：是一種儲運容器，沒有固定的使用地點，一般也沒有專職的操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變化，管理比較困難，容易發(fā)生事故。我們廠的液體槽車和氧氣瓶屬于移動式壓力容器。上面的幾種分類方法僅僅考慮了壓力容器的某個設計參數(shù)或使用狀況，不能綜合反映壓力容器的危險程度。壓力容器的危險程度還與介質(zhì)危險性及其設計壓力p和全容積V的乘積有關，pV值愈大，則容器破裂時爆炸能量愈大，危害性愈大。2.4按安全技術管理分類我國壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程根據(jù)容器壓力的高低、介質(zhì)的危害程度及在使用中的重要性，將壓力容器分為三類，即一類容器、二類容器、三類容器。其中三類容器要求最嚴格。a.第三類壓力容器。具有下列情況之一的，為第三類壓力容器：高壓容器；盛裝極度或高度危害介質(zhì)的中壓容器；盛裝易燃或中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于10MPa?m3的中壓儲存容器；盛裝易燃或中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于0.5Pa?m3的中壓反應容器；盛裝極度和高度危害介質(zhì)，且乘積大于等于0.2MPa?m3的低壓容器；高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；中壓搪玻璃壓力容器；使用抗拉強度下限540MPa的材料制造的壓力容器；移動式壓力容器；容積大于等于50m3的球形儲罐；容積大于5m3的低溫液體儲存容器。b.第二類壓力容器。具有下列情況之一的，屬于第二類壓力容器：中壓容器；盛裝極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器；盛裝易燃介質(zhì)或中度危害介質(zhì)的低壓反應容器和低壓儲存容器；低壓管殼式余熱鍋爐；低壓搪玻璃壓力容器。c.第一類壓力容器，上述范圍以外的低壓容器為第一類壓力容器。按照這種分類方法，制氧車間的壓力容器有一類容器12臺，二類容器8臺，三類容器6臺，氧氣瓶均屬于三類容器。3壓力容器的結構壓力容器的結構形式是多種多樣的，要根據(jù)用途、工藝要求、和制造方法等因素確定。容器的結構是由承受壓力的殼體、連接件、密封元件、接管開孔及其補強結構、支座和安全附件等部件組成。3.1殼體形狀有圓筒形、球形、錐形和組合形等，最常見的是圓筒形和球形。3.1.1圓筒形殼體的幾何特點是軸對稱，由一個圓柱形筒體和兩端的封頭或端蓋組成。其優(yōu)點是應力分布比較均勻，承載能力高，易于制造，因而應用最廣泛。我們廠大多數(shù)壓力容器的殼體都是圓筒形。3.1.2球形殼體又稱球罐，其幾何特點是中心對稱。優(yōu)點是受力均勻，在相同的壁厚條件下，球形殼體的承載能力最高；在相同容積條件下，球形殼體的表面積最小。所以，從受力狀態(tài)和節(jié)約用材來說，球形是壓力容器最理想的外形。我們廠最大的壓力容器是氧氣球罐。日本xx年研制的潛深為6000m的深海潛艇，其耐壓艙就是壁厚70mm的鈦合金球形殼體。但是，球形殼體也存在一些不足：一是制造比較困難，往往要采用冷壓或熱壓成形，成本較高；二是球形殼體既不便于安裝工藝內(nèi)件，也不利于內(nèi)部相互作用的介質(zhì)的流動。所以一般只用于中低壓的儲存容器。3.2連接件連接件是容器及管道中起連接作用的部件，一般均采用法蘭螺栓連接結構。法蘭配合螺栓起連接作用，并通過擰緊螺栓使墊片壓緊而保證密封。3.3密封元件它放在兩個法蘭或封頭與筒體端部的接觸面之間，借助于螺栓的壓緊力起密封作用。一般低壓、常溫（100）和無腐蝕性的情況多用橡膠板（經(jīng)過硫化處理的硬橡膠工作溫度可達200）；介質(zhì)溫度較高（對水蒸氣450，對油類350）的中、低壓容器通常用石棉橡膠板或耐油石棉橡膠板；一般的腐蝕性介質(zhì)的低壓容器常采用耐酸石棉板；壓力較高時則用聚乙烯板或聚四氟乙烯板。不同的密封元件和不同的連接件相配合，就構成了不同的密封結構，這是壓力容器的一個重要的組成部分，不但影響到整個容器的結構和制造成本，而且關系到容器投產(chǎn)后能否正常安全運行。3.4接管、開孔及其補強結構由于工藝要求和檢修的需要，壓力容器的筒體或封頭上常設有各種開孔和接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管及安裝各種儀表用接管。容器開孔后，開孔部位的強度減弱。為了補償開孔處的薄弱部位，就需進行補強措施。容器上的開孔補強一般均用局部補強法，常用的結構有補強圈、厚壁短管和整體鍛造補強等。3.5支座支座對壓力容器起支承和固定作用。用于圓筒形容器的支座，有立式容器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座又有腿式支座、支撐式支座、耳式支座和裙式支座四種。球形容器多采用柱式支座或裙式支座。3.6安全附件壓力容器的安全附件主要有安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全連鎖裝置、壓力表、液位計、測溫儀表等。其作用是保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進行。在這里我們重點了解一下安全閥和壓力表的安全技術要求。對于安全閥要注意五點：1.安全閥應當鉛直安裝在壓力容器液面以上的氣相空間部分，或者裝設在與壓力容器氣相空間相連的管道上；2.壓力容器與安全閥之間的連接管和管件的通孔，其截面積不得小于安全閥的進口截面積，其接管應當盡量短而直；3.壓力容器一個連接口上裝設兩個或者兩個以上的安全閥時，該連接口入口的截面積，應當至少等于這些安全閥的進口截面積的總和；4.安全閥與壓力容器之間一般不宜裝設截止閥，必須裝設時，在壓力容器正常運行期間截止閥門必須保證全開（加鉛封或者鎖定），截止閥門的結構和通徑不得影響安全閥的安全泄放；5.安全閥應定期校驗，一般每年校驗一次，新安全閥應當校驗合格后才能安裝使用。壓力容器中使用最多的壓力表是彈簧管式壓力表，對其安全技術要求如下：1.壓力表應裝設在壓力容器的氣相空間；2.低壓容器的壓力表精度不得低于2.5級；工作壓力等于或大于2.45MPa的鍋爐和中高壓容器，壓力表精度不得低于1.5級；3.壓力表的量程應與工作壓力相適應，通常為工作壓力的1.5倍3.0倍。壓力表刻度盤上應劃紅線，指出最高允許工作壓力；4.壓力表必須定期校驗，校驗后加鉛封并注明下次校驗日期；5.壓力表應裝設在便于觀察和吹洗的地方，并避免受到熱輻射、冰凍和震動的影響。壓力表的接管不應有泄漏現(xiàn)象；6.壓力容器用壓力表應與介質(zhì)相適應，蒸汽鍋爐壓力表下部應裝設存水彎管；7.壓力表有下列情況之一者，應停止使用：（1）無壓力時，有限位釘?shù)膲毫Ρ碇羔槻荒芑謴偷较尬会斕?，無限位釘?shù)膲毫Ρ碇羔樒x零位的數(shù)值超過壓力表允許誤差；（2）表面玻璃破碎或表盤刻度模糊不清；（3）沒有鉛封、鉛封損壞或超過校驗日期；（4）表內(nèi)泄漏或指針跳動；（5）其他影響壓力表準確示值的缺陷。4壓力容器的失效壓力容器在設計壽命內(nèi)，因尺寸、形狀或者材料性能變化而危及安全或無法正常使用的現(xiàn)象，稱為壓力容器的失效。失效形式包括強度失效、剛度失效、失穩(wěn)失效和泄漏失效四類。4.1強度失效因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效稱為強度失效，危險性最大。包括韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂和腐蝕斷裂。a.韌性斷裂：是壓力容器在載荷作用下，產(chǎn)生的應力接近或達到材料的屈服極限而發(fā)生的斷裂。特征是斷后有肉眼可見的宏觀變形，如整體鼓脹，斷口處厚度明顯變??；沒有碎片或碎片很少。厚度過薄或內(nèi)壓過大是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。b.脆性斷裂：這種斷裂是在較低應力狀態(tài)下發(fā)生的，又稱為低應力脆斷。其特征是斷裂后容器沒有鼓脹；斷口齊平；斷裂速度極快，易形成碎片；同時由于脆性斷裂時容器的實際壓力值往往較低，爆破片、安全閥等安全附件不會動作，導致后果比韌性斷裂更為嚴重。材料變脆和缺陷兩種原因都會引起脆性斷裂。除選材不當、焊接或熱處理不當使材料脆化外，低溫、應變時效等也會使材料脆化。壓力容器用鋼一般韌性較好，但如果存在嚴重的原始缺陷或制造缺陷（如材料夾渣、分層、焊接裂紋等），也會導致脆性斷裂。c.疲勞斷裂：是壓力容器在交變載荷作用下，經(jīng)過一定周期后發(fā)生的斷裂。交變載荷是指大小或方向隨時間變化的載荷，包括運行時的壓力波動、振動、開停車、加溫或冷卻等原因引起的交變載荷。疲勞斷裂的斷口一般由裂紋源、裂紋擴展區(qū)和最終斷裂區(qū)組成。裂紋源往往位于壓力容器接管根部、焊接接頭等高應力區(qū)或其它有缺陷的部位。裂紋擴展區(qū)是疲勞斷口最重要的特征，常呈現(xiàn)貝紋狀。最終斷裂區(qū)在裂紋擴展到一定程度時迅速形成。d.蠕變斷裂：是壓力容器長期在高溫下運行，隨時間的增加材料不斷發(fā)生蠕變變形，造成容器厚度明顯變薄與變形，最終導致壓力容器斷裂的現(xiàn)象。e.腐蝕斷裂：是由于介質(zhì)的腐蝕性使容器厚度變薄或使容器材料變脆而導致的斷裂?？諝庵械难鯇饘儆懈g作用，溫度越高腐蝕速率越快，水的存在也會加速這種腐蝕。有的人在焊接后用自來水冷卻，這樣做會使金屬產(chǎn)生氫脆性并形成較大的殘余應力，也容易在焊縫處形成裂紋。4.2剛度失效是指容器由于過大的彈性變形而失去正常的工作能力。這種失效形式通常出現(xiàn)在密封結構、換熱設備、分餾塔等地方。4.3失穩(wěn)失效容器在壓應力的作用下，突然失去其原有的規(guī)則幾何形狀而引起的失效。常見于外壓容器。4.4泄漏失效：指由于容器無法對介質(zhì)保持正常的密封效果而引起的失效。需要補充一點，在多種因素同時作用下，壓力容器有可能發(fā)生交互失效，這種失效發(fā)生的速度更快危害更大。如腐蝕介質(zhì)和交變載荷同時作用引發(fā)的腐蝕疲勞，高溫和交變載荷同時作用引發(fā)的蠕變疲勞等。5氧氣瓶安全知識由于氧氣在工業(yè)和醫(yī)療等領域的廣泛應用，氧氣瓶成為人們接觸較多的一種永久氣體氣瓶。工業(yè)氧氣瓶都是高壓氣瓶，其公稱工作壓力系列為15MPa、20MPa和30MPa。我們廠的氧氣瓶公稱工作壓力均為15MPa。由于壓力高，氣瓶材料強度高而韌性較低，純氧又具有極強的助燃和氧化性能，氧氣瓶在使用中容易發(fā)生燃燒或爆炸事故。氧氣瓶破裂爆炸時釋放的能量較多，氣瓶常破碎成片，造成嚴重的破壞和傷害。因而有必要了解氧氣瓶的安全知識。5.1氧氣瓶結構氧氣瓶由氣瓶本體和氣瓶附件組成。氣瓶本體為管狀無縫結構，上端瓶口處的縮頸部分為瓶頸，瓶頸外側(cè)固定連接有頸圈，下端一般為凹形底。瓶體由優(yōu)質(zhì)錳鋼、鉻鉬鋼或其他合金鋼制成。最常用的是中容積瓶，外徑219mm，容積40L，高度約1.5m，公稱工作壓力15MPa，許用壓力18MPa。主要附件包括瓶閥、瓶帽和防震圈。瓶閥一般由黃銅制成，抗燃，而且不起靜電和機械火花。其密封材料常用聚四氟乙烯密封帶。瓶帽的作用是保護瓶閥免受磕碰，通過螺紋與頸圈連接。瓶帽上一般有排氣孔或側(cè)孔，以防瓶閥漏氣使瓶帽飛出傷人。防震圈是套在瓶體上的彈性橡膠圈，起減震和保護瓶體的作用。5.2氧氣瓶的充裝與儲運（1）氧氣瓶充裝時，要嚴防混裝和超裝，而混裝造成的后果更為嚴重，常因混入可燃氣體、油脂等而導致氧氣瓶爆炸；（2）氧氣瓶充裝前，應由專人負責逐只進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題時不得充裝，而須對氣瓶進行處置，如倒水、清除油污、送檢等；（3）對應一定的充裝溫度，必須嚴格按規(guī)定的充裝壓力進行充裝，確保在氣瓶最高工作溫度60時瓶內(nèi)壓力不超過氣瓶許用壓力；氣瓶充氣速度不得大于8m3/h，且充裝時間應不少于30min；（4）氣瓶運輸裝卸時，必須配戴好瓶帽、防震圈，輕裝輕卸，嚴禁拋、滑、滾、碰；氧氣瓶不得與任何易燃、易爆物質(zhì)同車運輸；夏季運輸氧氣瓶應避免曝曬；嚴禁用電磁起重機吊運；（5）氧氣瓶不得與可燃氣體氣瓶同室儲存，儲存室內(nèi)應禁絕煙火。5.3氧氣瓶的安全使用（1）拒絕使用超過檢驗期的氣瓶；（2）氧氣瓶不得靠近熱源和明火。采用氧一乙炔焰進行作業(yè)時，氧氣瓶與焊（割）炬明火的距離應不小于10m，氧氣瓶與溶解乙炔氣瓶的距離不小于5m；（3）禁止用沾染油脂的手或工具操作氣瓶，以防爆炸；（4）開啟瓶閥和減壓閥時，動作應緩慢，以減輕氣流的沖擊和摩擦，防止管路過熱著火；（5）禁止用壓縮純氧進行通風換氣或吹掃清理，禁止以壓縮氧氣代替壓縮空氣作為風動工具的動力源，以防引發(fā)燃爆事故；（6）氧氣瓶必須留有大于0.05MPa的剩余壓力，嚴防乙炔倒灌引起爆炸。尚有剩余壓力的氧氣瓶，應將閥門擰緊，注上“空瓶”標記，禁止再次使用；（7）冬天，氣瓶的減壓器和管路發(fā)生凍結時，嚴禁用火烘烤或使用鐵器之類的東西敲擊氣瓶，更不能猛擰減壓表的調(diào)節(jié)螺絲，以防氧氣突然大量沖出，造成事故；（8）禁止使用沒有減壓器或減壓器損壞的氧氣瓶。氣瓶的減壓器應由專業(yè)人員修理。6壓力容器事故危害與案例6.1壓力容器事故的危害主要有震動危害、碎片的破壞危害、沖擊波危害、有害物質(zhì)泄露危害等。（1）震動危害壓力容器發(fā)生爆炸事故時，都會產(chǎn)生巨大的聲響，這種聲響可使設備發(fā)生震動、損壞，也可能傷及人的耳膜和內(nèi)臟，危及生命；（2）碎片的破壞作用壓力容器發(fā)生爆炸時，殼體可以裂解成大小不等的碎片向四周飛散，這些碎片具有極大的動能，能夠擊穿墻壁，損壞設備設施，危及人身安全，也可能引起連續(xù)爆炸和火災；（3）沖擊波危害壓力容器發(fā)生爆炸時，80%以上的能量都是以沖擊波的形式擴散的。0.005MPa的超壓就可使門窗玻璃破碎，0.1MPa的超壓可使人死亡。在爆炸中心附近，空氣沖擊波波陣面上的超壓可達到幾個甚至十幾個大氣壓。在這樣高的壓力下，建筑物將被摧毀，設備、管道會遭到嚴重破壞；如果一個壓力為2.5MPa，120m3的氧氣球罐爆炸，將釋放131KWh的能量。（4）有害物質(zhì)泄露危害如果失效的壓力容器盛裝介質(zhì)為有毒有害物質(zhì)，泄漏的物質(zhì)就會在較大范圍內(nèi)造成環(huán)境污染和人員傷亡。氧氣泄漏有可能造成人員富氧中毒或引發(fā)火災，液氮泄漏會造成人員凍傷、窒息。6.2壓力容器事故案例固定式壓力容器事故比較少見，移動式壓力容器更容易發(fā)生事故。對于我們廠，主要是氧氣瓶。據(jù)統(tǒng)計，95以上的氫、氧氣瓶爆炸事故與氣瓶充裝站有關。下面我們了解一起典型的充裝低余壓氧氣瓶引起爆炸事故。事故經(jīng)過：xx年8月17日12時10分，某公司一制氧站在氧氣充裝過程中，氧氣瓶突然發(fā)生爆炸，造成制氧站充裝車間整個廠房倒塌，生產(chǎn)被迫停止，幸未造成人員傷亡。直接經(jīng)濟損失3萬元。事故原因：1.該氧氣瓶在使用過程中，剩余壓力過低，致使乙炔倒灌進入氣瓶；2.氣瓶在充裝過程中，操作人員違反了“對氣瓶逐只進行充裝前的檢查”和“對瓶內(nèi)無剩余壓力、氧化性氣體氣瓶沾有油脂”的不得充裝的規(guī)定；3.制氧站在充裝崗位雇傭臨時工，其安全素質(zhì)差、人員流動性大。防范措施：1.氧氣瓶使用時必須留有大于0.05MPa的剩余壓力；2氧氣瓶充裝前，應由專人負責逐只進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題時不得充裝；3加強相關人員的培訓管理。7壓力容器安全管理要點（1）使用定點廠家的合格產(chǎn)品。購置、選用的壓力容器應是持證定點廠家的合格產(chǎn)品，并有足夠的產(chǎn)品圖樣、技術文件和質(zhì)量合格證明文件。安裝壓力容器的施工單位，也須經(jīng)省級鍋爐壓力容器安全監(jiān)察部門審查批準。（2）登記建檔。壓力容器在正式使用前，必須到當?shù)劐仩t壓力容器安全監(jiān)察部門登記，經(jīng)審查批準入戶建檔，取得使用