a5壓力容器解析課件

第六章 壓力容器安全2023/10/111什么是壓力容器?2023/10/11第一章緒論2壓力容器的定義為了與一般容器(常壓容器)相區(qū)別，只有同時滿足下列三個條件的容器，才稱之為壓力容器：1、最高工作壓力≥0.1MPa2、內(nèi)直徑≥0.15m，且容積≥0.025m33、介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于標準沸點的液體。第一節(jié) 壓力容器的特點2023/10/11第一章緒論31．壓力容器的應用和特點容器應用的廣泛性化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐等。如一個年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置，越有793臺設備，其中壓力容器281臺，占了35.4%。至于民用或工也用的液化石油氣瓶，更是到處可見。蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器，其設計、選材、運行和維護管理另有規(guī)定。操作條件的復雜性壓力容器的操作條件十分復雜，甚至近于苛刻。壓力從110-5～210-5Pa的真空到高壓、超高壓，如石油加氫為10.5～21.0MPa；高壓聚乙烯為100～200MPa；合成氨為10～100MPa；人造水晶高達140MPa；溫度從-196℃到超過1000℃的高溫；而處理介質(zhì)則包括爆、燃、毒、輻射、腐蝕、磨損等數(shù)千個品種。操作條件的復雜性使壓力容器從設計、制造、安裝到使用、維護都不同于一般機械設備，而成為一類特殊設備。（3）對安全的要求高一般壓力容器的結(jié)構(gòu)并不復雜，但因其一承受各

種靜、動載荷或交變載荷，還有附加的機械或溫度

載荷；其二大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，

若容器破裂，導致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出

來的破壞能量極大，加上壓力容器多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，一旦檢驗、操作失誤易發(fā)

生爆炸破裂，器內(nèi)的易爆、易燃、有毒的介質(zhì)將向

外泄露，勢必造成極具災難性的后果。因此，對壓

力容器本身就要求有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，

以及密封性好等很高要求的安全可靠性2023/10/22第一章緒論4壓力容器的安全問題量大面廣事故率高根據(jù)英國原子能局安全衛(wèi)生處和聯(lián)合部技術委員會工程檢驗機構(gòu)調(diào)查使用年限在30年以內(nèi)，符合英國壓力容器規(guī)范的一級壓力容易發(fā)生破壞事故的統(tǒng)計情況表明，10000臺容器中發(fā)生損壞事故的次數(shù)為每年12.5次，達到破壞事故

0.7次，事故幾率為萬分之1.32，而這132起使用中的容器事故，按其原因分類，89.3%即118起是由各種制造裂紋所引起的。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)1998年共發(fā)生鍋爐、壓力容器、氣瓶爆炸事故132起，嚴重事故274起，共死亡104人，受傷371人，直接經(jīng)濟損失2813.58萬元。鍋爐、壓力容器、氣瓶的爆炸事故率分別為1.07、0.28、0.65次/萬臺。危害性大2023/10/22第一章緒論5沖擊波及其破壞作用2023/10/22第一章緒論6沖擊波超壓會造成人員傷亡和建筑物破壞爆破碎片的破壞作用爆炸碎片具有較高速度和較大質(zhì)量，其對人的傷害取決于其動能，會對人造成傷亡，并且可能損壞附近設備和管道，引起二次事故介質(zhì)傷害主要是有毒介質(zhì)的毒害和高溫水汽的燙傷。二次爆炸及燃燒當容器所盛裝的介質(zhì)為可燃液化氣體時，容器破裂爆炸在現(xiàn)場會形成大量可燃蒸氣，并迅即與空氣混合形成可爆性混合氣，在擴散中遇明火即形成二次爆炸。1979年9月7日國內(nèi)某廠415L液氯鋼瓶爆炸，擊穿5個，爆炸5個，10200KG液氯外泄，波及7KM的范圍，59人死亡，799人嚴重中毒，損失63萬元；1979年12月18日國內(nèi)某地液化氣站400m3儲罐爆炸，引發(fā)3個球罐和一個臥罐爆炸，5000只氣瓶爆炸，

600t液化氣燃燒，32人死亡，54人受傷，損失627萬元；1986年4月28日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站壓

力殼發(fā)生核泄露，31人死亡，20個國家4億受害者；期1905年3月20日美國SULTANA蒸汽船鍋爐爆炸20min沉沒，1547人溺水身亡發(fā)生壓力容器事故很多是處于制造和操作管理上的原因。2023/10/22第一章緒論7第二節(jié)壓力容器的分類1．分類按使用位置分：固定式和移動式：氣瓶、氣桶和槽車等按設計壓力分：低壓：中壓：

高壓：

超高壓：2023/10/22第一章緒論8按工藝作用分：反應容器(R)：主要用于完成介質(zhì)的物理、化學反應的壓力容器，如反應器、反應釜、合成塔、變換爐等；換熱容器(E)：廢熱鍋爐、熱交換器、蒸發(fā)器、硫化堝、蒸壓釜等；分離容器(S)：分離器、過濾器、洗滌器、吸收塔、干燥塔等；儲存容器(T)：主要用于盛裝生產(chǎn)或生活用的原料氣體、液體、液化氣體等，如各種型式的儲罐、槽車等。按安全監(jiān)察管理分：根據(jù)容器在生產(chǎn)過程中的重要性、壓力高低和介質(zhì)危害程度（指易燃介質(zhì)、毒性介質(zhì)）,“容規(guī)”將容器分成1，2，3三類2023/10/22第一章緒論9一類容器非易燃或無毒介質(zhì)的低壓容器及易燃或有毒介質(zhì)的低壓傳熱容器和分離容器屬于一類容器。二類容器任何介質(zhì)的中壓容器；劇毒介質(zhì)的低壓容器；易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應容器和儲運容器屬于二類容器。三類容器高壓、超高壓容器；pV≥0.2MPa·m3的劇毒介質(zhì)低壓容器和劇毒介質(zhì)的中壓容器；pV≥0.5MPa·m3的易燃或有毒介質(zhì)的中壓反應容器；pV≥10MPa·m3的中壓儲運容器以及中壓廢熱鍋爐和內(nèi)徑大于1m的低壓廢熱鍋爐。2023/10/22第一章緒論102．壓力容器安全管理的主要法規(guī)與技術標準2023/10/22第一章緒論11為了保證壓力容器安全運行，國內(nèi)除了有各級政府勞動部門專門設立的安全監(jiān)察機構(gòu)外，并有由他們制定的一系列安全技術監(jiān)察制度、規(guī)程和規(guī)定等，如：1982年2月國務院頒發(fā)的《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》1982年7月勞動人事部頒發(fā)的《壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》1999年6月國家質(zhì)量技術局頒發(fā)的《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》即“容規(guī)”1989年3月的《壓力容器使用登記管理規(guī)則》1990年8月的《壓力容器產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗規(guī)則》1996年4月的《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》等關于壓力容器設計和制造的技術標準有：GB150《鋼制壓力容器》，以及1995年頒布的GB4732《鋼制壓力容器-分析設計標準》等。國外也有此類規(guī)程或邊準，且涉及范圍更廣。第三節(jié) 壓力容器的基本結(jié)構(gòu)1．壓力容器的結(jié)構(gòu)組成基本承壓部件：器身、封頭、連接件（法蘭對、密封元件、緊固件）、接管、人（手）孔、支座。附件：儀表、閥門、安全附件（安全閥、爆破膜）2023/10/22第一章緒論122．主要工藝參數(shù)2023/10/22第一章緒論13影響壓力容器設計、制造和使用管理的主要技術參數(shù)有壓力，溫度，直徑等壓力：指容器工作時承受的介質(zhì)壓力，實際上是器內(nèi)介質(zhì)壓力與外大氣壓的差值溫度：容器的機械強度取決于材料的機械性能，而材料的機械性能又與溫度高低有關，因此需要規(guī)定設計溫度，其與設計壓力一起做為設計載荷條件設計溫度指容器在正常工作的情況下，設定的元件的金屬溫度。通常通過傳熱計算可以求得設計溫度，或者取容器在工作狀態(tài)下

內(nèi)部介質(zhì)可能達到最高的溫度或最低溫度。直徑容器直徑大體決定了容器的容積。出于標準化的要求，將容器直徑按尺寸大小排列成系列，即標準化后的尺寸，稱為公稱直徑。例如容器的公稱直徑系列尺寸為300、400、500、600、700、800、900、1000、1200、1400。。。（mm）等。除了無縫鋼管制的容器殼體外，鋼板卷制的容器的公稱直徑系指內(nèi)徑當容器殼體是無縫鋼管時，此時容器的公稱直徑均指鋼管的外徑，如159、219、273、325、426。。。。3．壓力容器的結(jié)構(gòu)特征2023/10/22第一章緒論143.1中低壓容器的結(jié)構(gòu)特征中低壓容器因壓力不高，當直徑不十分大時，其壁厚較小，因此直徑范圍寬，制造較容易，除小直徑筒體直接用無縫管外，一般采用金屬板材卷焊制造；因壓力不高容易達到密封要求，故密封結(jié)構(gòu)較簡單，通常采用螺栓-墊片-法蘭連接的強制密封結(jié)構(gòu)。中低壓容器器身的幾何形狀通常為圓筒形或球形，也有異形的，如長圓形、矩形等。圓筒形與球形容器的特點和應用范圍見下表：除器身外，封頭是容器的重要組成不見。在中低壓容器，中，封頭結(jié)構(gòu)形式很多，按其形狀主要有平板、錐形、無折邊球形、碟形、橢球形、半球形等，其對于如下表：2023/10/22第一章緒論152023/10/22第一章緒論162023/10/22第一章緒論173.2高壓容器的結(jié)構(gòu)特征2023/10/22第一章緒論18高壓容器因其壓力高，勢必壁厚大；為了保證工藝空間，長徑比大，故其外觀細長；在密封要求上比中低壓容器高，因此在筒體的制造方法和高壓密封結(jié)構(gòu)形式方面有更廣泛和獨特的特征。筒體高壓筒體以制造方便的圓筒形居多，并采用厚壁結(jié)構(gòu)，但由于壁厚大，所以制造方法很多，分為單層式和多層式封頭主要型式為平蓋或半球封頭，這是考慮到壁厚，對小直徑容器，平蓋制造容易；而直徑較大的容器則采用半球形封頭，有利于減少厚度或改善受力狀況。密封密封結(jié)構(gòu)非常重要，其安全性能很大程度上決定密封的可靠性，高壓化學介質(zhì)一旦發(fā)生泄露，其后果自然相當嚴重。因此除了少數(shù)壓力不高或波動不大的情況外，一般不采用強制密封（如螺栓連接的金屬平墊密封等），而采用各種在操作時有自密封作用的半自緊密封或自緊密封結(jié)構(gòu)，如雙錐密封、伍德式密封、C形環(huán)密封、鍥形密封、B形環(huán)密封等。這些密封形式在安全性上要強于強制密封，但結(jié)構(gòu)和安裝要求要復雜得多。一、鍋爐簡介鍋爐是生產(chǎn)蒸汽的設備，它把燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再利用熱能產(chǎn)生蒸汽。鍋爐按用途分為電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、機車鍋爐、船舶鍋爐和生活鍋爐，按結(jié)構(gòu)分為水管鍋爐、火管鍋爐二種，前者是煙氣在管內(nèi)流動。有時又按壓力分為低壓、中壓、高壓與超高壓鍋爐四個等級。第四節(jié)鍋爐安全問題2023/10/22第一章緒論19二、鍋爐的危險因素2023/10/22第一章緒論20鍋爐在運行時，不僅要承受一定的溫度和壓力，而且要遭受介質(zhì)的侵蝕和飛灰磨損，因此具有爆炸的危險。如果鍋爐在設計制造及安裝過程中存在缺陷或因年久失修，或違反操作規(guī)程都可能出現(xiàn)嚴重的事故。鍋爐常見的危險因素有：1、水位異常。主要是在運行過程中發(fā)生缺2023/10/22第一章緒論21水和滿水。當嚴重缺水時，水冷壁管已部分干燒、過熱，如果此時強行進水，使溫度很高的氣包和

水冷壁管發(fā)生急冷，產(chǎn)生巨大的熱應力，同時水

大量氣化會造成管子大面積損壞甚至爐管爆裂。

為此鍋爐嚴重缺水時絕不能立即加水，應立即熄

火停爐。滿水也會使蒸汽壓力嚴重波動造成鍋爐

損壞，此時應減少給水或及時排水，必要時也應

停爐。2、汽水共騰。主要是鍋爐水位波動幅度異常，水面翻騰程度大。原因是爐水中含鹽量高，管壁結(jié)垢嚴重，水汽化受擾動使蒸汽系統(tǒng)壓力嚴重波動，有時還可引起鍋爐承壓系統(tǒng)部件損壞，甚至造成爐管爆裂。2023/10/22第一章緒論223、爐膛爆炸。爐膛爆炸是指爐膛內(nèi)發(fā)生可燃物瞬時爆燃的現(xiàn)

象。其原因主要是點火前爐膛內(nèi)

存在可燃物，一般是點火不成功

沒有及時清理爐膛而留存下來的，當再次點火時就可導致爐膛內(nèi)的

可燃氣體、可燃物發(fā)生爆燃。為此，鍋爐點火前必須通風置換，清除可燃物，使其濃度遠遠低于爆炸界限。2023/10/22第一章緒論234、尾部二次燃燒。主要原因是鍋爐運行中燃燒不完全，從而導致部分可燃物隨著煙氣進入尾部煙道，積存于煙道內(nèi)或粘附在尾部受熱面上，在一定條件下這些可燃物自行著火燃燒。后果是常常將空氣預熱器、省煤器破壞。二次燃燒易在停爐之后不久發(fā)生。2023/10/22第一章緒論24為此，就要組織好燃燒，提高燃燒效率，盡可能減少不完全燃燒損失，減少鍋爐啟停次數(shù)，同時加強

尾部受熱面的吹灰，保證煙道各種門孔及煙風擋板的

密封良好，在燃油鍋爐的尾部煙道上應裝設滅火裝置。鍋爐房，每層至少應有兩個出口，分別設在兩側(cè)，門應向外開，在鍋爐運行期間不準鎖住或栓住，鍋爐房內(nèi)的工作室或生活室的門應向鍋爐房內(nèi)開。鍋爐運行要有操作規(guī)程、交接班制度、水質(zhì)管理制度、定期檢驗制度等。

3）運行鍋爐應每年進行一次停爐內(nèi)外部檢驗，每6年進行一次水壓試驗。2023/10/22第一章緒論25三、鍋爐運行的安全防護4）蒸汽鍋爐運行中遇有下列情況之一時，應立即停爐：2023/10/22第一章緒論26①鍋爐水位降到規(guī)定的水位極限以下時；②不斷加大向鍋爐給水及采取其他措施，但水位仍繼續(xù)下降時；③鍋爐水位已經(jīng)升到運行規(guī)程規(guī)定的水位上位極限以上時；④給水機械全部失效；⑤水位表或安全閥全部失效；⑥鍋爐元件損壞，危及運行人員安全；⑦燃燒設備損壞，爐膛倒塌或鍋爐構(gòu)架被燒紅；⑧其它異常運行情況。1993年8月,大慶石化總廠化肥廠合成車間輔助鍋爐發(fā)生爆管事故。事故原因是：開車期間，由于操作失誤，導致鍋

爐給水泵抽空，高壓汽包液位由55%突然降至16%，汽包另一套電極液位指示為零。在兩個液位指示不一致的情況下，操作人員誤認為16%的液位是正確的，而沒有果斷滅火停爐，造成輔鍋干燒而爆管一根。直接經(jīng)濟損失90.61萬元。1985年2月24日，遼陽石油化纖公司化工一廠裂解車間發(fā)生了一起3臺急冷鍋爐損壞及1號裂解爐油線焊縫撕裂的重大設備事故。事故的主要原因是：操作工技術素質(zhì)較差，缺乏對鍋爐嚴重泄漏的判斷經(jīng)驗，不知急冷鍋爐因水質(zhì)不良和排污不當已腐蝕損壞，給腐蝕的鍋爐繼續(xù)加水，加劇鍋爐的損壞。2023/10/22第一章緒論27第四節(jié) 壓力容器的破壞形式和原因2023/10/22第一章緒論28壓力容器及其承壓部件在使用過程中，其尺寸、

形狀或材料性能發(fā)生改變而完全失去或不能良好地

實現(xiàn)原定的功能，或在繼續(xù)使用中失去可靠性和安

全性，因而需要立即停用進行修理或換掉，這就稱

為壓力容器或其承壓部件的失效。對壓力容器而言，從安全出發(fā)，最關心的實效形式是破裂。壓力容器破裂失效通常分為以下幾種型式：1.韌性破裂2023/10/22第一章緒論29韌性：是表示材料彈塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的能力，是強度和塑性的綜合表現(xiàn)。材料的韌性是強度和塑性的綜合體現(xiàn)。正如一個人一樣。強度：指在外力作用下，抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的能力。可用屈服強度（產(chǎn)生明顯塑性變形時的應力）和強度極限（拉斷前承受的最大應力）來衡量塑性：材料在外力作用下，發(fā)生斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力，常用拉伸試驗中材料的延伸率δ5表示（試件標準長度和直徑之比為5）和斷面收縮率表示。值越大塑性越好。韌性破裂往往是容器受到超過正常工作內(nèi)壓的作用，在其器壁截面上產(chǎn)生的總體薄膜拉應力使材料發(fā)生明顯的塑性變形，如壓力繼續(xù)升高，一旦應力超過材料的抗拉強度時，容器就會發(fā)生破裂如果材料本身或容器制造過程中不存在嚴重的缺陷，容器的韌性破裂通常出自塑性很好的材料，如低碳鋼、低合金鋼制造的容器。特征：從容器來看，容器發(fā)生顯著塑性變形，主要表現(xiàn)在容器的周長明顯伸長或容積明顯增大、中間部分有鼓脹和壁厚的明顯減薄。破裂時一般不會產(chǎn)生碎塊，而是沿容器軸向撕開較長的裂縫。從斷面來看，斷口有縮頸，其斷面與主應力方向成45°，有較大的剪切唇、斷面多呈暗灰色纖維狀。通過電子顯微鏡對斷口進行高倍分析，韌性破裂斷口的顯微特征是韌窩花樣-----圓形或橢圓形窩坑。壓力容器發(fā)生韌性破裂的主要原因是超壓。例：某化肥廠檢修合成氨系統(tǒng)高壓設備氣密試驗，整個試壓系統(tǒng)五臺高壓容器和管道等炸毀。原因是檢修系統(tǒng)與煤氣柜的連接管道未用盲板隔斷，截止閥泄露使煤氣與空氣混合被壓縮機壓入試壓系統(tǒng)。2023/10/22第一章緒論302.脆性破裂2023/10/22第一章緒論31將容器不發(fā)生或未發(fā)生充分塑性變形情況下就破壞的破

裂類型稱為脆性破裂。從壓力容器破壞時的宏觀變形觀察，有時并不表現(xiàn)出明顯的塑性變形，而就其破裂時的爆破壓

力計算出來的容器總體薄膜應力，也遠低于制造容器材料

的抗拉強度，甚至低于它的屈服點，此外起裂部位常在截

面不連續(xù)處，常拌有表面缺陷或內(nèi)部缺陷，即該處有嚴重

的應力集中。例：某化肥廠一臺水洗塔在投產(chǎn)4年多后，爆裂成43塊，其中一塊約1噸，飛出127米，傷亡10余人。該容器內(nèi)徑2.2米，壁厚44mm，高21m，設計壓力為3MPa。在2.8MPa下發(fā)生爆炸。按照計算，爆破時容器最大薄膜應力為70MPa，僅是材料（普通碳素鋼）屈服點240MPa的29%。經(jīng)分析，斷口平直，基本無塑性變形，屬脆性破裂。爆破原因是焊

縫質(zhì)量差，存在13---19mm深的裂縫，加上爆炸時環(huán)境氣溫低達-27℃，材料的韌性較差，終于導致了脆性破裂。脆性破裂發(fā)生的原因材料脆性關于壓力容器的選材問題比較復雜，比如溫度，雜質(zhì)含

量，后處理工藝等在此略。此點要求在工程上合理選材，

即選用在運行溫度下具有良好沖擊韌性或斷裂韌性的材料，同時在制造運行中保證符合規(guī)范的制造工藝和正常的操作

條件，使所用材料不發(fā)生可能的韌性下降容器存在較高的附加應力由于容器結(jié)構(gòu)設計不合理或安裝質(zhì)量不良，在容器局部結(jié)構(gòu)處存在很高的附加應力或殘余應力，如果該處材料韌性較差，或者已經(jīng)存在裂紋等缺陷，三者的聯(lián)合作用就導致脆性破裂。此點要求采取低應力場設計方法，或采用綜合考慮材料

性能、缺陷的幾何尺寸和應力場影響的斷裂力學設計方法。2023/10/22第一章緒論323）容器材料或其結(jié)構(gòu)中存在嚴重缺陷容器材料可能存在原始缺陷，如鋼材中的氣孔、白點、

非金屬夾雜物等；容器殼體或其他承壓部件在制造過程中，都有可能在不見的表面或內(nèi)部產(chǎn)生各種類似裂紋的缺陷，

它們都是容器發(fā)生脆性破裂的根源。大多數(shù)容器發(fā)生脆性

破裂的原因是焊縫和熱影響區(qū)的各種裂紋造成的。英國壓

力容器事故統(tǒng)計中，132起使用事故中裂紋原因118件，占

89.3%。這點要求加強容器在制造的各階段中的檢驗，及時發(fā)現(xiàn)和消除材料中的先后或后發(fā)性的缺陷或裂紋。此外，

在使用期間實施定期的檢查，以判斷上述缺陷或裂紋是否

已經(jīng)擴展到臨界狀態(tài)，是避免容器不發(fā)生突然脆性破裂的

有效措施。比如現(xiàn)在發(fā)展迅速的無損檢測技術（不損壞材

料而通過射線，超聲波、磁粉、滲透和渦流檢測等方法對

焊接接頭內(nèi)部和表面的缺陷進行檢驗）2023/10/22第一章緒論333.疲勞破裂2023/10/22第一章緒論34壓力容器常在交變載荷下運行，經(jīng)受長期作用后，容器的承壓部件發(fā)生了破裂或泄露?？煞譃楦邞Φ脱h(huán)疲勞和低應力高循環(huán)疲勞。疲勞破裂的斷口形貌與脆性斷口不同，與疲勞破

裂過程三個階段，即裂紋的發(fā)生、裂紋的擴展到臨

界尺寸、剩余斷面的失穩(wěn)相對應，斷口也有三個區(qū)。但由于裂紋萌生部分占斷口尺寸很小，實際觀察較

明顯的是裂紋擴展區(qū)和最終斷裂兩個區(qū)。前者有一

個經(jīng)“磨亮”的平滑表面，能見到貝殼狀紋理，匯聚

于破裂起源點，即應力集中或原始缺陷處；后者則

呈放射及人字狀花紋，以至最后被快速拉斷。若電

鏡觀察其微觀特征，疲勞斷口的主要表現(xiàn)是海灘狀

花樣，或稱疲勞輝紋。容器發(fā)生疲勞的首要條件是存在交變載荷，比如可以是停開車或間歇操作容器的周期性加壓和卸壓；操作過程中較大的壓力或溫度波動等，所以維持設備的穩(wěn)定運行，可以抑制或延緩裂紋擴展破裂。其次，發(fā)生疲勞破壞的局部區(qū)域存在很大的應力變化幅，因而具備疲勞裂紋擴展的載荷條件。因而可以通過控制該區(qū)域的應力范圍來控制疲勞破裂的形成。要嚴格控制容器的制造和檢驗，減少附加的應力集中，避免焊接或安裝過程中的先天或后天性裂紋或缺陷此外，預防疲勞破裂，對新容器的設計，可選擇塑性應變能力好的材料，采用不造成局部高應力集中等的抗疲勞結(jié)構(gòu)；按照容器分析設計規(guī)范進行疲勞分析或基于斷裂力學的抗疲勞斷裂設計方法等。2023/10/22第一章緒論354.應力腐蝕破壞2023/10/22第一章緒論36在石油、化工等工業(yè)部門，腐蝕破裂是壓力容器最常見的形式。就廣義而言，腐蝕破裂起源于材料與周圍環(huán)境介質(zhì)產(chǎn)生化學或電化學作用，使材料厚度減薄或本身性能發(fā)生變化，從而最終導致容器破裂。這一點我們在后面腐蝕與防腐一章中專門講。5.蠕變破裂2023/10/22第一章緒論37在高溫下工作的壓力容器，當操作溫度超過一定極限，材料在應力的作用下發(fā)生緩慢的塑性變形，這種塑性變形經(jīng)過長期的累積后，最終會導致材料破裂。蠕變的實質(zhì)：在常溫下，金屬材料在外力作用下，若應力小于彈性極限，則材料產(chǎn)生彈性形變；若應力達到屈服強度，除了產(chǎn)生彈性形變外，還產(chǎn)生一定的塑性變形。上述變形值只要受力不變就一直保持下去，不隨時間的推移而有所改變。但在高溫下，受不變外力作用后所產(chǎn)生的形變，會隨時間的增長，塑性變形量會不斷增加。這種金屬在不變的高溫和應力作用下，產(chǎn)生連續(xù)的、緩慢的塑性變形現(xiàn)象稱為蠕變。一般認為對大多數(shù)金屬必須在高溫下，超過金屬材料的再結(jié)晶溫度，蠕變現(xiàn)象才明顯。如碳鋼，超過400℃，合金鋼超過400—500℃，輕金屬鋁超過50--150℃，就會產(chǎn)生蠕變。因而可通過限制容器器壁溫度或選用滿足高溫機械性能要求的材料，來避免容器的蠕變破裂，所以蠕變破裂常見于設備的受熱部件，且發(fā)生不正常運行情況下，如器壁超溫運行，爐管因結(jié)垢局部過熱等，都是造成蠕變破裂的常見原因。蠕變破裂有明顯的塑性變形和蠕變小裂紋，斷口無金屬光澤，呈粗糙顆粒狀，表面有高溫氧化層或腐蝕物。當材料由于高溫作用發(fā)生金相組織變化，例如石墨化傾向時（株光體內(nèi)碳體Fe3C自行分解并析出石墨狀的自由碳），由于石墨強度與塑性極低，斷口有明顯的脆性斷口特征。2023/10/22第一章緒論381、壓力容器的設計強度確定材料選用合理的結(jié)構(gòu)一、壓力容器的設計、制造、安裝常用：碳鋼、普通低合金鋼、特殊用鋼原則：防止結(jié)構(gòu)上的突變避免局部應力疊加特殊條件下使用的容器用鋼對開孔的形狀、大小及位置的限制第五節(jié)壓力容器的安全措施2023/10/22第一章緒論392、壓力容器的制造為了確保壓力容器制造質(zhì)量，國家規(guī)定凡制造和現(xiàn)場組焊壓力容器的單位必須持有勞動部頒發(fā)的制造許可證。制造單位必須按批準的范圍制造或組焊。無制造許可證的單位不得制造或組焊壓力容器。壓力容器質(zhì)量優(yōu)劣取決于材料質(zhì)量、焊接質(zhì)量和檢驗質(zhì)量。壓力容器的制造質(zhì)量除鋼材本身質(zhì)量外，主要取決于焊接質(zhì)量。為保證焊接質(zhì)量，必須做好焊工的培訓考試工作，保證良好的焊接環(huán)境，認真進行焊接工藝評定，嚴格焊前預熱和焊后熱處理。壓力容器制成后必須進行壓力試驗。包括耐壓試驗和氣密性試驗。耐壓試驗包括液壓試驗和氣壓試驗。壓力試驗要嚴格按照試驗的安全規(guī)定進行，防止試驗中發(fā)生事故。2023/10/22第一章緒論403、壓力容器的安裝壓力容器的專業(yè)安裝單位必須經(jīng)勞動部門審核批準才可以從事承壓設備的安裝工作。安裝作業(yè)必須執(zhí)行國家有關安裝的規(guī)范。安裝過程中應對安裝質(zhì)量實行分段驗收和總體驗收。驗收由使用單位和安裝單位共同進行?？傮w驗收時，應有上級主管部門參加。壓力容器安裝竣工后，施工單位應將竣工圖、安裝及復驗記錄等技術資料及安裝質(zhì)量證明書等移交給使用單位。2023/10/22第一章緒論41壓力容器是一種特殊設備，其工作條件差，在運行和使用中損壞的可能性比較大。因壓力容器內(nèi)部的介質(zhì)具有很高的壓力，有一定的溫度和程度不同的腐蝕性等等，并且在不停地運動，不停地對壓力容器產(chǎn)生各種物理的、化學的作用，因而使容器產(chǎn)生腐蝕、變形、裂紋、滲漏等缺陷。因此，即

使壓力容器的設計合理，制造質(zhì)量很好，在使用過程中也會

產(chǎn)生缺陷。無論是原有缺陷還是在使用過程中產(chǎn)生的的缺陷，如不及時發(fā)現(xiàn)并消除，勢必在使用過程中導致嚴重爆炸事故。因此，壓力容器的定期檢驗，是保證壓力容器安全運行的重

要的必不可少的措施。二. 壓力容器的定期檢驗2023/10/22第一章緒論42壓力容器的使用單位，必須認真安排壓力容器的定期檢驗工作，按照《在用壓力容器檢驗規(guī)程》的規(guī)定（勞動部為了實行在用壓力容器定期檢驗制度、保證在用壓力容器的安全運行，于1990年2月頒發(fā)的技術法規(guī)，是檢驗和確定在用壓力容器安全狀況等級的基本要求）由取得檢驗資格的單位和人員進行檢驗。并將年檢計劃報主管部門和當?shù)氐腻仩t壓力容器安全監(jiān)察機構(gòu)。鍋爐壓力容器安全監(jiān)察機構(gòu)負責監(jiān)督檢查。1、定期檢驗的要求2023/10/22第一章緒論431、外部檢驗2、內(nèi)外部檢驗3、全面檢驗4、耐壓試驗2、定期檢驗的內(nèi)容2023/10/22第一章緒論443、定期檢驗的周期2023/10/22第一章緒論45外部檢驗期限：每年至少一次。內(nèi)外部檢驗期限分為：安全狀況等級為1～3級的，每隔6年至少一次；安全狀況等級為3～4級的，每隔3年至少一次。注意：根據(jù)具體情況需適當縮短或延長內(nèi)外部檢驗期限三 壓力容器的安全附件2023/10/22第一章緒論46壓力容器的安全附件是為防止容器超溫、超壓、超負荷而裝設在設備上的一種安全裝置。壓力容器的安全附件較多，但最常用的安全附件有安全泄壓裝置（安全閥、爆破片、防爆帽）、壓力表、液位計等。1.安全泄壓裝置2023/10/22第一章緒論47安全泄壓裝置的功能：當容器在正常工作壓力下運行時，保持嚴密不漏，若容器內(nèi)壓力一旦超過規(guī)定，則能自動地、迅速地排泄出器內(nèi)的介質(zhì)，使設備的壓力始終保持在許用壓力范圍以內(nèi)。一般情況下，安全泄壓裝置除了具有自動泄壓這一主要功能外，還有自動報警的作用。壓力容器安全泄壓裝置的基本要求2023/10/22第一章緒論48選用的安全裝置有以下兩個基本要求：選用的安全裝置要滿足設備的工藝操作要求，如壓力和溫度等，卻有良好的密封性，起所用的材料要適應包括黏性大、毒性大、腐蝕性強、壓力有波動等介質(zhì)；安全裝置的結(jié)構(gòu)要能及時迅速排放器內(nèi)介質(zhì)，泄壓反應快、動作及時、無明顯的滯后現(xiàn)象。從低量上要求裝置的排氣量G大雨安全泄放量WS。排放量G指裝置完全開啟后在排放壓力下單位時間容器能夠排出的介質(zhì)量，而安全泄放量WS容器超壓時保證壓力不升高單位時間必須排出的介質(zhì)量。常見安全泄壓裝置(1)

安全閥：壓力容器在正常工作壓力運行時，安全閥保持嚴密不漏，當壓力超過設定值時，安全閥在壓力作用下自行開啟，使容器泄壓，以防止容器或管線的破壞。當容器壓力泄至正常值時，它又能自行關閉，停止泄放其突出優(yōu)點是能自動開閉，可以調(diào)節(jié)、不致中斷生產(chǎn)，但存在密封性較差，會有微量泄露，有滯后現(xiàn)象，不能適應要求快速泄壓的場合。此外，對黏性或含固體顆粒的介質(zhì)，可能造成堵塞或粘連而影響使用。2023/10/22第一章緒論49(2)

爆破片：又稱防爆膜、防爆板，是一種斷裂型的安全泄壓裝置。具有密封性能好、反應動作快以及不易受介質(zhì)中粘污物的影響等優(yōu)點。但它是通過膜片的斷裂來泄壓的，所以泄后不能繼續(xù)使用，容器也被迫停止運行。因此它只是在不宜裝設安全閥的壓力容器上使用。爆破片能適應黏性大、毒性大、腐蝕性強的介質(zhì)，特別是因異?；瘜W反應導致壓力瞬間急劇升高或達到燃爆的場合2023/10/22第一章緒論50爆破片的選用2023/10/22第一章緒論51爆破片的選用原則對存在暴轟或異常反應使壓力瞬間急劇上升或不允許有任何泄露或安全閥不能適用的如黏性、沉淀物料等場合；爆破片的排放能力或排放面積要滿足容器的安全泄放量要求；無特殊要求，超高、高、中、低壓場合一般選用正拱型膜片（超高、高壓也選用爆破帽）；低壓、大直徑或真空、壓力有脈動的場合優(yōu)先選用反拱型膜片；膜片的材料按介質(zhì)腐蝕和運行溫度的情況選用不同的材料或采用在金屬膜片面對腐蝕介質(zhì)側(cè)覆蓋或噴涂耐腐蝕膜；對壓力不大的場合，應優(yōu)先選用石墨爆破膜。此外，因為實際爆破壓力要受到載荷、溫度、介質(zhì)、材料、時間等因素的綜合影響，與安全閥需要每年定期校驗一樣，按照“容規(guī)”的規(guī)定，爆破片需要進行定期更換，一般爆破片應在2-3年內(nèi)更換，而在苛刻條件下使用的爆破片應每年更換2023/10/22第一章緒論522、壓力表壓力表是測量壓力容器中介質(zhì)壓力的一種計量儀表。壓力表的種類較多，有液柱式、彈性元件式、活塞式和電量式四大類。壓力容器大多使用彈性元件式的單彈簧管壓力表。2023/10/22第一章緒論53壓力表的選用（應注意以下問題）：量程裝在鍋爐、壓力容器上的壓力表，其最大量程（表盤上刻度極限值）應與設備的工作壓力相適應測量精度壓力表的精度是以允許誤差占表盤刻度極限值的百分數(shù)來表示的。表盤直徑為了使操作人員能準確地看清壓力值，壓力表的表盤直徑不應過小。2023/10/22第一章緒論54(2)壓力表的安裝安裝壓力表時，為便于操作人員觀察，應將壓力表安裝在最醒目的地方，并要有充足的照明，同時要注意避免受輻射熱、低溫及震動的影響；裝在高處的壓力表應稍微向前傾斜，但傾斜角不要超過30°。壓力表接管應直接與容器本體相接，為了便于卸換的校驗壓力表，壓力表與容器之間應裝設三通旋塞，旋塞應裝在垂直的管段上，并要有開啟標志，以便核對與更換。蒸汽容器，在壓力表與容器之間應裝有存水彎管。盛裝高溫、強腐蝕及凝結(jié)性介質(zhì)的容器，在壓力表與容器之間應裝有隔離緩沖裝置。2023/10/22第一章緒論55壓力表的使用使用中的壓力表，應根據(jù)設備的最高工作壓力，在它的刻度盤上劃明警戒紅線，但不要涂畫在表盤玻璃上，以免玻璃轉(zhuǎn)動使操作人員產(chǎn)生錯覺，造成事故。未經(jīng)檢驗合格和無鉛封的壓力表均不準安裝使用。壓力表的維護壓力表應保持潔凈，表盤上玻璃要明亮透明，使表內(nèi)指針指示的壓力值能清楚易見。壓力表的接管要定期吹洗。壓力表一般每半年校驗一次，校驗后的壓力表應加鉛封，并注明下次校驗日期或校驗有效期。在容器運行期間，如發(fā)現(xiàn)壓力表指示失靈，刻度不清，表盤玻璃破裂，泄壓后指針不回零位，鉛封損壞等情況，應立即校正或更換。2023/10/22第一章緒論563、液面計液面計也是壓力容器的安全附件。一般壓力容器的液面顯示多用玻璃板液面計。石油化工裝置的壓力容器，如各類液化石油氣體的儲存壓力容器，選用各種不同作用原理、構(gòu)造和性能的液位指示儀表。介質(zhì)為粉體物料的壓力容器，多數(shù)選用放射性同位素料位儀表，指示粉體的料位高度2023/10/22第一章緒論57注意：液面計有下列情況之一的，應停止使用：①超過檢驗周期；②玻璃板(管)有裂紋、破碎；③閥件固死；④經(jīng)常出現(xiàn)假液位。2023/10/22第一章緒論58氣瓶安全簡介2023/10/22第一章緒論59Procedures

For

Handling

and

Dispensing

of

Liquid

NitrogenGeneral

safety

ProcedureAlways

wear

eye

protectionAvoid

wearing

anything

capable

of

trapping

spillednitrogen

in

close

proximity

to

the

skinDo

not

wear

gloves,

use

a

pot

holder.(gloves

cannot

beremoved

fast

enough

in

the

case

of

aspill)Wear

long

pants

over

bootsWear

safe

shoes(not

open

sandals)Do

not

pour

above

shoulder

heightDo

notseal（密封）

a

container

containingliquidnitrogenIn

cas

of

a

spill,notify

others

in

the

vicinity,

and

evacuatethe

area

to

avoid

asphyxiation（窒息）2023/10/22第一章緒論60Dispensing

procedureDispens

only

into

a

clean,

dry

dewarflaskPlace

Dewar

flask

（真空瓶）on

lowstandPlace

hose（軟管）

in

Dewar

mouthOpen

tap

of

tank

slowly,

so

as

to

cool

the

flaskslowlyAs

Dewar

flask

cools,

slowly

increase

the

flowWhen

Dewar

flask

is

full,

turn

tap

offWait

a

few

moments

for

the

hose

to

warm

up

and

thencarefully

remove

Dewar

flaskFirst

aidLiquid

nitrogen

presents

a

serious

hazard

to

livingtissuethrough

frost

bite

or

actual

freezing.

For

mild

exposure,floodthe

skin

with

large

quantities

of

cool

water.

Apply

coldcompresses（敷布）.If

the

skin

is

blistered（起水泡）

orotherwise

damaged,

or

if

the

eyes

have

been

affected,

getimmediate

medical

attention2023/10/22第一章緒論61Check

the

label

and

ascertain

the

properties

of

thematerial(flammability,

toxicity

,reactivity,

stored

as

liquid

or

gas).Move

the

cylinder-safety

cap

must

be

in

place-use

a

cylinder

cart

with

safetychain-do

not

lay

flat

or

roll

onsideInstall

the

cylinder-upright-secured

with

safety

harness-ground

all

cylinders

containing

flammable

gasesUse

the

correctregulator-outlet

valve

installed?-no

adaptor

between

regulator

and

tank(unless

installed

by

ourmachineshop)-thread

must

fit

(some

are

left

hand.

Look

for

notches

on

the

nut)2023/10/22第一章緒論62Install

regulator

on

tank-remove

safe