锅炉与压力容器规则.ppt

鍋爐與壓力容器規則boiler and pressure vessel,基本法規包括: 鍋爐及壓力容器安全規則，以及高壓氣體勞工安全規則，危險性機械及設備安全檢查規則，高壓氣體特定設備檢查基準several regulations等。 鍋爐boiler: 蒸汽鍋爐steam，熱水(含熱媒)鍋爐hot water or heating media，小型鍋爐small boiler三類 壓力容器pressure vessel: 第一類壓力容器1st type，第二類壓力容器2nd type，以及小型壓力容器small vessel。另外加上高壓氣體特定設備與高壓氣體容器。 分類classification的意義在於針對不同性質的鍋爐或壓力容器，依其不同程度的危險性，進行不同程度的管理different management for different scale of potential danger。,名詞定義nomenclature,小型鍋爐small boiler的定義: 最高使用壓力pressure smaller than小於1 kg/cm2, 且熱傳面積heat transfer area在1 m2以下之蒸汽鍋爐 最高使用壓力小於1 kg/cm2, 且胴體內徑在300 mm 以下，長度在600 mm 以下之蒸汽鍋爐steam boiler 熱傳面積在3.5 m2以下者，且裝有內徑25 mm以上之U型豎立管，其水頭壓力在5m以下之蒸汽鍋爐 熱傳面積在3.5 m2以下者，且裝有內徑25 mm以上之開放於大氣的蒸汽管之蒸汽鍋爐 水頭壓力在10 m 以下，且熱傳面積在8 m2以下之熱水鍋爐 最高使用壓力在10 kg/cm2, 且熱傳面積在10 m2以下之貫流鍋爐。,壓力容器的規定pressure vessel,第一類壓力容器1st type: 接受外來熱源使產生蒸汽steam，且容器壓力pressure higher than 1 atm高於一大氣壓者; 或保存溫度超過其大氣壓下之沸點之液體之容器。 第二類壓力容器2nd type: 內存超過大氣壓氣體之容器，例如壓力在2-10 kg/cm2 (壓縮空氣則為2 50 kg/cm2), 且內容積在0.04 m3以上者，或胴體內徑在200 mm以上，長度在1000 mm以上者 小型壓力容器small vessel: (a) 最高使用壓力在1 kg/cm2以下，且內容積在0.2 0.04 m3間之第一類壓力容器; (b)最高使用壓力在1 kg/cm2以下，且胴體內徑在500-200 mm間，長度在1000mm以下之第一類壓力容器; (c) P (kg/cm2) x V (m3) 在0.2 0.04 以下之第一類壓力容器,* 取自Marshall, 1987; 一般的壓力容器示意圖schematic of an ordinary pressure vessel,更多的相關(法律)名詞more terms,容器container: 指罐裝高壓氣體的移動式壓力容器 灌氣容器gas-containing 仍然保有超過罐裝時1/2over half以上者 殘氣容器:residual gas container 現有量未滿罐裝時的1/2less than half者 低溫容器low temperature 超低溫容器ultra low temperature: 指可罐裝-50oC以下之液化氣體liquefied gas者 儲槽storage tank: 固定在地盤上的高壓氣體儲存設備 高壓氣體設備 high gas pressure 有高壓氣體流通之部分 處理設備:treatment equipment 已壓縮，液化或其他方法處理氣體之高壓氣體製造設備 減壓設備pressure reducing equipment,範例examples on special high pressure gas,高壓空氣high pressure air 高壓氫氣high pressure hydrogen 液氨，液氧，液氮，液氯等liquefied ammonia, oxygen, nitrogen, chlorine 液化石油氣，液化天然氣liquefied oil gas, LNG 高壓乙炔high pressure acetylene 液化環氧乙烷epoxyethane，液化溴甲烷bromoform 高壓反應器high pressure reactor: 例如合成甲醇，硝酸等,Nitric acid: 2 10 bar 大多數液化氣體儲槽壓力liquefied gas storage tank上限: 15 bar 氫化反應hydrogenation reaction: 20 500 bar urea: 200 500 bar methanol: 50 500 bar ammonia: 300 1000 bar PU: 50 2000 bar acetic acid: 50 1500 bar,一般化學產業壓力範圍Pressure range for some common chemicals,若干一般性的管理要點a few points on management,設置合格的專責人員qualified person in charge，每人以一座為原則one person for one vessel，於運轉時during operation，雇主不得使從事與鍋爐或高壓容器無關的工作 鍋爐應安裝在專用建築物內boiler in designated building，或者以障壁分開之場所separated by walls。固體燃料fuels away from boiler應距鍋爐至少1.2m, 其他燃料保持2m以上距離 設置禁止無關人員擅自進入的標示no entrance sign，鍋爐檢查合格證書，以及專責人員的資格證書影本，也要揭示於明顯處show copy of certificates for equipment and person 高低水位警報器加上液位計level meter for high and low levels; one of safety device，是鍋爐的安全裝置之一,安全閥safety valve應調整於最高使用壓力以下吹洩，安全閥經檢查後，應予固定不得變動remain unchanged during operation 壓力表刻度板上，應明顯標示最高使用壓力之位置mark for highest allowable pressure，以隨時提醒作業人員to remind operators 事業場所應有明確的境界線，並設置警戒標示 彼此間要保持安全距離safety distance，例如可燃性高壓氣體設備，要與氧氣製造設備間，保持10 m 以上之距離 可燃性氣體combustible gas，要圖以紅色red mark or letters或以紅色字體書寫該氣體名稱,液化氣體四周要設置防溢堤dike or embankment 高壓氣體設備high gas pressure equipment要以常用壓力的1.5倍壓力進行耐壓試驗(1.5 x ordinary pressure for pressure-resistance test)，以及常用壓力進行氣密試驗ordinary pressure for gas-tight test 要有能承受地震sustain earthquake effect影響的耐震構造 要有如安全閥safety valve或破裂板rupture disc之安全裝置，如為毒性氣體，需要放在除毒設備內inside toxics removing system 大型的液化氣體儲槽配管large liquefied gas storage tank，要在5m以外處，設置緊急遮斷裝置emergency shut-off valve 液化儲槽儲liquefied gas storage tank存量，不得超過常用溫度下容積的not over90% capacity,危險性設備的法定檢查inspection of dangerous equipment,製造前before construction: 型式type檢查(document) 製造時:during construction 熔接檢查welding，構造structure檢查 安裝時installation: 竣工completion檢查 (發合格證to issue certificate); 國外進口者，要重新檢查re-exam for imports; 高壓容器修改變更時，也要變更檢查inspection for modification 使用階段:during use 定期檢查regular inspection; 若有遷移，或閒置一段時間後再使用，也要重新檢查,* 取自Marshall, 1987; 壓力容器在不同階段的參與工作人員,非破壞性檢測,NDE: nondestructive examination 目測法visual 放射線檢查: x-ray or -ray 超音波ultrasonic detection探傷檢查: 通常使用 1 25 MHz 音波 磁粉探傷檢查magnetic powder flaw detection 液滲探傷檢查liquid or dye Eddy current: 用於圓管circular pipes，圓管的缺陷會改變它的阻抗impedance, 因而得知 干擾圖譜: holographic interferometry 聲波發設法acoustic emission 膠體電擊法gel electrode,整體容器的測試Test on overall container,前述的非破壞性檢測，理論上可以偵測出結構上的缺陷，對整體容器而言，則可以進行下列諸測試: 水壓試驗water pressure test 氣密試驗gastight test 耐壓試驗pressure-resistance test 因為危險性較高high risk，所以必須由專門的機構進行by specialized company,* 取自Marshall, 1987; 壓力容器在最初發生意外的機率高(因為設計或施工不當); 然後在使用依段時間後，發生意外的頻率再度升高(因為材料腐蝕，或維修為落實等),意外事故的原因causes of accidents,對於壓力容器與鍋爐而言，最擔心的意外事故，就是容器破裂(loss of containment: rupture of leak) ，造成物質外洩，甚或爆炸事件。 容器破裂的原因分析reasons: 材料問題material problem: 選用不當的材料，以致於受到腐蝕，或材料內部缺陷造成 設計問題design: 不正確的計算，或不正確的數據 施工問題:construction 例如施工品質不佳，焊接不良等 使用問題:during use 例如操作條件operating condition different from design與當初設計不符，維修工作poor maintenance沒有落實等,壓力容器的設計design of pressure vessel，皆有標準可循。原則為 ： 材料行為material behavior，應力分析(設計)stress-strain analysis，以及品質保證(quality assurance施工與維修)三個基本要求。安全係數safety factor多選用3-5。,造成材料破裂的原因 reasons for material rupture,致命的外力撞擊deadly impact from others: 多半是突發意外事件due to accident 材料疲乏(fatigue), 例如來自週而復始(cyclic actions)的作用力, 造成潛變(creep deformation), 終而變形破裂 材料脆化(brittle): 如低溫脆化low temperature，氫脆化hydrogenation。或者高溫高壓下，某些分子進入材料結構中，進而產生氣泡bubble formation from certain molecules due to high temperature，降低材料韌性或強度,高溫效應high temperature effect 熱衝擊 thermal shock 振動vibration 化學效應chemical effect: 主要就是腐蝕作用corrosion，而且會因為材料承受應力under stress，而加速腐蝕stress corrosion cracking (SCC),* 取自Marshall, 1987; 壓力容器破裂原因的統計數字statistics of rupture of pressure vessel,不同的材料選擇different choices,Temp: both high and low temperature; 其他還可以包括: 塑膠plastics，玻璃glass，橡膠rubber, Teflon等,壓力容器的弱點weak points in a pressure vessel,最容易發生洩漏的部位most frequent locations of leak: 管線接頭:connector between pipes 因為安裝不良poor installation，或熱漲冷縮造成expansion/contraction 墊圈部位:gasket/packing/washer 墊圈材料受損 蓋板安裝部位flange: 清掃孔，或檢查孔部位，同樣會因為墊圈，或安裝不良而造成洩漏 焊接或熔接部位:welding parts 來自腐蝕或應力corrosion or stress,* 取自Marshall, 1987; 破裂部位的統計分析數據,* 如果平時就會微量洩漏(聞到味道)if smell something，表示結構不很健全，若加上其他外在原因，就很可能成為設備破損之點it could turn into a point of rupture。,An Accident Involving Fire Extinguisher,某次安全消防檢查a safety check-up, 需要移動滅火器(remove fire extinguisher to weigh), 去秤重, 不小心掉落,結果頭部的閥, 撞及水泥平台, 損及螺紋, 造成閥分離, 使得600 psig ( 41 bar) cylinder 像火箭般射出like a rocket, 達400公尺遠! What Can we do? 認知到此類高壓容器的危險性recognize danger 採取措施預防移動時掉落prevent from falling 加裝頭部的保護帽 (protective cap) 要由有經驗人士處理此類檢查handle by experts,Taken from CEP, June, 2008, p.30,鍋爐運轉的安全對策strategy for safe operation of boiler,保持正常水位keep normal liquid level，避免過高或過低not too high nor too low 維持一定氣壓: 安全閥safety valve與壓力表pressure gauge必須正常運作normal 加強水處理:water treatment to avoid scale or corrosion 避免節垢，或腐蝕 加強對鍋爐受熱面積的清掃工作regular cleaning of heat transfer area: 避免積灰 (熱傳不均勻，會造成局部過熱，因而該區材料受損) 注意通風good ventilation,半導體業的高壓氣體鋼瓶gas cyli