《压力容器安全》培训.ppt

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,一、压力容器的安全问题,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,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2.5MPaL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1.0MPaL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,：0.11.6MPa；：1.610MPa；：10100MPa；：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,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,三、压力容器的结构和应力分析,各种封头的比较,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=（r2）p=（/4）Di2p=Dt=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=2Lt=pD/2t=2,三、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,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p=E（E弹性模数）弹性极限e屈服阶段（B2-C）屈服极限s强化阶段（C-D）抗拉强度极限b缩颈阶段（D-E）,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=PDi/2t=0.8（1000+1）/2=400MPa,某小化肥厂一加压变换冷却塔，Di1000mm,t=8mm,PW0.8MPa。材料16Mn：S=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计算=PDi/2t=71MPa=29%S(240MPa)原因分析焊缝质量差（1319mm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,GWS,压缩气体容器安全泄放量WS：WS=2.8310-3d2,安全阀排气量:G=7.6102C0XpA(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1.53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：压力容器出厂资料齐全；设计、制造质量符合有关法规和标准要求；在设计条件下能安全使用。2级：出厂资料基本齐全；设计、制造质量基本符合有关法规和标准的要求；根据检验报告，存在某些不危及安全，可不修复的一般性缺陷；在法规规定的定期检验周期内，在规定的操作条件下能安全使用。3级：出厂资料不够齐全；主体材质、强度、结构基本符合有关法规和标准的要求，存在某些不符合有关法规或标准的问题或缺陷，根据检验报告，确认为在法规规定的定期检验周期内，在规定的操作条件下，能安全使用。4级：出厂资料不齐全；主体材质不明或不符合有关规定；结构和强度不符合有关法规和标准的要求；存在严重缺陷；根据检验报告，确认在法规规定的检验周期内，需要在规定操作条件下监控使用。5级：缺陷严重，难于或无法修复，无修复价值或修复后仍难于保证安全使用；检验报告结论为判废。,1、压力容器安全状况等级划分,六、压力容器的使用管理,2、压力容器投用前应做好的准备工作-组织对压力容器及其装置进行全面检查验收工作。-编制压力容器及装置的开工方案。-操作人员在操作前应做好准备工作。,六、压力容器的使用管理,3、压力容器运行期间的安全检查-工艺条件方面。操作压力、操作温度、液位、介质的化学成分、物料配比、投料数量-设备状况方面。泄漏、渗漏、部件和附件、连接管道振动、磨损-安全装置方面。压力表、温度计、液位计、安全阀、使用期限,七、气瓶安全,气瓶是一种移动式压力容器。气瓶安全监察规程质技监局锅发2000250号,七、气瓶安全,按充装介质性质分：永久气体气瓶临界温度小于-10液化气体气瓶溶解气体气瓶-专指盛装乙炔的特殊气瓶,高压液化气体气瓶：临界温度-10，且70低压气体气瓶：临界温度70,1、气瓶分类,七、气瓶安全,按制造方法分：无缝钢瓶焊接钢瓶玻璃纤维气瓶,按公称工作压力分：高压气瓶低压气瓶,七、气瓶安全,气瓶的颜色和标记(GB7144-86气瓶颜色标记),七、气瓶安全,盛装腐蚀性气体的气瓶，第2年检验一次盛装一般气体的气瓶，每3年检验一次液化石油气气瓶，使用末超过20年的，每5年瓶检验一次，超过20年的，每2年检验一次。盛装惰性气体的气瓶，每3年检验一次,发现有严重腐蚀、损伤或对其安全可靠性有怀疑时，应提前进行检验。库存和使用时间超过一个检验周期的气瓶，启用前应进行检验。,2、气瓶定期检验周期,七、气瓶安全,防止气瓶受到剧烈振动或碰撞冲击。妥善固定瓶帽及防震圈装配齐全装卸时轻装轻卸不得用电磁起重机和链绳吊装。防止气瓶受热或着火。不得烈日下曝晒两种介质互相抵触的气瓶不能同车运输车上应备有灭火器或防毒用具,3、气瓶运输,七、气瓶安全