eq情商_压力容器安全技术培训课件

压力容器安全技术 容器管道检验室 夏浩TEL 841904015816359126 广东省特种设备检测研究院惠州检测院 目录 前言第一章基础知识第二章设计第三章制造与检验第四章破裂形式第五章安全附件第六章定期检验第七章使用管理第八章事故危害与事故分析 特种设备安全监察条例 的压力容器范围 特种设备安全监察条例 规范的压力容器是指盛装气体或者液体 承载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温度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0 2MPa 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于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 安全的重要性 一 事故率 高于其他机械设备的事故率 不容乐观 二 事故率高的原因 1 技术条件1 1使用条件比较苛刻 1 2容易超负荷运行 1 3局部应力比较复杂 1 4容器常存在有严重缺陷 2 使用管理 2 1使用非法产品 2 2压力容器管理和操作人员不符合要求 2 3压力容器管理处于 四无 状态 2 4擅自改变使用条件 擅自修理改造 2 5政府部门安全监督管理不到位 三 事故造成的危害 压力容器是一种比较容易发生事故 而且事故造成的危害又特别严重的特种设备 一旦发生事故不仅设备本身遭到毁坏 而且会波及周围的设备及建筑物 甚至造成灾难性事故 四 相关的法律 法规1 特种设备安全法 2013 6 292 特种设备安全监察条例 2009 5 13 TSGR004 2009 固定式压力容器安全技术监察规程 4 简单压力容器安全技术监察规程 5 移动式压力容器安全技术监察规程 6 气瓶安全监察规程 7 溶解乙炔气瓶安全监察规程 8 压力容器使用登记管理规则 9 特种作业人员安全技术培训考核管理规定 2010 7 110 锅炉压力容器焊工考试规则 11 锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核规则 12 锅炉压力容器压力管道设备事故处理规定 2001 11 1513 压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则 2003 1 114 GB150 1998 钢制压力容器 GB150 2011 压力容器 15 GB151 1999 钢制管壳式换热器 第二章设计 材料的选用结构设计强度计算与校核 设计依据的法规和标准 TSGR004 2009 固定式压力容器安全技术监察规程 简单压力容器安全技术监察规程 移动式压力容器安全技术监察规程 GB150 1998 钢制压力容器 GB150 2011 压力容器 GB151 钢制管壳式换热器 第一节材料的选用 制造压力容器的材料种类较多 但目前绝大多数的压力容器都是钢制的 压力容器是在承压下工作的 还有些要承受高温或腐蚀介质的作用 此外 在制造时要进行冷热成形加工 因此压力容器要比其他设备容易损坏 为保证压力容器安全运行 正确选用钢材是一个重要的保证 一 制造压力容器的钢材选用要重点考虑钢材的力学性能 物理性能 工艺性能和耐腐蚀性 1 力学性能 是指材料在一定温度条件和外力作用下 抵抗变形和断裂的能力 主要有强度 塑性 韧性和硬度四个指标 1 1强度 物体的原子间存在着的相互作用力称为内力 金属材料的强度是指金属材料抵抗永久变形和断裂的能力 常用的强度指标有抗拉强度 b和屈服强度 s 是材料的短时强度性能 在高温条件下 还要考虑蠕变极限 n和高温持久强度 D 是金属材料的长时间高温强度性能 设计中许用应力是根据这些数值决定的 1 2塑性 是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力 塑性指标包括伸长率 和断面收缩率 塑性变形是物体在外力作用下 应力超过材料屈服极限以后产生的变形 即使除去外力 也不能恢复到变形前的形状和尺寸 塑性变形是一种不可自行恢复的变形 断面收缩率 是试样拉断后 颈缩处横断面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比 也是拉伸试验提供的一个塑性指标 越大 塑性越好 1 3韧性 是指金属材料在使用温度下抵抗脆性破坏的能力 韧性常用冲击功Ak和冲击韧性ak表示 材料抵抗冲击性能一般用有缺口的冲击试样作冲击实验测得 冲击韧性也称缺口韧性是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标 通常用带有夏比V型缺口的标准试件做冲击试验 下图 以击断试件所消耗的冲击功大小来衡量钢材抵抗脆性破坏的能力 冲击韧性也叫冲击功 用AKV或CV表示 单位为J 1J 1N 1m 即1焦耳 1牛顿 1米 试验表明 钢材的冲击韧性值随温度的降低而降低 但不同牌号和质量等级钢材的降低规律又有很大的不同 因此 在寒冷地区承受动力作用的重要承重结构 应根据其工作温度和所用钢材牌号 对钢材提出相当温度下的冲击韧性指标的要求 以防脆性破坏发生 1 4硬度 表示材料抵抗局部变形的能力 是衡量金属材料软硬程度的性能指标 一般情况下材料的硬度与强度呈一定的正比关系 最常用的是静负荷压入法硬度试验如布氏硬度 HB 洛氏硬度 HRC 维氏硬度 HV 等 其中以布氏HB硬度及洛氏HRC硬度指标较为常用 还有回跳法硬度试验如肖氏硬度 HS 硬度不是一个单纯的物理量 而是反映材料的弹性 塑性 强度和韧性等的综合性能指标 2 物理性能 主要物理性能指标有密度 热导率 比热容 熔点tm 线胀系数 电阻率 r 弹性模量E等 弹性模量E定义为理想材料有形变时应力与相应的应变之比 3 耐腐蚀性能材料的腐蚀速度在工程上常用Ka mm a 来表示 材料的腐蚀速度在1mm a以下的 可认为能用于制造化工容器 考虑材料的耐腐蚀性能是设计化工容器材料选择中的一个重要问题 4 工艺性能 材料的制造工艺性能包括可锻性 可焊性 切削加工性 冲击性能 热处理性能等 制造压力容器用钢要求具有良好的工艺性能 主要是应具有良好的冷塑性变形能力和可焊性 可焊性 是指钢材在规定的焊接工艺条下 能否得到质量优良的焊接接头的性质 钢材中含碳量的大小是判别钢材可焊性的主要标志 碳钢和普通低合金钢其含碳量小于0 25 时 一般都具有良好的可焊性 二 影响材料性能的因素影响材料性能的主要因素有冶炼方法 合金元素 制造工艺 操作温度 介质的腐蚀性等 1 冶炼方法 主要用碱性平炉钢和碱性电炉钢 2 合金元素 为了提高钢的力学性能 必须在钢中添加一些合金元素 其中最主要的有锰 硅 镍 铬 钼 钛 钒 铝和铜等元素 P35 38页 3 制造工艺 压力容器大多数是经轧制 锻造 成型 焊接和热处理等加工后才投入使用的 了解加工过程对钢材综合性能的影响 对正确选用材料是很重要的 4 腐蚀 压力容器经常碰到的危害特别大的两种腐蚀为晶间腐蚀和应力腐蚀 5 氢破坏 氢损伤 氢脆 主要有局部裂纹和氢脆化两种形式 6 操作温度 选择压力容器用钢时 主要从高温 常温 低温三个层次来考虑 三 压力容器常用钢材及其选用1 碳钢 含碳量 2 06 的铁碳合金为碳钢 具有一定的强度和塑性 工艺性能良好 广泛应用于中 低压容器 常用的有 Q235A B A3R 20g等 2 普通低合金钢 其力学性能和工艺性能都较好 耐腐蚀性也比碳钢好 最常用的低合金钢是16MnR 除此之外还有如15MnVR 18MnMoNbR等也常用于制造中低压容器 3 特殊条件下使用的容器用钢 3 1低温容器用钢 20 常用的有0Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9 低温下限为 196 GB150 1998中规定 低温容器受压元件用钢必须是镇静钢 3 2高温容器用钢 常用的有A3R 20g只能用到400 400 500 一般用15MnVR等 500 600 一般用铬钼低合金钢 600 700 一般用0Cr18Ni9 0Cr18Ni9Ti等高合金镍铬钢 3 3抗氢腐蚀用钢 一般用铬钼合金钢 如 15CrM0 30CrM0和Cr6M0等 3 4复合钢板 由碳钢或普通低合金钢作基层 不锈钢为复合层组成的钢板 材料选用一般原则1 选择压力容器用钢材必须考虑设备的操作条件 材料的焊接性能 冷热加工性能 热处理以及容器的结构等 2 选择压力容器用钢材必须在满足第1条的前提下 考虑经济合理性 3 设计时选用钢材要符合下列指导准则 3 1碳素钢用于介质腐蚀性不强的常压 低压容器和壁厚不大的中压容器 3 2低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强 壁厚较大的压力容器 3 3珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐蚀 或设计温度在350 650 的压力容器 3 4不锈钢用于介质腐蚀性较高 设计温度大于500 或设计小于 100 的压力容器 3 5奥氏体不锈钢需经焊接或400 以上热加工时 不应使用于可能引起不锈钢晶间腐蚀的环境 4 钢材应符合有关国家标准的要求 5 用作设备法兰 管法兰 管件 人手孔 液面计等化工设备标准零部件的钢材 应符合有关零部件的国家标准 行业标准对钢材的技术要求 四 其他要求 1 质量证明书和标记 材料质量证明书上应有炉号 批号 规格 化学成分和力学性能 供货的热处理状态 钢板切割下料前 必须作标记移植 便于识别 2 材料代用 代用原则是代用钢材的技术要求不低于被代用的钢材 材料代用要办理代用手续 1 材料代用必须经单位的技术部门同意 并将材料代用的质量证明书或复检报告报主管负责人审批 2 材料代用必须征得原设计单位的书面同意 3 压力容器出厂质量证明书和施工图上应注明代用材料的材质 规格和部位 3 采用进口材料的要求 应选用国外压力容器规范采用的材料 制造单位首次使用前 应进行有关试验和验证 才能投入使用 第二节结构设计 压力容器筒体结构主要为圆柱形 少数为球形或其他形式 一 筒体筒体是压力容器最主要的组成部分 是储存物料或完成化学反应所需要的压力空间 其形状有圆筒形 球形 锥形和组合形等数种 但最常见的是圆筒形和球形两种 1 圆筒形筒体 其筒体主要由筒体 封头和端盖等组成 有整体式和组合式两大类 2 球形筒体 又称球罐 其优点是受力均匀 在相同的壁厚条件下 球罐的承载能力最高 能节省30 40 的钢材 压力容器结构设计的原则 1 结构不连续处应平滑过渡 2 引起应力集中或削弱强度的结构应相互错开 避免高应力叠加 3 避免采用刚性过大的焊接结构 4 受热系统及部件的胀缩不要受限制 二 主要零部件的结构设计1 一般要求 1 1各受压部件应有足够的强度 并装有可靠的安全保护设施 防止超压 1 2受压元件 部件结构的形式 开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力和应力集中 1 3承重结构在承受设计载荷时应具有足够的强度 刚度 稳定性及防腐蚀性 1 4容器的整体结构应便于安装 检修和清洗 图1 1压力容器的整体结构 1 法兰 2 支座 3 封头拼接焊缝 4 封头 5 环焊缝 6 补强圈 7 人孔 8 纵焊缝 9 筒体 10 压力表 11 安全阀 12 液面计 储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间 筒体 筒体的作用是提供工艺所需的承压空间 是压力容器最主要的受压元件之一 其内直径和容积往往需由工艺计算确定 球形封头 椭圆封头 球冠形封头 平盖 由于工艺要求和检修的需要 常在压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管 如人孔 手孔 视镜孔 物料进出口接管 以及安装压力表 液面计 安全阀 测温仪表等接管开孔 筒体或封头上开孔后 开孔部位的强度被削弱 并使该处的应力增大 这种削弱程度随开孔直径的增大而加大 因而容器应尽量减少开孔的数量 尤其要避免开大孔 对容器已开设的孔 还应进行开孔补强设计 以确保所需的强度 多层包扎筒节 一 多层包扎式 续 5 应用情况 目前世界上使用最广泛 制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构 3 优点 制造工艺简单 不需大型复杂加工设备 安全可靠性高 层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力 减少了脆性破坏的可能性 包扎预应力改善筒体的应力分布 对介质适应性强 可选择合适的内筒材料 4 缺点 筒体制造工序多 周期长 效率低 钢材利用率低 仅60 左右 深环焊缝对制造质量和安全有显著影响 无损检测困难 环焊缝的两侧均有层板 无法用超声检测 只能射线检测 焊缝部位存在很大的焊接残余应力 且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降 环焊缝的坡口切削工作量大 且焊接复杂 二 热套式 1 结构 制造 内筒 厚度 30mm 卷焊成直径不同但可过盈配合的筒节 将外层筒节加热到计算的温度进行套合 冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节 热套筒节 三 绕带式 优点 筒体具有较高的安全性 机械化程度高 材料损耗少 且由于存在预紧力 在内压作用下 筒壁应力分布较均匀 缺点 钢带需由钢厂专门轧制 尺寸公差要求严 技术要求高 为保证邻层钢带能相互啮合 需采用精度较高的专用缠绕机床 图2 4 a 型槽绕带式筒体 b 型槽钢带结构示意图 缩套环 双锥面垫片 焊缝 a b 五 绕带式 续 各部件间的连接大多需要经过焊接 对焊接进行质量控制是整个容器质量保证体系中极为重要的一环 储气罐 第三节强度计算与校核 进行压力容器设计时 主要是对压力容器各个部分进行应力分析 确定最大应力值并将其限制在许用范围内 一 应力与应力分析1 一次应力 是外部载荷引起的正应力和切应力 是满足外力 内力和弯矩的平衡所需的力 可分为一次薄膜应力 m 局部薄膜应力 L和一次弯曲应力 u2 二次应力 F 是指由于相邻部件的约束或结构本身约束引起的局部附加薄膜应力和弯曲应力 3 峰值应力 P 是指扣除薄膜应力和弯曲应力后 沿壁厚成非线性分布的应力 4 局部应力 5 应力强度极限 r6 基本设计准则 6 1必须做防止塑性破坏的设计 6 2由载荷引起的塑性变形必须加以限制 6 3应避免除局部应力集中外的其他应力引起的塑性应变 6 4应通过疲劳分析限制疲劳破坏的产生 二 设计参数压力容器设计参数主要有设计压力 设计温度 壁厚 许用应力 焊缝系数等 1 设计压力 在正常操作过程中 在相应设计温度下 容器可能承受的最高工作压力 安全阀的开启压力和爆破片的爆破压力应小于或等于设计压力 盛装液化气体的压力容器 设计压力一般按最高温度相应的饱和蒸气压选取 2 设计温度 压力容器在正常操作过程中 在相应设计压力下 容器可能承受的最高或最低温度 3 腐蚀裕量 取决于介质的腐蚀性能 材料的化学稳定性和容器的使用时间 4 最小壁厚 min 对于碳钢和低合金钢制的容器 若内径Di 3800mm时 min 2Di 1000mm 并不得小于3mm 奥氏体不锈钢容器 min 2mm铝制的压力容器 min 2mm5 安全系数n与许用应力 b nb s ns钢制压力容器的安全系数一般为nb 3 0ns 1 6铸铁压力容器的安全系数一般为nb 10 0铸钢压力容器的安全系数一般为nb 4 0有色金属钛 铝 铜容器的安全系数一般为nb 4 0ns 1 5球墨铸铁压力容器的安全系数一般为nb 8 06 焊缝系数 取决于焊缝结构 检验方法和检验程度 双面焊的对接焊缝100 无损探伤的焊缝系数 1 0 局部无损探伤的焊缝系数 0 85 单面焊的对接焊缝100 无损探伤的焊缝系数 0 90 局部无损探伤的焊缝系数 0 80 计算厚度 由公式采用计算压力得到的厚度 必要时还应计入其它载荷对厚度的影响 设计厚度 d 计算厚度与腐蚀裕量之和 d C2 名义厚度 n 设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度 即标注在图样上的厚度 n d C1 C1 C2 有效厚度 e 名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕量 e n C1 C2 厚度附加量 C 由钢材的厚度负偏差C1和腐蚀裕量C2组成 不包括加工减薄量C3 C C1 C2 加工减薄量 根据具体制造工艺和板材实际厚度由制造厂而并非由设计人员确定 厚度关系示意图 四 压力试验 压力试验的目的是检验压力容器承压部件的强度和严密性 通过试验来验证压力容器是否具有设计压力下安全运行所必须的承压能力以及压力容器的严密性 1 耐压试验 液压试验 内压容器 Pr 1 25p t 外压容器 Pr 1 25p2 气压试验 严密性试验 内压容器 Pr 1 15p t 外压容器 Pr 1 25p 压力试验应在无损探伤合格和热处理以后进行 第三章制造与检验 壳体的成型与焊接制造缺陷对安全的影响检验与验收制造管理 第一节壳体的成型与焊接一 成型1 封头成型封头成型的方法大致可分为两大类 一种是水压机或油压机上利用胎模压制成型 另一中是在旋压机上旋压成型 下图为一油压机工作情况 封头成型 下图为旋压机工作的情况 2 筒身卷焊筒身通常是用钢板在专用设备上弯卷成筒节 再由筒节对焊而成 下图是钢板在设备上弯卷的情况 2 筒身卷焊 续 下图是钢板弯卷后进行对焊 二 焊接 压力容器筒体的焊接 最重要的是筒身 包括封头 筒节法兰等 纵缝 环缝的焊接 是压力容器筒体制造中最关键的工序 1 焊接前的基本要求 焊工所有承压部件的焊接都应由经过考试合格的焊工施焊 焊工应按焊接工艺指导书或工艺卡施焊 并在焊缝附近50mm处的指定部位打上焊工代号钢印 制造单位应建立焊工技术档案 焊接工艺评定 是在压力容器焊接前 以所用钢材的焊接性能试验为基础 根据压力容器结构特点 技术条件的要求 在与产品实际制造条件相同情况下进行的焊接工艺验证性试验 3 焊缝布置 要尽量均匀合理 壳体上不应采用十字焊缝 对接焊缝要相互错开 其中心距应大于筒体壁厚的3倍且不小于100mm 凸形封头应尽量采用整块钢板制造 2 焊缝表面质量的要求2 1外形尺寸2 2焊缝和热影响区表面不得有裂纹 气孔和肉眼可见的夹渣等缺陷 焊缝上的熔渣和两侧物必须清除干净 2 3焊缝与母材应圆滑过渡 2 4用抗拉强度大于540MPa的钢材及Cr Mo低合金钢材制造的压力容器 奥氏体不锈钢材制造的压力容器 低温压力容器 球形容器以及焊接系数取1 0的压力容器 其焊缝表面不得有咬边 其他的压力容器的焊缝表面的咬边深度不得大于0 5mm 咬边的连续长度不得大于100mm 焊缝两侧咬边的总长度不得超过该焊缝长度的10 2 5角焊缝的焊脚尺寸 应符合技术标准和设计文件的要求 外形应平缓过渡 3 压力容器组焊的要求3 1不宜采用十字焊缝 相邻筒节的纵焊缝以及与封头拼接焊缝应错开 其焊缝中心线之间的外圆弧长一般应大于筒体厚度的3倍 且不小于100mm 3 2焊接的临时吊耳和拉筋的垫板等 应采用与容器筒体相同或相似的材料 用相同的焊接工艺进行焊接 3 3不允许用大锤敲打或用千斤顶等强力组装 3 4各组装元件的定位焊 应按受压元件的焊接工艺要求施焊 4 焊后热处理焊后热处理的目的是消除焊接残余应力 防止冷裂纹和改善焊接接头性能 其中最常见的是退火处理 第二节制造缺陷对安全的影响 一 制造缺陷1 焊接缺陷压力容器的焊接缺陷包括表面缺陷 气孔和夹渣 未焊透和未熔合 裂纹及组织缺陷等几类 表面缺陷主要包括咬边 弧坑和擦伤 焊缝尺寸不符合要求等 气孔和夹渣 未焊透和未熔合 裂纹 最危险的一类缺陷按裂纹在焊缝处产生部位不同分为纵向裂纹 横向裂纹 根部裂纹 弧坑裂纹 热影响区裂纹等按裂纹产生的温度和时间不同分热裂纹 冷裂纹 延迟裂纹 再热裂纹等 组织缺陷 是难于发现而又十分危险的缺陷5 1过热 过烧和疏松5 2淬硬性马氏组织5 3奥氏体不锈钢的晶间腐蚀2 加工成型与组装缺陷加工成型与组装中产生的主要缺陷是几何形状不符合要求 1 表面凹凸不平 2 截面不圆 3 错边 4 对接接缝角变形 二 对安全的影响制造过程中所产生的缺陷 主要有缺口 几何形状不连续及较大的附加内应力等 1 焊接缺陷如咬边 未焊透 气孔 夹渣等 都会在焊缝及附近形成缺口 缺口一方面减少了焊缝的承载截面积 影响了压力容器的强度 另一主要方面是由于缺口的存在改变了缺口周围的受力条件 不利于材料的塑性变形 使之趋于或处于脆性状态 同时还引起缺口根部的应力集中 容易产生裂纹和使裂纹扩展 导致容器的脆性破裂 疲劳破裂或应力腐蚀破裂 2 几何形状不连续会在壳体内形成附加弯曲应力和切应力 导致局部应力过高 3 残余应力 残留在壳体内的应力即使不至于产生破裂 也会在壳体承压后增大壳壁内的应力水平 加剧壳体的疲劳破坏和应力腐蚀破坏 第三节检验与验收 主要流程 加工成型和组装的检查焊缝检查无损探伤耐压试验和气密性试验出厂要求 压力容器出厂时 制造单位应随容器至少向用户提供以下技术文件和资料 竣工图样 竣工图上应有设计单位资格印章 复印章无效 和竣工图章 产品质量证明书及产品铭牌拓印件 压力容器产品安全质量监督检验证书 未实施监检的产品除外 移动式压力容器还应提供产品使用说明书 随车工具及安全附件清单 底盘使用说明书等 强度计算书 现场组焊的压力容器质量验收时 应有当地安全质量监察机构的代表参加 第四节制造管理 一 制造单位资格审批与管理1 基本条件 6点要求 2 资格审批 压力容器制造单位资格审批程序包括申请 受理 产品试制 技术鉴定 审查 批准和发证 压力容器制造和现场组焊单位 必须持有省级以上质量技术监督部门颁发的制造许可证 无制造许可证的单位 不得制造或组焊压力容器 3 制造许可证的更换 压力容器制造许可证 有效期为5年 应在有效期满当年2月底前向原发证部门提出换证申请报告 4 日常管理与监督检查4 1日常管理4 2监督检查 二 制造过程的质量管理1 建立质量管理制度2 进行质量检验3 开展质量分析 质量管理部门应及时收集有关产品质量的数据和情况 系统整理 认真分析 从而提出改进措施 挖掘提高产品质量的潜力 三 质量保证体系和质量保证手册1 质量保证体系 1 1要有一个健全的质量保证组织系统 1 2有一套完整的质量保证法规系统 2 质量保证手册 是质量保证体系的文字叙述 是制造单位质量管理工作的纲领性文件 也是进行质量审查的一个内容和依据 在生产经营和质量管理中必须严格执行质量保证手册 四 产品制造质量的监督检验1 监督检验单位 产品制造质量的监督检验 应由各级锅炉压力容器安全监察机构或授权的锅炉压力容器检验单位进行 承担监督检验工作的单位 应由省级以上质量技术监督部门进行资格认可并授权 2 受检单位 应对压力容器的制造质量负责 保证质量管理体系正常运转 受检内容9项 3 监督检验的方式 产品制造质量的监督 可采用定期性监督检验 批量性或逐台性出厂监督检验方式 3 1逐台性检验3 2批量性检验3 3定期性检验 第四章破裂形式 压力容器常常会由于设计结构不合理 制造质量差 使用维护不当或其他原因而发生破裂 压力容器的破裂形式 通常分为延性破裂 脆性破裂 疲劳破裂 腐蚀破裂 压力冲击破裂 蠕变破裂等形式 第一节延性破裂延性破裂是压力容器在内部压力作用下 器壁上产生的应力达到器壁材料的强度极限 从而发生断裂破坏的一种形式 这种形式的破坏属于韧性断裂 因此 该形式的破坏也称作韧性破坏 第一节延性破裂 一 机理压力容器的金属材料在外力作用下引起变形和破坏的过程分为三个阶段 弹性变形阶段 弹塑性变形阶段 断裂阶段 二 特征 器壁有明显的塑性变形 韧性破坏的断口为切断撕裂 韧性破坏时的爆破压力接近理论爆炸压力 韧性破坏时 容器器壁的应力值一般达到或接近金属材料的强度极限 三 原因 盛装液化气体介质的容器充装过量 使用中的压力容器超温超压运行 容器壳体选材不当或容器安装不符合安全要求 维护保养不当 四 事故预防1 设计方面2 按核定的工艺参数运行 安全附件应安装齐全 正确 并保证灵敏可靠 3 严格按照工艺参数进行操作 严禁压力容器超温 超压 超负荷运行 防止过量充装 4 加强维护保养工作 采取有效的措施防止腐蚀性介质及大气对压力容器的腐蚀 第二节脆性破裂 脆性破裂指压力容器在破裂时没有显著的塑性变形 破裂时器壁的压力也远远小于材料的强度极限 一 机理 冷脆性 蓝脆性 300 左右 热脆性 400 500 左右 二 特征 无明显外观变化和外观预兆 破坏后的容器无明显的伸长变形 壁厚一般也无减薄 脆性破坏的断口齐平 呈金属光泽的结晶状 并与最大主应力方向垂直 发生脆性断裂时 断裂速度极快 可高达1800m s 厚壁容器和较低温度的容器最易发生脆性破坏 且断裂时名义应力很低 常低于材料的屈服极限 三 原因 温度 因为钢在低温下或在某一特定温度范围内其冲击韧性将急剧下降 裂纹性缺陷 压力容器受压元件一旦产生裂纹 其尖端前部会产生很高的应力 且应力状态也发生变化 变为三向拉伸应力 即使材料具有较高的冲击韧性 仍可能发生脆性破裂 四 事故预防 提高制造质量特别是焊接质量 是防止压力容器脆性破裂的重要措施 制造压力容器的材料要有较好的韧性 制造过程中的焊接及热处理工艺必须合理 加强压力容器的维护保养和定期检验工作 及时消除检验中发现的裂纹性缺陷 确保容器安全运行 脆性破裂 第三节疲劳破裂 疲劳破裂指压力容器器壁在反复加压和卸压过程中受到交变载荷的长期作用 没有经过明显的塑性变形而导致容器破裂的一种破坏形式 一 机理 低应力高周疲劳 高应力低周疲劳二 特征 容器没有明显的变形 大部分壁厚也没有显著的减薄 断口一般都存在比较分明的两区域 两个区域的颜色有明显的不同 三 原因 3 1内部因素 存在较高的应力集中 3 2外部因素 存在交变的载荷 四 事故预防4 1提高压力容器的制造质量 4 2防止外来载荷影响 减少容器本体的交变载荷 4 3严格按照操作规程正确操作 4 4对无法避免外来载荷 无法减少开停机次数的容器 制造前应作疲劳设计 疲劳断裂 压力容器在交变载荷作用下 经过一定周期后发生的断裂 第四节腐蚀破裂 腐蚀破裂指压力容器材料在腐蚀性介质作用下 引起容器壁由厚变薄或材料组织结构改变 力学性能降低 使压力容器承载能力不够而发生的破坏形式 一 按腐蚀破坏形态1 均匀腐蚀2 局部腐蚀3 晶间腐蚀 奥氏体不锈钢经常发生晶间腐蚀 4 断裂腐蚀 主要有应力腐蚀和疲劳腐蚀 5 氢损伤 由于氢渗透金属内部而造成金属性能恶化的现象 包括氢鼓包 氢脆 渗碳 氢腐蚀等 二 机理 1 化学腐蚀 2 电化学腐蚀 三 原因 1 压力容器维护保养不当 2 选材不当或未采取有效防腐措施 3 结构不合理 或焊接不符合规范要求 4 介质中杂质的影响 四 事故预防1 根据介质选用合适厚度的防腐蚀材料的容器 2 对奥氏体不锈钢容器应严格控制氯离子含量 避免在不锈钢敏感温度下使用 防止破坏不锈钢表面的钝化膜和防止晶间腐蚀的产生 3 选用有防腐隔离措施的容器 以避免腐蚀介质对容器壳体产生腐蚀 4 选用结构合理 设计制造质量符合国家标准和要求的容器 5 使用中采取适当的工艺措施降低腐蚀速度 第五节压力冲击破裂 压力冲击破裂是指容器内的压力由于各种原因而急剧升高 使壳体受到高压力的突然冲击而造成的破裂爆炸 一 类型与机理1 可燃气体与助燃气体反应爆炸 2 聚合釜的 爆聚 3 压力容器内的反应失控 4 液化气体的 爆沸 二 特征1 壳体碎裂2 壳体内壁常附有化学反应产物或痕迹 3 断裂时常伴有高温产生 4 断口形貌类似脆性断裂 5 容器释放的能量较大 三 事故预防1 完善操作规程和管理制度2 加强现场的管理和从业人员的培训 第六节蠕变破裂 蠕变破裂指压力容器的壁温高于某一限度时 即使应力低于屈服极限 容器材料也会缓慢的塑性变形 这种塑性变形长期积累 最终会导致压力容器的破坏 一 机理 金属材料在高温下 其组织会发生明显的变化 晶粒长大 钢中碳化物能析出石墨 还有可能出现蠕变的晶间开裂或疏松 从而使金属的韧性下降 二 特征三 原因四 事故预防4 1选择满足高温力学性能要求的合金钢材料制造压力容器 4 2选用结构合理 制造质量符合标准的压力容器 4 3在使用中防止容器局部过热 经常维护保养 清除积垢 结炭 第五章压力容器安全附件 安全阀防爆片压力表液位计温度计常用阀门 第一节设置一 安全附件分类 连锁装置 警报装置 计量显示装置 安全泻放装置 主要零件有安全阀 爆破片和易熔塞等二 设置原因P140 1442 1操作失误或零件破损引起的压力容器超压 2 2装满液体后容器因液体受热膨胀而超压 2 3容器内燃烧爆炸生成高温高压气体 2 4压力容器内出现化学反应失控造成超压 2 5液化气体意外受热饱和蒸气压增大而造成超压 在压力容器上为什么一定要装设超压防护装置 安全泄压装置是压力容器安全保护装置 除了具有自动泄压功能外 还有自动报警的作用 压力容器在运行过程中会由于各种原因引起超压 比如 1 由于操作失误或零件破损而引起超压 2 容器满液后因液体受热膨胀而引起超压 3 容器内因燃烧爆炸产生高温高压气体而引起超压 4 容器内的化学反应失控造成容器超压 5 液化气体意外受热饱和蒸气压增大而造成超压 为了确保压力容器安全运行 防止压力容器由于超压而发生事故 压力容器必须安装超压防护装置 三 安全泻压装置 P145阀型 断裂型 熔化型 组合型四 设置要求1 设置原则P148 凡 容规 适用范围内的压力容器 均应装设安全泄放装置 安全阀或爆破片装置 安全阀不能可靠工作时 应装设爆破片装置 或采用爆破片装置与安全阀装置组合结构 压力容器最高工作压力低于压力源压力时 在通向压力容器进口管道上必须装设减压阀 压力表 液面计 校验 便于检修 2 选用要求 制造符合标准要求 排放要求 对易燃 毒性强度为极度 高度 中度危害介质的压力容器 应在爆破片的排出口装设导管 将排放介质引至安全地点 并进行妥善处理 不得排入大气 排放能力不得小于压力容器的安全泄放量 调整依据 以最大允许工作压力作为调整依据 应在设计文件和压力容器的铭牌上注明 压力表 液面计应根据介质 最高工作压力和温度 黏度等正确选用 第二节安全泻放量的计算 压力容器安全泻放装置的排放能力不小于压力容器的安全泻放量 压力容器的安全泻放量是指当压力容器出现超压时 为了保证其压力不再继续升高而在单位时间内必须泻放的气量 以保证压力容器安全运行 第三节安全阀 安全阀是一种超压防护装置 它是压力容器应用最为普遍的重要安全附件之一 一 工作原理安全阀基本上是由阀座 阀瓣和加载机构等三个部分组成 二 基本要求 必须是有质量保证的产品 即具有出厂随带的产品质量说明书 铭牌 动作灵敏 可靠 具有良好的密封性能 结构紧凑 调节方便 三 安全阀的结构型式和工作原理1 按整体机构及加载机构分为 弹簧式安全阀 杠杆式安全阀和脉冲式安全阀三种 2 按气体排放方式分为 全封闭式 半封闭式和开放式三种 3 按安全阀开启程度分为 全启式和微启式两种 四 安全阀的型号规格及主要性能参数1 安全阀的型号规格 型号标注方法及其含义 P174 2 主要性能参数 1 公称压力 2 开启高度 3 安全阀的排放量 五 安全阀的选用与安装P1711 安全阀的选用原则 1 制造单位应符合国家规定的要求 2 安全阀应有标牌 并标明主要技术参数 3 应根据容器的工艺条件和工作介质的特性等方面考虑 4 安全阀的排量必须不小于它的安全泄放量 5 根据使用条件选择安全阀 6 根据封闭机构 选择全启式 微启式安全阀 7 对有毒 易燃 危险介质的容器应选择封闭式安全阀 8 选用安全阀时 应注意它的工作压力范围 2 安全阀的安装要求 2 1新安全阀在安装前 应根据使用情况进行调试校验后才准安装使用 2 2安全阀必须垂直安装在压力容器液面以上气相空间部分 或装设在与气相空间相连的管道上 2 3安全阀与容器之间连接管和管件的通径应不小于安全阀的进口截面积 当装设两个以上安全阀时 则连接口的截面积 应至少等于这些安全阀的进口截面积的总和 2 4安全阀与容器间一般不宜装设截止阀 但对于易燃 有毒介质的容器为便于安全阀更换 可装一只截止阀 截止阀的流通面积不得小于安全阀的最小流通面积 并保证在运行中截止阀全开 2 5装设排放导管的安全阀 排放导管的内径应不小于安全阀的公称直径 2 6安装杠杆式安全阀时 必须使其阀杠严格保持在铅垂的位置 弹簧式安全阀 液化气安全阀高压安全阀 平行式安全阀 本阀门安装于液化石油气站罐泵出口的液相回流管道上 当泵前压力超过规定值时 阀门自动开启并起安全回流作用 保证设备和管路的安全运行 弹簧微启式安全阀 A27H A28型适用于工作温度 200 的水 空气 蒸气等介质的设备或管路上 A27Y适用于工作温度 200 有腐蚀性介质的设备或管路上 作为超压保护装置 空压机安全阀 杠杆式安全阀 可用于锅炉汽包 介质可以是饱和蒸汽 使用双环控制起跳 回座性能 系统压力 96 整定压力时仍可保证密封 可使用法兰或焊接入口 尺寸有2 5K6 2 5K26 3M6 3M26 4P28五种 整定压力 13 793 21 379MPag 工作温度为饱和蒸汽温度 脉冲式安全阀 脉冲式安全泄压阀是一种新颖结构的安全阀 主要用于石油天然气 化工 电力 冶金和城市燃气等领域 是受压设备 容器或管路上的最佳超压保护装置 其主要优点是变弹簧直接作用为导阀间接作用 提高了动作的灵敏度 而且主阀采用套筒活塞式 双重密封阀座结构 动作精度高 重复性好 回座快 不泄漏 能带高背压排放 工作等命长 工作稳定可靠 它还可在线调校 反复启跳排放后 仍然能自动回座 关闭严密 操作维护方便 第四节爆破片 一 爆破片的作用和适用范围爆破片是一种断裂型的超压防护装置 装设在一些不宜装设安全阀的压力容器上 当容器内的压力超过正常工作压力并达到设计压力是即自行爆破 使容器内的气体经爆破片断裂后形成的流出口向外排出 避免容器本体发生爆炸 是一种安全阀的代用装置 以下三种情况下应装设爆破片 1 压力容器内的介质为易于结晶或聚合时 2 压力容器内的压力由于化学反应或其它原因迅速上升 装设安全阀难以及时排除过高的压力 3 压力容器内的介质为剧毒气体或不允许微量泄漏的气体 安全阀难以保证时应采用爆破片 二 爆破片的结构型式 爆破片主要由一块很薄的膜片和一副夹盘组成 常用的防爆片组合件有5种型式 1 剪切型 切破型 2 弯曲型 碎裂式 3 正拱普通拉伸型 破裂式 4 正拱开缝型 5 反拱型 失稳型 压缩型 爆破片装置应符合GB567 爆破片与爆破装置 的要求 爆破片的最低标定爆破压力与工作压力的比值 应根据爆破片的不同型式来确定 通常比最大工作压力略大 爆破片图片 产品外观质量要求P189装设要求P190更换P191 正拱开缝型爆破片及夹持器 三 爆破片的选用压力容器应根据介质的性质 工艺条件及载荷特性等选用爆破片 1 要考虑介质在工作条件下对膜片有无腐蚀作用 对腐蚀性介质 宜采用正拱开缝型爆破片 如果介质是可燃气体 则不宜选用铸铁或碳钢等材料制造的膜片 以免膜片破裂时产生火花 2 脉动载荷或压力大幅度频繁波动的压力容器 应选用反拱型或弯曲型爆破片 3 为防止膜片金属在高温下产生蠕变 使它在低于设计爆破压力时即爆破 要求膜片的最高使用温度必须高于介质的温度 四 装设与更换1 爆破片装置与容器的连接管应为直管 通道面积不得小于膜片的泄放面积 2 对易燃 毒性强度为极度 高度 中度危害介质的压力容器 应在爆破片的排出口装设导管 将排放介质引至安全地点 并进行妥善处理 不得排入大气 3 爆破片应与容器液面以上的气相空间相连 其中普通正拱型爆破片也可安装在正常液面以下 4 爆破片装置应定期进行更换 对于超过最大设计爆破压力而未爆破的爆破片应立即更换 在苛刻条件下使用的爆破片装置应每年更换 一般爆破片装置应在2 3年内更换 第五节压力表和液面计 一 压力表 压力容器以及需要控制压力的设备都必须装压力表 压力表有液柱式 弹性元件式 活塞式和电量式四大类 1 压力表的结构和工作原理1 1 单弹簧管式压力表 分为扇形齿轮式和杠杆式两种 这种压力表具有结构坚固 不易泄漏 准确度较高 安装使用方便 测量范围较宽 价格低廉等优点 是使用最广泛的压力表 1 2 波纹平膜式压力表 2 压力表的选用2 1选用压力表必须与压力容器内的介质相适应 2 2压力表的量程 压力表的最大量程最好选用压力容器工作压力的1 5 2 5倍 2 3压力表的精度 应根据容器的压力等级和实际工作需要确定 低压容器使用的压力表精度不应低于2 5级 中压 高压容器使用的压力表精度不应低于1 5级 2 4压力表的表盘直径 一般不应小100mm 距离超过2米时 不应小于150mm 距离超过5米时 不应小于250mm 3 压力表的安装3 1装设位置应便于操作人员观察和清洗 3 2为了便于更换和校验 应在压力表与容器之间设置三通旋塞阀或针形阀 3 3用于蒸汽介质的压力表 要考虑高温介质的影响 在压力表与容器之间应装有存水弯管 3 4用于腐蚀性介质的压力表 应考虑腐蚀介质的影响 在压力表与容器之间应装设有隔离介质的缓冲装置 3 5在压力表表盘上应标出警戒红线 4 压力表的维护4 1压力表应保持清洁 玻璃要明亮清晰 4 2压力表连接管要定期吹洗 以免堵塞 4 3压力表必须按规定进行定期校验 每半年一次 压力表的工作原理是测量系统中的弹簧管在被测介质的压力作用下 迫使弹簧管之末端产生相应的弹性变形 位移 借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予放大 由固定于齿轮轴上的指示指针 连同触头 逐将被测值在度盘上指示出来 与此同时 当其与设定指针上的触头 上限或下限 相接触 动断或动合 的瞬时 致使控制系统中的电路得以断开或接通 以达到自动控制和发信报警的目的 二 液位计 液位计是用来测量液化气体或物料的液位 流量 装量 投料量等的一种计量仪表 一 液位计的型式及结构1 1 玻璃管式液位计 1 2 玻璃板式液位计 1 3 浮球液位计 1 4 旋转管式液位计 1 5 滑管式液位计 二 对液位计的安全技术要求1 液位计要求结构简单 安全可靠 测量准确 液位指示明显醒目 操作维修方便 2 在刻度盘上应标出最高 最低液位警告红线 3 应安装在便于操作人员观察的地方 4 对于盛装易燃易爆或剧毒 有毒介质的液化气体的容器 应采用板式玻璃液位计 5 液化气体槽车应使用磁力式 拉杆式 浮球式液位计等 不得采用玻璃管式或玻璃板式液位计 第六节其他附件 一 温度计1 常用温度计形式及工作原理1 1 膨胀式温度计 压力容器中常用玻璃水银温度计和电接点水银温度计两种 测量范围为 200 700 1 2 压力式温度计 分指示式和记录式两种 测量范围为0 300 1 3 热电偶温度计 测量范围为0 1600 1 4 热电阻温度计 测量范围为 200 500 1 5 辐射式温度计 测量范围为600 2000 2 对温度计的安全使用要点2 1 应选择合适的测温点 2 2 温度计的温包应尽量伸入压力容器内 2 3 进行温度测量时应考虑滞后效应 2 4 温度计应安装在便于工作 不易碰撞 少振动的地方 2 5 新装温度计应经国家计量部门鉴定合格 并进行定期检验 每年一次 二 常用的阀门1 截止阀 2 节流阀 3 止回阀 常用的止回阀有升降式和摆动式两种 4 减压阀 常用的减压阀有弹簧式 杠杆式 薄膜式 活塞式和波纹管式等 5 紧急切断阀 按切断方式分为油压式 气动式 电动式和手动式四种类型 6 过流阀 7 闸阀 1 截止阀 法兰截止阀电动截止阀 截止阀工作原理图 截止阀属于强制密封式阀门 在阀门关闭时 必须向阀瓣施加压力 使密封面不泄漏 当介质由阀瓣下方进入阀门时 操作力需克服的阻力 是阀杆和填料的摩擦力与由介质的压力所产生的推力 关阀门的力比开阀门的力大 所以阀杆的直径要大 否则会发生阀杆顶弯的故障 近年来 从自密封的阀门出现以后 截止阀的介质流向就改由阀瓣上方进入阀腔 这时 在介质压力作用下 关阀门的力小 而开阀门的力大 阀杆的直径可以相应地减小 同时 在介质作用下 这种形式的阀门也较严密 我国阀门 三化组 曾规定 截止阀的流向 一律采用自上而下 截止阀开启时 阀瓣的开启高度 为公称直径的25 30 时 流量已达到最大 表示阀门已达全开位置 所以截止阀的全开位置 应由阀瓣的行程来决定 2 节流阀 节流阀的作用是调节流量和压力 节流阀的结构形状节本同于截止阀只是关闭件有差异 节流阀是通过锥形 或抛物线形 启闭件随阀杆的升降改变流道的通流面积 从而达到调节流量和压力的目的 节流阀的特点是 启闭时通流截面的变化比较缓慢 调节性能好 由于流体通过阀瓣和阀座时流速较大 易冲蚀密封面 密封性能差 所以不可做为截断阀用 同时由于调节精度不高 故也不能作为调节阀用 3 止回阀 止回阀启闭件靠介质流动的力量自行开启或关闭 以防止介质倒流的阀门叫止回阀 止回阀属于自动阀类 主要用于介质单向流动的管路上 只允许介质向一个方向流动 以防止发生事故 升降式止回阀选用于公称压力PN1 6 6 4MPa 工作温度 29 550 的石油 化工 火力电站等各种工况的管路上 适用介质为 水 油品 蒸汽等 4 减压阀 通过调节调节弹簧压力设定出口压力 利用膜片传感出口压力变化 通过导阀启闭驱动活塞调节主阀节流部位过流面积的大小 实现减压稳压功能 主要用于蒸汽管路 起减压稳压作用 5 紧急切断阀 防爆气动紧急截断阀 紧急切断阀又叫做安全切断阀 是新型的燃气管道工程的安全配套装置 主要应用于以下场合 1 与可燃气体泄漏监测仪器联接 当仪器检测到可燃气体泄漏时 自动快速关闭主供气阀门 切断燃气的供给 及时制止恶性事故的发生 2 与热力设备的极限温度 压力 安全控制器联接 当设备内检测点的温度 压力 超过设定的极限数值时 自动快速关闭供气阀门 停止燃料的供给 3 与高层建筑的中央消防报警系统联接 当大厦发生火警时 自动切断大厦内的燃气供应 防止煤气爆炸的发生 4 在城市或工厂的燃气供应管网内设置ZCR燃气紧急切断阀 可在中央控制室内集中控制 远程遥控紧急关闭事故现场的管线供气 ZCRB 16C燃气紧急切断阀 6 过流阀 美国REGO过流阀 日本MSEFV F过流阀 7 闸阀 第六章定期检验 压力容器的主要工作条件特征 1 容器使用温度和压力波动大 并要频繁地加载和卸压 使容器器壁受到较大的交变应力 因此 易产生疲劳裂纹 2 某些介质对器壁的腐蚀作用 使容器器壁减薄而强度降低 3 高温容器因长期承受高温 高压作用而产生蠕变 4 由于安装不当 基础下沉 偏斜而产生的附加应力的影响 5 压力容器停用时封存不好 维护保养不当 以及制造缺陷的残余应力等 都是隐患 压力容器的定期检验 是指在压力容器的设计使用期限内 每隔一定的时间 即采用适当有效的方法 对它的承压部件和安全装置进行检查或做必要的试验 第一节目的和要求 压力容器在使用过程中 由于长期承受压力和其他载荷 有的还要受到腐蚀介质的腐蚀 或在高温 深冷的工艺条件下工作 容器的承压部件难以避免地会产生各式各样的缺陷 这些缺陷 有的是在运行中产生的 有的是原材料或制造中的微型缺陷发展而成的 如果不能及早发现并采取一定的措施消除这些缺陷 任其发展扩大 必将在继续使用过程中发生断裂破坏 导致严重的爆炸事故 只有通过定期检验 才能及早发现并消除缺陷 或者使缺陷的扩展控制在安全所允许的限度之内 实行定期检验 是及早发现缺陷 消除隐患 保证压力容器安全运行的一项行之有效的措施 通过定期检验 能达到以下三方面的目的 1 了解压力容器的安全状况 及时发现问题 及时修理和消除检验中发现的缺陷 或采取适当措施进行特殊监护 从而防止压力容器事故的发生 保证压力容器在检验周期内连续地安全运行 2 检查验证压力容器设计的结构 形式是否合理 制造 安装质量是否可靠 以及缺陷扩展情况等 3 及时发现运行管理中的问题 以便改进管理和操作 因此 为了防止事故的发生 确保压力容器安全经济运行