压力容器安全重点.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 压力容器按容器的壁厚分为薄壁容器和厚壁容器；按承压方式分为内压容器和外压容器；按工作壁温分为高温容器，常温容器和低温容器；按壳体的几何形状分为球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器和轮胎形容器等；按制造方法分为焊接容器、锻造容器、铸造容器和铆接容器；按制造材料分为钢制容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器。从安全管理和技术监督的角度，分为固定式容器和移动式压力容器移动式容器 是一种贮存容器，用于装运永久气体、液化气体和溶解气体，如气瓶、气桶和槽车等。固定式容器分类1、按压力分类 压力容器的设计压力（p）划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级： (1)低压(代号L) 0.1MPap1.6MPa； (2)中压(代号M) 1.6MPap10.0MPa； (3)高压(代号H) 10.0MPap100.0MPa； (4)超高压(代号U) p100.0MPa。2、按用途分类(1)反应压力容器（代号R）(2)换热压力容器（代号E）(3)分离压力容器（代号S）(4)储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）3.综合分组1）介质分组 压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体或者最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。 第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体 第二组介质：除第一组以外的介质2） 介质危害性极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3；高度危害最高容许浓度0.11.0 mg/m3; 中度危害最高容许浓度1.010.0 mg/m3; 轻度危害最高容许浓度大于或者等于10.0 mg/m3。压力容器的主要部件是一个能承受压力的壳体及其他必要的连接件和密封件，常见结构是球形和圆筒形壳体，一般由筒体、封头（端盖）、法兰、接管、人（手）孔、支座等部分组成。圆筒形容器由一个圆筒体和两端的封头(端盖)组成。 （一）薄壁圆筒壳： 中、低压容器的筒体为薄壁(其外径与内径之比不大于1.2)圆筒壳。除了直径较小者采用无缝钢管外，一般都是焊接结构，即用钢板卷成圆筒后焊接而成。直径小的圆筒体只有一条纵焊缝；直径大的可以有两条甚至多条纵焊缝。同样，长度小的圆筒体只有两条环焊缝，长度大的则有多条。圆筒体有一个连续的轴对称曲面，承压后应力分布比较均匀。由于圆筒体的周向(环向)应力是轴向应力的两倍，所以制造圆筒时一般都使纵焊缝减至最少。(二)厚壁圆筒壳单层筒体、多层板筒体和绕带式筒体。封头：在中、低压压力容器中，与筒体焊接连接而不可拆的端部结构称为封头，与筒体以法兰等连接的可拆端部结构称为端盖。凸形封头、锥形封头和平板封头。其中：平板封头在压力容器中除用做人孔及手孔的盖板以外，其他很少采用；凸形封头是压力容器中广泛采用的封头结构形式；锥形封头则只用于某些特殊用途的容器。凸形封头：半球形：几块大小相同的梯形球面板和顶部中心的一块圆形球面板组焊而成，厚度小，制造困难；蝶形：球面、圆筒体和过渡圆弧，压力低，直径大椭球形：标准型长短轴之比为2，应用广泛；无折边球形：深度很小的球面壳体，直径小，压力低。无折边球形封头是一块深度很小的球面壳体（球缺它与筒体连接处结构不连续，存在很高的局部应力，一般只用于直径较小、压力很低的低压容器上。箱形结构可分为正方形结构和长方形结构两种法兰联接是由一对法兰、一个垫片、数个螺栓和螺母组成。管法兰包括法兰盖共有七种类型，其中以板式平焊、带颈平焊和带颈对焊最为常用。管法兰的密封面共有突面、凹凸面、榫槽面、全平面和环连接面五种形式。 合金元素在钢中的作用（1）强化作用 （2）细化晶粒韧化作用 （3）耐蚀作用 压力容器的设计参数主要有设计压力、设计温度、许用应力、减弱系数和附加壁厚等。在有效补强范围内，补强需要面积的2/3应布置在离孔边缘d/4的范围内压力容器强度设计中经常涉及的是第一、第三及第四强度理论1第一强度理论 也叫最大拉应力强度理论。该理论认为，无论材料处于什么应力状态，只要发生脆性断裂，其共同原因都是由于构件内的最大拉应力1达到了极限值。相应的强度条件式为：S1 =1。压力容器通常是由塑性材料制成，一般不会发生脆性断裂，故不适合用第一强度理论进行失效控制。2. 第三强度理论 也叫最大剪应力强度理论。该理论认为，无论材料处于什么应力状态，只要发性屈服失效，其共同原因都是由于构件内的最大剪应力max达到了极限值。相应的强度条件式为：S3 =1-3。第三强度理论适用于塑性材料，与实验结果比较吻合，压力容器进行强度设计时，均采用第三强度理论。成形工艺主要有冲压、卷制、弯曲和旋压等。容器焊接顺序是先焊筒节纵缝，焊好后校圆，再组装焊接环缝。焊接方法：1焊条电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化的一种焊接方式。2埋弧焊是以一个（或多个）金属裸电极与工件之间形成的电弧，电弧在焊剂。3氩弧焊是利用氩气作保护气体的保护电弧焊4二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳作为保护气体的气体保护电弧焊。5等离子弧焊接是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行熔焊的方法。6电渣焊无损检测：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。发展过程中出现过三个名称，即：无损探伤（Non-destructive Inspection）、无损检测（Non-destructive Testing）、无损评价（Non-destructive Evaluation）。射线：检测焊接不连续性（包括裂纹、气孔、未熔合、未焊透及夹渣）以及腐蚀和装配缺陷。最宜检查厚壁体积性缺陷 优点：可获得永久记录，并且可以定位在物体内缺点：有辐射，不安全。射线检测的基本原理是利用强度均匀的X射线和 射线照射工件，使照相胶片感光。超声波：检测锻件的裂纹、分层、央杂；焊缝中的裂纹、气孔、央渣、未熔合、未焊透；型材的裂纹、分层、夹杂、折叠；铸件中的缩孔、气泡、热裂、冷裂、疏松、夹渣等缺陷及厚度测定 优点：对平面型缺陷十分敏感，易于携带，穿透力强缺点：要求被测的表面光滑；难于检测出细小裂纹；不适用于形状复杂或表面粗糙的情况。超声波检测按原理来分：有脉冲反射法、穿透法和共振法三种。目前用得最多的是脉冲反射法。断裂是指固体在机械力，热、磁、声响、腐蚀等单独作用或者联合作用下，使物体本身连续性遭到破坏，从而发生局部开裂或分裂成几个部分的现象，称断裂。 1）根据断裂性态 韧性断裂（也称为延性断裂）：构件在断裂前发生了显著的塑性变形；脆性断裂。构件在断裂前没有或仅有少量塑性变形。 2）按裂纹扩展路径 穿晶断裂，裂纹穿过晶内内部；沿晶断裂，裂纹沿晶界扩展。 3）按断口宏观取向 正断：断裂的宏观表面垂直于最大正应力方向，一般为脆性断裂；切断：断裂面大致与最大正应力方向呈45。 4）按受力状态 短时与长时断裂；冲击断裂；疲劳断裂。 5）按环境不同：低温冷脆断裂；高温蠕变断裂；延滞断裂（氢脆与应力腐蚀）；幅照和噪声损伤等。断口零件断裂的自然表面。压力容器承压部件的延性断裂是指其器壁材料发生破坏的形式属于韧性断裂。延性破裂的特征：金属材料的韧性断裂是显微空洞形成和长大的过程。1）破裂容器发生明显变形，如图6-32）断口呈暗灰色纤维状3）容器一般不是碎裂4）实际爆破压力接近计算爆破压力常见压力容器延性断裂事故1）液化气体容器充装过量2）压力容器在使用中超压3）设备维护不良以致壁厚减薄压力容器延性断裂事故的预防1）使用的压力容器必须按规定进行设计，承压部件必须经过强度验算。2）禁止将一般容器改成或当成压力容器使用，防止不承压的容器因结构或操作的原因在器内产生压力。 3）压力容器应按规定装设性能和规格都符合要求的安全泄压装置，并经常保持其处于灵敏可靠的状态。4）认真执行安全操作规程。5）作好压力容器的维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质与大气对设备的腐蚀，并经常保持防腐措施处于良好有效状态。6）严格定期检验制度。基本原因：脆性断裂都是在较低的应力水平下发生的。特征 1）容器没有明显的伸长变形 2）裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状3）容器常破裂成碎块4）破裂时的名义应力较低5）破坏多数在温度较低的情况下发生 基本条件一是构件存在缺陷，二是材料的韧性差。 预防 1）减少部件结构及焊缝的应力集中2）确保材料在使用条件下具有较好的韧性3）消除残余应力4）加强对设备的检验疲劳断裂1）存在较高的局部应力 2）存在反复的载荷所谓交变载荷是指载荷的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化的一类载荷。特征1）部件没有明显的塑性变形2）破裂断口存在两个区域 3）设备常因开裂泄漏而失效4）部件在多次承受交变载荷后断裂 预防1）在保证结构静载强度的前提下，选用塑性好的材料。2）在结构设计中尽量避免或减小应力集中。3）在运行中尽量避免反复频繁地加载和卸载，减少压力和温度波动。4）加强检验，及时发现和消除结构缺陷。5）对于可能存在多次的反复载荷以及局部应力较高的承压部件，可考虑作疲劳设计。应力腐蚀又称腐蚀裂开，是金属构件在应力和特定的腐蚀性介质共同作用下导致脆性断裂的现象，叫应力腐蚀断裂。特点1）引起应力腐蚀的应力必须是拉应力，且应力可大可小。 2）纯金属不发生应力腐蚀破坏，但几乎所有的合金在特定的腐蚀环境中，都会产生应力腐蚀裂纹。 3）产生应力腐蚀的材料和腐蚀性介质之间有选择性和匹配关系。 4）应力腐蚀是一个电化学腐蚀过程。特征1）断口平齐，没有明显的塑性变形，断裂方向与主应力垂直。突然脆断区断口，常有放射花样或人字纹。 2）应力腐蚀是一种局部腐蚀，其断口一般可分出裂纹扩展区和瞬断区两部分，前者颜色较深，有腐蚀产物伴随，后者颜色较浅且洁净。 3）应力腐蚀断裂一般为沿晶断裂，也可能是穿晶解理断裂。裂纹形态有分叉现象，呈枯树枝状，由表面向纵深方向发展，裂纹的深宽比很大。 4）引起断裂的因素中均有特定介质及拉伸应力。过程 孕育阶段裂纹亚稳扩展阶段裂纹失稳扩展阶段预防1）选用合适的材料，尽量避开材料与敏感介质的匹配； 2）在结构设计中避免过大的局部应力； 3）采用涂层或衬里； 4）在制造中采用成熟合理的焊接工艺及装配成形工艺，并进行必要合理的热处理，消除焊接残余应力及其他内应力；5） 应力腐蚀常对水分及潮湿气氛敏感，使用中应注意防湿防潮。高温部件蠕变断裂的常见原因 选材不当 结构不合理，使部件的部分区域产生过热；制造时材料组织改变，抗蠕变性能降低。预防1）在设计部件时，根据使用温度选用合适的材料，并按该材料在使用温度和需要的使用寿命下的许用应力选取相应强度指标。 2）合理进行结构设计和介质流程布置，尽量避免承受高压的大型容器直接承受高温，避免结构局部高温及过热。 3）采用合理的焊接、热处理及其他加工工艺，防止在制造、安装、修理中降低材料的抗蠕变性能。 4）严格按规定的操作规程运行设备，防止总体或局部超温超压从而降低蠕变寿命。 狭义的本质安全是指机器、设备本身所具有的安全性能。当系统发生故障时，机器、设备能够自动防止操作失误或引发事故，即使由于人为操作失误，设备系统也能够自动排除、切换或安全地停止运转，从而保障人身、设备和财产的安全。 广义的本质安全指“人机环境管理”这一系统表现出的安全性能。简单来说，就是通过优化资源配置和提高其完整性，使整个系统安全可靠。本质安全理念认为，所有事故都是可以预防和避免的。1.人的安全可靠性。不论在何种作业环境和条件下，都能按规程操作，杜绝“三违”，实现个体安全；2.物的安全可靠性。不论在动态过程中，还是静态过程中，物始终处在能够安全运行的状态；3.系统的安全可靠性。在日常安全生产中，不因人的不安全行为或物的不安全状况而发生重大事故，形成“人机互补、人机制约”的安全系统；4.管理规范和持续改进。通过规范制度、科学管理，杜绝管理上的失误，在生产中实现零缺陷、零事故。 压力容器安全贯穿于压力容器的设计、制造、安装、使用、维护、检验、修理、改造及报废环节之中，其生命周期的每一环节都与安全有关。一个环节出现漏洞，都会为其安全使用埋下隐患或直接造成事故。必须对压力容器实行生命周期的全过程管理。 1.压力容器设计与制造管理 压力容器发生事故的直接原因一般有两种，即容器本身的不安全因素和操作人员的不安全行为，而容器本身的不安全因素主要源于设计和制造过程。因此，为保证压力容器的质量，减少容器本身的不安全因素，在容器设计和制造两个过程的各个环节上，需要加强全面的质量和安全管理，尽可能地消除影响压力容器质量的各种因素。（1）压力容器的设计管理压力容器 设计单位的资格与审批 压力容器设计文件管理 （2）压力容器的制造管理 压力容器的制造工艺管理 压力容器制造单位的资格与审批 压力容器制造产品质量的管理和监督 2. 压力容器安全使用管理（1）平稳操作（2）防止过载（3）发现故障，紧急停车。（4）制定合理的安全操作规程3. 压力容器安全运行管理 4在役压力容器的定期检验 5. 压力容器的维护保养6. 压力容器的修理与改造 7. 停用与判废的处理 压力容器事故分类 压力容器事故是根据事故造成的人员伤亡、直接经济损失、中断运行时间、受事故影响人数等情况，划分为特别重大事故、重大事故、较大事故和一般事故四级。压力容器特别重大事故，有下列情形之一的：事故造成30人以上死亡，或者100人以上重伤（包括急性工业中毒，下同），或者1亿元以上的直接经济损失的；压力容器有毒介质泄漏，造成15万人以上转移的。 压力容器重大事故，有下列情形之一的：