压力容器管理.docx
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1、压力容器管理一、压力容器的知识(一)压力容器的基本概念和基本参数1、压力容器的定义条例规定,压力容器的定义是: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(Pw)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i.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低 于60C的液体的气瓶;医用氧舱等。2、压力容器的范围依据压力容器安全技术监察规程的规定3、压力容器工艺参数压力容
2、器的工艺参数是由生产的工艺要求确定的,是进行压力容器设计和安全操作 的主要依据。压力容器的主要工艺参数为压力、温度和介质。A、压力:分为设计压力、最高工作压力、公称压力。B、温度:分为设计温度和使用温度。C、介质:压力容器的介质繁多,千差万别,按介质的物态可分为液态、气态和气 液共存;也可分为不燃、可燃、易燃、易爆介质等;也可按介质的毒性程度分类。按介 质毒性程度的分类方法将其毒性程度分为极度危害、高度危害、中度危害和轻度危害。 介质毒性程度不同时,其最高允许浓度不同。4、压力容器的组成从设备整体角度看,压力容器分成壳体、支座、内件和安全附件等几部分。而仅对 压力容器本身来说,一般可将压力容器
3、分成筒体、封头、开孔补强、接管和法兰、安全 附件、支座和密封等几部分。在进行压力容器的安全管理过程中,经常用到主要受压元件的概念。主要受压元件 是指压力容器的筒体、封头(端盖)、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补 强圈、设备法兰;球罐的球壳板;换热器的管板和换热管;M36以上的设备主螺栓及 公称直径大于等于250mm的接管和管法兰等受压元件。5、压力容器的使用特征压力容器是各行各业广泛使用的,同时具有爆炸危险的特种设备,它具有以下几个 使用特征:(1)生产工艺要求高:许多压力容器使用单位,特别是石油、化工等行业,生产 线长,容器种类多、数量多,同时相互制约,而且连续性生产多,随着生产的
4、发展、科 技的进步,集中控制、自动调节应用日趋广泛,对设备运行的可靠性要求愈来愈高。(2)使用条件比较恶劣:为适应生产工艺的需要,压力容器要承受一定的压力, 甚至是较高的压力,有时由于间歇式操作或交替加入不同介质的原因,要承受压力的大 幅度波动。压力容器也要承受一定的温度,一些压力容器需要在-20C以下的低温状态 工作,也在一些压力容器需要在450C以上的高温状态工作,间歇式操作的容器以及一 些加热、冷却交替进行的容器还要受到温度大幅度变化的影响。此外,压力容器还受到 介质对它的腐蚀影响,一些不易扩散的介质会因微量泄漏造成集聚,在静电火花等触发 下会引起燃烧、爆炸等。(3)载荷种类多:由于压力
5、容器工作条件特殊性,它承受的载荷是多方面因素引 起的,概括起来主要有:介质压力的载荷、液体的静压力、容器自重(包括内件、填料 等)以及正常条件下或试验条件下内装物料的重力载荷、装于容器上的附属设备及隔热 材料、衬里、管道、扶梯、平台等重量引起的重力载荷、风载荷、雪载荷及地震载荷, 尤其是室外安装的高大塔器类设备、其他因素引起的载荷:容器支座的作用反力; 温差引起的载荷,特别是间歇操作的容器、交替使用冷、热介质的容器,各部分温度不 同,同时受邻近部件的约束不能自由伸缩造成的载荷;连接管道及其他部件的振动引 起的载荷;容器在运输或吊装承受的载荷。(4)操作要求高:压力容器的运行情况主要依靠仪表监视
6、,温度、压力的变化往 往在瞬间发生且影响因素多,一旦操作失误,就会发生事故,严重时会导致爆炸事故的 发生。6、保证压力容器安全的重要性压力容器是工业生产中的常用设备:使用广泛、用途广、数量大;压力容器是容易 发生破坏事故的特种设备:事故率高、爆炸可能造成严重破坏,压力容器一旦发生爆炸, 不仅仅是设备本身遭到毁坏,而且常常会破坏周围的设备及建筑物。甚至产生连锁反应, 酿成灾难性事故。(二)压力容器的分类1、按压力容器的设计压力(P)分类:有低压容器、中压容器、高压容器、超高 压容器。2、.按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分类:有反应压力容器、换热压力容 器、分离压力容器、储存压力容器。3、按
7、压力容器安全技术监察规程的规定分类:根据压力容器操作压力、介质 危害程度、容器功能、结构特性、材料和对容器安全性能的综合影响程度等,将适用范 围内的压力容器划分为三类。4、特种设备目录中压力容器的分类国家质检总局制定的特种设备目录将压力容器作为特种设备的一个种类,分成固定 式压力容器、移动式压力容器、气瓶、氧舱、压力容器附件、压力容器材料等5个类别; 压力容器材料分为压力容器用钢板、气瓶用钢板和气瓶用钢管等3个品种。(三)压力容器的主要安全附件受容规管辖的压力容器安全附件包括:安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、 压力表、液面计、测温仪表、快开门式压力容器的安全联锁装置。除以上七类以外,安 全附
8、件通常还包括易熔塞装置、具有特殊功能的阀门等。1. 压力容器安全附件分类按照主要功能分类,压力容器安全附件可以分为三类:(1).显示装置,如压力表、温度计、液位计、流量计等。(2).控制或控制显示装置,如各种电接点式温度计、电接点式压力表等。(3).安全泄放装置,最为常见的是安全阀和爆破片的组合。2、压力容器主要安全附件介绍(1)安全阀安全阀都由两个机构组成,即密封结构和加载机构,密封结构一般由阀座和阀瓣构 成,加载机构的作用就是产生使阀瓣压紧阀座形成密所需要的作用力。根据加载机构不 同以及特殊功能,将安全阀分成以下几种类型:重力式安全阀(图1、2)、杠杆式安全 阀(图3)、弹簧式安全阀(图4
9、)安全阀安装的要求如下:, -1L -御睇 2阀芯 3艇体a. 安全阀应垂直安装,压力容器与 .,,.:,安全阀之间的连7丽整娜榨8 外革沼,蛾紧蝴吟接管和管件的通孔,其截面积不得小于 ”,土安全阀的进口截 面积,其接管应尽量短而直。c. 压力容器一个连接口上装设两个或两个以上的安全阀时,则该连接口人口的截 面积,应至少等于这些安全阀的进口截面积总和。d. 安全阀与压力容器之间一般不宜装设截止阀门。为实现安全阀的在线校验,可 在安全阀与压力容器之间装设爆破片装置。对于盛装毒性程度为极度、高度、中度危害 介质,易燃介质,腐蚀、粘性介质或贵重介质的压力容器,为便于安全阀的清洗与更换, 经使用单位主
10、管压力容器安全的技术负责人批准,并制定可靠的防范措施,方可在安全 阀(爆破片装置)与压力容器之间装设截止阀门。压力容器正常运行期间截止阀必须保证 全开(加铅封或锁定),截止阀的结构和通径应不妨碍安全阀的安全泄放。e. 安全阀装设位置,应便于检查和维修。新安全阀在安装之前,应根据使用情况进行调试后,才准安装使用。安全附件实行 定期检验制度。安全阀一般每年至少应校验一次,拆卸进行校验有困难时应采用现场校 验(在线校验)。对易燃介质或毒性程度为极度、高度或中度危害介质的压力容器,应在安全阀或爆 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,不得直接排人大 气。安全阀有下列情况之一时,
11、应停止使用并更换:a. 安全阀的阀芯和阀座密封不严且无法修复。b. 安全阀的阀芯与阀座粘死或弹簧严重腐蚀、生锈。c. 安全阀选型错误。安全阀的材料、设计、制造、检验、安装、使用、校验和维修等,应当严格执行安 全阀安全技术监察规程。(2)爆破片(帽)装置爆破片装置通常由爆破片和夹持器组成。爆破片又称为爆破膜或防爆膜,由金属或 非金属材料做成,可以是韧性的,也可以是脆性的,在指定的温度下具有标定爆破压力。 爆破片结构一般有平板型、普通正拱形、开缝正拱形、反拱形四种基本类型。爆破片装置应进行定期更换,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
12、破片装置应在23年内更 换(制造单位明确可延长使用寿命的除外)爆破片装置应符合GB567爆破片与爆破片装 置的要求。(3)压力表压力表的校验和维护应符合国家计量部门的有关规定。压力表安装前应进行校验, 在刻度盘上应划出指示最高工作压力的红线,注明下次校验日期。压力表校验后应加铅 封。(4)液位计液位计是用来观察和测量容器内液位位置变化情况的仪表。对液位有严格要求的容 器,特别是对于盛装液化气体的容器,液位计是一个必不可少的安全装置。液位计有玻 璃管式、玻璃板式、浮球磁力式、旋转管式、滑管式等型式。液面计应安装在便于观察的位置,液位计的定期检修可根据运行实际情况,规定检 修周期,但不应超过压力容
13、器内外部检验周期。(5) 测温仪表测温仪表是用来测量物质冷热程度的装置,温度计可分为膨胀式、压力式、热电阻、 热电偶式四种类型。测温仪表应按使用单位规定的期限进行校验。(6) 快开门式压力容器的安全联锁装置必须严加监管。容规第47条规定:快开门式压力容器的快开门(盖)应设计安全 联锁装置并应具有以下功能:当快开门达到预定关闭部位方能升压运行的联锁控制功能。当压力容器的内部压力完全释放,安全联锁装置脱开后,方能打开快开门的联锁联 动功能。具有与上述动作同步的报警功能。原先没有装设连锁装置的快开门式压力容器必须在装设连锁装置后才能使用,否则 不得投入使用。3、压力容器安全附件的选用要求(1) .安
14、全附件的设计、制造,应符合相应国家标准、行业标准的规定。使用单位必 须选用有制造许可证单位生产的安全附件;出现以下情况之一的,不得使用: 无产品合格证和铭牌的; 性能不符合要求的; 逾期未检查、未校验的; 爆破片(帽)超过使用期限的。(2) .安全阀、爆破片、易熔塞的排放能力必须大于等于压力容器的安全泄放量。(3) .对易燃、毒性程度为极度、高度或中度危害介质的压力容器,应在安全阀或者 爆破片的排出口装设导管,将排放介质引导安全地点,进行妥善处理,不得直接排入大 气。(4) .压力容器设计时,如采用最大允许工作压力作为安全阀、爆破片的调整依据时, 应在设计图样上和压力容器铭牌上注明,选用安全附
15、件时首先应察看设计图上的有关要 求。(5) .压力容器的压力表、液位计等应根据介质特性、最高工作压力等条件选择正确 的公称压力、材质、型号。(6) .应在设计图纸规定的位置装设安全附件。装设安全阀的管座应有足够的强度以 承受泄放时产生的反作用力;装设压力表、温度计等显示型安全附件除了需要安装在正 确位置之外,还要便于检查和维修。二、压力容器的安全知识(一)压力容器的安全知识1. 压力容器运行特性压力容器是在特殊条件下运行的特种设备,所谓特殊条件,主要是指压力、温度等 介质的物理特性,以及介质的化学特性。(1) 介质的物理特性:是指介质与压力、温度相关的物理特性,如热胀冷缩,三种物 理状态(气态
16、、液态、固态)等。(2) 介质的化学特性:主要指易燃易爆特性、毒性、腐蚀性等。易燃易爆特性可分: 可燃、易燃、惰性和助燃四种,毒性介质可分为:极度危害、高度危害、中度危害、轻 度危害。2. 对压力容器的基本要求有:强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性等等。3. 压力容器的失效(1) .失效的定义压力容器失效既包括爆炸、破裂及泄漏等,也包括容器的过度变形、膨胀、局部鼓 胀、严重腐蚀、产生较大裂纹、裂纹的疲劳扩展或腐蚀扩展、高温下过度的蠕变变形、 几何形状受压失衡变形、金属材料长期使用的变形等。因此凡因安全问题导致容器不能 发挥原有效能的现象均为失效。(2) .压力容器的破坏形式通常将压力容器的破坏
17、形式分为韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂、蠕变 破裂、复合型破裂。(3) 容器破裂爆炸及其危害知识简介 .爆炸的定义爆炸,从广义上说,是指一种极其迅速的、物理的或化学的能量释放过程。在这一 过程中,系统的内在势能转变为机械能及光和热的辐射等。压力容器破裂时,容器内高 压气体解除了外壳的约束,迅速膨胀并以很高的速度释放出内在能量。这就是通常所说 的物理爆炸现象。 .容器破裂爆炸的危害容器破裂时,气体膨胀所释放的能量,一方面使容器进一步开裂,并使容器或其所 裂成的碎片以较高的速度向四周飞散,造成人身伤亡或撞坏周围的设备等。另一方面, 它的更大一部分对周围的空气作功,产生冲击波,冲击波除能直接
18、伤人外,还可以摧毁 厂房等建筑物,产生更大的破坏作用。如果容器的工作介质是有毒的气体,则随着容器的破裂,大量的毒气向周围扩散, 产生大气污染,并可能造成大面积的中毒区。更严重的是容器内盛装的是可燃液化气体, 在容器破裂后,它立即蒸发并与周围的空气相混合形成可爆性混合气体,遇到容器碎片 撞击设备产生的火花或高速气流所产生的静电作用,会立即产生化学爆炸,即通常所说 的容器二次爆炸。它产生的高温燃气向周围扩散,并引起周围可燃物燃烧,会造成周围 可燃物燃烧,会造成大面积的火灾区。 .气体爆炸时的冲击波压力容器破裂时气体爆炸的能量除了很少一部分消耗于容器进一步撕裂和将容器或其 碎片抛出以外,大部分产生冲
19、击波。在爆炸中心附近,空气冲击波波阵面上的超压AP可以达到一个多兆帕。在这样高 的压力下,建筑物将被摧毁,设备、管路等均会遭到严重破坏。即使是在0.1MPa内的 冲击波也具有很大的破坏作用,0.005MPa超压就可以使门窗玻璃碎。 .容器破裂爆炸引起的其它危害A、碎片的破坏作用压力容器破裂时,气体高速喷出的反作用力可以把整个壳体向破裂的相反方向推 出,有些壳体则可能裂成大小不等的碎块或碎片向四周飞散。这些具有较高速度或较大 质量的碎片在飞出的过程中具有较大的动能,也可以造成较大的危害。B、有毒液化气体容器破裂时的毒害区介质为液化气体的压力容器,破裂时会产生激烈的蒸汽爆炸,这在上面已经讨论过 了
20、。在压力容器所盛装的液化气体中,有很多是有毒的物质,如液氨、液氯、二氧化硫、 二氧化氮、氢氤酸等。盛装这些有毒液化气体的容器破裂时,大量液体被蒸发气体,并 在空气中扩散,会造成大面积的毒害区,这在国内外都不是罕见的。例如1951年1月, 日本大板府某制冰厂一台小冷冻机用的氨受液器,直径仅有560mm,容积0.6m3。因 封头焊缝开裂,发生蒸汽爆炸,结果在直径为80m的范围内充满着浓度很高的氨气。 由于该容器置于路旁,使过路行人大部分中毒,死亡6人,轻重伤11人。C、可燃液化气体容器破裂时的燃烧区有这些压力容器,特别是大型贮罐,盛装的是可燃液化气体,如液化石油气等。这 些容器破裂时,器内的液化气
21、体大量蒸发,并与周围的空气混合,遇到适当条件常常在 器外发生燃烧爆炸,酿成重大的火灾事故。这种由于可燃液化气体贮罐破裂引起的火灾, 危害之大,损失之重是惊人的,而且还常有发生。一个民用液化石油气瓶(15kg)破裂时,其燃烧范围至少可达20m。一个10T的 液化石油气贮罐破裂爆炸,燃烧范围至少可达170m。(二)典型案例分析1.1986.3.15上海石化总厂化工一厂换热器爆炸事故事故概况受上海石化化工总厂化工一厂的委托,核工业部第五安装公司,于1986年3月15 日对化工一厂的换热器进行气密性试验。16时35分,气压达到3.5MPa时突然发生爆 炸,试压环紧固螺栓被拉断,螺母脱落,换热器管束与壳
22、体分离,重量达4t的管束从 原地冲出8m后,撞到载有空气压缩机的黄河牌载重卡车上,卡车被推移2.3m,管束 从原地冲出8m,重量达2t的壳体向反方向飞出38.5m,撞到地桩上。两台换热器重叠, 连接支座螺栓被剪断,连接法兰短管被拉断,两台设备脱开。重6t的未爆炸换热器受 反作用力,整个向东南方向移动8m,并转向170度。爆炸造成在闲常工作的4人死亡, 直接经济损失5.6万元,间接经济损失2.5万元。事故原因分析(1) 操作人员违规操作。爆炸的换热器共有40个紧固螺栓,但操作人员只装13 只螺栓就进行气密性试验,且因试压环厚度比原连接法兰厚4.7mm,原螺栓长度不够, 但操作人员仍凑合用原螺栓,
23、在承载螺栓数量减少一大半的情况下,每只螺栓所能承受 的载荷又有明显下降,由于实际每只螺栓承载量大大超过设计规定的承载能力,致使螺 栓被拉断后,换热器发生爆炸。这是一起典型的因违章操作导致爆炸的事故。(2) 现场管理混乱,分工不明确,职责不清。直接参加闲常工作的主要人员在试验 前请假回家,将工作委托他人。试验前没有人对安全防护措施和准备工作进行全面检查。预防同类事故的措施(1) 对职工进行安全教育,提高职工的安全意识。(2) 职工应严格按操作规程操作,杜绝违章作业现象。(3) 加强对现场安全工作的监督和检查,现场工作一定要分工明确,职责清楚,各 司其职,严格安全防护措施的落实。2. 2004.1
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