特种设备安全技术

1第五章特种设备安全技术5.1特种设备概述5.1.1特种设备特种设备是指涉及生命安全、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。名词解释：压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25㎜的管道。5.1.2特种设备的安全问题特种设备的安全问题有如下特点：（即事故有三个主要特征）（1）特种设备应用广泛，涉及公共安全，即：量大面广由于特种设备在生产和生活中应用广泛，一旦发生事故，不仅会对使用人员造成伤害，而且可能对附近的无关人员造成伤害。（口头举例）（2）事故率较高特种设备经常处于承压或空中运行状态，只要设备设计、制造、安装、使用、维护和管理等方面存在隐患，发生特种设备事故（如泄漏、爆炸、坠落）的可能性就客观存在。以锅炉、压力容器为例，1998年国内共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸伤人事故132起，共造成104人死亡，371人受伤。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸事故率分别为1.07、0.28、0.65次/万台。（3）危害性大容易造成人员的群死群伤。尤其是盛装危险品的压力容器爆炸，甚至会造成较大范围的环境灾难。例如，1984年12月3日美国联碳公司在印度中央邦博帕尔市的农药厂发生异氰酸甲酯泄漏事故，使4000居民中毒死亡，200000人受害。这次事故是由异氰酸酯储罐的防爆膜破裂造成的。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。5.1.3特种设备的安全监督管理2003年3月11日国务院发布的《特种设备安全监督条例》是关于特种设备生产、使用、检验检测、监督检查和法律责任的安全法规。下面介绍特征设备生产、使用和检验检测的有关规定。（1）特种设备的生产特种设备的生产涉及设计、制造、安装、改造和维修。①压力容器和压力管道的设计单位必须经国务院特种设备安全监督管理部门许可，或经该部门授权的省级特种设备安全监督管理部门许可，才能从事相应的设计活动。以压力容器设计为例，高压和超高压容器的设计，要经国家质量监督检验检疫总局2许可，而中、低压容器的设计，要经过省级质量技术监督局许可。②锅炉、压力气瓶、氧舱和客运索道、大型游乐设施的设计文件，须经国务院特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构鉴定，或其授权的省级特种设备安全监督管理部门核准的检验检测机构鉴定，方可用于制造。③特种设备及其安全附件、安全保护装置的制造、安装、改造单位，以及压力管道用管子、管件、阀门、法兰、补偿器、安全保护装置等（简称压力管道元件）的制造单位，应当经国务院特种设备安全监督管理部门许可，或经其授权的省级特种设备安全监督管理部门许可，方可从事相应的活动。④特种设备的安装、改造、维修单位，必须依照《条例》取得相应的行政许可；其工程在交付使用前要经过特种设备检验检测机构监督检验。⑤特种设备的设计、制造、安装、改造和维修单位，应当按照《条例》及有关安全技术规范的要求，进行生产活动。（2）特种设备的使用①使用单位应当使用符合安全技术规范要求的特种设备。②特种设备在投入使用前或投入使用后30日内，使用单位应向该区的市级特种设备安全监管部门登记。③使用单位应当建立特种设备安全技术档案。④使用单位负责特种设备的日常维护保养和故障检查及报修，并按照定期检验的要求，在安全检验合格证有效期届满前1个月向有关特种设备检验检测机构提出定期检验要求。⑤特种设备作业人员及其相关管理人员应当取得特种作业人员证书，方可从事相应的工作。⑥使用单位应当对特种作业人员进行安全教育和培训。（3）特种设备的检验检测从事特种设备监督检验、定期检验、型式试验检验检测工作的机构，应当具备《条例》规定的条件，并经国务院特种设备安全监管部门核准，才能从事相应的工作。目前这类机构主要有，国家和地方质量技术监督局的直属特种设备检验检测院（所），社会中介性质的特种设备检验检测机构和一些大企业组建的特种设备检验检测机构。5.2锅炉安全技术5.2.1锅炉概述（1）锅炉的概念锅炉是利用各种燃料、电或其他能源，将水加热，产生蒸汽或热水的密闭设备。生产蒸汽的锅炉叫蒸汽锅炉；生产热水的锅炉叫热水锅炉。《特种设备安全监察条例》规定，容积大于或等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或等于0.1MPa（表压），且额定功率大于或等于0.1MW的承压热水锅炉属特种设备。锅炉包括“锅”与“炉”两部分，“锅”为水汽系统，由一系列密闭容器和管道组成，通过从“炉”内吸热，将水加热或转化为蒸汽；“炉”为燃料燃烧系统，由燃烧室、给煤3（油、气）设施、鼓风、排渣、排烟和烟气处理设施组成。此外，锅炉还有一些辅助设施（如水质软化处理设施）、安全附件和仪表等。（2）锅炉的分类锅炉的分类方法较多，仅列出以下几种：①按出口介质分类，有蒸汽锅炉和热水锅炉。②按容量大小分类，有大型锅炉（蒸发量大于100吨/时）、中型锅炉（蒸发量20―100吨/时）和小型锅炉（蒸发量小于20吨/时）。③按用途分类，有工业锅炉、电站锅炉、采暖锅炉、机车锅炉和船舶锅炉等。④按结构分类，有火管锅炉、水管锅炉和水火管锅炉。⑤按燃料或能源分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。⑥按压力分类有：低压锅炉——工作压力≤2.45MPa；中压锅炉——工作压力≤5.90MPa；高压锅炉——工作压力≤9.80MPa；此外还有超高压锅炉、亚临界锅炉和超临界锅炉等。5.2.2常见锅炉事故（1）爆炸事故主要有炉膛爆炸、炉管爆炸和汽包爆炸等。①炉膛爆炸：因供燃料和供空气失调，可燃物与空气形成爆炸混合物，遇明火发生爆炸。其爆炸位置发生在燃烧室或烟道，故称炉膛爆炸。例如，燃油或燃气锅炉点火不当，可能造成炉膛爆炸；在锅炉燃烧过程中，因燃烧状况不好，如供氧不足或燃料供给过多，造成可燃气体或粉尘进入爆炸极限而发生爆炸。这种爆炸的威力一般不是特别大，但能造成锅炉损坏和人身伤亡。因此一般锅炉都设有泄压孔，以减轻炉膛爆炸可能造成的损坏。②炉管爆炸：承受压力的炉管或炉管连接部分，因超压或局部高温、局部应力、局部薄弱等原因，而引发的破裂爆炸事故。爆炸的能量主要来自高温高压的汽水介质，瞬时膨胀产生冲击力很大的压力气流，可导致厂房设备损坏和人员伤亡。防止这种事故发生的措施主要是坚持安全运行，定期检查检验，及时维护维修，保持安全附件完好。③汽包爆炸：汽包是锅炉的蒸汽与水分离和向炉管供水的设备，属于压力容器。由于汽包是锅炉系统储存汽水较多的设备，一旦发生爆炸事故，其后果通常是锅炉事故中最为严重的。（2）缺水事故缺水会使锅炉蒸发面的管子过热变形，严重时使管子破裂，甚至发生炉管爆炸。即使不发生爆炸，也会使炉子受到破坏。（3）满水事故汽包水位高于最高安全水位的情况叫满水。其主要危害是降低蒸汽品质，严重时液态水进入蒸汽管道和过热器，造成水击。水击可能造成管路和设备损坏。（4）汽水共腾锅炉蒸发面汽水共同升起，产生大量泡沫上下翻腾的现象。其后果是蒸汽带水，蒸4汽品质下降，并可能造成水击。锅炉给水质量差，排污不当造成锅水质量差，或系统压力下降过快等可能引起汽水共腾现象。5.2.3锅炉的安全附件锅炉上的安全附件主要是指安全阀、压力表、液位计和液位报警器。（1）安全阀当锅炉汽水系统超压时，安全阀自动开启，排汽泄压，并发出警报；当压力降到允许值后，安全阀又能自动关闭，让锅炉在允许压力范围内继续运行。常见锅炉安全阀为弹簧式安全阀和杠杆式安全阀。（2）压力表压力表是测量和指示锅炉汽水系统压力大小的仪表，有现场指示表和通过变送器远传至控制室的指示表。其中远传表可以设置超压报警功能。防止超压是保证锅炉安全运行的基本要求。压力表的结构简单（一根弹簧管），使用方便，但由于其作用非常重要，为了确保压力表的长期运行可靠，压力表至少每半年应校验一次。（3）液位计液位计是现示汽包内液面高低的仪表，有现场液位计和通过变送器远传至控制室的液位计。其中现场安装的液位计是根据连通器内液柱高度相等的原理设计的，用于观察液位的通常是一段玻璃管或空心玻璃板；远传液位计是通过将液位转换成压力信号，再通过变送器来实现信号传递的，其原理与远传压力表类似。操作人员通过液位计观察和调节汽包的液位，防止发生锅炉缺水或满水事故。（4）液位报警器液位报警器用于在锅炉液位发生异常（高于最高安全液位或低于最低安全液位）时发出报警，提醒操作人员采取措施，消除险情。5.2.4锅炉的安全运行与管理（1）锅炉房一般应单独建造，每层至少有两个出口，并与其他建筑物保持一定的安全距离；（2）锅炉在使用前应按照《特种设备安全监察条例》的规定，办理有关手续；（3）锅炉的操作人员应经过培训，取得相应的作业证书；（4）建立健全锅炉安全运行操作规程、岗位记录和管理制度，锅炉维护维修和检查检验规章制度，以及锅炉及其操作人员技术档案；（5）重视锅炉水质处理，防止锅炉结垢造成事故；（6）加强锅炉运行安全管理、停炉和开炉的安全管理，防止各种事故发生。5.3压力容器安全技术压力容器安全技术不仅适用于压力容器，也基本适用于气瓶和压力管道。5.3.1压力容器及其特点（1）压力容器压力容器是指承载一定压力的液体或气体介质的密闭容器。5具备下列3个条件之一的压力容器属于特种设备：①最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于2.5MPa·L的气体或液化气体的固定式容器和移动式容器；②最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压），且最高工作温度高于或等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；③盛装公称压力大于或等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于1.0MPa·L的气体、液化气体和标准沸点等于或低于60℃液体的气瓶；氧舱等。（2）压力容器的特点①应用的广泛性压力容器广泛用于石油、化工、医药、冶金、机械、采矿、航天航空、交通运输等部门。民用液化石油气瓶更是到处可见。②操作条件的复杂性压力从低压到高压、超高压；温度从低温到高温。处理介质包括：爆、燃、毒、辐(照)、腐(蚀)、磨(损)等。③对安全的高要求压力容器本身要求有足够的强度、刚度和稳定性，密封性好。5.3.2压力容器的分类（1）按使用位置分类：1)固定式压力容器即固定安装在使用地点的容器；2)移动式容器指气瓶、气桶和槽车等无固定安装和使用地点的容器。（2）按设计压力分类：1)低压容器：0.1MPa；≤Ｐ＜1.6MPa；2)中压容器：1.6MPa；≤Ｐ＜10MPa；3)高压容器：10MPa；≤Ｐ＜100MPa；4)超高压容器：Ｐ≥100MPa。(3)按工艺作用分：1)反应容器主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器；2)换热容器主要用于完成介质的热量交换的压力容器；3)分离容器主要用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等的容器；4)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。(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(指易燃介质、毒性介质)将容器分成三类，对不同类别的容器在设计、材料、制造检验与使用管理等方面提出不同要求，具体划分见表5.2所示。（此表未附上，祥见教材）6化学介质毒性程度和易燃介质的划分参照HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》。无规定时按毒性程度，即极度、高度、中度、轻度危害分为四级，其分别最高允许浓度为＜0.1mg·m-３、0.1～1.0mg·m-３、1.0～10mg·m-３、≥10mg·m-３。易燃介质是指与空气混合的爆炸下限＜10%，或爆炸上限和爆炸下限之差≥20%的气体。5.3.3压力容器的基本结构5.3.3.1概述1.压力容器的结构组成：由上图可见，影响压力容器安全性的主要部分是承压部件。重点就是这些承压部件的正确选用、合理设计结构、保证有足够的强度、刚度与稳定性。2.压力容器的主要工艺参数：影响压力容器设计、制造和使用管理的主要技术参数有压力、温度、直径。(1)压