通用安全技术-第三章-压力容器安全技术.

通用安全技术课程编号：03048402南京理工大学化工学院安全工程系饶国宁Tel：025-84315526-8004（O）E-mail：[e-mail]一级安全评价师注册安全工程师第三章压力容器安全技术3.1概述3.2压力容器的分类与结构3.3压力容器质量控制3.4压力容器安全装置3.5压力容器定期检验3.1概述《特种设备安全监察条例》(中华人民共和国国务院令第549号)2009年本条例所称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，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内专用机动车辆。特种设备依据其主要工作特点，分为承压类特种设备和机电类特种设备。A.承压类特种设备：是指承载一定压力的密闭设备或管状设备。B.机电类特种设备：是指必须由电力牵引或驱动的设备。特种设备类别承压类特种设备锅炉包括其所用的材料、附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施。压力容器（含气瓶）压力管道机电类特种设备电梯乘客电梯、客货电梯、病床电梯、载货电梯、自动扶梯、自动人行道、其它电梯（液压电梯按用途分别归类）起重机械桥式起重机、门式起重机、门座式起重机、塔式起重机、流动式起重机、升降机、轻小型起重设备、其它起重机械厂内机动车辆轮式自行专用机械、履带式自行专用机械、蓄电池车、客车类、汽车类、方向盘轮式拖拉机、手扶拖拉机、手把式三轮机动车、其它机动车特种设备事故常见的事故有两类:一类是爆炸性事故，主要是锅炉、压力容器、气瓶、压力管道易发生此类事故；另一类是易发生群死群伤性事故，主要是电梯、起重机械、厂内机动车辆、游乐设施、客运索道易发生此类事故。2015年5月1日中午12时5分许，温州市龙山游乐园“狂呼”项目发生意外事故。事故导致2人死亡，3人受伤。工业企业在生产和运行过程中，大多都有压力容器等受压设备。因此，压力容器的安全性是一个重要而亟待解决的工程问题。本章主要介绍压力容器的有关安全技术知识。承受一定压力，与外界形成一个封闭系统的容器，称为压力容器。如各类过程装备的壳体、航天器与潜艇的壳体;水压机的液压缸；压缩机的储罐；发酵罐；锅炉，核电站核容器；液化石油气罐等。在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程，并能承受压力的密闭容器，广泛用于石油、化工、能源、冶金、机械、轻纺、医药、国防等工业领域。3.1.1压力容器的应用化学工业——反应釜，换热器，储罐石油工业——精馏塔，换热器，储罐航天————飞机，火箭，宇宙飞船机械————水压机，储能器，压缩机，液压缸食品————杀菌锅，发酵罐印染————高压染缸造纸————烘缸动力————锅炉，核电站核容器民用————液化石油气罐压力容器的应用压力容器应用的广泛性压力容器不仅广泛用于化学、石油化工、医药、冶金、机械、采矿、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，在农业、民用和军工部门也颇常见，其中尤以石油化学工业应用最为普遍，石油化工企业中的塔、器、釜、槽、罐无一不是贮器或作为设备的外壳，而且绝大多数是在压力温度下运行。（1）量大面广据有关的统计资料表明，国内在用固定式压力容器多达122.22万台，移动式压力容器中罐车16910辆，在用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数也高达51.57万台。此外全国持有压力容器制造企业合计2432个，设计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在，以及地域广泛的制造设计部门，自然成为国内外政府部门特别重视其安全管理和监察检查的原因。压力容器的应用（2）操作条件的复杂性压力容器的操作条件十分复杂，甚至于苛刻。压力从1～2×10－5Pa的真空到高压、超高压，如石油加氢为10.5～21.0MPa；高压聚乙烯为100～200MPa；合成氨为10～100MPa；人造水晶高达140MPa；温度从-196oC低温到超过一千摄氏度的高温；而处理介质则包罗爆、燃、毒、辐（照）、腐（蚀）、磨（损）等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造、安裝到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设备。压力容器的应用（3）极其严格的安全性压力容器承受各种静、动载荷或交变载荷，和附加机械或温度载荷；多数容器容纳压缩气体或饱和液体，若容器破裂，导致介质突然卸压膨胀，瞬间释放出来的破坏能量极大，压力容器大多数系焊接制造，容易产生焊接缺陷，一旦检验、操作失误容易发生爆炸破裂，器内易爆、易燃、有毒的介质将向外泄漏，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压力容器要求很高的安全可靠性。压力容器的应用当前压力容器向大容量、高参数发展，如核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为14～16MPa，工作温度为250～330ºC，容器内直径7800mm，壁厚317mm，重650吨。对这类容器的工艺要求和运行可靠性要求更高，显然比一般压力容器又有更高更严格的安全性要求。压力容器的安全3.1.2压力容器的工作特性1．爆炸特性压力容器的工作介质为气体、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。如果介质是高压、高温（或低温）、易燃、易爆、有毒的气体或液化气体，一旦使用不当或容器存在缺陷，就有可能发生爆炸和介质泄漏事故。锅炉的汽水系统长期运行在高温和高压的恶劣工况下，因而经常出现局部缺陷或整体超压问题，造成锅炉本体或部件损坏。燃油、燃气和燃煤粉的锅炉还存在燃烧系统的爆炸问题。2．接触腐蚀性介质压力容器的介质常常对其材质有较强的腐蚀性，如氧腐蚀、硫腐蚀、硫化氢腐蚀以及各种浓度的酸、碱、盐腐蚀等；而锅炉金属表面一侧要接触烟气、灰尘，另一侧要接触水及水蒸汽，也会造成磨损和腐蚀。3．维持连续运行锅炉压力容器一旦投入使用，一般要求连续运行，不能随意停机，否则会影响一条生产线、一个工厂，甚至一个地区的生活和生产，有时还会造成恶劣的后果。由于不便随时停运检查，常常因缺陷扩展而导致破裂。3.1.3压力容器的事故危害压力容器是一种比较容易发生事故，而且事故造成的危害性又特别严重的特殊设备。事故率：机械设备或装置发生事故的多少，常用设备的事故率来衡量。表示为“次/台年”。压力容器内介质危害性介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等，其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。毒性：是指某种化学毒物引起的机体损伤的能力。①极度危害（Ⅰ级）：最高允许浓度＜0.1mg/m3②高度危害（Ⅱ级）：最高允许浓度0.1~＜1.0mg/m3③中度危害（Ⅲ级）：最高允许浓度1.0~＜10mg/m3④轻度危害（Ⅳ级）：最高允许浓度≥10mg/m3综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素。易爆气体：是指与空气混合的爆炸下限不高于10％，或爆炸上限之差值不低于20％的气体。如：一甲胺、乙烷、乙烯、环氧乙烷、环丙烷、氢、丁烷、三甲胺、丁二稀、丁稀、丙烷、丙稀、甲烷等。压力容器盛装的易爆介质主要是指易燃气体和液化气体。表1-12001～2004年压力容器事故统计表年份事故起数特大事故起数重大事故起数严重事故起数死亡人数受伤人数直接经济损失/万元20014012374172259．420023000302341380．1200345044138701113．3200435043144601207．7表1-22001～2004年气瓶事故统计表年份事故起数特大事故起数重大事故起数严重事故起数死亡人数受伤人数直接经济损失/万元20014100413180150．320023602342891178．220033301321987158．8200446014535104488．3压力容器事故表1-3我国压力容器爆炸事故率单位：次·（台年）－1年份19831984198519861987198819891990199119921993压力容器爆炸事故率（×10-4）1.351.211.201.311.200.980.920.920.890.630.72气瓶爆炸事故率（×10-4）1.511.110.170.600.890.830.800.630.630.540.62表1-4美国2001～2002年压力容器事故统计表年份事故类别事故起数受伤人数死亡人数2001安全阀620极限控制400不正确安装820不正确修理800错误设计或制造1600操作失误或维护不良142144未知/在调查中1700小计2011842002安全阀700低水位工况9600极限控制2300不正确安装1100不正确修理200错误设计或制造6000操作失误或维护不良21500燃烧器烧坏2810未知/在调查中3000小计47210我国是世界上锅炉和压力容器台数较多的国家，大约有一百多万台锅炉和压力容器分布于40多万个企事业单位。1980--1989年的10年间发生锅炉、压力容器爆炸事故2254起,平均爆炸事故率是发达国家的10倍以上，灾难性事故甚至更高。压力容器事故率高的原因压力容器是工业生产中的常用设备压力容器是容易发生破坏事故的特殊设备压力容器使用广泛，用途广、数量大。又比较容器发生事故，而且事故的破坏性往往又比较严重。因此它的安全问题就特别值得注意。管理缺陷条件使用不合法容器管理操作不符合要求压力容器管理处于“四无”状态擅自改变使用条件，擅自修理改造地方政府的安全监察管理部门和相关行政执法部门管理不到位压力容器事故率高的原因一无安全操作规程二无建立技术档案三无持证上岗操作人员和相关管理人员四无定期检验管理压力容器事故造成的破坏，不仅使工厂停产，污染环境和影响社会安定，而且还会使国家和人民的生命财产造成难以估量的损失。1．爆炸冲击波的危害锅炉压力容器内的介质一般是具有较高压力的气体、液化气体或高温液体，承压部件一旦破裂，介质即泄压膨胀或瞬时气（汽）化，瞬间释放出很大的能量。其中，85％的能量用以产生冲击波，向周围快速传播，破坏设备、建筑物，危及人身安全。压力容器的事故危害冲击波破坏建筑物、设备或直接伤人事故案例1：我国某液化气站1979年1台大型液化石油气球罐突然破裂，酿成大灾并产生空气冲击波导致6台大型容器和3000多个钢瓶相继爆炸，大火持续20余小时，86人伤亡，价值600多万元的企业化成一片废墟。2．爆炸碎片的危害锅炉或压力容器破裂时，飞出的部件或爆炸碎片击穿或撞坏其他设备或建筑，有时直接伤人。碎片对人的伤害程度取决于其动能，碎片的动能正比于其质量及速度的平方。碎片在脱离壳体时常具有80—120m／s的初速度，即使飞离爆炸中心较远时也常有20～30m／s的速度。在此速度下，质量为1kg的碎片动能即可达200～450J，足可致人重伤或死亡。碎片还可能损坏附近的设备和管道，引起连续爆炸或火灾，造成更大的危害。事故案例2：我国某化肥厂的高压容器(φ274mm)发生爆炸，容器断裂碎片飞出400-500m，致使周围职工及行人被碎片击死或击伤。3．泄漏介质的危害压力容器爆炸或泄漏，容器内易燃易爆介质外溢，与空气混合，可能产生二次爆炸并酿成火灾。如果容器内的介质是毒性的，如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮、氢氰酸等。盛装这些介质的容器破裂时，大量液体瞬间气化并向周围大气中扩散，会造成大面积的毒害，不但造成人员中毒，致死致病，也严重破坏生态环境，危及中毒区的动植物。有毒介质由容器泄放气化后，体积约增大100～250倍。所形成毒害区的大小及毒害程度，取决于容器内有毒介质的质量，容器破裂前的介质温度、压力及介质毒性。锅炉爆炸释放的高温汽水混合物，会使爆炸中心附近的人员烫伤。其他高温介质泄放气化也会灼烫伤害现场人员。器内介质外溢，产生连锁反应事故案例3：美国孟山都公司在加拿大的一个石油化工企业发生了苯乙烯蒸气爆炸，结果死亡11人，生产装置和厂房遭到严重破坏。事故的原因：压力容器因超压引起防爆膜破裂后，苯乙烯蒸气紧急放空线上的玻璃看窗破裂，使容器内介质流散，并造成连锁反应，导致灾难性的财产损失和人身伤亡。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，当场造成31人死亡。事故波及20个国家，导致7000多人死于这