压力容器安全技术培训.

《压力容器安全技术》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》2013.6.292、《特种设备安全监察条例》2009.5.13、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》2010.7.110、《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》2001.11.1513、《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》2003.1.114、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强度计算与校核压力容器设计：根据给定的，遵循规定，在确保的前提下，经济、正确地，并进行结构、强（刚）度和密封设计。工艺设计条件现行的规范标准安全选择材料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》失效形式失效判据（选择）设计准则（相应）设计是否合理（判别）设计准则第一节材料的选用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δb和屈服强度δs,是材料的短时强度性能，在高温条件下，还要考虑蠕变极限δn和高温持久强度δD,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δ和断面收缩率ψ。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ψ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。ψ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ρ，热导率λ，比热容с，熔点tm，线胀系数α，电阻率ρr，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。例2、圆柱形容器对于圆柱形容器，R1=∞，R2=R，代入方程2-9，2-10,得：tpRtpR＝＝2(2-12)(2-13)图2-8承受内压的圆柱壳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。（1）筒体形式：圆柱筒体、球形筒体。圆筒体制造方法无缝钢管（无纵焊缝）直径较小卷焊（有纵环焊缝）直径较大整体锻造（可能有环焊缝）高压容器整体铸造（无纵环焊缝）高压容器圆筒体结构单层式组合式多层式缠绕式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。（2）封头与筒体等部件形成封闭空间封头形式凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封头锥壳平盖封头与筒体