第二讲：机械设备安全技术

《机械设备安全技术》主讲教师：周杰Mob:13452885065E_mail:[e-mail]第二部分压力容器安全技术第二部分压力容器安全技术压力容器的用途：压力容器是工业生产中的常用设备，其使用范围日益广泛。目前，已成为化学工业、石油工业、冶金、原子能、宇航、海洋工程、纺织、食品、城建、民用、核工业、军工等各个部门中的重要设备。其中又以石油化学工业应用最为普遍，约占压力容器总数的50％左右。第一节压力容器安全技术一、压力容器的安全问题二、压力和压力来源三、压力容器的定义和分类压力容器安全事故高发的主要原因•(1)压力容器的使用条件比较苛刻它不但承受着大小不同的压力载荷(在许多情况下还是脉动载荷)和其他载荷，而且有些还是在高温或深冷的条件下运行，工作介质又往往具有腐蚀性，环境比较恶劣。•(2)压力容器比其他设备容易超负荷容器内的压力会因操作失误或发生异常反应而迅速升高，往往在尚未被发现的情况下，容器即已破坏。•(3)局部区域受力情况比较复杂例如在容器开孔周围及其他结构不连续处，常因过高的局部应力和反复的加载卸载而造成破坏。•(4)焊接容器常隐藏一些难以发现的缺陷。例如容器制造时留下的微小裂纹会在运行过程中不断扩展，或在适当的条件(如使用温度、工作介质特性等)突然发生破坏。第一节压力容器安全技术一、压力容器的安全问题压力容器使用广泛，是工业生产中常用的设备，同时也是一种比较容易发生事故的特殊设备。和其他生产装置不同，压力容器发生事故时不仅本身遭到破坏，往往还会诱发一连串恶性事故，给国民经济造成重大损失。因此我国和许多工业国家都设有专门的机构，对它进行安全管理和监督检查，并要求按规定的技术规范进行设计、制造和使用管理。压力容器安全事故类型事故类型1：容器爆破某厂的高压容器发生爆炸，容器壳体全部碎成铁块飞出，一般距离为400~500m，最远的达1500m。致使周围的人被碎片击伤或致死，甚至祸及厂外行人，造成重大人身伤亡事故。压力容器安全事故类型事故类型2：容器爆破以后，容器内介质外泄，引起一系列的连锁反应，使事故的危害进一步扩大。如果介质是有毒的气体或液化气体，它在周围迅速扩散后会造成大面积的毒害区。如某厂一个容积为415L的液氯瓶发生爆炸，碎片将周围的10个液氯瓶击穿，并引起其中4个装满液氯的气瓶接连爆炸，约有10200kg的液氯外泄扩散，中毒的范围波及7.35km2，因中毒而死亡的数十人，轻伤需住院治疗的达数百人。压力容器安全事故类型事故类型3：介质是水蒸气或其他高温流体，产生大量的烫伤事故。如某厂职工浴室的一个热水罐发生爆炸，浴室内的数十名职工几乎无一幸免，损失惨重。压力容器安全事故类型事故类型4：容器内介质为可燃气体或液化气体，在容器爆破后可燃介质流出与空气混合，产生二次爆炸，并酿成火灾。1984年11月19日，墨西哥市培麦克斯公司所属的液化石油气供应中心，6台球形贮罐和48台卧式贮罐全部爆炸，大火持续36h，附近的民宅约1500栋被毁，造成500多人死亡，一千余人下落不明，三万余人流离失所。由于现场工作人员全部遇难，事故原因一直没有查明。压力容器安全事故类型事故类型4：容器内介质为可燃气体或液化气体，在容器爆破后可燃介质流出与空气混合，产生二次爆炸，并酿成火灾。如某地一台盛装液化丙烷的汽车槽车，由于充装过量，又在烈日下曝晒，使容器内压力急剧升高，槽车在途中爆炸，车体飞离原地140m，厚度为16mm的壳体碎片飞出300m，大量的丙烷泄出后在空气中爆炸燃烧，在半径为200m的地区内形成一片火海，火柱升起30m。爆炸产生的冲击波摧毁公路旁的14座建筑物和正在路上行驶的100多辆汽车，死亡150多人，烧伤120多人。二、压力和压力来源概念：压力、压强、表压、绝对压力单位换算：lkgf＝9.81Nlkgf/cm20.1MPa1个工程大气压＝lkgf/cm2如压力表上指示的压力为0.6MPa，其绝对压力即近似为？MPa(绝对)二、压力和压力来源1、压力产生于压缩机。2、压力产生于蒸汽锅炉。3、液化气体的蒸发压力。4、化学反应产生压力。5、除压缩机外，各种加压泵也能使液体获得压力。6、除上所述外，由于各种不正常的原因使低沸点的液体(常见的如水)和高温物料相遇，急剧气化，体积骤增而产生很高的压力。三、压力容器的定义和分类定义：1、盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。3.1压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa.L介质：气体、液化气体、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。3.2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介质：气体、液化气体、标准沸点等于或者低于60℃液体。3.3氧舱。2、最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）。3、三、压力容器的定义和分类判断系列容器中哪些是压力容器(说明理由，下列压力匀为表压)1、某盛水容器的容积为100M3，最高工作压力为0.25MPa，最高工作温度为65℃。2、某盛水容器的容积为1M3，最高工作压力为0.1MPa，最高工作温度为105℃。3、某容器的容积为0.5M3，最高工作压力为0.15MPa，介质为氧气，最高工作温度为45℃。4、某容器的容积为0.5M3，最高工作压力为0.15MPa，介质为甲烷，最高工作温度为35℃。5、某容器的容积为0.5M3，最高工作压力为0.25MPa，介质为甲烷，最高工作温度为35℃。6、容积为12M3，最高工作压力为0.12MPa的氧舱。压力容器的分类1、按相对壁厚分（厚、薄壁容器）3、按制造材料分（钢制、有色金属、非金属）2、按几何形状分（球形、圆筒形、矩形、锥形、组合形）4、按压力等级分(内压：低L、中M、高H、超高压U)5、按原理与作用分(反应R、换热E、分离S、储存C)6、按安全技术管理分（一、二、三类）第二节压力容器的基本结构压力容器的主体结构比较简单，因为它的主要作用就是盛装有压力的气体或液化气体，或者是为这些介质的传热、传质或化学反应提供一个密闭的空间。其主要结构一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔与接管、安全附件及支座等部分组成。压力容器的结构1—管口；2—人孔；3—封头；4—筒身；5—支座；6一液面计第二节压力容器的基本结构一、筒体1.球形容器2.薄壁圆筒形容器3.厚壁圆筒形容器第二节压力容器的基本结构1.球形容器一、筒体3.厚壁圆筒形容器2.薄壁圆筒形容器一个圆筒体和两端的封头组成的容器,容器的外径与内径之比值K一般都≤1.2的圆筒形容器本体是一个球壳容器的外径与内径之比值K一般都大于1.2的圆筒形容器第二节压力容器的基本结构单层压力容器的公称直径/mm(带括号的公称直径应尽量不采用)筒体由钢板卷制而成300(350)400(450)500(550)600(650)7008009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)240026002800300032003400360038004000筒体由无缝钢管制作159219273325377426第二节压力容器的基本结构厚壁圆筒形容器1.单层厚壁筒体3、厚壁圆筒形容器2.多层厚壁筒体包扎容器绕板容器绕带容器热套容器第二节压力容器的基本结构二、封头1.半球形封头2.椭圆形封头3.碟形封头4.无折边球形封头5.锥形封头6.平板形封头第二节压力容器的基本结构压力容器的封头1、椭圆形封头第二节压力容器的基本结构压力容器的封头2、碟形封头第二节压力容器的基本结构压力容器的封头3、锥形封头第二节压力容器的基本结构压力容器的封头(a)与筒体采用焊接结构(b)与筒体采用螺栓连接平板形封头第二节压力容器的基本结构法兰三、法兰(flange)定义:法兰是容器的封头与筒体及开孔、管口与管道连接的重要部件。它通过螺栓和垫片的连接与密封，保持系统的密封性。分类:法兰按与设备或管道的连接型式分为：焊接法兰，活套法兰和螺纹法兰。第二节压力容器的基本结构法兰法兰结构1一螺母；2一法兰；3一螺栓；4一垫片；5一垫圈第二节压力容器的基本结构法兰第二节压力容器的基本结构法兰焊接法兰第二节压力容器的基本结构法兰活套法兰螺纹法兰第二节压力容器的基本结构开孔与接管四、开孔与接管图2-14人孔装置结构1—垫片；2—手柄；3—人(手)孔垫；4一法兰；5—短筒体；6—设备筒体第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置五、容器安全装置图2-15杠杆式安全阀图2-16弹簧式安全阀工作原理[WorkingPrinciple]转动弹簧的调节螺丝可调节开启汽压调节圈阀盘唇边阀座使阀在开启后能迅速达到较大的升程而且工作稳定。开启后阀盘的蒸汽作用面积大于开启前的面积，即使汽压恢复至额定汽压，阀盘也不立即关闭，汽压继续下降，直到阀盘和唇边上的蒸汽上顶力小于弹簧向下的作用力时，安全阀才能关闭。即安全阀的关闭汽压要低于开启汽压，这一差值称为降低量[SafetyV/VBlowdown]。调节圈上移，阀的升程和压力降低量加大。因为蒸汽流通面积缩小，唇边上的附加上顶力增大。调节圈下移，阀的升程和压力降低量减小。因为蒸汽流通面积加大，唇边上的附加上顶力减小。第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置(2)爆破片爆破片一般用于下列一些场合。①容器内的介质易于结晶或聚合，或带有较多的黏性物质，容易堵塞安全阀，或使安全阀的阀芯和阀座粘在一起。②容器的内压由于化学反应或其他原因会迅速上升，安全阀难以及时排出所产生的大量气体，且无法及时降压。③容器内的介质为剧毒或极为昂贵的气体，使用安全阀难以达到防漏要求者。第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置(2)爆破片（从爆破片的形状看，有以下几种形式）。图2-17爆破片①平板形爆破片②普通正拱形爆破片③开缝正拱形爆破片④反拱形爆破片第二节压力容器的基本结构(2)爆破片爆破片断裂时，按其受力变形的基本形式，可分为剪切型、弯曲型、拉伸型和压缩型等四种。它们之间的差别主要是膜片的形状和材料不同。图2-18剪切破坏型爆破片第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置(1)压力表压力表是用以检测流体压力强度的测量仪表，最常见的压力表有弹簧式和活塞式两种。弹簧式压力表又有单弹簧管、多圈螺旋形弹簧管、薄膜式等多种，最常用的是单弹簧管式压力表，其结构见图。2.参数监测装置(压力、液位、温度等)弹簧管压力表结构图1—弹簧管；2—连杆；3—表壳；4—扇形齿轮；5—指针；6—支持器；7—接头；8—机心齿轮；9—游丝第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置2.参数监测装置——压力表第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置压力表与压力容器之间应装设三通旋塞和针型阀。三通旋塞和针型阀上应有开启标记和锁紧装置；压力表与压力容器之间不得连接其他用途的任何配件和接管。对用于水蒸气介质的压力表，在压力表与压力容器之间应装有存水弯管。对用于具有腐蚀性或高黏度介质的压力表，在压力表与压力容器之间应装设有隔离介质的缓冲装置。第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置(2)液面计应当根据压力容器的介质、最高工作压力和温度正确选用液面计，并应安装在便于观察的位置。盛装0℃以下介质的压力容器，应选用防霜液面计；寒冷地区室外使用的液面计，应选用夹套型或保温型结构的液面计；用于易燃、毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器上，应采用板式或自动液面指示计，并应有防止泄漏的保护装置。应对液面计加强维护管理，并实行定期检修。第二节压力容器的基本结构压力容器安全装置1.磁性浮子液面计2.电缆浮球液位开关3.一体化超声波液位计4.JYKL液位变送器5.JYCM磁致伸缩液位计6.雷达物位计7.连杆浮球液位开关8.静电容物/液位开关9.侧装式浮球液位开关10.流动开关11.光电液位开关12.JYKY压力式液位变送器13.小型浮球液位开关第三节压力容器设计、制造、检验、安装和使用的规定一、压力容器的设计压力容器的设计单位，必须按压力容器的种类(即一类压力容器、二类压力容器和三类压力容器)划分，实行分级审批。1