《压力容器安全》PPT课件

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1、 第六章第六章 压力容器安全压力容器安全 第一节 压力容器的安全问题 第二节 压力容器的安全设计 第三节 压力容器的破坏形式和原因 第四节 安全泄压装置及相关计算 第五节 压力容器的爆炸危害 主要内容主要内容 天然气、液化器站专用容器设备 换热器 外盘盘半管式反应锅应锅 三聚氰胺尿素洗涤塔外景 高桥石化石蜡加氢装置 高桥石化1#催化装置 一、压力容器的特点和安全问题 压力容器:是指最高工作压力0.1MPa(不含液体静压)、内直径 0.15m、容积0.025m3，盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度 高于或等于标准沸点的液体的金属设备。 压力容器的特点： 应用广泛 操作条件复杂 对安全要求高

2、压力容器的安全问题： 量大面广 事故率高 危害性大 第一节 压力容器的安全问题 压力容器的特点 l 锅炉、换热器、加热炉 = 圆筒外壳 + 传热管束 l 塔器 = 圆筒外壳 + 传质元件（浮阀、填料等） l 反应釜 = 圆筒夹套 + 搅拌器 l 压缩机、真空泵 = 圆筒气缸 + 活塞 l 泵 = 蜗壳 + 叶轮 p 应用的广泛性 压力容器的特点 p压力容器广泛用于化学、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， 其中尤以石油化学工业应用最为普遍。 p如一个年产30万吨的乙烯装置，有793台设备，其中 压力容器281台，占了35.4%。 p蒸汽锅炉也属于压力容器

3、，民用或工厂用的液化石油 气瓶，更是到处可见。 p 应用的广泛性 压力容器的特点 操作条件十分复杂。压力从12105Pa的真空到高压、 超高压，如石油加氢为10.521.0 MPa；高压聚乙烯为100 200 MPa；合成氨为10100 MPa；人造水晶高达140MPa；温 度从-200C低温到超过1000的高温。 p 操作的复杂性 压力容器因其承受各种静、动载荷或交变载荷，还有附加 的机械或温度载荷；压力容器极大多数系焊接制造，容易产生 各种焊接缺陷。此外，当前压力容器向大容量、高参数发展。 p 安全的高要求 压力容器的安全特征 1996年12月的统计资料表明，国内在用固定式压力容 器多达1

4、22.22万台 ，移动式压力容器中罐车16910辆，在 用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数达51.57万台 全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个，设 计单位1380个。 1998年我国锅炉、压力容器、气瓶的爆炸事故率分别 为1.07次/万台，0.28次/万台，0.65次/万台。 p 量大面广 事故率高 压力容器的安全特征 英国安全机构调查使用年限在30年以内，一级压力容 器发生破坏事故的统计情况： p 危害性大 压力容器破坏几率 容器运行 灾难性事故a 损伤事故b 总计 台年 次数 事故率 次数 事故率 次数 事故 100300 7 0.7104 125 1.25103 132

5、 1.32103 105400 16 1.5104 123 1.17103 139 1.32103 压力容器的安全特征 a.灾难性事故指灾难性破坏事故或无法修复的容器； b.损伤事故指有潜在危险的事故； c.事故发生率发生事故数/（设备台数运行年） 表中的数字表明10000台容器中发生损坏事故每年 12.5次，达到破坏事故0.7次，事故几率为1.32 ，而且 这132起使用中的容器事故，按其原因分类，89.3%，即 118起是各种制造裂纹所引起。 p 危害性大 压力容器的事故实例 国内某电化厂415升液氯钢瓶爆炸，击穿5 个，爆炸5个，10200公斤液氯外泄，波及7公 里范围，59人死亡，77

6、9人严重中毒。 国内某液化气站400M3储罐爆炸，引发3个 球罐和一个卧罐爆炸，5000只气瓶爆炸，600 吨液化气燃烧，32人死亡，54人伤。 (一)按压力等级划分 按压力容器设计压力(P)分为低压、中压、高压、超高 压四个压力等级。 (1)低压(代号L) 0.1MPaP1.6MPa； (2)中压(代号M) 1.6MPaP10MPa； (3)高压(代号H) 10MPaP100MPa； (4)超高压(代号U) P100MPa。 (二)按压力容器品种划分 按压力容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反 应压力容器（R）、 分离压力容器（S）、换热压力容器（E）、储存压力容 器（C，其中球罐B）。（

7、P133） 二、压力容器的分类（多种分类方式） (三)为便于管理，将压力容器按其压力等级、介质及所起的作用等分为三类 l.第一类压力容器 2.第二类压力容器 3.第三类压力容器 符合下列情况之一的为第三类压力容器： (1)毒性程度为极度或高度危害介质的中压容器和P.V0.2MPam3低压容器； (2)易燃或毒性程度为中度危害介质且P.V0.2MPam3中压反应容器和 P.V10MPam3的中压储存容器； (3)高压、中压管壳式余热锅炉； (4)高压容器。 例如，氨合成塔的设计压力为32MPa，介质为氢气、氮气及氨，该合成塔属于 三类高压反应容器。 氯气分配器的设计压力0.6MPa(低压)，介质

8、为氯气(极毒)，该容器属于三类低 压分离压力容器。 （四）压力容器安全状况等级划分 压力容器的安全状况分为五级，分级的原则如下所述。 l级：出厂资料齐全，设计、制造质量符合有关法规和标准；在符合设计的条 件下，在规定的检验周期内能安全使用的压力容器。 2级：存在某些缺陷（不危及安全）的新压力容器；存在某些可不修复的一般 性缺陷（不危及安全）的在用压力容器。 3级：资料不够齐全，制造时存在某些问题或缺陷，但未因使用而发展或扩大 ；焊缝存在的缺陷经检验确定不需要修复，能在规定的操作条件下及检验周期内 安全使用的压力容器。 4级：技术资料不全，主体材质不符合规定，强度经核算能满足使用要求；主 体结构

9、有较严重的缺陷但未因使用而发展或扩大；焊接质量有线性缺陷，不能继 续使用的压力容器。 5级：缺陷严重，难于或无法修复、无修复价值或修复后仍难以确保安全使用 的压力容器。必须报废。 第二节 压力容器的安全设计 一、压力容器的基本结构 主要工艺参数：压力、温度、直径 两个基本参数： 公称直径DN：指标准化以后的标准直径，以DN表示，单位mm。 例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN1200。 公称压力PN：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力 称为公称压力，以PN表示，单位MPa。 二、压力容器的安全设计 1. 强度安全设计：是指在确定的容器结构尺寸下，所 选材料在容器寿命期内有足够

10、抵抗各种外来载荷和经受 周围环境条件破坏的能力。 压力容器用钢的选择 压力容器中的应力计算 2. 结构安全设计：设计容器的总体或局部结构时，尽 量避免制造和使用中附加的消弱容器强度的因素。 P147结构安全设计的四方面考虑 3. 压力容器设计举例 设计一液氨贮罐。工艺尺寸：贮罐内径Di=2600mm，贮罐(不 包括封头)长度L4800mm。 解：1.罐体壁厚设计 根据材料性质及价格等因素，本贮罐选用16MnR制作罐 体和封头。 设计壁厚d根据下式计算： 设计压力:夏季最高温度可达40，氨饱和蒸气压1.555MPa （绝压) 故设计压力p=1.1x1.455=1.6MPa (表压)； Di=26

11、00mm；t170MPa； 1.O(双面对接焊100探伤） C2=1mm （腐蚀余量） 取Cl0.8mm（钢板负偏差），圆整取n16mm厚的16MnR钢板 制作罐体。 2封头壁厚设计 采用标准椭圆形封头。 椭圆形封头壁厚d计算式： 其中，焊缝系数1.0 考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取dn16mm厚16MnR钢 板制作 校核罐体与封头水压试验强度 ss=345 MPa 水压试验满足强度要求。 3鞍座 先粗略计算鞍座负荷。 贮罐总质量：m =m1+m2+m3+m4 式中 : m1-罐体质量； m2-封头质量； m3-液氨质量； m4-附件质量。 （1）罐体质量m1 ,筒节DN=2600m

12、m，dn=16mm，q1=1030Kg/m m1=q1L=4944(Kg) （2）封头质量m2 ,椭圆形封头DN=2600mm，dn=16mm，h=40mm q2=1100Kg/个 m2=2q2=2200(Kg) （3）充水质量m3 m3=V V=V对+V筒=30.42m3, m330420 Kg （4）附件质量m4 人孔约200Kg，其它接管总和按300Kg计， m4=500Kg 设备总重量 m=m1+m2+m3+m4 =4950+2200+30420+500=38070=38.1 t 每个鞍座承约受190KN负荷，选用轻型带垫板，包角为 120的鞍座。即 JBT4712-92鞍座 A260

13、0 4. 人孔 常温及最高工作压力1.6MPa，按公称压力1.6MPa的等级选取 。 人孔标记： HG21523-95 人孔RF （AG）450-1.6 RF指突面密封 指接管与法兰的材料为20R， AG是指用普通石棉橡胶板垫片， 450-1.6是指公称直径为450mm、公称压力为1.6 MPa。 5人孔补强确定 人孔筒节内径d450mm， 壁厚dn10mm。 补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm， 补强金属面积应大于等于开孔减少截面积， 补强圈的厚度 故补强圈取24mm厚。 6接口管 (1)液氨进料管 (2)液氨出料管 (3)排污管 (4)液面计接管 (5)放空管接管 (6)安全

14、阀接管 7设备总装配图 附有储罐的总装配图，技术特性表，接管表，各 零部件的名称、规格、尺寸、材料等见明细表。 本贮罐技术要求 1本设备按GBl50-1998钢制压力容器进行制造、试验和验 收 2焊接材料，对接焊接接头型式及尺寸可按GB985-80中规定( 设计焊接接头系数 1.0) 3焊接采用电弧焊，焊条型号为E4303 4壳体焊缝应进行无损探伤检查，探伤长度为100 5设备制造完毕后，以2MPa表压进行水压试验 6管口方位按接管表。 技 术 特 性 表 名 称指 标 设计压力1.6MPa 工作温度40 物料名称液氨 容积30.52m3 接 管 表 符号连接法兰标准密封面形式 用途 a1-2

15、HG20592 SO15-1.6 RF突面液面计接口管 b1-2HG20592 SO15-1.6 RF突面液面计接口管 cHG20592 SO450-1.6 RF突面人孔 dHG20592 SO32-1.6 RF突面出料口 eHG20592 SO50-1.6 RF突面进料口 fHG20592 SO25-1.6 RF突面安全阀接口管 gHG20592 SO25-1.6 RF突面放空口 hHG20592 SO50-1.6 RF突面排污口 厚度的定厚度的定义义义义 计算厚度 设计厚度 圆整值 名义厚度 有效厚度 毛坯厚度 加工减薄量 第三节 压力容器的破坏形式和原因 一. 韧性破裂 压力容器的韧性破裂往往是容器受到超过正常工作内压的作用，在其 器壁上产生的总体薄膜拉伸应力使材料发生明显的塑性变形，如果压力 继续升高，一旦应力超过材料的抗拉强度时，容器就会发生破裂。主要 原因是容器超压。 破裂时一般不产生碎块，而是沿容器轴向撕开较长裂缝。断口无金属 光泽、暗灰色纤维状。 断口形貌见P148，图12. 二. 脆性破裂 容器不发生或未发生充分塑性变形下就破坏的破裂类型 称为脆性破裂。主要原因，一是容器材料的问题（脆性） ；二是容器制造或使用中的问题。 断裂时器壁内的应力较低，破坏的容器常断裂成碎块飞 出。断口平齐，呈金属光泽的结晶状。 断口形貌见P15