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1、压力容器安全操作技术,周 建 2013.04.24,压力容器的安全附件,第一章 压力容器基本知识,第一节 压力容器简介 一、压力 垂直作用在物体表面上的力叫做压力。 二、压力容器的定义 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0.1Pa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5Pa*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固定式容器和移动式容器；盛装公称压力大于等于0.2Pa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0Pa*L的气体、液化气体和最高工作温度等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等 。 压力容器包括其附属的安全附件、安全保护
2、装置和与安全保护装置相关的设施。 三、压力容器的压力源 分为二类： 一类是气体的压力在容器外产生或增大，另一类是气体的压力在容器内产生或增大。 （一）在容器外产生或增大的气体压力。其压力源一般为气体压缩机或蒸汽锅炉。 （二）在容器内产生或增大的气体压力。其原因有：1）容器内介质的聚集状态发生改变；2)气体介质在容器内受热、温度急剧升高；3）介质在容器内发生体积增大的化学反应等。,第二节 压力容器的工艺参数,压力容器的工艺参数是由生产的工艺要求确定的，是进行压力容器设计和安全操作的主要依据。主要工艺参数是压力和温度。 一、压 力 1.工作压力也称操作压力,系指容器顶部在正常工艺操作时的压力(即不
3、包括液体静压力). 2.最高工作压力：系指容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大表压力（即不包括液体静压力）压力超过此值时,容器上的安全装置就要动作.容器最高工作压力的确定与工作介质有关,如容规对盛装液化气体容器的最高工作压力,根据不同情况作出以下三条具体规定: 1)盛装临界温度高于50的液化气体的容器,如有可靠的保冷措施,其最高工作压力应为所盛装气体在可能达到的最高工作温度的饱和蒸气压力;无保冷措施,其最高工作压力不得低于50时的饱和蒸气压力. 2)盛装临界温度低于50的液化气体的容器,如有可靠的保冷措施并能确保低温贮存的,其最高工作压力不得低于试验实测的最高工作温度下的饱和蒸气压力;没有试
4、验实测数据或没有保冷措施的容器,其最高工作压力不得低于所装介质在规定的最大充装量和50时的气体压力.,3)盛装混合液化石油气的容器,其50时的饱和蒸气压力低于异丁烷在50时的饱和蒸气压时,取50时异丁烷的饱和蒸气压力为最高工作压力; 如高于50时异丁烷的饱和蒸汽压时,取50时丙烷的饱和蒸气压为最高工作压力; 如高于50时丙烷的饱和蒸汽压时,取50时丙烯的饱和蒸气压为最高工作压力. 3.设计压力 系指在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。一般设计压力等于或略高于最高工作压力。 钢制石油化工压力容器设计规定提出了以下几种确定设计压力的方法： 1)当容器上装有安全泄放装置时，取安全
5、泄放装置的开启压力作为设计压力。 2）当单个容器上无安全泄放装置，而在工艺系统中装有安全泄放装置时，可根据容器在系统中的工作情况，以最高工作压力增加适当裕度作为设计压力。裕度取值并无明文规定，但多数设计者往往取最高工作压力的1.051.1倍为设计压力。 3） 当容器为爆炸性介质时，容器的设计压力根据介质特性、爆炸前的瞬时压力，爆破膜的破坏压力以及爆破膜的排放面积与容器中气相容积之比等因素作特殊考虑。爆破膜的实际爆破压力与额定爆破压力之差，应在5范围之内。实际上，对于这种工况，国内设计多取最高工作压力的1.151.3倍作为设计压力。 4）对装有液化气体的容器，应根据充装系数和可能达到的最高温度确
6、定设计压力。,5）外压容器，应取不小于在正常工作过程中任何时间内可能产生的最大内外压力差为设计压力。 6）真空容器，按外压容器设计，当装有安全控制装置时，取最大内外压力差的1.25倍或0.1Mpa两者中较小者为设计压力。 固定式压力容器安全技术监察规程中的设计压力定义系指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。 超压泄放装置动作压力： 1）装有超压泄放装置的压力容器，超压泄放装置的动作压力不得高于压力容器的设计压力。 2）对于设计图样中注明最高允许工作压力的压力容器，允许超压泄放装置的动作压力不高于该压力容器的最高允许工作压力。 二、温 度 1.介质
7、温度 系指容器内工作介质的温度，可以用测温仪表测得。 2.设计温度 压力容器的设计温度不同于其内部介质可能达到的温度，系容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。,钢制石油化工压力容器设计规定中对设计温度的选取有如下规定： ）当容器的各个部位在工作过程中可能产生不同温度时，可取预计的不同温度作为各相应部位的设计温度。 2）对有内保温的容器，应作壁温计算或以工作条件相似容器的实测壁温作为设计温度，并需在容器壁上设置测温点或涂以超温显示剂。 这里值得注意的是，只有当壳壁或元件金属的温度低于-20时，才按最低温度确定设计温度。除此之外，设计温度一律按最高温度选取
8、。 固定式压力容器安全技术监察规程中设计温度是指压力容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属截面的温度平均值 ），设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。,第三节 压力容器的分类,固定式压力容器安全技术监察规程中新分类方法的原则： 针对1999版容规分类方法的不足，根据国内压力容器设计、制造和检验检测的现状，拟在新容规中提出新的压力容器分类方法，其分类原则为： 1）与原分类相衔接 根据危险程度的不同，仍将压力容器划分为三类。考虑到第类压力容器设计、制造及监管与第类、第类压力容器的差别较大，为降低因分类方法改变而增加的管理成本，按新容规和99版容规分类方法得到 的第类容器比例不应当有
9、太大的差异。 2）分类简单唯一 与欧盟承压调备分类的指导思想接轨，由设计压力、容积和介质危害性三个因素决定压力容器分类，不再考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、结构形式等因素，简化分类方法，强化按危险分类原则，从单一理念上对压力容器进行分类监管，突出本质安全思想。根据危险程度的不同，利用设计压力和容积在不同介质分组坐标图上查明取相相应的类别，简单易行、科学合理、准确唯一。 3）小容积容器统一划入第类 容积小于25L或者内直径（对非圆形截面，指宽度、高度或者对角线，如矩形为对角线，椭圆为长轴）小于150mm的小容积压力容器，特别是容积小于或者等于1L的压力容器，主要用于实验室工艺试验研究和
10、测试分析。这类小容积的容器统一划分为第类压力容器。,新的压力容器分类方法 影响因素 1、设计压力：指设定的容器顶部最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷 条件，其值不低于工作压力。 2、容积：指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算（不考虑制造公差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。 3、介质分组：压力容器的介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体，按其毒性危害程度和爆炸危险程度分为两组。 1）第一组介质 ： 毒性危害程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。 2）第二组介质： 除第一组介质以外的介质。 介质危害性指压力
11、容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。,易爆介质:指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20的介质。 具体介质毒性危害程度和爆炸危险程度按HG20660-2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类确定；HG20660没有规定的，参照GB5044-1985 职业性接触毒物危害程度分级的原则，由压力容器设计者决定介质组别。 基本分类： 压力容器分类应当先按照介质特性，按照以下要求选择分类图，再根据设计压力和容积，标出
12、坐标点，确定容器类别。 1）第一组介质，压力容器分类见图1-1 2）第二组介质，压力容器分类见图1-2,第四节 压力容器常用的钢材,制造压力容器种类较多，有金属材料和非金属材料，黑色金属和有色金属等，但目前绝大多数的压力容器是钢制的。 选材的原因： 压力容器是在承压状态下工作的，有些同时还要承受高温或腐蚀介质 的作用，因此工作条件较差，易产生变形、腐蚀和疲劳。此外，在制造压力容器时，为了获得所需的几何形状，钢材还需弯卷、冲压、焊接等冷热成形加工，将产生加工残余应力及缺陷。由于这些原因，压力容器要比其他一般的机械设备容易损坏。为了保证压力容器安全运行，正确选用钢材是一个重要的因素 。 一、对选用
13、钢材的要求： 用来制造压力容器的钢材应能适应钢材应能适应容器的操作条件（如温度、压力、介质特性等），并有利于容器的加工制造和质量保证。具体选用时，重点应考虑钢材的力学性能、工艺性能和耐腐蚀性。,（一）力学性能 用于压力容器的钢材主要强调其强度、塑性、韧性三个性能指标。 1、强度 对于某一种材料，所能承受的应力有一定的限度，超过了这个限度，物体就会破坏，这一限度就称为强度。在此，我们也可以将物体的强度简单说成能承受外力和内力作用而不破坏的能力。 1）抗拉强度 ：指钢材试样在拉伸试验中，拉断前所能承受的最大应力。 2）屈服极限（屈服强度）：指试样在拉伸过程中，拉力不增加（甚至有所下降），还继续显著
14、变形时的最小应力。 3）蠕变极限:系指在一定温度和恒定拉力负荷下，试样在规定的时间间隔内的蠕变变形量或蠕变速度不超过某规定值时的最大应力。例如：tn是指在t温度条件下，经过10万小时后总变形量为1的蠕变极限。 4）持久强度：对于压力容器来讲，失效的形式主要是破坏而不是变形，所以要有一个能更好地反映高温元件失效的强度指标持久强度。持久强度是指试样在给定温度下，经过规定时间发生断裂的应力。在设计规定中用tD表示，即t温度下同，经过10万小时而断裂的应力。 2、塑性 系指金属材料发生塑性变形的性能。压力容器在制造过程中要经受弯卷、冲压等成形加工，要求用于制造压力容器的钢材具有较好的塑性。以防止压力容
15、器在使用过程中因意外超载而导致破坏，也便于加工。这些,因为塑性好的钢材在破坏以前一般都会产生较明显的塑性变形，不但易于发现，且可松驰局部超应力而避免断裂。塑性指标包括伸长率和断面收缩率 3、韧 性 为了防止或减少压力容器发生脆性破坏（在较低的应力状态下发生无显著塑性变形的破坏），要求压力容器用钢材在使用温度下有较好的韧性（aK:一定尺寸和形状的试样在规定类型的试验机上受冲击负荷折断时，试样槽口处单位面积上所消耗的冲击功），表征材料抵抗冲击功的性能（用以缺口的冲击试样作冲击试验测得）。 （二）工艺性能 压力容器大多数是用钢板滚卷和冲压后焊接制成的，所以要求压力容器要具有良好的工艺性能，即具有冷塑
16、性变形能力和可焊性。前者可以通过控制塑性指标得到保证；而可焊性是取决于钢材的含碳量（对碳钢）和碳当量（合金钢）。可焊性指钢材在规定的焊接工艺条件下，能否得到质量优良的焊接接头的性能。在焊接中或焊接后易发生裂纹的钢材可焊性差。为了保证焊接质量，压力容器用钢需选用可焊性好的钢材。 碳钢和普通低合金钢其含碳量分别小于0.3和0.25 时，一般都具有良好的可焊性。 合金钢，特别是高强度合金钢由于加入了较多的合金元素，其可焊性与含碳量和合金元素的会计师有关，目前常用碳当量Cd（将钢中的碳含量与合金元素含量折算成相当的碳含量的总和）作为评价指标。,Cd=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15() 式中： Cd碳当量，；C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu等成分的含量，。 经验表明：当Cd0.4 时，可焊性良好，焊接时不预热； 当Cd=0.4 0.6 时，钢材的淬硬倾向增大，焊接时需采用预
