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1、压力容器安全操作知识,第一章 压力容器基础知识,第一节 概述,压力容器是许多工业生产过程中不可缺少的一种承压类特种设备。随着工业的发展，压力容器已经广泛应用于石油、化工、机械、冶金、航空、航天及电力等行业。目前，在医疗卫生和日常生活中也已被广泛使用，数量在日益增加，并逐渐向容量大型化和结构复杂化。为了适应工程上的需要，近年来，压力容器的设备制造不断采用新材料、新工艺和新技术。因此，压力容器的安全可靠性问题就显得更为重要，更需要人们密切关注。压力容器的安全问题之所以特别重要，主要是因为它既是工业生产、医疗卫生、能源、军事、科研等领域和日常生活中广泛使用的设备，又是事故率高，事故后果严重的特种设备
2、。一、 压力容器应用广泛 压力容器是一种能承受压力载荷的密闭容器。它的主要作用是储存、运输有压力的气体或液化气体，或为这些流体的传热、分离提供一个封闭的空间，或作为完成物理或化学过程的设备。,压力容器有各种各样的结构形式，从容积只有几升的瓶或罐，到容积为上万立方米的球形容器或高达上百米的塔式容器。它们在生产和生活中得到广泛的应用。在化学工业中，几乎每一个工艺过程都要用到压力容器。在医疗卫生领域，医用氧舱、灭菌柜等也都很常见。而液化石油气钢瓶等压力容器已进入千家万户，与人们的日常生活密切相关。 二、压力容器事故率高压力容器是一种可能引起爆炸或中毒等危害性较大事故的特种设备，当设备发生破坏或爆炸时
3、，设备内的介质迅速膨胀、释放出极大的内能，这些能量不仅会使设备本身遭到破坏，瞬间释放的巨大能力还将产生冲击波，使周围的设施和建筑物遭到破坏，危及人民生命安全。如果设备内盛装易燃或有毒介质，一旦突然发生爆炸或泄漏，将会造成恶性的连锁反应，后果不堪设想。它比一般通用机械设备事故率都高，所以要有更高的安全要求。,压力容器的工作条件一般比较恶劣，因而容易发生各种事故。1.承受一定的压力及温度压力容器要承受大小不同的压力载荷和其他戴荷，有些容器要在高温或深冷条件下工作。压力容器内的压力可能因操作失误或反应异常而迅速升高，导致承压部件超压破裂。2.硫腐蚀、硫化氢腐蚀以及各种浓度的酸、碱、盐腐蚀，损坏设备；
4、有的工作介质是易燃易爆物质，一旦泄漏，或发生燃烧、爆炸，会造成人身伤亡和财产损失。3.较为复杂的局部应力压力容器通常都有开孔接管及其他的不连续结构，在这些区域内存在着较高的应力，在某些使用环境或载荷条件下，会导致承压部件破裂。4.连续运转不能得到正常检验 压力容器大多是钢制焊接结构，其焊缝部位常隐藏着漏检缺陷或标准允许的细微缺陷。在使用中，很多压力容器必须连续运行，不便停用以进行定期检验，所以常因缺陷扩展而导致破裂。,在上述因素共同影响下，即使是设计、制造质量符合标准的压力容器，在正常操作条件下也可能发生事故，更不用说带有设计、制造缺陷和操作不当的设备了。三、压力容器事故后果严重压力容器承压部
5、件的断裂破坏伴随着介质的能量释放会形成爆炸，具有巨大的破坏力，不仅损坏设备本身，而且损坏周围的设备和建筑物，并常常造成人身伤亡，后果极其严重。造成伤害的因素主要有：1、冲击波伤害压力容器的的介质一般是具有一定压力的气体、液化气体或高温液体，承压部件一旦破裂，介质就会泄压膨胀或瞬时汽化，瞬间释放出巨大的能量。其中大约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，并危害人身安全。2、设备碎片伤害压力容器破裂时，有些壳体可能裂成碎片并高速飞出，击穿、撞坏设备或建筑，有时还会直接伤人。3、介质伤害压力容器破裂时介质外泄，常常造成人员烫伤、中毒、现场燃烧及二次爆炸，产生连锁反应。总之，爆
6、炸常常造成大面积、立体性的破坏和群体分割，给事故发生单位及其附近社区造成严重损失。,综上所述，压力容器应用广泛，工作条件恶劣，容易损坏，事故率高，且事故后果往往严重。因此，对压力容器的安全问题不能等闲对待，一定要慎之又慎，确保万无一失。我国把压力容器作为一种特种设备，由国家质量监督检验检疫总局对其安全进行监督管理。国务院颁布了特种设备安全监察条例，把压力容器作为特种设备中的一种，对生产（含设计、制造、安装、改造、维修）、使用、检验检测及其监督检查等环节都做出了具体规定。对使用单位，要求使用符合安全技术规范的特种设备，建立技术档案，向特种设备安全监督管理部门登记，按规定进行定期检验，持证使用；至
7、于作业人员（含相关管理人员和操作人员），则必须经专门的技术培训和考核，持证上岗，以确保压力容器安全运行。,第二节 压力容器的基本要求,压力容器的生产（含设计、制造、安装、改造维修）和使用，必须最大限度地满足工艺生产和安全规范的要求。也就是说，压力容器必须具备工艺要求的使用性能，安全可靠，制造与安装简单，结构先进；维修操作方便，经济合理。因此，压力容器必须满足以下要求：一、强度强度是指容器在指定的压力或其他外部载荷作用下，抵抗破坏（破裂或过量塑性变形）的能力。如反应器或分离器的筒体强度设计不足，在压力作用下，将产生过量塑性变形，以致直径增大，壁厚减薄，最后导致破裂失效。二、刚度刚度与强度不同。刚
8、度是指抵抗变形的能力。容器或容器的受压部件虽然不会因强度不足而发生破裂和过量的塑性变形，但弹性变形过大也会使其丧失正常工作的能力。如压力容器设备法兰和接管法兰，会因刚度不足导致密封泄漏，使密封结构失效。,三、稳定性 稳定性是指在外载荷作用下，容器保持其固有形状不变的能力。稳定性失效是指容器外载荷达到某一极限而形状突然发生改变，使容器丧失工作能力。如薄壁圆筒容器在外部载荷作用下的突然压瘪或断裂。 四、耐久性耐久性是容器使用寿命的表征。它与强度、刚度及稳定性一样，是容器性能的重要指标。一般压力容器的设计使用年限为1020年，对重要的容器可按20年考虑。当然，容器的设计使用年限与容器的实际使用年限是
9、不同的，如果容器维护保养得当，实际使用年限可以比设计使用年限长得多。压力容器的使用年限取决于容器的疲劳寿命和腐蚀速率等。,五、密封性压力容器的密封不仅指可拆连接处的密封，而且也包括焊接连接处的密封。对于盛装易燃、有毒介质的压力容器，容器的密封性必须从严要求。盛装这类介质的容器不但需采用可靠的密封结构，而且其制造和定期检验都要提出气密性试验等更高要求。第三节 压力容器的主要技术参数压力容器技术参数是由工艺确定的。它是压力容器设计、制造、检验、使用的重要依据。压力容器主要技术参数为压力、温度、介质、容积和壁厚。一、压力压力是压力容器内壁单位面积所承受的与表面垂直的作用力。又称压力强度，简称压强。习
10、惯上叫压力。用符号“”表示，单位为帕（Pa），常用百万倍数单位为兆帕（MPa)。1、大气压力大气压力是地球表面大气层受地心的吸引所产生的重力，即所谓大气压。地球表面不同部位大气层厚度是不同的，大气层厚处，压力就大，反之则小。高山上的大气压就比海平面上的小。为使计算有个统一基点，我们将海平面上，相当于760约定毫米汞柱（mmHg）的大气压力称为1标准大气压（at），用0.1MPa表示。为计算方便，工程上称0.098MPa为1工程大气压（at）。它与标准大气压之间的换算关系为：,1工程大气压=0.968标准大气压=735.6mmHg 如果以约定毫米水柱（mmH2O)来计算压力时，其换算关系为：9.
11、8Pa=1mmH2O0.098MPa=10000mmH2O=10mH2O应该注意的是，标准大气压、工程大气压、约定毫米汞柱或约定毫米水柱都是应废除的单位。2、绝对压力绝对压力是流体相对于真空的自身实际压力，与大气压无关。3、表压力压力表测得的压力数值，实际上是容器内部压力与大气压的差值，通常称为表压。当容器内介质的压力等于大气压时，压力表的指针指在零位，称表压为零。绝对压力、表压力之间的关系为：绝对压力=表压力+大气 压力4、最高工作压力最高工作压力是指在正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高压力（即不包括液体的静压力）。,5、设计压力设计压力是指在相应设计温度之下，用以确定容器壳体厚度的压力
12、，亦即标注在铭牌上的容器设计压力，其值略高于最高工作压力。对于盛装液化气体的容器，在规定的系数范围内，设计压力应根据操作条件下可能达到的最高温度确定。 外压容器的设计压力，应取不小于正常操作情况下可能出现的最大内外压力差。 真空容器按随外压设计，当装有安全控制装置（如真空泄放阀）时，设计压力取1.25倍的最大内外压力差和0.1MPa两者中的较小者；当没有安全控制装置时，取0.1MPa。计算带夹套部分的内容器时，应地考虑正常操作情况下可能出现的内外压力差。6.压力容器的压力来源压力容器的压力来源主要有四种：(1)由压缩机或液体泵产生的压力 此时压力容器中，通过容积式压缩机或者容积式泵使气体或液体
13、缩小体积，增加气体或液体的密度来提高气体或液体的压力。工作介质的压力取决于压缩机和泵出口的压力的容器，如储气罐、缓冲罐、压缩机段间分离容器等，就属于此类情况。速度型压缩机及泵则通过增加气体或液体的流速，并将其动能转变为静压能来提高气体及液体的压力。,（2）由蒸气锅炉、废热锅产生的压力 此时压力容器的工作介质为蒸气（如汽包、蒸汽加热器等），其压力取决于锅炉蒸汽压力或经减压后的蒸汽压力。（3）由液化气体蒸 发产生的压力 这对于工作介质为液化气体的压力容器，如液化气储罐、液化气钢瓶等。其压力取决于储存温度下，液化气体的饱和蒸汽压。液化气体类型不同、操作温度不同，则其对应的饱和蒸汽压也不同。（4）由化
14、学反应产生的压力 多数反应容器中，两种或两种以上的化学物质，在一定的温度和压力条件下，进行化学反应，生成一种或几种化合物。有些容器中，所进行的则可能是分解或解聚等过程。在这些过程中，反应物体积和温度可能发生急剧变化，同时引起反应器内压力的变化。例如聚甲醛（固体）的比容为0.7L/kg，当它解聚变为气态甲醛时，其比容达746L/kg，体积剧增上千倍，在容器内产生很高的压力。因此，无论是介质压力产生于容器外，还是产生在容器内，操作不当都有发生事故的可能性，都存在不同的危险性。,二、温度1、介质温度指容器内工作介质的温度，可以用测量仪表测得。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
15、度，是指容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，器壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。GB1501998钢制压力容器对设计温度的选取有如下规定：（1）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，应进行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。值得注意的是，只有当器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。 3、试验温度是指压力试验时，容器壳体的金属温度。有关规程或规范规定，对容器的使用温度和金属壁温要进行控制，以免容
16、器超温运行。,三、介质介质是指压力容器内盛装的物料，有液态、气态或气液混合态。压力容器的安全性与其内部盛装的介质密切相关，介质性质不同，对容器的材料、制造和使用的要求也不同。介质易燃、易爆、有腐蚀性和毒性的容器，危险性较大，因此，在使用维护中应特别注意。 1、易燃介质指与空气的混合物的爆炸下限小于10%，或爆炸上限与下限的差值大于等于20%的气体，如氢、甲烷、乙烷、环氧乙烷、环丙烷、乙烯、丙烯等。 2、毒性介质参照GB50441985职业性接触毒物危害程度分级的规定，将毒性介质分为四级，具体为：（1）I级极度危害，（在空气中的）允许浓度小于0.1mg/m3。（2）级高度危害，允许浓度大于等于0
17、.1mg/m3,小于1.0mg/m3。（3）级中度危害，允许浓度大于等于1.0mg/m3，小于10mg/m3。（4）级轻度危害，允许浓度大于等于10mg/m3。,如氟、氢氟酸、光气、氟化氢、氯等为I、II级；二氧化硫、氨、一氧化碳、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯等为级；氢氧化钠、丙酮等为。3.混合物质的介质。压力容器中的介质为混合物质时，应根据介质的组成并按毒性程度和易燃介质的划分原则，由设计单位的工艺设计部门或使用单位的生产技术部门，判定介质毒性程度，以及是否属于易燃介质。4.腐蚀介质。硝酸、硫酸、盐酸、环烷酸、强碱等具有强腐蚀性。介质的腐蚀性很复杂。介质的种类和性质不同，加上工艺条件不同，介质的腐蚀性也不同。四、容积压力容器主要是为不同生产工艺提供承压空间。容积取决于生产工艺的需要。决定容积大小的主要参数是直径与长度。筒体的强度与厚度、直径有关而与长度无关。长度与刚度有关。在满足生产工艺的情况下，直径小可节省材料。,
