压力容器安全教学PPT

1、2021年5月13日1 第六章第六章 压力容器安全压力容器安全 2021年5月13日第一章 绪论 2/52 什么是压力容器什么是压力容器? 压力容器的定义为了与一般容器压力容器的定义为了与一般容器(常压容器常压容器)相区相区 别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为 压力容器：压力容器： 1、最高工作压力、最高工作压力0.1mpa 2、内直径、内直径0.15m，且容积，且容积0.025m 3、介质为气体、液化气体或最高工作温度高于、介质为气体、液化气体或最高工作温度高于 标准沸点的液体。标准沸点的液体。 2021年5月13日第一章 绪论 3/52

2、 第一节第一节 压力容器的特点压力容器的特点 1压力容器的应用和特点压力容器的应用和特点 （1） 容器应用的广泛性容器应用的广泛性 化工企业中的塔、釜、槽、罐等。如一个年产化工企业中的塔、釜、槽、罐等。如一个年产30万吨的乙烯装置，万吨的乙烯装置， 越有越有793台设备，其中压力容器台设备，其中压力容器281台，占了台，占了35.4%。至于民用或工也用。至于民用或工也用 的液化石油气瓶，更是到处可见。蒸汽锅炉也属于压力容器，但它是的液化石油气瓶，更是到处可见。蒸汽锅炉也属于压力容器，但它是 用直接火焰加热的特种受压容器，其设计、选材、运行和维护管理另用直接火焰加热的特种受压容器，其设计、选材、

3、运行和维护管理另 有规定。有规定。 （2） 操作条件的复杂性操作条件的复杂性 压力容器的操作条件十分复杂，甚至近于苛刻。压力从压力容器的操作条件十分复杂，甚至近于苛刻。压力从110-5210- 5pa的真空到高压、超高压，如石油加氢为的真空到高压、超高压，如石油加氢为10.521.0mpa；高压聚乙；高压聚乙 烯为烯为100200mpa；合成氨为；合成氨为10100mpa；人造水晶高达；人造水晶高达140mpa； 温度从温度从-196到超过到超过1000的高温；而处理介质则包括爆、燃、毒、辐的高温；而处理介质则包括爆、燃、毒、辐 射、腐蚀、磨损等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容器从设计、射

4、、腐蚀、磨损等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容器从设计、 制造、安装到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设制造、安装到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设 备。备。 2021年5月13日第一章 绪论 4/52 （3） 对安全的要求高对安全的要求高 一般压力容器的结构并不复杂，但因其一承受各一般压力容器的结构并不复杂，但因其一承受各 种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度 载荷；其二大多数容器容纳压缩气体或饱和液体，载荷；其二大多数容器容纳压缩气体或饱和液体， 若容器破裂，导致介质突然卸压膨胀，瞬间释放出若容器破裂，导

5、致介质突然卸压膨胀，瞬间释放出 来的破坏能量极大，加上压力容器多数系焊接制造，来的破坏能量极大，加上压力容器多数系焊接制造， 容易产生各种焊接缺陷，一旦检验、操作失误易发容易产生各种焊接缺陷，一旦检验、操作失误易发 生爆炸破裂，器内的易爆、易燃、有毒的介质将向生爆炸破裂，器内的易爆、易燃、有毒的介质将向 外泄露，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压外泄露，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压 力容器本身就要求有足够的强度、刚度和稳定性，力容器本身就要求有足够的强度、刚度和稳定性， 以及密封性好等很高要求的安全可靠性以及密封性好等很高要求的安全可靠性 2021年5月13日第一章 绪论 5/52

6、2压力容器的安全问题压力容器的安全问题 （1）量大面广）量大面广 （2）事故率高）事故率高 根据英国原子能局安全卫生处和联合部技术委员会工程根据英国原子能局安全卫生处和联合部技术委员会工程 检验机构调查使用年限在检验机构调查使用年限在30年以内，符合英国压力容器规年以内，符合英国压力容器规 范的一级压力容易发生破坏事故的统计情况表明，范的一级压力容易发生破坏事故的统计情况表明，10000台台 容器中发生损坏事故的次数为每年容器中发生损坏事故的次数为每年12.5次，达到破坏事故次，达到破坏事故 0.7次，事故几率为万分之次，事故几率为万分之1.32，而这，而这132起使用中的容器事起使用中的容器

7、事 故，按其原因分类，故，按其原因分类，89.3%即即118起是由各种制造裂纹所引起是由各种制造裂纹所引 起的。起的。 据统计，国内据统计，国内1998年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸 事故事故132起，严重事故起，严重事故274起，共死亡起，共死亡104人，受伤人，受伤371人，人， 直接经济损失直接经济损失2813.58万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸 事故率分别为事故率分别为1.07、0.28、0.65次次/万台。万台。 （3）危害性大）危害性大 2021年5月13日第一章 绪论 6/52 冲击波及其破坏作用冲击波及其破坏作

8、用 冲击波超压会造成人员伤亡和建筑物破坏冲击波超压会造成人员伤亡和建筑物破坏 爆破碎片的破坏作用爆破碎片的破坏作用 爆炸碎片具有较高速度和较大质量，其对人的伤害爆炸碎片具有较高速度和较大质量，其对人的伤害 取决于其动能，会对人造成伤亡，并且可能损坏附近设取决于其动能，会对人造成伤亡，并且可能损坏附近设 备和管道，引起二次事故备和管道，引起二次事故 介质伤害介质伤害 主要是有毒介质的毒害和高温水汽的烫伤。主要是有毒介质的毒害和高温水汽的烫伤。 二次爆炸及燃烧二次爆炸及燃烧 当容器所盛装的介质为可燃液化气体时，容器破裂爆当容器所盛装的介质为可燃液化气体时，容器破裂爆 炸在现场会形成大量可燃蒸气，并

9、迅即与空气混合形成炸在现场会形成大量可燃蒸气，并迅即与空气混合形成 可爆性混合气，在扩散中遇明火即形成二次爆炸。可爆性混合气，在扩散中遇明火即形成二次爆炸。 2021年5月13日第一章 绪论 7/52 1979年年9月月7日国内某厂日国内某厂415l液氯钢瓶爆炸，击穿液氯钢瓶爆炸，击穿 5个，爆炸个，爆炸5个，个，10200kg液氯外泄，波及液氯外泄，波及7km的的 范围，范围，59人死亡，人死亡，799人严重中毒，损失人严重中毒，损失63万元；万元； 1979年年12月月18日国内某地液化气站日国内某地液化气站400m3储罐爆炸，储罐爆炸， 引发引发3个球罐和一个卧罐爆炸，个球罐和一个卧罐爆

10、炸，5000只气瓶爆炸，只气瓶爆炸， 600t液化气燃烧，液化气燃烧，32人死亡，人死亡，54人受伤，损失人受伤，损失627 万元；万元；1986年年4月月28日前苏联切尔诺贝利核电站压日前苏联切尔诺贝利核电站压 力壳发生核泄露，力壳发生核泄露，31人死亡，人死亡，20个国家个国家4亿受害者；亿受害者； 早期早期1905年年3月月20日美国日美国sultana蒸汽船锅炉爆炸蒸汽船锅炉爆炸 20min沉没，沉没，1547人溺水身亡人溺水身亡 发生压力容器事故很多是处于制造和操作管理上发生压力容器事故很多是处于制造和操作管理上 的原因。的原因。 2021年5月13日第一章 绪论 8/52 第二节第

11、二节 压力容器的分类压力容器的分类 1分类分类 按使用位置分：固定式和移动式：气瓶、气桶和按使用位置分：固定式和移动式：气瓶、气桶和 槽车等槽车等 按设计压力分：按设计压力分： 低压：低压： 中压：中压： 高压：高压： 超高压：超高压： 0.11.6pmpa 1.610pmpa 10100pmpa 100pmpa 2021年5月13日第一章 绪论 9/52 按工艺作用分：按工艺作用分： 1.1.反应容器反应容器(r)(r)：主要用于完成介质的物理、化学反应的压：主要用于完成介质的物理、化学反应的压 力容器，如反应器、反应釜、合成塔、变换炉等；力容器，如反应器、反应釜、合成塔、变换炉等； 2.2

12、.换热容器换热容器(e)(e)：废热锅炉、热交换器、蒸发器、硫化埚、：废热锅炉、热交换器、蒸发器、硫化埚、 蒸压釜等；蒸压釜等； 3.3.分离容器分离容器(s)(s)：分离器、过滤器、洗涤器、吸收塔、干燥：分离器、过滤器、洗涤器、吸收塔、干燥 塔等；塔等； 4.4.储存容器储存容器(t)(t)：主要用于盛装生产或生活用的原料气体、：主要用于盛装生产或生活用的原料气体、 液体、液化气体等，如各种型式的储罐、槽车等。液体、液化气体等，如各种型式的储罐、槽车等。 按安全监察管理分：按安全监察管理分： 根据容器在生产过程中的重要性、压力高低和介质危害根据容器在生产过程中的重要性、压力高低和介质危害 程

13、度（指易燃介质、毒性介质）程度（指易燃介质、毒性介质）, “容规容规”将容器分成将容器分成1，2， 3三类三类 2021年5月13日第一章 绪论 10/52 一类容器一类容器 非易燃或无毒介质的低压容器及易燃或有毒介质的低压传非易燃或无毒介质的低压容器及易燃或有毒介质的低压传 热容器和分离容器属于一类容器。热容器和分离容器属于一类容器。 二类容器二类容器 任何介质的中压容器；剧毒介质的低压容器；易燃或有毒任何介质的中压容器；剧毒介质的低压容器；易燃或有毒 介质的低压反应容器和储运容器属于二类容器。介质的低压反应容器和储运容器属于二类容器。 三类容器三类容器 高压、超高压容器；高压、超高压容器；

14、pv0.2mpam的剧毒介质低压容器和的剧毒介质低压容器和 剧毒介质的中压容器；剧毒介质的中压容器；pv0.5mpam的易燃或有毒介质的的易燃或有毒介质的 中压反应容器；中压反应容器；pv10mpam的中压储运容器以及中压废的中压储运容器以及中压废 热锅炉和内径大于热锅炉和内径大于1m的低压废热锅炉。的低压废热锅炉。 2021年5月13日第一章 绪论 11/52 2压力容器安全管理的主要法规与技术标准压力容器安全管理的主要法规与技术标准 为了保证压力容器安全运行，国内除了有各级政府劳动部门专为了保证压力容器安全运行，国内除了有各级政府劳动部门专 门设立的安全监察机构外，并有由他们制定的一系列安

15、全技术监门设立的安全监察机构外，并有由他们制定的一系列安全技术监 察制度、规程和规定等，如：察制度、规程和规定等，如： 1982年年2月国务院颁发的月国务院颁发的锅炉压力容器安全监察暂行条例锅炉压力容器安全监察暂行条例 1982年年7月劳动人事部颁发的月劳动人事部颁发的压力容器安全监察暂行条例压力容器安全监察暂行条例 1999年年6月国家质量技术局颁发的月国家质量技术局颁发的压力容器安全技术监察规压力容器安全技术监察规 程程即即“容规容规” 1989年年3月的月的压力容器使用登记管理规则压力容器使用登记管理规则 1990年年8月的月的压力容器产品安全质量监督检验规则压力容器产品安全质量监督检验

16、规则 1996年年4月的月的压力管道安全管理与监察规定压力管道安全管理与监察规定等等 关于压力容器设计和制造的技术标准有：关于压力容器设计和制造的技术标准有：gb150钢制压力容钢制压力容 器器，以及，以及1995年颁布的年颁布的gb4732钢制压力容器钢制压力容器-分析设计标准分析设计标准 等。等。 国外也有此类规程或边准，且涉及范围更广。国外也有此类规程或边准，且涉及范围更广。 2021年5月13日第一章 绪论 12/52 第三节第三节 压力容器的基本结构压力容器的基本结构 1 1压力容器的结构组成压力容器的结构组成 1.基本承压部件：器身、 封头、连接件（法兰对、 密封元件、紧固件）、接

17、 管、人（手）孔、支座。 2.附件：仪表、阀门、安 全附件（安全阀、爆破膜） 2021年5月13日第一章 绪论 13/52 2主要工艺参数主要工艺参数 影响压力容器设计、制造和使用管理的主要技术参数有压力，影响压力容器设计、制造和使用管理的主要技术参数有压力， 温度，直径等温度，直径等 1 1）压力：指容器工作时承受的介质压力，实际上是器内介质）压力：指容器工作时承受的介质压力，实际上是器内介质 压力与外大气压的差值压力与外大气压的差值 2 2）温度：容器的机械强度取决于材料的机械性能，而材料的）温度：容器的机械强度取决于材料的机械性能，而材料的 机械性能又与温度高低有关，因此需要规定设计温度

18、，其与设计机械性能又与温度高低有关，因此需要规定设计温度，其与设计 压力一起做为设计载荷条件压力一起做为设计载荷条件 设计温度指容器在正常工作的情况下，设定的元件的金属温度。设计温度指容器在正常工作的情况下，设定的元件的金属温度。 通常通过传热计算可以求得设计温度，或者取容器在工作状态下通常通过传热计算可以求得设计温度，或者取容器在工作状态下 内部介质可能达到最高的温度或最低温度。内部介质可能达到最高的温度或最低温度。 3 3）直径）直径 容器直径大体决定了容器的容积。出于标准化的要求，将容器容器直径大体决定了容器的容积。出于标准化的要求，将容器 直径按尺寸大小排列成系列，即标准化后的尺寸，称

19、为公称直径。直径按尺寸大小排列成系列，即标准化后的尺寸，称为公称直径。 例如容器的公称直径系列尺寸为例如容器的公称直径系列尺寸为300300、400400、500500、600600、700700、800800、 900900、10001000、12001200、14001400。（。（mmmm）等。除了无缝钢管制的容）等。除了无缝钢管制的容 器壳体外，钢板卷制的容器的公称直径系指内径器壳体外，钢板卷制的容器的公称直径系指内径 当容器壳体是无缝钢管时，此时容器的公称直径均指钢管的外当容器壳体是无缝钢管时，此时容器的公称直径均指钢管的外 径，如径，如159159、219219、273273、32

20、5325、426426。 2021年5月13日第一章 绪论 14/52 3压力容器的结构特征压力容器的结构特征 3.1 中低压容器的结构特征中低压容器的结构特征 中低压容器因压力不高，当直径不十分大时，其中低压容器因压力不高，当直径不十分大时，其 壁厚较小，因此直径范围宽，制造较容易，除小直壁厚较小，因此直径范围宽，制造较容易，除小直 径筒体直接用无缝管外，一般采用金属板材卷焊制径筒体直接用无缝管外，一般采用金属板材卷焊制 造；因压力不高容易达到密封要求，故密封结构较造；因压力不高容易达到密封要求，故密封结构较 简单，通常采用螺栓简单，通常采用螺栓-垫片垫片-法兰连接的强制密封结法兰连接的强制

21、密封结 构。中低压容器器身的几何形状通常为圆筒形或球构。中低压容器器身的几何形状通常为圆筒形或球 形，也有异形的，如长圆形、矩形等。圆筒形与球形，也有异形的，如长圆形、矩形等。圆筒形与球 形容器的特点和应用范围见下表：形容器的特点和应用范围见下表： 2021年5月13日第一章 绪论 15/52 除器身外，封头是容器的重要组成不见。在中低压容器，除器身外，封头是容器的重要组成不见。在中低压容器， 中，封头结构形式很多，按其形状主要有平板、锥形、无中，封头结构形式很多，按其形状主要有平板、锥形、无 折边球形、碟形、椭球形、半球形等，其对于如下表：折边球形、碟形、椭球形、半球形等，其对于如下表： 2

22、021年5月13日第一章 绪论 16/52 2021年5月13日第一章 绪论 17/52 2021年5月13日第一章 绪论 18/52 3.2高压容器的结构特征高压容器的结构特征 高压容器因其压力高，势必壁厚大；为了保证工艺空间，长径比大，高压容器因其压力高，势必壁厚大；为了保证工艺空间，长径比大， 故其外观细长；在密封要求上比中低压容器高，因此在筒体的制造方故其外观细长；在密封要求上比中低压容器高，因此在筒体的制造方 法和高压密封结构形式方面有更广泛和独特的特征。法和高压密封结构形式方面有更广泛和独特的特征。 1）筒体）筒体 高压筒体以制造方便的圆筒形居多，并采用厚壁结构，但由于壁厚高压筒体

23、以制造方便的圆筒形居多，并采用厚壁结构，但由于壁厚 大，所以制造方法很多，分为单层式和多层式大，所以制造方法很多，分为单层式和多层式 2）封头）封头 主要型式为平盖或半球封头，这是考虑到壁厚，对小直径容器，平主要型式为平盖或半球封头，这是考虑到壁厚，对小直径容器，平 盖制造容易；而直径较大的容器则采用半球形封头，有利于减少厚度盖制造容易；而直径较大的容器则采用半球形封头，有利于减少厚度 或改善受力状况。或改善受力状况。 3）密封）密封 密封结构非常重要，其安全性能很大程度上决定密封的可靠性，高密封结构非常重要，其安全性能很大程度上决定密封的可靠性，高 压化学介质一旦发生泄露，其后果自然相当严重

24、。因此除了少数压力压化学介质一旦发生泄露，其后果自然相当严重。因此除了少数压力 不高或波动不大的情况外，一般不采用强制密封（如螺栓连接的金属不高或波动不大的情况外，一般不采用强制密封（如螺栓连接的金属 平垫密封等），而采用各种在操作时有自密封作用的半自紧密封或自平垫密封等），而采用各种在操作时有自密封作用的半自紧密封或自 紧密封结构，如双锥密封、伍德式密封、紧密封结构，如双锥密封、伍德式密封、c形环密封、锲形密封、形环密封、锲形密封、b形形 环密封等。这些密封形式在安全性上要强于强制密封，但结构和安装环密封等。这些密封形式在安全性上要强于强制密封，但结构和安装 要求要复杂得多。要求要复杂得多。

25、 2021年5月13日第一章 绪论 19/52 一、锅炉简介 锅炉是生产蒸汽的设备，它锅炉是生产蒸汽的设备，它 把燃料的化学能转变为热能，再把燃料的化学能转变为热能，再 利用热能产生蒸汽。锅炉按用途利用热能产生蒸汽。锅炉按用途 分为电站锅炉、工业锅炉、机车分为电站锅炉、工业锅炉、机车 锅炉、船舶锅炉和生活锅炉，按锅炉、船舶锅炉和生活锅炉，按 结构分为水管锅炉、火管锅炉二结构分为水管锅炉、火管锅炉二 种，前者是烟气在管内流动。有种，前者是烟气在管内流动。有 时又按压力分为低压、中压、高时又按压力分为低压、中压、高 压与超高压锅炉四个等级。压与超高压锅炉四个等级。 第四节第四节 锅炉安全问题锅炉安

26、全问题 2021年5月13日第一章 绪论 20/52 二、锅炉的危险因素二、锅炉的危险因素 锅炉在运行时，不仅要承锅炉在运行时，不仅要承 受一定的温度和压力，而且要受一定的温度和压力，而且要 遭受介质的侵蚀和飞灰磨损，遭受介质的侵蚀和飞灰磨损， 因此具有爆炸的危险。如果锅因此具有爆炸的危险。如果锅 炉在设计制造及安装过程中存炉在设计制造及安装过程中存 在缺陷或因年久失修，或违反在缺陷或因年久失修，或违反 操作规程都可能出现严重的事操作规程都可能出现严重的事 故。故。 2021年5月13日第一章 绪论 21/52 锅炉常见的危险因素有： 1 1、水位异常水位异常。主要是在运行过程中发生缺 水和满

27、水。当严重缺水时，水冷壁管已部分干烧、 过热，如果此时强行进水，使温度很高的气包和 水冷壁管发生急冷，产生巨大的热应力，同时水 大量气化会造成管子大面积损坏甚至炉管爆裂。 为此锅炉严重缺水时绝不能立即加水，应立即熄锅炉严重缺水时绝不能立即加水，应立即熄 火停炉。火停炉。满水也会使蒸汽压力严重波动造成锅炉 损坏，此时应减少给水或及时排水，必要时也应 停炉。 2021年5月13日第一章 绪论 22/52 2 2、汽水共腾汽水共腾。主要是锅炉水位波动 幅度异常，水面翻腾程度大。原因是炉 水中含盐量高，管壁结垢严重管壁结垢严重，水汽化 受扰动使蒸汽系统压力严重波动，有时 还可引起锅炉承压系统部件损坏，

28、甚至 造成炉管爆裂。 2021年5月13日第一章 绪论 23/52 3 3、炉膛爆炸炉膛爆炸。炉膛爆炸是指。炉膛爆炸是指 炉膛内发生可燃物瞬时爆燃的现炉膛内发生可燃物瞬时爆燃的现 象。其原因主要是点火前炉膛内象。其原因主要是点火前炉膛内 存在可燃物，一般是点火不成功存在可燃物，一般是点火不成功 没有及时清理炉膛而留存下来的，没有及时清理炉膛而留存下来的， 当再次点火时就可导致炉膛内的当再次点火时就可导致炉膛内的 可燃气体、可燃物发生爆燃可燃气体、可燃物发生爆燃。 为此，锅炉点火前必须通风锅炉点火前必须通风 置换，清除可燃物，使其置换，清除可燃物，使其 浓度远远低于爆炸界限。浓度远远低于爆炸界限

29、。 2021年5月13日第一章 绪论 24/52 4 4、尾部二次燃烧尾部二次燃烧。主要原因是锅炉运行中燃烧不完。主要原因是锅炉运行中燃烧不完 全，从而导致部分可燃物随着烟气进入尾部烟道，积全，从而导致部分可燃物随着烟气进入尾部烟道，积 存于烟道内或粘附在尾部受热面上，在一定条件下这存于烟道内或粘附在尾部受热面上，在一定条件下这 些可燃物自行着火燃烧。后果是常常将空气预热器、些可燃物自行着火燃烧。后果是常常将空气预热器、 省煤器破坏。二次燃烧易在停炉之后不久发生。省煤器破坏。二次燃烧易在停炉之后不久发生。 为此，为此，就要组织好燃烧，提高燃烧效率，尽可能就要组织好燃烧，提高燃烧效率，尽可能 减

30、少不完全燃烧损失，减少锅炉启停次数，同时加强减少不完全燃烧损失，减少锅炉启停次数，同时加强 尾部受热面的吹灰，保证烟道各种门孔及烟风挡板的尾部受热面的吹灰，保证烟道各种门孔及烟风挡板的 密封良好，在燃油锅炉的尾部烟道上应装设灭火装置。密封良好，在燃油锅炉的尾部烟道上应装设灭火装置。 2021年5月13日第一章 绪论 25/52 1 1）锅炉房，每层）锅炉房，每层至少应有两个出口至少应有两个出口，分别，分别 设在两侧，门应向外开，在锅炉运行期间不准锁住设在两侧，门应向外开，在锅炉运行期间不准锁住 或栓住，锅炉房内的工作室或生活室的门应向锅炉或栓住，锅炉房内的工作室或生活室的门应向锅炉 房内开。房

31、内开。 2 2）锅炉运行要有操作规程、交接班制度、水）锅炉运行要有操作规程、交接班制度、水 质管理制度、定期检验制度等。质管理制度、定期检验制度等。 3 3）运行锅炉应每年进行一次停炉内外部检验，）运行锅炉应每年进行一次停炉内外部检验， 每每6 6年进行一次水压试验。年进行一次水压试验。 三、锅炉运行的安全防护三、锅炉运行的安全防护 2021年5月13日第一章 绪论 26/52 4 4）蒸汽锅炉运行中遇有下列情况之一时，应）蒸汽锅炉运行中遇有下列情况之一时，应 立即停炉：立即停炉： 锅炉水位降到规定的水位极限以下时；锅炉水位降到规定的水位极限以下时； 不断加大向锅炉给水及采取其他措施，但水位仍

32、继续下不断加大向锅炉给水及采取其他措施，但水位仍继续下 降时；降时； 锅炉水位已经升到运行规程规定的水位上位极限以上时；锅炉水位已经升到运行规程规定的水位上位极限以上时； 给水机械全部失效；给水机械全部失效； 水位表或安全阀全部失效；水位表或安全阀全部失效； 锅炉元件损坏，危及锅炉元件损坏，危及 运行人员安全；运行人员安全； 燃烧设备损坏，炉膛倒塌或锅炉构架被烧红；燃烧设备损坏，炉膛倒塌或锅炉构架被烧红； 其它异常运行情况。其它异常运行情况。 2021年5月13日第一章 绪论 27/52 1993年8月,大庆石化总厂化肥厂合成车间辅助锅炉发生爆 管事故。事故原因是：开车期间，由于操作失误，导致

33、锅 炉给水泵抽空，高压汽包液位由55%突然降至16%，汽包另 一套电极液位指示为零。在两个液位指示不一致的情况下， 操作人员误认为16%的液位是正确的，而没有果断灭火停炉， 造成辅锅干烧而爆管一根。直接经济损失90.61万元。 1985年2月24日，辽阳石油化纤公司化工一厂裂解车间发 生了一起3台急冷锅炉损坏及1号裂解炉油线焊缝撕裂的重 大设备事故。事故的主要原因是：操作工技术素质较差， 缺乏对锅炉严重泄漏的判断经验，不知急冷锅炉因水质不 良和排污不当已腐蚀损坏，给腐蚀的锅炉继续加水，加剧 锅炉的损坏。 2021年5月13日第一章 绪论 28/52 第四节第四节 压力容器的破坏形式和原因压力容

34、器的破坏形式和原因 压力容器及其承压部件在使用过程中，其尺寸、压力容器及其承压部件在使用过程中，其尺寸、 形状或材料性能发生改变而完全失去或不能良好地形状或材料性能发生改变而完全失去或不能良好地 实现原定的功能，或在继续使用中失去可靠性和安实现原定的功能，或在继续使用中失去可靠性和安 全性，因而需要立即停用进行修理或换掉，这就称全性，因而需要立即停用进行修理或换掉，这就称 为压力容器或其承压部件的失效。对压力容器而言，为压力容器或其承压部件的失效。对压力容器而言， 从安全出发，最关心的实效形式是破裂。从安全出发，最关心的实效形式是破裂。 压力容器破裂失效通常分为以下几种型式：压力容器破裂失效通

35、常分为以下几种型式： 2021年5月13日第一章 绪论 29/52 1.韧性破裂韧性破裂 韧性：是表示材料弹塑性变形和断裂全过程中吸收能量韧性：是表示材料弹塑性变形和断裂全过程中吸收能量 的能力，是强度和塑性的综合表现。材料的韧性是强度和的能力，是强度和塑性的综合表现。材料的韧性是强度和 塑性的综合体现。正如一个人一样。塑性的综合体现。正如一个人一样。 强度：指在外力作用下，抵抗产生塑性变形和断裂的能强度：指在外力作用下，抵抗产生塑性变形和断裂的能 力。可用屈服强度（产生明显塑性变形时的应力）和强度力。可用屈服强度（产生明显塑性变形时的应力）和强度 极限（拉断前承受的最大应力）来衡量极限（拉断

36、前承受的最大应力）来衡量 塑性：材料在外力作用下，发生断裂前产生塑性变形的塑性：材料在外力作用下，发生断裂前产生塑性变形的 能力，常用拉伸试验中材料的延伸率能力，常用拉伸试验中材料的延伸率5表示（试件标准长表示（试件标准长 度和直径之比为度和直径之比为5）和断面收缩率表示。值越大塑性越好。）和断面收缩率表示。值越大塑性越好。 韧性破裂往往是容器受到超过正常工作内压的作用，在韧性破裂往往是容器受到超过正常工作内压的作用，在 其器壁截面上产生的总体薄膜拉应力使材料发生明显的塑其器壁截面上产生的总体薄膜拉应力使材料发生明显的塑 性变形，如压力继续升高，一旦应力超过材料的抗拉强度性变形，如压力继续升高

37、，一旦应力超过材料的抗拉强度 时，容器就会发生破裂如果材料本身或容器制造过程中不时，容器就会发生破裂如果材料本身或容器制造过程中不 存在严重的缺陷，容器的韧性破裂通常出自塑性很好的材存在严重的缺陷，容器的韧性破裂通常出自塑性很好的材 料，如低碳钢、低合金钢制造的容器。料，如低碳钢、低合金钢制造的容器。 2021年5月13日第一章 绪论 30/52 特征：从容器来看，容器发生显著塑性变形，主要表现特征：从容器来看，容器发生显著塑性变形，主要表现 在容器的周长明显伸长或容积明显增大、中间部分有鼓胀在容器的周长明显伸长或容积明显增大、中间部分有鼓胀 和壁厚的明显减薄。破裂时一般不会产生碎块，而是沿容

38、和壁厚的明显减薄。破裂时一般不会产生碎块，而是沿容 器轴向撕开较长的裂缝。从断面来看，断口有缩颈，其断器轴向撕开较长的裂缝。从断面来看，断口有缩颈，其断 面与主应力方向成面与主应力方向成45，有较大的剪切唇、断面多呈暗灰，有较大的剪切唇、断面多呈暗灰 色纤维状。通过电子显微镜对断口进行高倍分析，韧性破色纤维状。通过电子显微镜对断口进行高倍分析，韧性破 裂断口的显微特征是韧窝花样裂断口的显微特征是韧窝花样-圆形或椭圆形窝坑。圆形或椭圆形窝坑。 压力容器发生韧性破裂的主要原因是超压。压力容器发生韧性破裂的主要原因是超压。 例：某化肥厂检修合成氨系统高压设备气密试验，整个例：某化肥厂检修合成氨系统高

39、压设备气密试验，整个 试压系统五台高压容器和管道等炸毁。原因是检修系统与试压系统五台高压容器和管道等炸毁。原因是检修系统与 煤气柜的连接管道未用盲板隔断，截止阀泄露使煤气与空煤气柜的连接管道未用盲板隔断，截止阀泄露使煤气与空 气混合被压缩机压入试压系统。气混合被压缩机压入试压系统。 2021年5月13日第一章 绪论 31/52 2.脆性破裂脆性破裂 将容器不发生或未发生充分塑性变形情况下就破坏的破将容器不发生或未发生充分塑性变形情况下就破坏的破 裂类型称为脆性破裂。从压力容器破坏时的宏观变形观察，裂类型称为脆性破裂。从压力容器破坏时的宏观变形观察， 有时并不表现出明显的塑性变形，而就其破裂时的

40、爆破压有时并不表现出明显的塑性变形，而就其破裂时的爆破压 力计算出来的容器总体薄膜应力，也远低于制造容器材料力计算出来的容器总体薄膜应力，也远低于制造容器材料 的抗拉强度，甚至低于它的屈服点，此外起裂部位常在截的抗拉强度，甚至低于它的屈服点，此外起裂部位常在截 面不连续处，常拌有表面缺陷或内部缺陷，即该处有严重面不连续处，常拌有表面缺陷或内部缺陷，即该处有严重 的应力集中。的应力集中。 例：某化肥厂一台水洗塔在投产例：某化肥厂一台水洗塔在投产4年多后，爆裂成年多后，爆裂成43块，块， 其中一块约其中一块约1吨，飞出吨，飞出127米，伤亡米，伤亡10余人。该容器内径余人。该容器内径2.2 米，壁

41、厚米，壁厚44mm，高，高21m，设计压力为，设计压力为3mpa。在。在2 .8mpa下下 发生爆炸。按照计算，爆破时容器最大薄膜应力为发生爆炸。按照计算，爆破时容器最大薄膜应力为70mpa， 仅是材料（普通碳素钢）屈服点仅是材料（普通碳素钢）屈服点240mpa的的29%。经分析，。经分析， 断口平直，基本无塑性变形，属脆性破裂。爆破原因是焊断口平直，基本无塑性变形，属脆性破裂。爆破原因是焊 缝质量差，存在缝质量差，存在13-19mm深的裂缝，加上爆炸时环境气温深的裂缝，加上爆炸时环境气温 低达低达-27，材料的韧性较差，终于导致了脆性破裂。，材料的韧性较差，终于导致了脆性破裂。 2021年5

42、月13日第一章 绪论 32/52 脆性破裂发生的原因 1）材料脆性）材料脆性 关于压力容器的选材问题比较复杂，比如温度，杂质含关于压力容器的选材问题比较复杂，比如温度，杂质含 量，后处理工艺等在此略。此点要求在工程上合理选材，量，后处理工艺等在此略。此点要求在工程上合理选材， 即选用在运行温度下具有良好冲击韧性或断裂韧性的材料，即选用在运行温度下具有良好冲击韧性或断裂韧性的材料， 同时在制造运行中保证符合规范的制造工艺和正常的操作同时在制造运行中保证符合规范的制造工艺和正常的操作 条件，使所用材料不发生可能的韧性下降条件，使所用材料不发生可能的韧性下降 2）容器存在较高的附加应力）容器存在较高

43、的附加应力 由于容器结构设计不合理或安装质量不良，在容器局部由于容器结构设计不合理或安装质量不良，在容器局部 结构处存在很高的附加应力或残余应力，如果该处材料韧结构处存在很高的附加应力或残余应力，如果该处材料韧 性较差，或者已经存在裂纹等缺陷，三者的联合作用就导性较差，或者已经存在裂纹等缺陷，三者的联合作用就导 致脆性破裂。致脆性破裂。 此点要求采取低应力场设计方法，或采用综合考虑材料此点要求采取低应力场设计方法，或采用综合考虑材料 性能、缺陷的几何尺寸和应力场影响的断裂力学设计方法性能、缺陷的几何尺寸和应力场影响的断裂力学设计方法。 2021年5月13日第一章 绪论 33/52 3）容器材料

44、或其结构中存在严重缺陷）容器材料或其结构中存在严重缺陷 容器材料可能存在原始缺陷，如钢材中的气孔、白点、容器材料可能存在原始缺陷，如钢材中的气孔、白点、 非金属夹杂物等；容器壳体或其他承压部件在制造过程中，非金属夹杂物等；容器壳体或其他承压部件在制造过程中， 都有可能在不见的表面或内部产生各种类似裂纹的缺陷，都有可能在不见的表面或内部产生各种类似裂纹的缺陷， 它们都是容器发生脆性破裂的根源。大多数容器发生脆性它们都是容器发生脆性破裂的根源。大多数容器发生脆性 破裂的原因是焊缝和热影响区的各种裂纹造成的。英国压破裂的原因是焊缝和热影响区的各种裂纹造成的。英国压 力容器事故统计中，力容器事故统计中

45、，132起使用事故中裂纹原因起使用事故中裂纹原因118件，占件，占 89.3%。这点要求加强容器在制造的各阶段中的检验，及时。这点要求加强容器在制造的各阶段中的检验，及时 发现和消除材料中的先后或后发性的缺陷或裂纹。此外，发现和消除材料中的先后或后发性的缺陷或裂纹。此外， 在使用期间实施定期的检查，以判断上述缺陷或裂纹是否在使用期间实施定期的检查，以判断上述缺陷或裂纹是否 已经扩展到临界状态，是避免容器不发生突然脆性破裂的已经扩展到临界状态，是避免容器不发生突然脆性破裂的 有效措施。比如现在发展迅速的无损检测技术（不损坏材有效措施。比如现在发展迅速的无损检测技术（不损坏材 料而通过射线，超声波

46、、磁粉、渗透和涡流检测等方法对料而通过射线，超声波、磁粉、渗透和涡流检测等方法对 焊接接头内部和表面的缺陷进行检验）焊接接头内部和表面的缺陷进行检验） 2021年5月13日第一章 绪论 34/52 3.疲劳破裂疲劳破裂 压力容器常在交变载荷下运行，经受长期作用后，压力容器常在交变载荷下运行，经受长期作用后， 容器的承压部件发生了破裂或泄露。容器的承压部件发生了破裂或泄露。 可分为高应力低循环疲劳和低应力高循环疲劳。可分为高应力低循环疲劳和低应力高循环疲劳。 疲劳破裂的断口形貌与脆性断口不同，与疲劳破疲劳破裂的断口形貌与脆性断口不同，与疲劳破 裂过程三个阶段，即裂纹的发生、裂纹的扩展到临裂过程三

47、个阶段，即裂纹的发生、裂纹的扩展到临 界尺寸、剩余断面的失稳相对应，断口也有三个区。界尺寸、剩余断面的失稳相对应，断口也有三个区。 但由于裂纹萌生部分占断口尺寸很小，实际观察较但由于裂纹萌生部分占断口尺寸很小，实际观察较 明显的是裂纹扩展区和最终断裂两个区。前者有一明显的是裂纹扩展区和最终断裂两个区。前者有一 个经个经“磨亮磨亮”的平滑表面，能见到贝壳状纹理，汇的平滑表面，能见到贝壳状纹理，汇 聚于破裂起源点，即应力集中或原始缺陷处；后者聚于破裂起源点，即应力集中或原始缺陷处；后者 则呈放射及人字状花纹，以至最后被快速拉断。若则呈放射及人字状花纹，以至最后被快速拉断。若 电镜观察其微观特征，疲

48、劳断口的主要表现是海滩电镜观察其微观特征，疲劳断口的主要表现是海滩 状花样，或称疲劳辉纹。状花样，或称疲劳辉纹。 2021年5月13日第一章 绪论 35/52 容器发生疲劳的首要条件是存在交变载荷，比如可以是容器发生疲劳的首要条件是存在交变载荷，比如可以是 停开车或间歇操作容器的周期性加压和卸压；操作过程中停开车或间歇操作容器的周期性加压和卸压；操作过程中 较大的压力或温度波动等，所以维持设备的稳定运行，可较大的压力或温度波动等，所以维持设备的稳定运行，可 以抑制或延缓裂纹扩展破裂。以抑制或延缓裂纹扩展破裂。 其次，发生疲劳破坏的局部区域存在很大的应力变化幅，其次，发生疲劳破坏的局部区域存在很

49、大的应力变化幅， 因而具备疲劳裂纹扩展的载荷条件。因而可以通过控制该因而具备疲劳裂纹扩展的载荷条件。因而可以通过控制该 区域的应力范围来控制疲劳破裂的形成。要严格控制容器区域的应力范围来控制疲劳破裂的形成。要严格控制容器 的制造和检验，减少附加的应力集中，避免焊接或安装过的制造和检验，减少附加的应力集中，避免焊接或安装过 程中的先天或后天性裂纹或缺陷程中的先天或后天性裂纹或缺陷 此外，预防疲劳破裂，对新容器的设计，可选择塑性应此外，预防疲劳破裂，对新容器的设计，可选择塑性应 变能力好的材料，采用不造成局部高应力集中等的抗疲劳变能力好的材料，采用不造成局部高应力集中等的抗疲劳 结构；按照容器分析

50、设计规范进行疲劳分析或基于断裂力结构；按照容器分析设计规范进行疲劳分析或基于断裂力 学的抗疲劳断裂设计方法等。学的抗疲劳断裂设计方法等。 2021年5月13日第一章 绪论 36/52 4.应力腐蚀破坏应力腐蚀破坏 在石油、化工等工业部门，腐蚀破裂是压力容器在石油、化工等工业部门，腐蚀破裂是压力容器 最常见的形式。就广义而言，腐蚀破裂起源于材料最常见的形式。就广义而言，腐蚀破裂起源于材料 与周围环境介质产生化学或电化学作用，使材料厚与周围环境介质产生化学或电化学作用，使材料厚 度减薄或本身性能发生变化，从而最终导致容器破度减薄或本身性能发生变化，从而最终导致容器破 裂。这一点我们在后面腐蚀与防腐

51、一章中专门讲。裂。这一点我们在后面腐蚀与防腐一章中专门讲。 2021年5月13日第一章 绪论 37/52 5.蠕变破裂蠕变破裂 在高温下工作的压力容器，当操作温度超过一定极限，在高温下工作的压力容器，当操作温度超过一定极限， 材料在应力的作用下发生缓慢的塑性变形，这种塑性变形材料在应力的作用下发生缓慢的塑性变形，这种塑性变形 经过长期的累积后，最终会导致材料破裂。经过长期的累积后，最终会导致材料破裂。 蠕变的实质：在常温下，金属材料在外力作用下，若应蠕变的实质：在常温下，金属材料在外力作用下，若应 力小于弹性极限，则材料产生弹性形变；若应力达到屈服力小于弹性极限，则材料产生弹性形变；若应力达到

52、屈服 强度，除了产生弹性形变外，还产生一定的塑性变形。上强度，除了产生弹性形变外，还产生一定的塑性变形。上 述变形值只要受力不变就一直保持下去，不随时间的推移述变形值只要受力不变就一直保持下去，不随时间的推移 而有所改变。但在高温下，受不变外力作用后所产生的形而有所改变。但在高温下，受不变外力作用后所产生的形 变，会随时间的增长，塑性变形量会不断增加。这种金属变，会随时间的增长，塑性变形量会不断增加。这种金属 在不变的高温和应力作用下，产生连续的、缓慢的塑性变在不变的高温和应力作用下，产生连续的、缓慢的塑性变 形现象称为蠕变。形现象称为蠕变。 2021年5月13日第一章 绪论 38/52 一般

53、认为对大多数金属必须在高温下，超过金属材料的一般认为对大多数金属必须在高温下，超过金属材料的 再结晶温度，蠕变现象才明显。如碳钢，超过再结晶温度，蠕变现象才明显。如碳钢，超过400，合金，合金 钢超过钢超过400500，轻金属铝超过，轻金属铝超过50-150，就会产生蠕，就会产生蠕 变。因而可通过限制容器器壁温度或选用满足高温机械性变。因而可通过限制容器器壁温度或选用满足高温机械性 能要求的材料，来避免容器的蠕变破裂，所以蠕变破裂常能要求的材料，来避免容器的蠕变破裂，所以蠕变破裂常 见于设备的受热部件，且发生不正常运行情况下，如器壁见于设备的受热部件，且发生不正常运行情况下，如器壁 超温运行，

54、炉管因结垢局部过热等，都是造成蠕变破裂的超温运行，炉管因结垢局部过热等，都是造成蠕变破裂的 常见原因。常见原因。 蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口无金属蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口无金属 光泽，呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层或腐蚀物。当材光泽，呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层或腐蚀物。当材 料由于高温作用发生金相组织变化，例如石墨化倾向时料由于高温作用发生金相组织变化，例如石墨化倾向时 （株光体内渗碳体（株光体内渗碳体fe3c自行分解并析出石墨状的自由碳），自行分解并析出石墨状的自由碳）， 由于石墨强度与塑性极低，断口有明显的脆性断口特征。由于石墨强度与塑性极低，断口有明

55、显的脆性断口特征。 2021年5月13日第一章 绪论 39/52 1、压力容器的设计、压力容器的设计 （1）强度确定）强度确定 （2）材料选用）材料选用 （3）合理的结构）合理的结构 常用：碳钢、常用：碳钢、 普通低合金钢、特殊用钢普通低合金钢、特殊用钢 原则：原则： 1）防止结构上的突变）防止结构上的突变 2）避免局部应力叠加）避免局部应力叠加 3）特殊条件下使用的容器用钢）特殊条件下使用的容器用钢 4）对开孔的形状、大小及位置的限制）对开孔的形状、大小及位置的限制 第五节第五节 压力容器的安全措施压力容器的安全措施 2021年5月13日第一章 绪论 40/52 2、压力容器的制造、压力容器

56、的制造 为了确保压力容器制造质量，国家规定凡制造和现场组焊压力容器的为了确保压力容器制造质量，国家规定凡制造和现场组焊压力容器的 单位必须持有劳动部颁发的单位必须持有劳动部颁发的制造许可证制造许可证。制造单位必须按批准的范围。制造单位必须按批准的范围 制造或组焊。无制造许可证的单位不得制造或组焊压力容器。制造或组焊。无制造许可证的单位不得制造或组焊压力容器。 压力容器质量优劣取决于材料质量、焊接质量和检验质量。压力容器质量优劣取决于材料质量、焊接质量和检验质量。 压力容器的制造质量除钢材本身质量外，主要取决于焊接质量。为保压力容器的制造质量除钢材本身质量外，主要取决于焊接质量。为保 证焊接质量

57、，必须做好焊工的培训考试工作，保证良好的焊接环境，证焊接质量，必须做好焊工的培训考试工作，保证良好的焊接环境， 认真进行焊接工艺评定，严格焊前预热和焊后热处理。认真进行焊接工艺评定，严格焊前预热和焊后热处理。 压力容器制成后压力容器制成后必须进行压力试验必须进行压力试验。包括耐压试验和气密性试验。耐。包括耐压试验和气密性试验。耐 压试验包括液压试验和气压试验。压力试验要严格按照试验的安全规压试验包括液压试验和气压试验。压力试验要严格按照试验的安全规 定进行，防止试验中发生事故。定进行，防止试验中发生事故。 2021年5月13日第一章 绪论 41/52 3、压力容器的安装、压力容器的安装 压力容

58、器的专业安装单位必须经劳动部门审核批压力容器的专业安装单位必须经劳动部门审核批 准准 才可以从事承压设备的安装工作。才可以从事承压设备的安装工作。 安装作业必须执行国家有关安装的规范。安装作业必须执行国家有关安装的规范。 安装过程中应对安装质量实行分段验收和总体验收。安装过程中应对安装质量实行分段验收和总体验收。 验收由使用单位和安装单位共同进行。总体验收时，应有验收由使用单位和安装单位共同进行。总体验收时，应有 上级主管部门参加。上级主管部门参加。 压力容器安装竣工后，施工单位应将竣工图、安装压力容器安装竣工后，施工单位应将竣工图、安装 及复验记录等技术资料及安装质量证明书等移交给使用单及复

59、验记录等技术资料及安装质量证明书等移交给使用单 位。位。 2021年5月13日第一章 绪论 42/52 压力容器是一种特殊设备，其工作条件差，在运行和使压力容器是一种特殊设备，其工作条件差，在运行和使 用中损坏的可能性比较大。因压力容器内部的介质具有很高用中损坏的可能性比较大。因压力容器内部的介质具有很高 的压力，有一定的温度和程度不同的腐蚀性等等，并且在不的压力，有一定的温度和程度不同的腐蚀性等等，并且在不 停地运动，不停地对压力容器产生各种物理的、化学的作用，停地运动，不停地对压力容器产生各种物理的、化学的作用， 因而使容器产生腐蚀、变形、裂纹、渗漏等缺陷。因此，即因而使容器产生腐蚀、变形

60、、裂纹、渗漏等缺陷。因此，即 使压力容器的设计合理，制造质量很好，在使用过程中也会使压力容器的设计合理，制造质量很好，在使用过程中也会 产生缺陷。无论是原有缺陷还是在使用过程中产生的的缺陷，产生缺陷。无论是原有缺陷还是在使用过程中产生的的缺陷， 如不及时发现并消除，势必在使用过程中导致严重爆炸事故。如不及时发现并消除，势必在使用过程中导致严重爆炸事故。 因此，压力容器的定期检验，是保证压力容器安全运行的重因此，压力容器的定期检验，是保证压力容器安全运行的重 要的必不可少的措施。要的必不可少的措施。 2021年5月13日第一章 绪论 43/52 压力容器的使用单位，必须认真安排压力容器的定期检压