压力容器的操作维护和安全状况评定

1、压力容器的操作、维护和安全状况评定一、压力容器安全概述   压力容器的设计、制造和检验。对于非燃火压力容器(以下均简称压力容器)，反应、分离、传热、贮运等化工过程，都在其中进行，并伴随一定的化学腐蚀和热学环境，所处理的工艺介质多数易燃、易爆、有毒，一旦发生事故，所造成的损害要比常温常压机械设备大得多，而且易产生中毒.1压力容器的应用特点(1)种类繁多、应用面广压力容器主要用于石油、化学和冶金工业，种类繁多、形式各异。第三章第四节介绍了压力容器的不同分类方法。压力容器按照其工艺功能划分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器四个类型；按照其设计压力p划分为低压容器、中压容器、

2、高压容器和超高压容器四个类型；按照其设计压力户和容积V，结合其工艺功能及其中物料的危险性，划分为第一类容器、第二类容器和第三类容器三个类型。表1列出了压力容器的类别划分。 表1  压力容器类别划分压力容器用来完成各种工艺功能，遍布于石油、化学和冶金工业的各个部门。如一个年产30万吨的乙烯装置，其中有压力容器281台，占设备总量的354。至于工厂用的液化石油气瓶、氧气钢瓶、氢气钢瓶，更是随处可见。压力容器在医药、机械、采矿、航天航空、交通运输等工业部门也有广泛应用。(2)操作条件复杂、安全要求高压力容器的操作条件极为复杂，有些甚至达到苛刻的地步。从100以下的低温到1000以

3、上的高温；从大气压以下的真空到100 MPa以上的超高压，温度和压力变化范围相当宽广。处理的介质，多为易燃、易爆、有毒、腐蚀等有害物质，有数千个品种。如合成氨的操作压力为10100MPa，高压聚乙烯装置的操作压力为100200 MPa。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造到使用、维护都不同于一般机械设备。压力容器结构并不复杂，但因其承受各种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度载荷，加工的物料多为有危险性的饱和液体或气体，容器一旦破裂就会卸压，导致液体蒸发或蒸气、气体膨胀，瞬间释放出极大量的破坏能量。承压容器多为焊接结构，容易产生各种焊接缺陷，一旦检验或操作失误，易发生爆炸破裂，器内的易

4、燃、易爆、有毒介质将向外喷泄，会造成灾难性后果。所以压力容器比一般机械设备有更高的安全要求。2压力容器安全管理目前，压力容器管理推行的是系统工程管理方法，即把容器的科研、设计、制造、安装、操作、检验、修理、事故、报废和信息反馈各个环节作为一个系统工程加以研究。研究人与容器、容器与环境、环境与人的相互作用、相互依存关系，用信息论和控制论方法，掌握和控制容器的技术现状，防范事故，确保压力容器安全、经济地运行。在压力容器的安全管理中，对设计资格、制造资格和安装资格的审核发证实行控制，以保证压力容器的质量。容器在使用前，使用单位应向国家或省级劳动部门办理登记手续，拟定压力容器的安全状况等级，领取压力容

5、器使用证，严防不合格压力容器投入使用。压力容器安装后安装单位和使用单位进行交接验收时，要有当地劳动部门参加。科学研究、信息反馈和有关人员的技能教育和培训应该贯彻于安全系统管理的始终。压力容器的综合管理分为前半寿命周期与后半寿命周期两部分，一般称为前半生管理和后半生管理。容器前半生管理的质量保证是容器投入运行、发挥经济效益的基础，是后半生管理的先决条件和科学依据。前半生管理的任何失控都会给后半生管理带来隐患或导致容器过早失效和发生事故，而后半生管理失控同样也会发生事故。目前，实施驻厂产品安全质量监督检验，监检产品质量，审查技术资料和检查质量管理系统的运转情况，以保证压力容器前半生的质量。对在用压

6、力容器在使用寿命周期内，根据容器安全状况等级确定定期检验周期实施定期检验。根据检验结果和修复情况可重新确定在用压力容器安全状况等级，以决定容器继续使用、监控使用、修复后使用或判废。总之，目前我国压力容器是按在用压力容器安全状况实施安全监察和安全管理的。同时实施检验单位检验资格认可和发证，以及实施在用压力容器检验员、无损检测人员和容器焊工发证，以保证在用压力容器检验质量和施焊质量，确保在用压力容器危及安全的隐患及时发现和处理，达到防患于未然的目的。安全系统管理的实施将为我国压力容器的技术发展，在用压力容器的设计、制造和安全经济运行提供可靠的保证。二、压力容器的操作与维护压力容器设计的承压能力、耐

7、蚀性能和耐高低温性能是有条件、有限度的。操作的任何失误都会使压力容器过早失效甚至酿成事故。国内外压力容器事故统计资料显示，因操作失误引发的事故占50以上。特别是化工新产品不断开发、容器日趋大型化、高参数和中高强钢广泛应用的条件下，更应重视因操作失误引起的压力容器事故。1压力容器工艺参数原则压力容器的工艺规程、岗位操作法和容器的工艺参数应规定在压力容器结构强度允许的安全范围内。工艺规程和岗位操作法应控制下列内容：(1)压力容器工艺操作指标及最高工作压力、最低工作壁温；(2)操作介质的最佳配比和其中有害物质的最高允许浓度，及反应抑制剂、缓蚀剂的加入量；(3)正常操作法、开停车操作程序，升降温、升降

8、压的顺序及最大允许速度，压力波动允许范围及其他注意事项；(4)运行中的巡回检查路线，检查内容、方法、周期和记录表格；(5)运行中可能发生的异常现象和防治措施；(6)压力容器的岗位责任制、维护要点和方法；(7)压力容器停用时的封存和保养方法。使用单位不得任意改变压力容器设计工艺参数，严防在超温、超压、过冷和强腐蚀条件下运行。操作人员必须熟知工艺规程、岗位操作法和安全技术规程，通晓容器结构和工艺流程，经理论和实际考核合格者方可上岗。2压力容器操作维护(1)应从工艺操作上制定措施，保证压力容器的安全经济运行。如完善平稳操作规定，通过工艺改革，适当降低工作温度和工作压力等。(2)应加强防腐蚀措施，如喷

9、涂防腐层、加衬里，添加缓蚀剂，改进净化工艺，控制腐蚀介质含量等。(3)根据存在缺陷的部位和性质，采用定期或状态监测手段，查明缺陷有无发展及发展程度，以便采取措施。3异常情况处理为了确保安全，压力容器在运行中，发现下列情况之一者应停止运行。 (1)容器工作压力、工作壁温、有害物质浓度超过操作规程规定的允许值，经采取紧急措施仍不能下降时；(2)容器受压元件发生裂纹、鼓包、变形或严重泄漏等，危及安全运行时；(3)安全附件失灵，无法保证容器安全运行时；(4)紧固件损坏、接管断裂，难以保证安全运行时；(5)容器本身、相邻容器或管道发生火灾、爆炸或有毒有害介质外逸，直接威胁容器安全运行时。在压力容器异常情

10、况处理时，必须克服侥幸心理和短期行为，应谨慎、全面地考虑事故的潜在性和突发性。三、压力容器破坏形式和缺陷修复1压力容器破裂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，完全失去或不能良好实现原定功能，继续使用会失去可靠性和安全性，需要立即停用修复或更换，把这称作压力容器及其承压部件的失效。压力容器最常见的失效形式是破裂失效，有韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂、蠕变破裂等几种类型。通过对破裂宏观变形和微观形貌的观察分析，可以判断破裂的类型和致因。(1)韧性破裂韧性破裂是容器壳体承受过高的应力，以致超过或远远超过其屈服极限和强度极限，使壳体产生较大的塑性变形，最终导致破裂

11、。容器的韧性破裂，爆破压力一般超过容器剩余壁厚计算出的爆破压力。如化学反应过载破裂，一般产生粉碎性爆炸；物理性超载破裂，多从容器强度薄弱部分突破，一般无碎片抛出。韧性破裂的特征主要表现在断口有缩颈，其断面与主应力方向成45°角，有较大剪切唇，断面多成暗灰色纤维状。当严重超载时，爆炸能量大、速度快，金属来不及变形，易产生快速撕裂现象，出现正压力断口。压力容器发生韧性破裂的主要原因是容器过压，压力容器过压已在第二章第五节作过介绍，这里不再赘述。(2)脆性破裂脆性破裂从压力容器的宏观变形观察，并不表现出明显的塑性变形，常发生在截面不连续处，并伴有表面缺陷或内部缺陷，即常发生在严重的应力集中

12、处。因此，把容器未发生明显塑性变形就破坏的破裂形式称为脆性破裂。化工压力容器常发生低应力脆断，主要原因是热学环境、载荷作用和容器本身结构缺陷所致。所处理的介质易造成容器应力腐蚀、晶间腐蚀、氢损伤、高温腐蚀、热疲劳、腐蚀疲劳、机械疲劳等，使焊缝和母材原发缺陷易于扩展开裂，或在应力集中区易产生新的裂纹并扩展开裂，使容器承受的应力低于设计应力而破坏。(3)疲劳破裂压力容器长期在交变载荷作用下运行，其承压部件发生破裂或泄漏。与脆性破裂一样，容器外观没有明显的塑性变形，而且也是突发性的。容器的这种破坏形式称为疲劳破裂。疲劳破裂往往发生在应力较高或存在材料缺陷处，加之器壁总体应力不大，所以容器没有明显塑性

13、变形。如果容器材料强度较低而韧性较好，不一定发生破裂，而是疲劳裂纹穿透器壁发生泄漏。如果容器材料强度偏高而韧性较差，则要发生爆破事故。疲劳破裂一般要经历裂纹的产生、裂纹扩展到临界尺寸、剩余断面的失隐断裂三个阶段，断口也有三个区。由于裂纹始发部分占断口尺寸很小，观察到的较明显的是裂纹扩展区和最终断裂区两个区。前者有一个“磨亮”的平滑表面，能看到贝壳状纹理，汇聚于破裂起源点，即应力集中或原始缺陷处；后者则成放射及人字状花纹。容器发生疲劳破裂的先决条件是存在交变载荷，可以是开停车或间歇操作容器周期性的加压卸压；操作过程中较大的压力或温度波动等。其次，发生疲劳破坏的局部区域存在较大的应力变化幅度，因而

14、，具备疲劳裂纹扩展的载荷条件，即交变应力范围。此外，该区域原来就可能存在裂纹性缺陷。(4)应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂是指容器材料在特定的介质环境中，在拉应力作用下，经一定时间后发生开裂或破裂的现象。应力腐蚀裂纹将在下一章“工业腐蚀与预防措施”中详细介绍。(5)蠕变破裂在高温下运行的压力容器，当操作温度超过一定限度，材料在应力作用下发生缓慢的塑性变形，塑性变形经长期累积，最终会导致材料破裂。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。2压力容器缺陷修复压力容器破裂大多是由于制造质量较差所致。压力容器的制造缺陷有成型组装缺陷和焊接缺陷两个类型。确认材质

15、无劣化或劣化甚微不影响使用，或可用焊接方法修复的压力容器，应该进行修复。在材质没有劣化的前提下，表面缺陷如裂纹、咬边、划伤、电弧擦伤等，可通过打磨圆滑过渡消除，如果剩余壁厚能够满足结构强度要求，则可接着采用防腐措施或改进工艺参数防止继续腐蚀。对于塑性、韧性、可焊性较好的钢材，其缺陷可采用补焊或堆焊的方法处理。施焊时应采取必要措施，防止焊接产生新的焊接缺陷和金属损伤。发现有大面积腐蚀和磨损难以堆焊处理时，可采用局部挖补方法，也可采用开设接管或人孔的方法。发现材质严重劣化时，不应轻易补焊或堆焊，必要时可局部更换或报废。临氢介质容器缺陷涉及焊接修复时，必须消氢后施焊。根据上述缺陷处理原则，可采用以下

16、方法修复。(1)打磨法表面缺陷可用打磨法处理。考虑到缺陷底部可能产生裂纹或表面裂纹有超深的可能，打磨时应注意：如点状或小面积缺陷应用指形砂轮打磨；条状缺陷应用角形砂轮沿缺陷走向打磨成条形深槽，边打磨边进行磁粉或着色探伤，直到消除缺陷为止。打磨后不得有棱角或条痕。如打磨缺陷过深需要补焊时，应进行补焊处理。(2)补焊和堆焊方法表面超深缺陷和埋藏缺陷，首先将有缺陷部位按焊接要求打磨成坡口，用补焊方法消除。表面龟裂或大面积腐蚀，需要堆焊处理。如母材和焊缝存在埋藏缺陷，当清除缺陷深度达23板厚时仍存在缺陷，应停止清除，开始补焊；然后在背面重新清除再补焊。如采用碳弧气刨清除缺陷，应用砂轮修整刨槽，并清除渗

17、碳层后补焊。补焊后应进行无损探伤。(3)局部挖补或部分更换法发现局部腐蚀超深、局部材质劣化、局部蠕变或局部鼓胀变形，难以保证安全使用，可采取局部挖补或部分更换筒节或封头的方法处理。挖补就是挖掉一块补上一块，也叫镶块补焊。对厚壁容器的局部挖补，补板中心要加厚，边缘与筒体等厚，焊后应进行热处理或消除应力处理。如果局部损伤严重、面积较大，可以采用局部更换筒节或封头的方法。更换筒节的长度不得小于300mm，且不小于5倍壁厚。局部更换筒节，施焊时必须保证一端能自由伸缩，防止焊缝产生过高的收缩应力和残余应力。(4)层板包扎加固法容器局部腐蚀严重，材料可焊性较差，缺陷无法用焊接方法消除时，容器受力由环向应力

18、控制，轴向强度有足够安全裕量，在结构允许的条件下，层板包扎加固。层板一般采用可焊性好的材质，防止使用层板与筒体会产生电化学腐蚀的材料。(5)堵孔厚壁容器发生穿孔腐蚀、制造时钻孔失误、运行中泄漏时，只要孔径小于设计规定的壳体无补强开孔直径时，可以采用自紧密封焊封堵。四、压力容器安全状况等级评定在用压力容器安全状况等级评定是把压力容器安全监察和安全管理推向按压力容器安全状况进行管理的轨道。这里介绍的是常规安全状况等级评定。1安全状况等级评定原则应根据对材质、结构和缺陷的检验结果，进行材质、结构和缺陷的评定，做出客观、确认的结论。评定时，既承认已多年使用的超标缺陷，又不排除其存在的危险性。对有材质劣

19、化、原有缺陷有扩展、又产生新缺陷的压力容器，应从严评定。评定等级分为5级。评定时，以评定项目等级最低项的等级作为压力容器最终等级。新制压力容器按规定1、2级可以投用；在用压力容器按规定1、2、3级可继续使用；4级应控制使用，但液化气体罐车、槽车不允许继续使用；5级应报废。2安全状况等级评定(1)材质评定实际材质与原设计选定材质不符合时，如果实际材质清楚，经材质检验未发现新生缺陷(不包括正常腐蚀)，不影响定级。如使用中产生新缺陷，并确认是实际材质选用不当所致，应定为4级或5级，液化气体罐车、槽车应定为5级。材质如有石墨化、合金元素迁移、回火脆性、应变时效、晶间腐蚀、氢损伤及脱碳、渗碳等，应根据材

20、质劣化程度定为4级或5级。(2)结构评定封头主要参数不符合现行标准，但经检验未发现新缺陷，可定为2级或3级，如发现新缺陷应根据有关规定条款评定。封头与筒体连接形式，如采用单面焊对接而未焊透，液化气体罐车、槽车应定为5级；其他用途压力容器应定为35级。如采用不等厚板件对接结构，经检验未查出新缺陷，可定为3级；若发现新缺陷，则应定为4级或5级。焊缝布置不当或焊缝间距小于规定值，经检验未发现新缺陷，可定为3级；若发现新缺陷，则应定为4级或5级。按规定应采用全焊透结构的角焊缝，但没有采用全焊透结构的主要承压元件，经检验未发现新缺陷，可定为3级；若发现新缺陷，应定为4级或5级。如果开口不当，经检验未发现新缺陷，对一般压力容器可定为2级或3级；如果孔径超过规定，其计算和补强结构经过特殊考虑，不影响定级；未做特殊考虑，补强不够，应定为4级或5级。错边量和棱角度超标，应根据具体情况评定。(3)缺陷评定表面裂纹按