化工安全工程第五章-压力容器安全课件

第五章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第三节压力容器的破坏形式和原因第四节压力容器的制造安全技术（自学）第五节安全泄压装置及相关计算第六节压力容器的爆炸危害2023/2/61一、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，且盛装介质为气体、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。从安全使用管理角度而言，也是一类具有潜在爆炸危险的特种设备。对其强度、刚度、稳定性和密封性均有要求。压力容器的特点：应用广泛操作条件复杂对安全要求高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2023/2/62第六章压力容器和机电设备安全压力容器的特点

锅炉、换热器、加热炉=圆筒外壳

+传热管束塔器=圆筒外壳

+传质元件（浮阀、填料等）反应釜=圆筒夹套

+搅拌器压缩机、真空泵=圆筒气缸

+活塞泵=蜗壳

+叶轮应用的广泛性过程装备=受压外壳+功能内件2023/2/63第六章压力容器和机电设备安全压力容器的特点压力容器的操作条件十分复杂。压力从1～2×10－5Pa的真空到高压、超高压，如石油加氢为10.5～21.0MPa；高压聚乙烯为100～200MPa；合成氨为10～100MPa；人造水晶高达140MPa；温度从-200ºC低温到超过一千摄氏度的高温；而处理介质则包括爆、燃、毒、辐(照)、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、安裝到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设备。

操作的复杂性2023/2/65第六章压力容器和机电设备安全压力容器的特点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；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，瞬间释放出来的破坏能量极大压力容器极大多数系焊接制造，容易产生各种焊接缺陷，一旦检验、操作失误容易发生爆炸破裂，器内易爆、易燃、有毒的介质将向外泄漏，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压力容器要求很高的安全可靠性。

安全的高要求2023/2/66第六章压力容器和机电设备安全压力容器的特点当前压力容器向大容量、高参数发展如核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为14～16MPa，工作温度为250～330ºC，容器内直径7800mm，壁厚317mm，重650吨如煤气化液化装置中的压力容器工作压力为17.5～25MPa，工作温度为450～550ºC，内直径为3000～5000mm，壁厚为200～400mm，重400～2600吨对这类容器的工艺要求和运行可靠性要求更高，显然比一般压力容器又有更高更严格的安全性要求。

安全的高要求2023/2/67第六章压力容器和机电设备安全压力容器的安全特征国内1998年共发生锅炉、压力容器、气瓶爆炸事故132起，严重事故274起，共死亡104人，受伤371人，直接经济损失2813.58万元。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。

事故率高2023/2/69第六章压力容器和机电设备安全压力容器的安全特征1968年英国原子能局（UKAEA）安全卫生处和联合部技术委员会（AOTC）工程检验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如下表所示：

危害性大压力容器破坏几率

年份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1962-196710030070.7×10－41251.25×10－31321.32×10－31967-1972105400161.5×10－41231.17×10－31391.32×10－32023/2/610第六章压力容器和机电设备安全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。

危害性大2023/2/611第六章压力容器和机电设备安全(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.V≥0.2MPa·m3低压容器；(2)易燃或毒性程度为中度危害介质且P.V≥0.2MPa·m3中压反应容器和P.V≥10MPa·m3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)，介质为氯气(极毒)，该容器属于三类低压分离压力容器。2023/2/613第六章压力容器和机电设备安全（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：存在某些不危及安全且难以纠正的缺陷的新压力容器；存在某些不危及安全可不修复的一般性缺陷的在用压力容器。3级：资料不够齐全，制造时存在某些不符合有关法规或标准的问题或缺陷，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，不能在规定的条件下和检验周期内安全使用的压力容器。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。2023/2/614第六章压力容器和机电设备安全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2023/2/615第六章压力容器和机电设备安全二、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2023/2/617第六章压力容器和机电设备安全设计一液氨贮罐。工艺尺寸：贮罐内径Di=2600mm，贮罐(不包括封头)长度L＝4800mm。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dd根据下式计算：2023/2/618第六章压力容器和机电设备安全设计压力: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=2600mm；[s]t＝170MPa；j＝1.O(双面对接焊100％探伤）C2=1mm（腐蚀余量）2023/2/619第六章压力容器和机电设备安全2．封头壁厚设计采用标准椭圆形封头。椭圆形封头壁厚dd计算式：其中，j＝1.0

考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取dn＝16mm厚16MnR钢板制作2023/2/621第六章压力容器和机电设备安全校核罐体与封头水压试验强度ss=345MPa水压试验满足强度要求。

2023/2/622第六章压力容器和机电设备安全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。2023/2/623第六章压力容器和机电设备安全设备总重量m=m1+m2+m3+m4=4950+2200+30420+500=38070=38.1t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

JB／T4712-92鞍座A26002023/2/625第六章压力容器和机电设备安全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RFⅣ（A·G）450-1.6

RF指突面密封Ⅳ指接管与法兰的材料为20R，A·G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1.6MPa。2023/2/626第六章压力容器和机电设备安全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)安全阀接管2023/2/629第六章压力容器和机电设备安全7．设备总装配图附有贮罐的总装配图，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。

2023/2/630第六章压力容器和机电设备安全本贮罐技术要求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j＝1.0)3．焊接采用电弧焊，焊条型号为E43034．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2023/2/631第六章压力容器和机电设备安全2023/2/632第六章压力容器和机电设备安全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

2023/2/633第六章压力容器和机电设备安全接管表符号连接法兰标准密封面形式用途a1-2HG20592SO15-1.6RF突面液面计接口管b1-2HG20592SO15-1.6RF突面液面计接口管cHG20592SO450-1.6RF突面人孔dHG20592SO32-1.6RF突面出料口eHG20592SO50-1.6RF突面进料口fHG20592SO25-1.6RF突面安全阀接口管gHG20592SO25-1.6RF突面放空口hHG20592SO50-1.6RF突面排污口2023/2/634第六章压力容器和机电设备安全厚度的定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2023/2/635第六章压力容器和机电设备安全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12.2023/2/636第六章压力容器和机电设备安全二、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P151，图14.2023/2/637第六章压力容器和机电设备安全三、疲劳破裂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。与脆性破裂一样，

容器外观上没有明显的塑性变形，且是突发性的。主要原因，交变载荷的存在，包括高应力低循环疲劳和低应力高循环疲劳。疲劳破裂的发生常在局部应力较高或存在材料缺陷处。如遇使用强度较低且韧性较好的材料时，通常发生泄露；若压力容器的材料强度偏高且韧性较差时，则发生爆炸。2023/2/638第六章压力容器和机电设备安全四、应力腐蚀破裂压力容器材料在特定介质环境中，并在拉应力作用下，经过一定时间后发生开裂和破断的现象。因此，应力腐蚀破裂是应力与环境对材料综合作用的结果。主要原因，化学腐蚀或电化学反应等。应力腐蚀发生的条件：特定腐蚀介质与材料的组合拉应力的存在材料纯度和组织状态的影响2023/2/639第六章压力容器和机电设备安全五、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，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积累，最终会导致材料破裂。

不同材料具有不同的蠕变温度。低于此温度不会发生蠕变。容器超温、局部过热等是蠕变破类的常见原因。2023/2/640第六章压力容器和机电设备安全第四节压力容器的制造安全技术－－自学2023/2/641第六章压力容器和机电设备安全第五节安全泄压装置及相关计算一、安全泄放量的计算

Ws=7.55d2ρ0wp/ZT其中：Ws压力容器的安全泄放量，kg/h

d容器进口管的内直径，mm

ρ0

标准状态下气体的密度，kg/m3w

进口管内的气体流速，m/sp排气压力（绝压），MPa

p=1.1*容器表压+0.1Z气体压缩因子

T排气温度，K见例3，P164.为防止超压，单位时间内所必须的最低泄放量，学习压缩气体储罐的安全泄放量计算方法。2023/2/6