《压力容器安全》

第六章压力容器平安编辑ppt第一节压力容器的平安问题第二节压力容器的平安设计第三节压力容器的破坏形式和原因第四节平安泄压装置及相关计算第五节压力容器的爆炸危害

主要内容编辑ppt天然气、液化器站专用容器设备编辑ppt换热器编辑ppt外盘半管式反响锅编辑ppt三聚氰胺尿素洗涤塔外景编辑ppt高桥石化石蜡加氢装置编辑ppt高桥石化1#催化装置编辑ppt一、压力容器的特点和平安问题压力容器: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，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。压力容器的特点：应用广泛操作条件复杂对平安要求高压力容器的平安问题：量大面广事故率高危害性大第一节压力容器的平安问题编辑ppt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〕反响釜=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+功能内件编辑ppt压力容器的特点压力容器广泛用于化学、石油化工、医药、冶金、机械、采矿、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，其中尤以石油化学工业应用最为普遍。如一个年产30万吨的乙烯装置，有793台设备，其中压力容器281台，占了35.4%。蒸汽锅炉也属于压力容器，民用或工厂用的液化石油气瓶，更是到处可见。应用的广泛性编辑ppt压力容器的特点操作条件十分复杂。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1000℃的高温。

操作的复杂性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；压力容器极大多数系焊接制造，容易产生各种焊接缺陷。此外，当前压力容器向大容量、高参数开展。平安的高要求编辑ppt压力容器的平安特征1996年12月的统计资料说明，国内在用固定式压力容器多达122.22万台，移动式压力容器中罐车16910辆，在用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数达51.57万台全国持有压力容器制造许可证的企业合计2432个，设计单位1380个。1998年我国锅炉、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。

量大面广事故率高编辑ppt压力容器的平安特征英国平安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：

危害性大压力容器破坏几率

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10030070.7×10－41251.25×10－31321.32×10－3105400161.5×10－41231.17×10－31391.32×10－3编辑ppt压力容器的平安特征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〕表中的数字说明10000台容器中发生损坏事故每年12.5次，到达破坏事故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。

危害性大编辑ppt压力容器的事故实例国内某电化厂415升液氯钢瓶爆炸，击穿5个，爆炸5个，10200公斤液氯外泄，涉及7公里范围，59人死亡，779人严重中毒。国内某液化气站400M3储罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，5000只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，32人死亡，54人伤。编辑ppt(一)按压力等级划分按压力容器设计压力(P)分为低压、中压、高压、超高压四个压力等级。(1)低压(代号L)0.1MPa≤P<1.6MPa；(2)中压(代号M)1.6MPa≤P<10MPa；(3)高压(代号H)10MPa≤P<100MPa；(4)超高压(代号U)P≥100MPa。(二)按压力容器品种划分按压力容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反响压力容器〔R〕、别离压力容器〔S〕、换热压力容器〔E〕、储存压力容器〔C，其中球罐B〕。〔P133〕

二、压力容器的分类〔多种分类方式〕编辑ppt(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以下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中压反响容器和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响容器。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别离压力容器。编辑ppt〔四〕压力容器平安状况等级划分压力容器的平安状况分为五级，分级的原那么如下所述。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平安使用的压力容器。2级：存在某些缺陷〔不危及平安〕的新压力容器；存在某些可不修复的一般性缺陷〔不危及平安〕的在用压力容器。3级：资料不够齐全，制造时存在某些问题或缺陷，但未因使用而开展或扩大；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平安使用的压力容器。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开展或扩大；焊接质量有线性缺陷，不能继续使用的压力容器。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平安使用的压力容器。必须报废。编辑ppt第二节压力容器的平安设计一、压力容器的根本结构主要工艺参数：压力、温度、直径编辑ppt两个根本参数：公称直径DN：指标准化以后的标准直径，以DN表示，单位mm。例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN1200。公称压力PN：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以PN表示，单位MPa。编辑ppt二、压力容器的平安设计1.强度平安设计：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.结构平安设计：设计容器的总体或局部结构时，尽量防止制造和使用中附加的消弱容器强度的因素。P147结构平安设计的四方面考虑 3.压力容器设计举例编辑ppt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δd根据下式计算：编辑ppt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；[σ]t＝170MPa；ф＝1.O(双面对接焊100％探伤〕C2=1mm〔腐蚀余量〕编辑ppt取Cl＝0.8mm〔钢板负偏差〕，圆整取δn＝16mm厚的16MnR钢板制作罐体。编辑ppt2．封头壁厚设计采用标准椭圆形封头。椭圆形封头壁厚δd计算式：其中，焊缝系数ф＝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钢板制作编辑ppt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。

编辑ppt3．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。编辑ppt〔1〕罐体质量m1,筒节DN=2600mm，dn=16mm，q1=1030Kg/mm1=q1L=4944(Kg)〔2〕封头质量m2,椭圆形封头DN=2600mm，dn=16mm，h=40mmq2=1100Kg/个m2=2q2=2200(Kg)〔3〕充水质量m3m3=VρV=V对+V筒=30.42m3,m3＝30420Kg〔4〕附件质量m4人孔约200Kg，其它接管总和按300Kg计，m4=500Kg

编辑ppt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A2600编辑ppt4.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〕450-1.6RF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。编辑ppt5．人孔补强确定人孔筒节内径d＝450mm，壁厚dn＝10mm。补强圈内径D1=484mm，外径D2=760mm，补强金属面积应大于等于开孔减少截面积，补强圈的厚度故补强圈取24mm厚。编辑ppt编辑ppt6．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)平安阀接管编辑ppt7．设备总装配图附有储罐的总装配图，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。编辑ppt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ф＝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。编辑ppt编辑ppt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

编辑ppt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突面排污口编辑ppt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编辑ppt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.编辑ppt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.编辑ppt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；假设压力容器的材料强度偏高且韧性较差时，那么发生爆炸。编辑ppt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响等。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编辑ppt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。编辑ppt第四节平安泄压装置及相关计算一、平安泄放量的计算Ws=7.55d2ρ0wp/ZT其中：Ws压力容器的平安泄放量，kg/hd容器进口管的内直径，mmρ0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〕，MPap=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平安泄放量计算方法。编辑ppt二、平安阀及其排放能力1.杠杆式平安阀和弹簧式平安阀编辑ppt2.平安阀排放能力的计算例题4〔平安阀的排放能力必须大于最低泄放量〕编辑ppt3.平安阀的选择步骤根据容器工作压力、温度、介质特性和产品样本等，选择平安阀型式、规格和材料；按照选定的公称压力(PN)和公称直径(DN)，确定平安阀的阀座通径，并据此计算额定排放量G；计算容器的平安泄防量Ws，要求满足G≥Ws编辑ppt三、爆破片及其选用1.爆破片的主要型式与特点编辑ppt2.爆破片爆破压力确实定设计爆破压力〔pb〕指爆破片在额定温度下的爆破压力；标定爆破压力〔ps〕系爆破片产品铭牌上注明的爆破压力；最低标定爆破压力〔psmin〕那么是制造爆破片时，当设计爆破压力的允许变化范围为零的设计爆破压力。

参见P168例6的计算方法，会选择爆破片。3.爆破片排放面积的计算经验公式〔P169〕编辑ppt第五节压力容器的爆