化工安全工程課件 第五章-壓力容器安全

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1、單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,第五章 壓力容器平安,第一節(jié) 壓力容器的平安問(wèn)題,第二節(jié) 壓力容器的平安設(shè)計(jì),第三節(jié) 壓力容器的破壞形式和原因,第四節(jié) 壓力容器的制造平安技術(shù)自學(xué),第五節(jié) 平安泄壓裝置及相關(guān)計(jì)算,第六節(jié) 壓力容器的爆炸危害,2024/11/30,1,一、壓力容器的特點(diǎn)和平安問(wèn)題,壓力容器:是指最高工作壓力0.1MPa(不含液體靜壓)、內(nèi)直徑0.15m、容積0.025m3，且盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的金屬設(shè)備。,從平安使用管理角度而言，也是一類具有潛在爆炸危險(xiǎn)的特種設(shè)備。對(duì)其強(qiáng)度、剛

2、度、穩(wěn)定性和密封性均有要求。,壓力容器的特點(diǎn)：,應(yīng)用廣泛,操作條件復(fù)雜,對(duì)平安要求高,壓力容器的平安問(wèn)題：,量大面廣,事故率高,危害性大,第一節(jié) 壓力容器的平安問(wèn)題,2024/11/30,2,壓力容器的特點(diǎn),鍋爐、換熱器、加熱爐=圓筒外殼+傳熱管束,塔器=圓筒外殼+傳質(zhì)元件浮閥、填料等,反響釜=圓筒夾套+攪拌器,壓縮機(jī)、真空泵=圓筒氣缸+活塞,泵=蝸殼+葉輪 ,應(yīng)用的廣泛性,過(guò) 程 裝 備=受 壓外 殼+功 能 內(nèi) 件,2024/11/30,3,壓力容器的特點(diǎn),壓力容器不僅被廣泛用于化學(xué)、石油化工、醫(yī)藥、冶金、機(jī)械、采礦、電力、航天航空、交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)部門(mén)，其中尤以石油化學(xué)工業(yè)應(yīng)用最為普遍

3、，石油化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐無(wú)一不是貯器或作為設(shè)備的外殼，而且絕大多數(shù)是在壓力溫度下運(yùn)行，,如一個(gè)年產(chǎn),30,萬(wàn)噸的乙烯裝置，約有,793,臺(tái)設(shè)備，其中壓力容器,281,臺(tái)，占了,35.4%,。,蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器，至于民用或工廠用的液化石油氣瓶，更是到處可見(jiàn)。,應(yīng)用的廣泛性,2024/11/30,4,壓力容器的特點(diǎn),壓力容器的操作條件十分復(fù)雜。壓力從12105Pa的真空到高壓、超高壓，如石油加氫為10.521.0 MPa；高壓聚乙烯為100200 MPa；合成氨為10100 MPa；人造水晶高達(dá)140 MPa；溫度從-200C低溫到超過(guò)一千攝氏度的

4、高溫；而處理介質(zhì)那么包括爆、燃、毒、輻(照)、腐(蝕)、磨(損)等數(shù)千個(gè)品種。,操作條件的復(fù)雜性使壓力容器從設(shè)計(jì)、制造、安裝到使用、維護(hù)都不同于一般機(jī)械設(shè)備，而成為一類特殊設(shè)備。,操作的復(fù)雜性,2024/11/30,5,壓力容器的特點(diǎn),壓力容器因其承受各種靜、動(dòng)載荷或交變載荷，還有附加的機(jī)械或溫度載荷；,大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，假設(shè)容器破裂，導(dǎo)致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來(lái)的破壞能量極大,壓力容器極大多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，一旦檢驗(yàn)、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，器內(nèi)易爆、易燃、有毒的介質(zhì)將向外泄漏，勢(shì)必造成極具災(zāi)難性的后果。,因此，對(duì)壓力容器要求很高的平安可靠性。,平安

5、的高要求,2024/11/30,6,壓力容器的特點(diǎn),當(dāng)前壓力容器向大容量、高參數(shù)開(kāi)展,如核電站一個(gè)1500MW壓水堆壓力殼，工作壓力為1416MPa，工作溫度為250330C，容器內(nèi)直徑7800mm，壁厚317 mm，重650噸,如煤氣化液化裝置中的壓力容器工作壓力為17.525MPa，工作溫度為450550C，內(nèi)直徑為30005000mm，壁厚為200400 mm，重4002600噸,對(duì)這類容器的工藝要求和運(yùn)行可靠性要求更高，顯然比一般壓力容器又有更高更嚴(yán)格的平安性要求。,平安的高要求,2024/11/30,7,壓力容器的平安特征,1996年12月的統(tǒng)計(jì)資料說(shuō)明，國(guó)內(nèi)在用固定式壓力容器多達(dá)1

6、22.22萬(wàn)臺(tái)，移動(dòng)式壓力容器中罐車16910輛，在用氣瓶5498.7571萬(wàn)只；鍋爐總臺(tái)數(shù)也高達(dá)51.57萬(wàn)臺(tái),全國(guó)持有壓力容器制造許可證的企業(yè)合計(jì)2432個(gè)，設(shè)計(jì)單位1380個(gè)。,如此龐大且潛在隱患容器的存在，以及地域廣泛的制造設(shè)計(jì)部門(mén)，自然成為國(guó)內(nèi)外政府部門(mén)特別重視其平安管理和監(jiān)察檢查的原因。,量大面廣,2024/11/30,8,壓力容器的平安特征,國(guó)內(nèi),1998,年共發(fā)生鍋爐、壓力容器、氣瓶爆炸事故,132,起，嚴(yán)重事故,274,起，共死亡,104,人，受傷,371,人，直接經(jīng)濟(jì)損失,2813.58,萬(wàn)元。,鍋爐、壓力容器、氣瓶的爆炸事故率分別為,1.07,次,/,萬(wàn)臺(tái)，,0.28,次

7、,/,萬(wàn)臺(tái)，,0.65,次,/,萬(wàn)臺(tái)。,事故率高,2024/11/30,9,壓力容器的平安特征,1968年英國(guó)原子能局UKAEA平安衛(wèi)生處和聯(lián)合部技術(shù)委員會(huì)AOTC工程檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)調(diào)查使用年限在30年以內(nèi)，一級(jí)壓力容器發(fā)生破壞事故的統(tǒng)計(jì)情況如下表所示：,危害性大,壓力容器破壞幾率,年份 容器運(yùn)行 災(zāi)難性事故,a,損傷事故,b,總計(jì),臺(tái),年 次數(shù) 事故率 次數(shù) 事故率 次數(shù) 事故,1962-1967 100300 7 0.710,4,125 1.2510,3,132 1.3210,3,1967-1972 105400 16 1.510,4,123 1.1710,3,139 1.3210,3,2024

8、/11/30,10,壓力容器的平安特征,a.災(zāi)難性事故指災(zāi)難性破壞事故或無(wú)法修復(fù)的容器；,b.損傷事故指有潛在危險(xiǎn)的事故；,c.事故發(fā)生率發(fā)生事故數(shù)/設(shè)備臺(tái)數(shù)運(yùn)行年,表中的數(shù)字說(shuō)明10000臺(tái)容器中發(fā)生損壞事故每年12.5次，到達(dá)破壞事故0.7次，事故幾率為1.32，而且這132起使用中的容器事故，按其原因分類，89.3%，即118起是各種制造裂紋所引起。,危害性大,2024/11/30,11,(一)按壓力等級(jí)劃分,按壓力容器設(shè)計(jì)壓力(P)分為低壓、中壓、高壓、超高壓四個(gè)壓力等級(jí)。,(1)低壓(代號(hào)L)0.1MPaP1.6MPa；,(2)中壓(代號(hào)M)1.6MPaP10MPa；,(3)高壓(代

9、號(hào)H)10MPaP100MPa；,(4)超高壓(代號(hào)U)P100MPa。,(二)按壓力容器品種劃分,按壓力容器在生產(chǎn)工藝過(guò)程中的作用原理，分為反響壓力容器、,別離壓力容器、換熱壓力容器、儲(chǔ)存壓力容器。P133,二、壓力容器的分類多種分類方式,2024/11/30,12,(三)為便于管理，將壓力容器按其壓力等級(jí)、介質(zhì)及所起的作用等分為三類,l.第一類壓力容器,2.第二類壓力容器,3.第三類壓力容器,符合以下情況之一的為第三類壓力容器：,(1)毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的中壓容器和P.V0.2MPam3低壓容器；,(2)易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)且P.V0.2MPam3中壓反響容器和 P.V1

10、0MPam3的中壓儲(chǔ)存容器；,(3)高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；,(4)高壓容器。,例如，氨合成塔的設(shè)計(jì)壓力為32MPa，介質(zhì)為氫氣、氮?dú)饧鞍保摵铣伤儆谌惛邏悍错懭萜鳌?氯氣分配器的設(shè)計(jì)壓力0.6MPa(低壓)，介質(zhì)為氯氣(極毒)，該容器屬于三類低壓別離壓力容器。,2024/11/30,13,四壓力容器平安狀況等級(jí)劃分,壓力容器的平安狀況分為五級(jí)，分級(jí)的原那么如下所述。,l級(jí)：出廠資料齊全，設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量符合有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)；在符合設(shè)計(jì)的條件下，在規(guī)定的檢驗(yàn)周期內(nèi)能平安使用的壓力容器。,2級(jí)：存在某些不危及平安且難以糾正的缺陷的新壓力容器；存在某些不危及平安可不修復(fù)的一般性缺陷的在用壓力容器

11、。,3級(jí)：資料不夠齊全，制造時(shí)存在某些不符合有關(guān)法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題或缺陷，但未因使用而開(kāi)展或擴(kuò)大；焊縫存在的缺陷經(jīng)檢驗(yàn)確定不需要修復(fù)，能在規(guī)定的操作條件下及檢驗(yàn)周期內(nèi)平安使用的壓力容器。,4級(jí)：技術(shù)資料不全，主體材質(zhì)不符合規(guī)定，強(qiáng)度經(jīng)核算能滿足使用要求；主體結(jié)構(gòu)有較嚴(yán)重的缺陷但未因使用而開(kāi)展或擴(kuò)大；焊接質(zhì)量有線性缺陷，不能在規(guī)定的條件下和檢驗(yàn)周期內(nèi)平安使用的壓力容器。,5級(jí)：缺陷嚴(yán)重，難于或無(wú)法修復(fù)、無(wú)修復(fù)價(jià)值或修復(fù)后仍難以確保平安使用的壓力容器。必須報(bào)廢。,2024/11/30,14,第二節(jié) 壓力容器的平安設(shè)計(jì),一、壓力容器的根本結(jié)構(gòu),主要工藝參數(shù)：壓力、溫度、直徑,2024/11/30,15

12、,兩個(gè)根本參數(shù)：,公稱直徑,DN,：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以,DN,表示，單位,mm,。,例如內(nèi)徑,1200mm,的容器的公稱直徑標(biāo)記為,DN1200,。,公稱壓力,PN,：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以,PN,表示，單位,MPa,。,2024/11/30,16,二、壓力容器的平安設(shè)計(jì),1.強(qiáng)度平安設(shè)計(jì)：是指在確定的容器結(jié)構(gòu)尺寸下，所選材料在容器壽命期內(nèi)有足夠抵抗各種外來(lái)載荷和經(jīng)受周圍環(huán)境條件破壞的能力。,壓力容器用鋼的選擇,壓力容器中的應(yīng)力計(jì)算,2.結(jié)構(gòu)平安設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)容器的總體或局部結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量防止制造和使用中附加的消弱容器強(qiáng)度的因素。,P147結(jié)構(gòu)平安設(shè)計(jì)的四

13、方面考慮,3.壓力容器設(shè)計(jì)舉例,2024/11/30,17,設(shè)計(jì)一液氨貯罐。工藝尺寸：貯罐內(nèi)徑,D,i,=2600mm,，貯罐,(,不包括封頭,),長(zhǎng)度,L,4800mm,。,解：,1.,罐體壁厚設(shè)計(jì),根據(jù)材料性質(zhì)及價(jià)格等因素，本貯罐選用,16MnR,制作罐體和封頭。,設(shè)計(jì)壁厚,d,d,根據(jù)下式計(jì)算：,2024/11/30,18,設(shè)計(jì)壓力:夏季最高溫度可達(dá)40，氨飽和蒸氣壓1.555MPa絕壓),故設(shè)計(jì)壓力p=1.1x1.455=1.6MPa (表壓)；,Di=2600mm；st170MPa；,j1.O(雙面對(duì)接焊100探傷,C2=1mm 腐蝕余量,2024/11/30,19,取Cl0.8mm

14、鋼板負(fù)偏差，圓整取dn16mm厚的16MnR鋼板制作罐體。,2024/11/30,20,2,封頭壁厚設(shè)計(jì),采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。,橢圓形封頭壁厚,d,d,計(jì)算式：,其中，,j,1.0,考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，圓整后取,d,n,16mm,厚,16MnR,鋼板制作,2024/11/30,21,校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度,s,s,=345 MPa,水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。,2024/11/30,22,3,鞍座,先粗略計(jì)算鞍座負(fù)荷。,貯罐總質(zhì)量：,m,=,m,1,+,m,2,+,m,3,+,m,4,式中,:,m,1,-,罐體質(zhì)量；,m,2,-,封頭質(zhì)量；,m,3,-,液氨質(zhì)量；,m,4,-,附件質(zhì)

15、量。,2024/11/30,23,1罐體質(zhì)量m1,筒節(jié)DN=2600mm，dn=16mm，q1=1030Kg/m,m1=q1L=4944(Kg),2封頭質(zhì)量m2,橢圓形封頭DN=2600mm，dn=16mm，h=40mm q2=1100Kg/個(gè),m2=2q2=2200(Kg),3充水質(zhì)量m3,m3=V,V=V對(duì)+V筒=30.42m3,m330420 Kg,4附件質(zhì)量m4,人孔約200Kg，其它接管總和按300Kg計(jì)，,m4=500Kg,2024/11/30,24,設(shè)備總重量,m,=,m,1,+,m,2,+,m,3,+,m,4,=4950+2200+30420+500=38070=38.1 t,

16、每個(gè)鞍座承約受,190KN,負(fù)荷，選用輕型帶墊板，包角為,120,的鞍座。即,JB,T4712-92,鞍座,A2600,2024/11/30,25,4.,人孔,常溫及最高工作壓力1.6MPa，按公稱壓力1.6MPa的等級(jí)選取。,人孔標(biāo)記：HG21523-95 人孔R(shí)F AG450-1.6,RF指突面密封,指接管與法蘭的材料為20R，,AG是指用普通石棉橡膠板墊片，,450-1.6是指公稱直徑為450mm、公稱壓力為1.6 MPa。,2024/11/30,26,5,人孔補(bǔ)強(qiáng)確定,人孔筒節(jié)內(nèi)徑,d,450mm,，,壁厚,d,n,10mm,。,補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑,D,1,=484mm,，外徑,D,2,=760mm,，,補(bǔ)強(qiáng)金屬面積應(yīng)大于等于開(kāi)孔減少截面積，,補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度,故補(bǔ)強(qiáng)圈取,24mm,厚。,2024/11/30,27,2024/11/30,28,6,接口管,(1)液氨進(jìn)料管,(2)液氨出料管,(3)排污管,(4)液面計(jì)接管,(5)放空管接管,(6)平安閥接管,2024/11/30,29,7,設(shè)備總裝配圖,附有,貯罐的總裝配圖,，,技術(shù)特性表,，,接管表,，各零部件的名稱、規(guī)格、尺寸、材料等見(jiàn)