压力容器安全基础知识[宣贯]

1、压力容器安全基础知识 长春市质量技术监督局王世忠 提纲 压力容器定义压力容器术语压力容器的分类压力容器结构压力容器设计压力容器制造压力容器的安全附件压力容器的检验 2020 6 4 3 压力容器制造过程事故 兰州高压反应器水压试验开裂 15CrMoR钢板设备水压试验开裂 进口二氧化碳气提塔水压试验开裂 西安液化气爆炸事故 1998年3月5日傍晚18 45 随着一声惊天动地的巨响 西安市建国以来最大的一起事故发生了 储罐区共有 个液化石油气储罐 其中 球罐 个 球罐 个 卧罐 个 残液储罐 个 当天下午15 45左右 西安煤气公司液化石油气管理所的一容积为400M3 储存170吨液化气的11号球罐根部发生泄漏 该站工作人员在经过一个多小时的处置后 仍无法堵住球罐内20个大气压的液化气外泄的强大气流 泄漏越来越严重 液化所此时感觉已无力自救 16 51该站职工打电话向119报警救助 6分钟后 西安市消防队赶到现场 用水枪驱散泄漏的液化气 然而 由于液化气的气化温度很低 以致喷出的消防水变成了水雾 驱散液化气的效果不明显 还降低了能见度 与此同时 现场指挥部还采取了切断电源 清除一切火源 禁

2、止在现场附近行驶车辆等措施 在用去80条棉被对泄漏部位加厚堵源层 并对泄漏的储罐进行了注水后 18 40 堵漏取得了明显效果 球罐下面的接管示意图 续 就在救援人员看到胜利的曙光时 18 45 泄漏的液化气为生了第一次闪爆 闪爆点位于距罐区38米处的配电房 随着爆炸 从罐区防护堤内火海里跑出30多人 很多人身上已没有一点衣物 全身烧伤 惨不忍睹 受伤的人员很快地被送往附近的医院 整个抢救过程用了5分钟 大约过了10分钟 更为强烈的第一次燃爆发生了 这次爆炸点是与之相邻的另一个40OM3的12号球罐 所幸的是人员已后撤 没有造成伤亡 续 此时 大火从11 12号球罐顶部爆裂的口子直冲而出 又相继发生了两次爆炸 这两次爆炸是泄漏出的液化气发生燃爆 指挥部决定对未爆炸的储罐实施冷却保护 控制火势蔓延同时 在连接管道中插入盲板以防止管道内窜火 危及其它储罐 经过8个小时的激战 险情得到了控制 第二天上午7 00 将残液引到空地 实施了点燃 大火在控制下稳定燃烧了37个小时后 于3月7日下午7 05完全熄灭 整个救援行动 共投入300余名消防战士 50多辆消防车 7名消防战士和5名液化气站工作人

3、员牺牲 伤32人 直接经济损失480万元 社会影响极大 二 原因剖析 这起液化气泄漏事故是由于法兰的固定螺栓松紧不均匀 使得法兰间的垫圈长时间受到不均匀的压力 而受压较高一侧的垫圈迅速老化 因而引起泄露 自救不力 缺乏相应的堵漏工具 未能在第一时间内采取有效措施实施堵漏是导致事故进一步扩大的主要原因 其次是现场指挥不当 延误了救援时机 在危险尚未完全消除的情况下接通电源 从而导致了爆炸 缺乏专业队伍 缺乏必要的监测仪器和没有科学的预案 也是事故未得到及时控制的原因 三 几式启示 这是一起由化学物品泄漏而造成火灾的典型案例 化学事故救援不同于一般事故 有其特殊性 因此 必须由受过专业训练的队伍实施救援 并需有必要的救援器材和装备 同时必须要有预案 科学的 可操作性强的化救预案是迅速而有效地将事故造成的损失减至最少或将事故消灭在萌芽状态的重要保证 类似事故1995年初冬 长春市煤气公司液化气厂球罐泄漏事故 法规措施 固定容规 3 17压力容器用管法兰 1 钢制压力容器管法兰 垫片 紧固件的设计应当参照行业标准HG20592 HG20635 2009 钢制管法兰 垫片 紧固件 系列标准的规定

4、 2 盛装液化石油气 毒性程度为极度和高度危害介质以及强渗透性中度危害介质的压力容器 其管法兰应当按照行业标准HG20592 HG20635系列标准的规定 至少应用高颈对焊法兰 带加强环的金属缠绕垫片和专用级高强度螺栓组合 高颈对焊法兰 平焊法兰 带加强环的金属缠绕垫片与石棉垫片 高强度螺栓组合 吉林煤气公司球罐爆炸事故 一 事故概况及经过1979年12月18日14点7分 吉林市煤气公司液化气站的102号400立方米液化石油气球罐发生破裂 大量液化石油气喷出 顺风向北扩散 遇明火发生燃烧 引起球罐爆炸 由于该球罐爆炸燃烧 大火烧了19个小时 致使五个400立方米的球罐 四个450立方米卧罐和8000多只液化石油气钢瓶 其中空瓶3000多只 爆炸或烧毁 罐区相邻的厂房 建筑物 机动车及设备等被烧毁或受到不同程度的损坏 400米远相邻的苗圃 住宅建筑及拖拉机 车辆也受到损坏 直接经济损失约627万元 死36人 重伤50人 球罐的主体材质为15MnVR 内径9200毫米 壁厚25毫米 容积400立方米 用于贮存液化石油气 二 事故原因分析 1 根据断口特征和断裂力学的估算 该球罐的破裂是属于

5、低应力的脆性断裂 主断裂源在上环焊缝的内壁焊趾上 长约65毫米 2 经宏观及无损检验 上 下环焊缝焊接质量很差 焊缝表面及内部存在很多咬边 错边 裂纹 熔合不良 夹渣及气孔等缺陷 3 事故发生前在上下环焊缝内壁焊趾的一些部位已存在纵向裂纹 这些裂纹与焊接缺陷 如咬边 有关 4 球罐投入使用后 从未进行检验 制造 安装中的先天性缺陷未及时发现和消除 使裂纹扩展 当球罐内压力稍有波动便造成低应力脆性断裂 国务院1980年曾以国发99号文批转 关于吉林市煤气公司液化石油气厂恶性爆炸火灾事故 时指出 这次事故暴露出来的压力容器组装质量差 使用管理混乱 领导干部不重视安全生产 不认真执行安全规章制度 不懂业务 不注意技术管理以及对设备长期不检验等问题 在不少企业 事业单位中都不同程度的存在 应当引起各级领导的严重注意 三 防止同类事故的措施 1 在球罐设计 制造 安装中要把住质量关 特别是要保证焊接质量 2 球罐投用后 使用单位的领导要提高安全意识 重视球罐的安全 3 要建立健全必要的规章制度 提高管理人员和操作人员的素质 青岛某化工厂爆炸事故 图二 长春市锅炉压力容器压力管道气瓶状况 压力容器

6、安全相关要素 器 人要安全可靠 设备安全可靠 系统安全可靠 管理安全可靠 本质安全 狭义的本质安全 一般是指机器 设备本身所具有的安全性能 是指机器 设备等物的方面和物质条件能够自动防止操作失误或引发事故 在这种条件下 即使一般水平的操作人员发生人为的失误或操作不当等不安全行为 也能够保障人 设备和财产的安全 广义的本质安全 指包括 人 机 环境 管理 这一系统表现出的安全性能 通过优化资源配置和提高其完整性 使整个系统安全可靠 基于这一系统和安全管理体系的本质安全理念认为 所有事故都是可以预防和避免的 本质安全具有如下特征 一是人的安全可靠性 二是物的安全可靠性 三是系统的安全可靠性 四是管理规范和持续改进 压力容器的定义 广义的压力容器的定义 压力容器 是指盛装气体或者液体 承载一定压力的密闭设备 特种设备安全监察条例 中压力容器的定义 压力容器 是指盛装气体或者液体 承载一定压力的密闭设备 其范围规定为最高工作压力大于或者等于0 1MPa 表压 且压力与容积的乘积大于或者等于2 5MPa L的气体 液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器 注 固定

7、容规 监察范围已经完全符合 条例 的规定 但不包含移动式压力容器 条例 中压力容器监察的范围 同时具备以下条件的压力容器 1 最高工作压力P 0 1MPa 2 压力与容积的乘积值PV 2 5MPa L 3 介质 气体 液化气体 气体与液体的混合体 表压 gaugepressure以大气压为基准的流体指示压力 可用压力计测得 称为表压 即 绝对压力 大气压力 表压力 考题1 特种设备安全监察条例 所规定的压力容器安全监察的范围是什么 各类容规适用范围 固定容规 适用于同时具备下列条件的压力容器 1 工作压力大于或者等于0 1MPa 注1 2 2 工作压力与容积的乘积大于或者等于2 5MPa L 注1 3 3 盛装介质为气体 液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体 注1 4 超高压容器应当符合 超高压容器安全技术监察规程 的规定 非金属压力容器应当符合 非金属压力容器安全技术监察规程 的规定 简单压力容器应当符合 简单压力容器安全技术监察规程 的规定 液化石油气储罐 举例 气体缓冲罐 压力供水罐 气体 液体 低温绝热储罐 压力容器术语 1 压力 物体单位面积上所承受的力

8、1 工作压力Pw 在正常工作情况下 容器顶部可能达到的最高压力 2 设计压力P 指设定的容器顶部的最高压力 与相应的设计温度一起作为设计载荷条件 其值不低于工作压力 3 计算压力PC 指在相应设计温度下 用以确定元件厚度的压力 其中包括液柱静压力 当元件所承受的液柱静压力小于5 设计压力时 可忽略不计 4 试验压力PT 在压力试验时 容器顶部的压力 压力容器术语 5 最大允许工作压力 Pw 指在设计温度下 容器顶部所允许承受的最大表压力 该压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得 且取最小值 最大允许工作压力可作为确定保护容器的安全泄放装置动作压力 安全阀开启压力或爆破片设计爆破压力 的依据 6 安全阀的开启压力PZ 安全阀阀瓣开始离开阀座 介质呈连续排出状态时 在安全阀进口测得的压力 7 爆破片的标定爆破压力Pb 爆破片铭牌上标明的爆破压力 压力容器术语 2 温度 1 温度金属温度 容器元件沿截面厚度的温度平均值 工作温度 容器在正常工作情况下介质温度 2 最高 最低工作温度 容器在正常工作情况下可能出现介质最高 最低温度 3 设计温度 压力容器在正常工作情况 设定的元件的金属温度 沿元

9、件金属截面的温度平均值 设计温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件 4 试验温度 系指压力试验时容器壳体的金属温度 设计常温储存压力容器时 应当充分考虑在正常工作状态下大气环境温度条件对容器壳体金属温度的影响 其最低设计金属温度不得高于历年来月平均最低气温 是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数 的最低值 压力容器术语 3 厚度 1 计算厚度 容器受压元件为满足强度及稳定性要求 按相应公式计算得到的不包括厚度附加量的厚度 2 设计厚度 d 计算厚度与腐蚀裕量之和 3 名义厚度 n 即图样标注厚度 设计厚度加上钢材厚度负偏差后 向上圆整至钢材 钢板或钢管 标准规格的厚度 4 有效厚度 e 名义厚度减去厚度附加量 腐蚀裕量与钢材厚度负偏差之和 5 最小实测厚度 实际测量的容器壳体厚度的最小值 6 厚度附加量 设计容器受压元件时所必须考虑的附加厚度 包括钢板 或钢管 厚度负偏差C1及腐蚀裕量C2 注意 容器壳体加工成型后不包括腐蚀裕量的最小厚度 min 对碳素钢 低合金钢 不小于3mm对高合金钢 不小于2mm 常见压力容器介质 压缩气体 空气 氮气 氧气 氩气 氢气 一氧化碳 甲

10、烷等液化气体 液化石油气 丙烷 丁烷 丙烯 液氨 液氯 二氧化碳等超低温液化气体 液氧 液氮 液氩 液化天然气等 超过标准沸点的液体 高温水等 介质对容器带来的危害 1 压力 爆炸 开裂 泄漏 失稳等2 温度 高温强度下降 蠕变 低温脆断等 3 腐蚀 壁厚减薄 材质劣化等 4 冲击 增加冲击载荷 5 磨损 壁厚减薄 6 振动 附加应力 疲劳 常见介质爆炸当量对比 相关参数对容器安全的影响 超压会导致承载容器发生开裂或者爆炸而失效 负压会导致大容积薄壁容器失稳 瘪了 高温会导致材料强度下降 失去承载能力 低温会使材料失去延性 塑性 产生无预变的破坏 壁厚不足或者减少会使容器承载能力下降可能导致失效 过厚导致浪费 压力容器的分类 1 按压力为四级 低压L 中压M 高压H 超高压U 2 按工艺中的作用即品种分四种 储存容器C 换热容器E 分离容器S 反应容器R 3 按照PV积及危险程度分三类 I II III类容器 分类的目的 划分类别 品种目的 便于分级进行安全技术管理和监察 实施有目的性的分类监管按不同类别对压力容器材料选用 设计 制造 使用管理分别提出不同要求 便于上报 统计 压力等级

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