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压力容器

1.概述

  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。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。为了与一般容器(常压容器)相区别,只有同时满足下列三个条件的容器,才称之为压力容器:

  (1)工作压力(注1)大于或者等于0.1Mpa(工作压力是指压力容器在正常工作情况下,其顶部可能达到的最高压力(表压力)); 

  (2)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-L(容积,是指压力容器的几何容积)

  (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得液体

  压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外,还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因,容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前,世界各国均将其列为重要的监检产品,由国家指定的专门机构,按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。 

2.分类

  压力容器的分类方法很多,从使用、制造和监检的角度分类,有以下几种。

  (1)按承受压力的等级分为:低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。

  (2)按盛装介质分为:非易燃、无毒;易燃或有毒;剧毒。

  (3)按工艺过程中的作用不同分为:

  反应容器:用于完成介质的物理、化学反应的容器。

  换热容器:用于完成介质的热量交换的容器。

  分离容器:用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。

  贮运容器:用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。

  (4)为了更有效地实施科学管理和安全监检,我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。并对每个类别的压力容器在设计、制造过程,以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度,未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。

  1,第三类压力容器,具有下列情况之一的,为第三类压力容器: 

  高压容器; 

  中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质); 

  中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV乘积大于等于10MPa·m3 ); 

  中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV乘积大于等于0.5Pa·m3); 

  低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质,且乘积大于等于0.2MPa·m3 ); 

  高压、中压管壳式余热锅炉; 

  中压搪压力容器; 

  使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa)的材料制造的压力容器; 

  移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体)、罐式汽车[液化气体运输(半挂)车、低温液体运输(半挂)车、永久气体运输(半挂)车]和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等; 

  球形储罐(容积大于等于50m3);低温液体储存容器(容积大于5m3)。 

  低温液体储存容器(容积大于5m3) 

  2.第二类压力容器,具有下列情况之一的,为第二类压力容器: 

  中压容器; 

  低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质); 

  低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质); 

  低压管壳式余热锅炉; 

  低压搪玻璃压力容器。 

  3.第一类压力容器 ,除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。 

  A1 压力容器的分类

  A1.1 介质分组

  压力容器的介质分为以下两组,包括气体、液化气体或者最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。

  (1)第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质,易爆介质,液化气体。

  (2)第二组介质:除第一组以外的介质。

  A1.2 介质危害性

  介质危害性指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触,发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度,用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。

  A1.2.1 毒性程度综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素。极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3;高度危害最高容许浓度0.11.0 mg/m3;中度危害最高容许浓度1.010.0 mg/m3; 轻度危害最高容许浓度大于或者等于10.0 mg/m3

  A1.2.2 易爆介质指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物,并且其爆炸下限小于10%,或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介质。

  A1.2.3  具体介质毒性危害程度和爆炸危险程度按GB 5044—1985 《职业性接触毒物危害程度分级》、HG 20660—2000 《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》两个标准确定。两者不一致时,以危害(危险)程度高的为准。

  A1.3 分类方法

  A1.3.1 基本分类

  压力容器分类应当先按照介质特性,按照以下要求选择分类图,再根据设计压力p(单位MPa)和容积V(单位L),标出坐标点,确定容器类别:

  (1)对于第一组介质,压力容器的分类见图A-1

  (2)对于第二组介质,压力容器的分类见图A-2

   

 

第一介质+第二介质

 

   图A-2 压力容器分类图第二组介质

  A1.3.2 多腔压力容器分类

  多腔压力容器(如换热器的管程和壳程、夹套容器等)按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按该类别进行使用管理。但应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划定时,设计压力取本压力腔的设计压力,容积取本压力腔的几何容积。

  A1.3.3 同腔多种介质容器分类

  一个压力腔内有多种介质时,按组别高的介质分类。

  A1.3.4 介质含量极小容器分类

  当某一危害性物质在介质中含量极小时,应当按其危害程度及其含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。

  A1.3.5 特殊情况分类

  (1)坐标点位于图A-1或者图A-2的分类线上时,按较高的类别划分其类别。

  (2)对于GB 5044HG 20660两个标准中没有明确规定的介质,应当按化学性质、危害程度及其含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。(3)本规程1.4条范围内的压力容器统一划分为第类压力容器。

  A2 压力等级划分

  压力容器的设计压力(p)划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级:

  (1)低压(代号L) 0.1MPa≤p1.6MPa

  (2)中压(代号M) 1.6MPa≤p10.0MPa

  (3)高压(代号H) 10.0MPa≤p100.0MPa

  (4)超高压(代号U) p≥100.0MPa

  A3 压力容器品种划分

  压力容器按在生产工艺过程中的作用原理,分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。具体划分如下:

  (1)反应压力容器(代号R):主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器,如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。

  (2)换热压力容器(代号E):主要是用于完成介质的热量交换的压力容器,如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。

  (3)分离压力容器(代号S):主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器,如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。

  (4)储存压力容器(代号C,其中球罐代号B):主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器,如各种型式的储罐。

  在一种压力容器中,如同时具备两个以上的工艺作用原理时,应当按工艺过程中的主要作用来划分品种。

  1.9与其他技术标准,与其他管理规定的关系:

  本规程是固定式压力容器的基本安全性能保证,也是必须满足和达到的安全要求,其他标准不得低于本规程的各项规定;

  1.10 不符合本规定时,如何处理:

  指三新试验、研究数据报告报国家质检总局委托技术机构评审、处理,并将结果经总局批准后进行试制;

  1.11 引用现行有效标准:十项

  覆盖了各类形式、材质的压力容器设计、制造,具有适用性。

  (1)GB 150   -1998     钢制压力容器

  (2)JB 4732  –1995     钢制压力容器分析设计标准

  (3)GB 151   -1999     管壳式换热器

  (4)GB 12337- 1998    钢制球形储罐

  (5)JB/T 4710 -2005     钢制塔式容器

  (6)JB/T 4731 -2005     钢制卧式容器

  (7)JB/T 4734 -2002     铝制焊接容器

  (8)JB/T 4745 - 2002    钛制焊接容器

  (9)JB/T 4755  -2006    铜制压力容器

  (10)JB/T 4756 -2006    镍及镍合金制压力容器 

3.其他

  内部或外部承受气体或液体压力,并对安全性有较高要求的密封容器。早期主要用于化学工业,压力多在10兆帕以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后,要求压力容器的压力达100兆帕以上 。随着化工和石油化工等工业的发展,压力容器的工作温度范围越来越宽,容量不断增大,有些还要求耐介质腐蚀。20世纪60年代开始,核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求,从而促进了压力容器的进一步发展,广泛应用于各工业部门。压力容器主要为圆柱形,也有球形或其他形状。根据结构形式,可分为多层式压力容器,绕板式压力容器、型槽绕带式压力容器、热套式压力容器、锻焊式压力容器和厚板卷焊式压力容器等。大多数压力容器由钢制成,也有的用铝、钛等有色金属和玻璃钢、预应力混凝土等非金属材料制成。压力容器在使用中如发生爆炸,会造成灾难性事故。为了使压力容器在确保安全的前提下达到设计先进、结构合理、易于制造、使用可靠和造价经济等目的,各国都根据本国具体情况制定了有关压力容器的标准、规范和技术条件,对压力容器的设计、制造、检验和使用等提出具体和必须遵守的规定。 

  压力容器的检验

  1、压力容器外部检查亦称运行中检查 检查的主要内容有:压力容器外表面有无裂纹、变形、泄漏、局部过热等不正常现象;安全附件是否齐全、灵敏、可靠;紧固螺栓是否完好、全部旋紧;基础有无下沉、倾斜以及防腐层有无损坏等异常现象。 外部检查既是检验人员的工作,也是操作人员日常巡回检查项目。发现危及安全现象(如受压元件产生裂纹、变形、严重泄渗等)应予停车并及时报告有关人员。2、压力容器内外部检验 压力容器内外部检验这种检验必须在停车和容器内部清洗干净后才能进行。检验的主要内容除包括外部检查的全部内容外,还要检验内外表面的腐蚀磨损现象;用肉眼和放大镜对所有焊缝、封头过渡区及其他应力集中部位检查有无裂纹,必要时采用超声波或射线探伤检查焊缝内部质量;测量壁厚。若测得壁厚小于容器最小壁厚时,应重新进行强度校核,提出降压使用或修理措施;对可能引起金属材料的金相组织变化的容器,必要时应进行金相检验;高压、超高压容器的主要螺栓应利用磁粉或着色进行有无裂纹的检查等。通过内外部检验,对检验出的缺陷要分析原因并提出处理意见。修理后要进行复验。 压力容器内外部检验周期为每三年一次,但对强烈腐蚀性介质、剧毒介质的容器检验周期应予缩短。运行中发现有严重缺陷的容器和焊接质量差、材质对介质抗腐蚀能力不明的容器也均应缩短检验周期。 3、压力容器全面检验 压力容器全面检验除了上述检验项目外,还要进行耐压实验(一般进行水压试验)。对主要焊缝进行无损探伤抽查或全部焊缝检查。但对压力很低、非易燃或无毒、无腐蚀性介质的容器,若没有发现缺陷,取得一定使用经验后,可不作无损探伤检查。 容器的全面检验周期,一般为每六年至少进行一次。对盛装空气和惰性气体的制造合格容器,在取得使用经验和一两次内外检验确认无腐蚀后,全面检验周期可适当延长。

   压力容器的操作条件 

  1.压力

  压力容器的压力可以来自两个方面,一是压力是容器外产生(增大)的,二是压力是容器内产生(增大)的。 

  最高工作压力,多指在正常操作情况下,容器顶部可能出现的最高压力。 

  设计压力,系是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度的压力,亦即标注在铭牌上的容器设计压力,压力容器的设计压力值不得低于最高工作压力;当容器各部位或受压元件所承受的液柱静压力达到5%设计压力时,则应取设计压力和液柱静压力之和进行该部位或元件的设计计算;装有安全阀的压力容器,其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破压力。容器的设计压力确定应按GB 150的相应规定。 

  2.温度 

  金属温度,系指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下,元件金属的表面温度不得超过钢材的允许使用温度。 

  设计温度,系指容器在正常操作情况下,在相应设计压力下,壳壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。当壳壁或元件金属的温度低于—20,按最低温度确定设计温度;除此之外,设计温度一律按最高温度选取。设计温度值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度;对于0以下的金属温度,则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。容器设计温度(即标注在容器铭牌上的设计介质温度)是指壳体的设计温度。

  3.介质

  生产过程所涉及的介质品种繁多,分类方法也有多种。按物质状态分类,有气体、液体、液化气体、单质和混合物等;按化学特性分类,则有可燃、易燃、惰性和助燃四种;按它们对人类毒害程度,又可分为极度危害(I)、高度危害()、中度危害()、轻度危害()四级。 

  易燃介质:是指与空气混合的爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体,如一甲胺、乙烷、乙烯等。 

  毒性介质:《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)对介质毒性程度的划分参照GB 5044《职业性接触毒物危害程度分级》分为四级。其最高容许浓度分别为:极度危害(I级)<01 mgm3;高度危害(级)0. 1 <10 mgm3;中度危害(级)1<10 mgm3;轻度危害(1V级)≥10 mgm3。 

  压力容器中的介质为混合物质时,应以介质的组成并按毒性程度或易燃介质的划分原则,由设计单位的工艺设计部门或使用单位的生产技术部门决定介质毒性程度或是否属于易燃介质。 

  腐蚀性介质,石油化工介质对压力容器用材具有耐腐蚀性要求。有时是因介质中有杂质,使腐蚀性加剧。腐蚀介质的种类和性质各不相同,加上工艺条件不同,介质的腐蚀性也不相同。这就要求压力容器在选用材料时,除了应满足使用条件下的力学性能要求外,还要具备足够的耐腐蚀性,必要时还要采取一定的防腐措施。

  压力容器事故率高的原因

  设备事故率的大小,影响因素较多,也十分复杂。它不但与整个工业领域的各项技术水平有关,而且还与社会文化和人的素质有关。

  在相同的条件下,压力容器的事故率要比其他机械设备高得多。本来压力容器大多数是承受静止而比较稳定的载荷,并不像一般转动机械那样容易因过度磨损而失效,也不像高速发动机那样因承受高周期反复载荷而容易发生疲劳失效。究其原因,主要有以下几方面。

  1、技术条件

  1)使用条件比较苛刻。压力容器不但承受着大小不同的压力载荷(在一般情况下还是脉动载荷)和其他载荷,而且有的还是在高温或深冷的条件下运行,工作介质又往往具有腐蚀性,工况环境比较恶劣。

  2)容易超负荷。容器内的压力常常会因操作失误或发生异常反应而迅速升高,而且往往在尚未发现的情况下,容器即已破裂。

  3)局部应力比较复杂。例如,在容器开孔周围及其他结构不连续处,常会因过高的局部应力和反复的加载卸载而造成疲劳破裂。

  4)常隐藏有严重缺陷。焊接或锻制的容器,常会在制造时留下微小裂纹等严重缺陷,这些缺陷若在运行中不断扩大,或在适当的条件(如使用温度、工作介质性质等)下都会使容器突然破裂。

  2、使用管理

  1)使用不合法。购买一些没有压力容器制造资质的工厂生产的设备作为承压设备,并非法当压力容器使用,以避开报装、使用注册登记和检验等安全监察管理,留下无穷后患。

  2)容器虽合法而管理操作不符合要求。企业不配备或缺乏懂得压力容器专业知识和了解国家对压力容器的有关法规、标准的技术管理人员。压力容器操作人员未经必要的专业培训和考核,无证上岗,极易造成操作事故。

  3)压力容器管理处于四无状态。即一无安全操作规程,二无建立压力容器技术档案,三无压力容器持证上岗人员和相关管理人员,四无定期检验管理。使压力容器和安全附件处于盲目使用、盲目管理的失控状态。

  4)擅自改变使用条件,擅自修理改造。经营者无视压力容器安全,为了适应某种工艺的需要而随意改变压力容器的用途和使用条件,甚至带操作,违规超负荷超压生产等造成严重后果。

  5)地方政府的安全监察管理部门和相关行政执法部门管理不到位。安全监察管理部门和相关行政执法部门的工作未能使用社会主义市场经济的发展,特别是规模小、分布广的民营和私营企业的激增,使压力容器的安全监察管理存在盲区和管理不到位的现象,助长了压力容器的违规使用和违规管理。

  反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品,用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器,例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等;材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔、因康镍)合金及其它复合材料。

  反应釜分类

  根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜 三大类,每一种结构都有他的适用范围和优缺点。反应釜按材质及用途可有以下几种:

  1、不锈钢反应釜

  不锈钢反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔)合金及其它复合材料;根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜 三大类.

  不锈钢反应釜搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等,搅拌装置在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶,也可根据用户的要求任意选配.

  不锈钢反应釜的密封型式不同可分为:填料密封机械密封和磁力密封。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、外()盘管加热等,冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却.

  2、搪玻璃反应釜

  搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃,衬在钢制容器的内表面,经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应釜具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点,是一种优良的耐腐蚀设备。

  3、磁力搅拌反应釜

  采用静密封结构,搅拌器与电机传动间采用磁力偶合器联接,由于其无接触的传递力矩,以静密封取代动密封,能彻底解决以前机械密封与填料密封无法解决的泄漏问题,使整个介质各搅拌部件完全处于绝对密封的状态中进行工作,因此,更适合用于各种易燃易爆、剧毒、贵重介质及其它渗透力极强的化学介质进行反应,是石油、化工、有机合成、高分子材料聚合、食品等工艺中进行硫化、氟化、氢化、氧化等反应最理想的无泄漏反应设备。

 

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