压力容器概论.pptx
《压力容器概论.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《压力容器概论.pptx(64页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、压力容器承受各种静、动载荷或交变载荷,有些还有附加的机械或温度载荷。当前,我国对压力容器的安全管理推行的是国家安全监察全过程控制的管理方法,既把容器设计、制造、安装、使用、检验、修理、事故、报废和信息反馈等各个环节作为一个系统实施管理,防范事故,确保压力容器安全、经济地运行。第1页/共64页 合成氨塔第2页/共64页 第3页/共64页 聚乙烯装置的脱气仓第4页/共64页 尿素装置第5页/共64页第6页/共64页检验是压力容器安全管理的重要环节。按工作性质,压力容器检验可分为产品安全质量监督检验和在用检验两大类。安全质量监督检验的任务是保证压力容器产品质量。产品质量是安全的基础,是保证容器安全投
2、入运行、发挥经济效益的先决条件。压力容器产品质量的任何失控都可能产生安全隐患和发生事故,给使用管理带来麻烦,甚至或导致容器过早失效和报废。在用检验是指压力容器使用期间的定期检验,它是保证设备长期运行和安全生产的有力措施。通过定期检验及时发现使用中的压力容器的新生缺陷,根据检验结果重新确定其安全状况等级,以决定继续使用、监控使用、修复后使用或判废。第7页/共64页锅炉压力容器压力管道及特种设备检验人员资格考核规则规定:压力容器检验人员分检验员、检验师、高级检验师三个等级,各自从事不同内容和性质的工作并承担相应的责任。第8页/共64页1.2 压力容器的定义与分类121 压力容器的定义从广义上说,凡
3、承受流体介质压力的密闭壳体都可称作压力容器。按GB150-1998钢制压力容器的规定,设计压力低于0.1MPa的容器属于常压容器,而设计压力高于0.1MPa的容器属于压力容器。第9页/共64页从安全角度看,单纯以压力高低定义压力容器不够全面,因为压力不是表征安全性能的唯一指标。在相同压力下,容器的容积越大,其积蓄的能量就越多,一旦发生破裂造成的损失和危害也就越大。此外,容器内的介质特性对安全的影响也很大,气体的危害程度大于液体,尤其易燃易爆的气体或液化气体,如果容器发生事故,除了爆炸造成的损失外,由于介质泄漏或扩散而引起的化学爆炸、起火燃烧、中毒污染,导致的后果极其严重。因此,压力、容积、介质
4、特性是与安全相关的三个重要参数。第10页/共64页压力容器安全技术监察规程从安全管理角度出发,将同时具备下列三个条件的容器称为压力容器:(1)最高工作压力(Pw)大于等于0.1 MPa(不含液体静压力,下同);(2)内直径(非圆形截面指其最大尺寸)大于等于0.15 m,且容积(V)大于等于0.025 m3;(3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点液体。第11页/共64页2009年1月修订的特种设备安全监察条例附则中规定,压力容器的含义是: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(表压),且压力与容积的乘积大于或者等于的气体、液化气体和最高工
5、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;盛装公称工作压力大于或者等于(表压),且压力与容积的乘积大于或者等于的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于液体的气瓶;氧舱等。可以认为这个规定是压力容器作出的最权威的定义,只要符合上述规定的容器即为压力容器,其设计、制造、安装、使用、检验、修理和管理都必须接受安全监察。第12页/共64页 简单压力容器安全技术监察规程适用于同时满足以下条件的简单压力容器:(一)容器由筒体和平封头、凸形封头(不包括球冠形封头),或者由两个凸形封头组成;(二)筒体、封头、接管等主要受压元件的材料为碳素钢、奥氏体不锈钢;(三)设计压力小于或者等于1.6MPa;
6、(四)容积小于或者等于1000L;(五)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL,并且小于或者等于1000MPaL;(六)介质为空气、氮气和医用蒸馏水蒸发而成的水蒸气;(七)设计温度大于或者等于-20,最高工作温度小于或者等于150;(八)非直接火焰的焊接容器。第13页/共64页1.2.2 压力容器的分类 压力容器的形式、品种繁多,其分类方法有很多种:按材质分类:分为钢制压力容器、铝制焊接容器、钛制焊接容器和非金属容器等。按制造方法分类:分为板焊容器、锻焊容器、铸造容器、包扎式容器、绕带式容器、热套容器等。按壳体承压方式分类:分为内压容器、外压容器。按壁厚分类:分为薄壁容器(容器外径与内
7、径之比小于等于1.2)和厚壁容器(容器外径与内径之比大于等于1.2)第14页/共64页按压力容器的设计压力P分类:(1)低压L 0.1MPaP1.6 MPa (2)中压M 1.6MPaP10 MPa (3)高压H 10MPaP100 MPa (4)超高压U P100MPa按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分类:分为反应压力容器R、换热压力容器E、分离压力容器S、储存压力容器C(其中球罐代号B)第15页/共64页按压力容器安全技术监察规程的规定分类:1 下列情况之一的,为第三类压力容器:(1)高压容器;(2)中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);(3)中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为
8、中度危害介质,且PV乘积大于10 MPam3);(4)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0.5 MPam3);(5)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质,且PV乘积大于等于0.2 MPam3);(6)高压、中压管壳式余热锅炉;(7)中压搪玻璃压力容器;(8)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540 MPa)的材料制造的压力容器;(9)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)(10)球形储罐(容积大于等
9、于50 m3);(11)低温液体储存容器(容积大于5 m3)。第16页/共64页 2 下列情况之一的,为第二类压力容器(本条第1款规定的除外):(1)中压容器;(2)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);(3)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);(4)低压管壳式余热锅炉;(5)低压搪玻璃压力容器;3 低压容器为第一类压力容器(本条第1款、第2款规定的除外)。第17页/共64页13 压力容器运行特性 压力容器是在特殊条件下运行的特种设备,所谓特殊条件主要是指压力、温度等介质的物理特性和介质的化学特性。1.3.1 介质的物理特性压力参数是压力容器运行最主要的
10、特性参数,容器内部的压力使容器承受载荷,主要是在壳体中产生一次拉应力,当一次应力超过壳体材料强度极限时会导致容器破裂,发生爆炸事故。压力容器的压力变化与温度和介质的物理特性紧密相关,所以在研究压力时必须同时考虑温度条件和介质的其它物理特性。第18页/共64页 压力容器的压力来源于多方面,可归纳为以下几种:1.来自容器以外(1)由各类气体压缩机泵供给的压力(2)由蒸汽锅炉、废热锅炉供给的压力第19页/共64页2.在容器内产或增大密闭容器中的气态介质,由于温度升高导致体积膨胀,但受到容器内空间的限制而产生压力或压力增大。密闭容器中的液体介质,当容器工作温度高于标准沸点时,液体沸腾汽化,体积膨胀,但
11、受容器内空间的限制而产生压力或压力增大。密闭容器中的液化气体介质,以气液两相共存,在有足够的气相空间条件下,容器内的压力就是随温度变化的饱和蒸汽压。密闭容器中如果充满液态介质,由于温度升高导致液体体积膨胀,但受到容器内空间的限制而产生压力或压力增大,此时容器的压力取决于液体的体积膨胀系数。由于化学反应产生压力或压力增大第20页/共64页1.3.2 介质的化学特性介质的化学特性主要是指介质易燃易爆有毒无毒的特性和对材料的腐蚀性压力容器的介质种类繁多,是由用途和生产工艺决定的。介质化学特性有压力容器分类、设计审查以及检验工作中都要用到。关于介质的化学特性分类,按易燃易爆性质可分为可燃、易燃、惰性和
12、助燃四种;按毒性程度可分为极度危害()、高度危害()、中度危害()、轻度危害()四级。第21页/共64页压力容器安全技术监察规程规定:关于介质的易燃、易爆、毒性程度的分类执行HG20660-1991的规定。分类的主要用途是:确定压力容器类别,确定化工压力容器的致密性、密封性技术要求。第22页/共64页HG20660中介质的毒性依据六项指标即急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度来分级,并将极度危害、高度危害、中度危害三级列入标准中,而轻度危害介质未列入。标准中的毒性分类表用于压力容器分类时,主要依据事故状态下,介质与人体大量接触引起的危害进行毒性危害程
13、度分级,以急性毒性和最高容许浓度两项指标为主,并考虑其它指标分析权衡确定。至于压力容器的致密性和密封性技术要求,不仅要考虑上述事故性大量泄出而造成的危害,更要考虑经常性的少量泄漏引起的慢性危害,其中尤以致癌性最为突出。所以,当标准用于确定容器密封性要求时,介质的毒性分类原则中就增加了致癌性这一指标,并列为主要指标之一来考虑。第23页/共64页HG20660中介质的爆炸危险性是指气体或液体蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物,且其爆炸下限小于10%或爆炸上限与下限的差值大于等于20%的介质。压力容器安全技术监察规程中使用的是“易燃介质”的术语,但两者定义基本相同。爆炸危险介质似乎比易燃介质更确切些
14、。使用中涉及多种化学介质时,应按介质组分中毒性危害或爆炸危险程度最大的介质考虑,当某一危害性物质在介质中含量极少时,应按其危害程度及其含量综合考虑,由设计单位的工艺设计或使用单位的生产技术部门按照标准的分类原则决定类别。第24页/共64页HG20660中未作规定的介质,可在GB5044职业性接触毒物危害程度分级、TJ36工业设计卫生标准、劳动卫生与职业病学、化学危险品手册等资料中查找。第25页/共64页1.4 对压力容器的基本要求对压力容器最基本的要求是在确保安全的前提下有效运行,保证生产的长期稳定。这就需要压力容器必须具备生产工艺要求的特定使用性能:安全可靠、容易制造安装、结构先进、维修方便
15、、经济合理等。第26页/共64页压力容器至少应保证以下性能:1.4.1 强度 强度是指容器在限定的压力条件下抵抗破裂或过量塑性变形的能力。1.4.2 刚度 刚度是指容器或容器的受压部件在限定的载荷条件下抵抗弹性变形的能力。1.4.3 稳定性 稳定性是容器在外载荷的作用下保持其几何形状不发生突然改变的性能。1.4.4 耐久性 耐久性是指容器的使用寿命。一般压力容器的设计使用年限为10年,对重要的容器可按20年设计。1.4.5 密封性 压力容器的密封性不但指可拆连接处,而且也包括各种母材和焊缝的致密程度。第27页/共64页15 压力容器的失效压力容器在规定的使用期限内,因设计结构不合理、制造质量不
16、良、使用维护不当或其他原因而失去按原设计参数正常工作的效能,称为压力容器失效。1979年12月吉林煤气公司液化石油气球罐的爆炸,引起燃烧,并使附近的三个同样的球罐和5000只气瓶爆炸,约600吨液化石油气流出流出燃烧,大火持续了20小时,死伤近百人,直接经济损失达500余万元。又如浙江温州电化厂一个盛装液氯的容器发生爆炸后,约有4吨的液氯介质外流,造成大面积的毒害区,中毒范围波及7.35平方公里。第28页/共64页 101苯胺爆炸第29页/共64页 101苯胺爆炸第30页/共64页 焦化装置失火第31页/共64页第32页/共64页第33页/共64页第34页/共64页1.5.1 强度失效强度失效
17、是指因材料屈服或断裂引起的压力容器失效,包括韧性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂等。第35页/共64页1.韧性断裂 韧性断裂是压力容器在载荷作用下产生的应力达到或接近所用材料的强度极限,即由于一次应力过高引发的断裂。其特征是断裂后的容器有肉眼可见的宏观变形,如整体鼓胀,周长延伸率可达10%-20%。导致一次应力过高的主要原因有两个方面即厚度过薄和内压过高,可能的情况是:厚度未经设计计算或强度计算错误,例如非法设计制造的容器;制造时用错材料,把低强度等级材料当作高强度等级材料;使用过程中厚度减薄,包括因腐蚀、冲蚀、机械磨损等原因而减薄;操作失误超压且安全装置未起作用,包括运行操作失误
18、或耐压试验操作失误;液体受热膨胀,例如液化气体过量充装后温度上升导致容器破裂;化学反应失控引起超压;压力较高的气体进入设计压力较小的容器、容器内产生的气体无法排出等。第36页/共64页2.脆性断裂 脆性断裂是指变形量很小、且在壳壁中的应力值低于材料的强度极限时发生的断裂。这种断裂是在较低应力状态下发生,故又称为低应力脆断。其特征是断裂韧性时容器没有鼓胀,即无明显的塑性变形,其断口齐平,并与最大应力方向垂直,断裂的速度极快,常使容器断裂成碎片。由于脆性断裂时容器的实际应力值往往很低,爆破片、安全阀等安全附件不会动作,其后果要比韧性断裂严重得多。材料自身脆性和缺陷,这两种原因都会引起压力容器脆性断
19、裂:材料选用不当;焊接与热处理不当使材料脆化;低温条件下材料脆化;长期在高温下运行材料脆化;应变时效导致材料脆化;存在严重的原始缺陷、制造缺陷、或使用中产生危险缺陷,在较大的应力条件下,也会发生脆性断裂。第37页/共64页第38页/共64页管束和管板之间的碱浓缩造成的锅炉管板开裂和管板裂纹 碱洗涤器下游的吸鼓中未经PWHT的管线的碳钢承插焊缝I.D.上起始的碱开裂 某一苛性碱夹带异常条件下的蒸汽透平的不锈钢膨胀波纹管管内裂纹形态碱应力腐蚀开裂碱应力腐蚀开裂(碱性脆化碱性脆化)第39页/共64页连多硫酸应力腐蚀开裂连多硫酸应力腐蚀开裂染色渗透检验表明焊缝周围存在大量的裂纹 晶间开裂和晶粒脱落 3
20、04不锈钢催化剂回收管线和法兰的PT检查靠近法兰的催化剂回收线的横截面显示在焊缝HAZ区有裂纹,第40页/共64页第41页/共64页3.疲劳断裂使用中的压力容器,在交变载荷作用下,经一定循环次数后产生裂纹和突然发生断裂失效的过程,称为疲劳断裂。交变载荷是指大小和(或)方向都随时间周期性(或无规则)变化的载荷,它包括压力波动、开车停车、加热或冷却时温度变化引起的热应力变化、振动引起的附加交变载荷等。需要指出的是,原材料或制造过程中各种缺陷,会在交变载荷的作用下产生裂纹、裂纹扩展而加速压力容器疲劳。疲劳有裂纹萌生、扩展和最后断裂三个阶段,因而疲劳断口一般由裂纹源、裂纹扩展区和瞬时断裂区组成。裂纹源
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 压力容器 概论
限制150内