淺析壓力容器安全問題

1、淺析壓力容器安全問題 1.    引言： 壓力容器的用途十分廣泛, 它是在石油化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟(jì)的各個部門都起著重要作用的設(shè)備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構(gòu)成容器本體。此外,還配有安全裝置、表計及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因,容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設(shè)備和財產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。 2.    我國在用壓力容器安全現(xiàn)狀 我國現(xiàn)有在用壓力容器6 800萬臺(其中固定式176多萬臺) 。它們大多數(shù)是在高溫、高壓、低溫、疲憊及腐蝕性

2、介質(zhì)等苛刻工況下運(yùn)行。安全使用壽命長的可達(dá)20年以上,短的只有幾年甚至幾個月。粗略估計一下,假設(shè)能將每臺設(shè)備的壽命平均延長兩年,每臺設(shè)備的平均壽命按15年計,則相當(dāng)于制造安裝新設(shè)備17萬臺,可為國家節(jié)約資金達(dá)百億元。在用壓力容器往往存在著各種焊接缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷、材料缺陷、使用時產(chǎn)生的裂痕、腐蝕、磨損等,再加上長期超期服役造成的材料損傷,潛在危害性極大。這些設(shè)備及隱患假設(shè)不及時研究處理,持續(xù)盲目使用,必將成為爆炸事故的主要根源。在用壓力容器存在的失效主要有脆斷、疲憊、腐蝕、沖蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕以及腐蝕疲憊等形體式,一旦發(fā)生事故將會對人民生命財產(chǎn)安全造成極大的危害,因而世界各國都相當(dāng)重視。 3

3、.    壓力容器技術(shù)進(jìn)展 隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步, 特別是計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 在壓力容器技術(shù)領(lǐng)域也取得了相應(yīng)的進(jìn)展。國際標(biāo)準(zhǔn)化一體化隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的逐步發(fā)展, 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)國際化的趨勢已經(jīng)越來越顯然。歐洲議會已于1997 年5 月正式批準(zhǔn)了統(tǒng)一的壓力設(shè)備指令(Pressue Equipement Directive) 該指令于1999年11 月引入歐盟成員國的法規(guī),于2002 年5 月在歐盟內(nèi)強(qiáng)制執(zhí)行。歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)現(xiàn)正在采用積極行動, 試圖將歐洲標(biāo)準(zhǔn)上升為國際標(biāo)準(zhǔn)。美國和日本等一些國家為了爭奪國際市場,也在采用積極

4、的措施加速國際標(biāo)準(zhǔn)的制訂。設(shè)在美國的秘書處ISO/ TC11已多次召開會議, 并已經(jīng)提出了ISO 15386 國際鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)草案。其主要內(nèi)容為國際標(biāo)準(zhǔn)的基本要求、質(zhì)量體系的要求、結(jié)構(gòu)安全性的要求以及各國標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)的注冊認(rèn)可程序等。1914年美國制定了世界上第一部壓力容器標(biāo)準(zhǔn),材料許用應(yīng)力值僅以抗拉強(qiáng)度為基準(zhǔn)。直到1943年,英國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)選取材料許用應(yīng)力值時首次引入材料屈服強(qiáng)度為基準(zhǔn)。為保證壓力容器安全,確定材料許用應(yīng)力值時,同時合計材料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度更為合理。奧氏體不銹鋼材料具有非常好的應(yīng)變強(qiáng)化能力和韌性,為充分發(fā)揮奧氏體不銹鋼材料合格性能,選取奧氏體不銹鋼材料許用應(yīng)力。

5、目前,確定壓力容器材料許用應(yīng)力值一般取mins / ns ,b / nb , D / nD , n / nn 。其中, s , b ,D ,n 分別為材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度，和疲憊強(qiáng)度,在大多數(shù)工況下,壓力容器材料主要合計屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,在一定條件下,才需合計材料蠕變強(qiáng)度和疲憊強(qiáng)度; ns , nb , nD , nn 為安全系數(shù)。安全系數(shù)主要取決于人們對客觀規(guī)律的理解程度和設(shè)備發(fā)生事故的危害程度,壓力容器安全系數(shù)的選取建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上,隨著理論研究和科學(xué)實(shí)驗的進(jìn)步,在保證壓力容器安全性前提條件下,為節(jié)省材料和經(jīng)濟(jì)合計,壓力容器安全系數(shù)有降低的趨勢。 4.  

6、;  影響壓力容器安全可靠性的幾個因素    制定參數(shù) 制定參數(shù)確實(shí)定是壓力容器制定工作的前提和基礎(chǔ), 也是決定壓力容器安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此, 制定者要特別予以重視。壓力容器制定參數(shù)所涉及到的內(nèi)容較多, 但最關(guān)鍵的參數(shù)為制定壓力、制定溫度、介質(zhì)特性( 包括易燃、易爆、毒性和腐蝕性 能等等) 。這些參數(shù)選擇的合適與否, 直接影響壓力容器的使用可靠性和制定的經(jīng)濟(jì)性。        制定壓力 關(guān)于壓力容器來說, 一般依據(jù)最高工作壓力來確定, 另外還應(yīng)依據(jù)系統(tǒng)特性, 如有無安全閥,有無泄放

7、裝置, 是否在泵出入口, 設(shè)備特性是否屬真空、外壓操作等應(yīng)綜合合計, 可依據(jù)化工行業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn), 如HG20580-1998 規(guī)定確定制定壓力。        制定溫度 影響壓力容器安全可靠性制定的另一個重要參數(shù)- 制定溫度, 它是指容器在正常工作狀況下, 設(shè)定的元件的金屬溫度。它與操作時介質(zhì)溫度及環(huán)境溫度有關(guān), 它的選擇正確與否將直接給容器選材帶來至關(guān)重要的影響。當(dāng)容器處于低溫時, 假設(shè)沒有合計它的低溫影響, 將會導(dǎo)致選取材料低溫韌性不夠而引起的脆性破壞。當(dāng)容器處于高溫狀態(tài),假設(shè)制定溫度選取不合理, 也會導(dǎo)致選材不當(dāng)而引起的

8、安全性不夠或者浪費(fèi)等現(xiàn)象。我國壓力容器的有關(guān)制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對有不同溫度工況下的容器, 應(yīng)按最苛刻的工況制定, 并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的溫度值。        介質(zhì)特性 介質(zhì)特性是壓力容器制定中與安全有直接關(guān)系的又一個重要因素, 因此我國保證容器安全的法規(guī)性文件容規(guī)給予了特別的重視, 大量條文作了具體的硬性規(guī)定。為保證容規(guī)正確執(zhí)行,國家對有毒介質(zhì)分類、化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類都制定了專門規(guī)范, 只要正確執(zhí)行是可以保證安全的。       

9、; 其它因素 除了要準(zhǔn)確掌握工作壓力、溫度及介質(zhì)特性等參數(shù)外, 對用戶的壓力容器使用管理水平也應(yīng)有一些了解, 因為管理水平的凹凸直接影響著壓力容器的安全運(yùn)行。因此, 制定人員在確定制定參數(shù)時應(yīng)該合計到這些狀況, 在為這類企業(yè)制定壓力容器時,技術(shù)要求中明確限定條件, 從而保證壓力容器安全運(yùn)行。     壓力容器制定主體材料選用方法 壓力容器主體材料關(guān)于壓力容器的安全使用是至關(guān)重要的, 在進(jìn)行壓力容器制定時, 除了應(yīng)嚴(yán)格按照GB150 及壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程等進(jìn)行選材外, 還應(yīng)特別注意介質(zhì)特性對主體材料的影響. 主體材料的選用應(yīng)合計制定壓力、溫度、工作介質(zhì)及壽命選

10、擇等因素. 如硫濃度環(huán)境則不宜選用16MnR、15MnVR 等低合金鋼, 而宜選用20R、2 0等碳素鋼, 除了介質(zhì)的腐蝕性、使用壽命與選材有直接關(guān)系外, 介質(zhì)的易燃易爆程度及毒性級別也是選材的依據(jù). 極度危害介質(zhì)容器Q2352B不同意用于盛裝極高度危害介質(zhì), Q2352A 不同意盛裝易燃或中、高、極度危害介質(zhì), 不得用于盛裝液化石油氣. 即壓力容器主體材料的選用不僅應(yīng)合計容器的工作壓力、溫度及規(guī)范的同意范圍, 而且還應(yīng)合計介質(zhì)特性對材料腐蝕及其它化學(xué)( 易燃爆、毒性) 性能的影響, 從而做出選擇. 為了降低制造成本,可依據(jù)有關(guān)新型材料的物理化學(xué)性質(zhì)選定新型代用。  

11、60; 壓力容器補(bǔ)強(qiáng)材料選擇分析 選擇強(qiáng)度等級較低的材料, 所需的補(bǔ)強(qiáng)面積要增加. 接管有效補(bǔ)強(qiáng)面積減少, 不僅對補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)不利, 而且對焊接同樣有負(fù)面影響. 厚壁接管可選用無縫鋼管, 也可用鍛件加工制造. 當(dāng)制定壓力較小, 同時滿足補(bǔ)強(qiáng)要求所需的壁厚不太大時, 通常選用無縫鋼管; 當(dāng)制定壓力較高, 同時滿足補(bǔ)強(qiáng)要求所需的壁厚較大時, 選用鍛件來加工制造, 補(bǔ)強(qiáng)圈的材料一般應(yīng)與筒體的材料相同, 這是最經(jīng)濟(jì)合理的選擇. 厚壁接管的材料應(yīng)依據(jù)設(shè)備的操作條件和介質(zhì)特性來選取, 一般選擇與殼體材料相同類別和強(qiáng)度的材料.當(dāng)選擇強(qiáng)度等級較高的材料時, 補(bǔ)強(qiáng)效果較好, 安全與穩(wěn)定性亦提升, 但增加了材料成本,

12、 同時對焊接提出較高要求, 從而可能對整體強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面的影響.從以上選擇補(bǔ)強(qiáng)材料及效應(yīng)分析可以看出, 補(bǔ)強(qiáng)材料選擇應(yīng)從材質(zhì)強(qiáng)度、焊接、經(jīng)濟(jì)性諸方面整體分析。 5、壓力容器的使用、維護(hù)與修理 5        壓力容器的安全使用 為保證壓力容器的安全運(yùn)行, 使用中必須做到以下三大方面: 第一,嚴(yán)禁超壓。使用壓力不能超過容器的制定壓力,否則會使容器超壓爆炸。所有壓力容器上都安裝有安全卸壓裝置或超壓報警裝置,以防超壓爆炸事故的發(fā)生。第二,溫度限制。在使用過程中溫度的變化與選擇必須要在原制定的溫度范圍內(nèi),這是因為溫度過高會引起材料的蠕變和晶粒

13、變大而降低強(qiáng)度,溫度過低可能會使鋼材產(chǎn)生冷脆而斷裂,溫度的劇烈波動會使材料遭受嚴(yán)重的冷熱沖擊而受到破壞。第三,定期檢查。壓力容器制造出廠時帶有產(chǎn)品合格證,容器上焊接缺陷都已經(jīng)進(jìn)行處理。但是在投產(chǎn)使用一定時間后,焊縫中往往會產(chǎn)生延遲性的裂痕或其他缺陷,尤其是低合金鋼的焊接件 發(fā)生的機(jī)會更多。有些焊縫因焊接結(jié)構(gòu)和焊接工藝不當(dāng)存在著很大的殘余應(yīng)力,當(dāng)設(shè)備在出廠時由于應(yīng)力消除的不徹底,會在投產(chǎn)加載時產(chǎn)生應(yīng)力疊加而使焊縫破裂。所以壓力容器在使用中必須定期進(jìn)行開罐做內(nèi)外檢查,如果發(fā)現(xiàn)裂痕或其他缺陷要及時處理。壓力容器在運(yùn)行中如果出現(xiàn)以下。 狀況要馬上停止運(yùn)行:1操作壓力或器壁溫度超過了規(guī)程中規(guī)定的極限值,

14、采用措施后仍無效果,而且有持續(xù)惡化的趨勢。2)壓力容器接口、法蘭、閥門等出現(xiàn)裂縫、變形或泄漏,危及了容器本身的安全。3)安全裝置失效、連接管線斷裂、緊固件損壞,難以保證安全操作或生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生火災(zāi),威脅到容器的安全。4)壓力容器上裝設(shè)的安全報警裝置發(fā)出報警信號。做到了以上工作,我們還要注意的是,關(guān)于儲存干燥氣體的壓力容器,使用中不能帶進(jìn)水分,否則會加速容器的腐蝕速度,縮短使用壽命。    壓力容器的維護(hù) 對壓力容器進(jìn)行合格的維護(hù)保養(yǎng),是保證其安全運(yùn)行的一項重要的有效的措施,一般從以下五項入手:1)涂油漆、電鍍、襯里。生產(chǎn)中最容易受到損害的是本腐蝕,用這些方法對容器敷

15、設(shè)防腐層以抵抗或降低介質(zhì)大氣對容器造成的腐蝕,并且當(dāng)防腐層有損壞時要及時處理。2)保養(yǎng)好安全裝置。按規(guī)定進(jìn)行檢驗和校驗,保證其靈敏、可靠、準(zhǔn)確;沒有安裝安全裝置的壓力容器不能使用,發(fā)現(xiàn)安全裝置失靈時要及時進(jìn)行處理。3)檢查。常常檢查壓力容器零部件的安全運(yùn)行狀況,保證其完好性,以防止" 跑冒滴漏" 現(xiàn)象發(fā)生。4)依據(jù)生產(chǎn)介質(zhì)的特性,消除引起容器腐蝕、沖蝕的各種因素。5) 長期或臨時停用的壓力容器應(yīng)將內(nèi)部介質(zhì)全部處理干凈,堅持容器干燥并維護(hù)好防腐層。對具有腐蝕性的介質(zhì),要經(jīng)過徹底的排放、置換或清洗等技術(shù)處理,不能留有死角。壓力容器表面還應(yīng)常常堅持清潔。  &

16、#160; 壓力容器的檢修 進(jìn)行壓力容器檢修時,通常需要將壓力容器排空或隔斷,以避免火災(zāi)爆炸或中毒事故發(fā)生。    排空 有時候要求完全排空,但使用正常的連接或排放管線不能使罐和壓力容器完全排空。在這種情形下,應(yīng)使用柔性軟管并通過入孔蓋連接到輕便泵,將罐或容器抽凈。因此,鑒于上述情形,輕便泵的選擇將限于:氣動泵、蒸汽泵、防火電馬達(dá)和防火結(jié)構(gòu)的泵組成 的設(shè)備。防火防爆電機(jī)必須牢靠接地,動力電纜也應(yīng)該有防護(hù)措施,以防損壞。泵抽空操作應(yīng)在取得許可后方能進(jìn)行。    隔斷 隔斷應(yīng)按下述方法之一進(jìn)行:拆掉一個閥,或者從各連接管線拆下一段管子,拆

17、下閥和管段的連接處應(yīng)盡可能靠近罐和壓力容器的殼體。以標(biāo)準(zhǔn)的盲法蘭密封拆卸處管線;插入一個標(biāo)準(zhǔn)盲板,應(yīng)該注意盲板和已關(guān)閉閥間不能留存油;一般的槽、箱可通過使用一可膨脹的橡膠塞子實(shí)現(xiàn)隔離。    壓力容器建檔要求 使用單位申請辦理壓力容器登記時, 應(yīng)填寫" 壓力容器使用登記表",并向登記部門提交有關(guān)技術(shù)資料。新壓力容器投入使用前, 使用單位除了填寫“壓力容器使用登記表外, 還應(yīng)該攜帶有關(guān)資料到當(dāng)?shù)刂鞴懿块T辦理登記手續(xù)。攜帶資料包括:產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品質(zhì)量證實(shí)書、產(chǎn)品圖樣、產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗書。進(jìn)口產(chǎn)品應(yīng)持省級以上安全技術(shù)監(jiān)督部門的審批手續(xù)和檢驗報告

18、。關(guān)于未注冊登記的在用壓力容器,使用單位必須進(jìn)行注冊。在用壓力容器設(shè)備在檢驗時要同時評定出安全狀況等級,此等級以檢驗單位出示的檢驗報告為準(zhǔn)。檢驗后安全狀況等級被核定為1 、2、3 級的在用壓力容器發(fā)給使用證。安全狀況核定為四級的在用固定式壓力容器在辦理注冊手續(xù)后,同意在滿足檢驗報告所限定的使用條件和檢驗周期內(nèi)使用,但不發(fā)使用證。待安全狀況等級達(dá)到3 級以上后再發(fā)給使用證。    壓力容器安全綜合要求 a)      使用容器的部門,必須對每臺容器進(jìn)行編號、登記,建立設(shè)備檔案。檔案應(yīng)包括合格證、質(zhì)量證實(shí)書、登記卡片、修理和檢驗記錄等。使用容器的部門, 不得