淺析壓力容器安全問(wèn)題

1、淺析壓力容器安全問(wèn)題1. 弓I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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)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(kāi)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(jì)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(cái)產(chǎn)的安全及污染環(huán)境的事故。2. 我國(guó)在用壓力容器安全現(xiàn)狀我國(guó)現(xiàn)有在用壓力容器6800萬(wàn)臺(tái)（其中固定式176多萬(wàn)臺(tái)）。它們 大多數(shù)是在高溫、高壓、低溫、疲勞及腐蝕性介質(zhì)等苛刻工況下運(yùn)行。安全使用壽命長(zhǎng)的可達(dá)20年以上，短的只有幾年甚至幾

2、個(gè)月。粗略估計(jì) 一下，若能將每臺(tái)設(shè)備的壽命平均延長(zhǎng)兩年，每臺(tái)設(shè)備的平均壽命按 15 年計(jì)，則相當(dāng)于制造安裝新設(shè)備17萬(wàn)臺(tái)，可為國(guó)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(shí)產(chǎn)生的裂紋、腐蝕、磨損等，再加上長(zhǎng)期超期服役造成的材料損傷，潛在危害性極大。這些設(shè)備及隱患若不及時(shí)研究處理，繼續(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、 疲勞、腐蝕、沖蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕以及腐蝕疲勞等形體式，一旦發(fā)生事故將會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大的危害，因而世界各國(guó)都相當(dāng)重視3. 壓力容器技術(shù)進(jìn)展隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，

3、特別是計(jì)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(guó)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(guó)際化的趨勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越明顯。歐洲議會(huì)已于1997年5月正式批準(zhǔn)了統(tǒng)一的壓 力設(shè)備指令(PressueEquipementDirective該指令于1999年11月引入歐 盟成員國(guó)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(huì) (CEN)現(xiàn)正在采取積極行動(dòng)，試圖將歐洲標(biāo)準(zhǔn)上升為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)和 日本等一些國(guó)家為了爭(zhēng)奪國(guó)際市場(chǎng)，也在采取積極的措施加速?lài)?guó)際標(biāo)準(zhǔn) 的制訂。設(shè)在美國(guó)的秘書(shū)處ISO/TC11已多次召開(kāi)會(huì)議，并已經(jīng)提出了 ISO15386國(guó)際鍋爐壓力容器標(biāo)

4、準(zhǔn)草案。其主要內(nèi)容為國(guó)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)的注冊(cè)認(rèn)可程序等。1914年美國(guó)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(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn) 選取材料許用應(yīng)力值時(shí)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(shí)，同時(shí)考慮材料抗拉強(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優(yōu)良性能，選取奧氏體不銹鋼材料許用應(yīng)力。目前，確定壓力容器材料許用應(yīng)力值一般取 min (T s/ns, (T b/nb, (T D/nD$ 其中/hjn打

5、s, (T b, c分另為材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度，和疲勞強(qiáng)度，在大多數(shù)工況下，壓力容器材料 主要考慮屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，在一定條件下，才需考慮材料蠕變強(qiáng)度 和疲勞強(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(duì)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(yàn)基礎(chǔ)上，隨著理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)步，在保障壓力容器 安全性前提條件下，為節(jié)省材料和經(jīng)濟(jì)考慮，壓力容器安全系數(shù)有降低 的趨勢(shì)。4. 影響壓力容器安全可靠性的幾個(gè)因素4.1設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定是壓力容器設(shè)計(jì)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，設(shè)計(jì)者要特別予

6、以重視。壓力容器設(shè) 計(jì)參數(shù)所涉及到的內(nèi)容較多，但最關(guān)鍵的參數(shù)為設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)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設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。4.1.1設(shè)計(jì)壓力對(duì)于壓力容器來(lái)說(shuō)，一般根據(jù)最咼工作壓力來(lái)確定，另外還應(yīng)根據(jù) 系統(tǒng)特性，如有無(wú)安全閥，有無(wú)泄放裝置,是否在泵出入口，設(shè)備特性是否 屬真空、外壓操作等應(yīng)綜合考慮,可根據(jù)化工行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),如 HG20580-1998規(guī)定確定設(shè)計(jì)壓力。4.1.2設(shè)計(jì)溫度影響壓力容器安全可靠性設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要參數(shù)-設(shè)計(jì)溫度，它是指容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度。它與操作時(shí)介質(zhì)溫度及環(huán)境溫度有

7、關(guān)，它的選擇正確與否將直接給容器選材帶來(lái)至關(guān)重要 的影響。當(dāng)容器處于低溫時(shí)，若沒(méi)有考慮它的低溫影響，將會(huì)導(dǎo)致選取材 料低溫韌性不足而引起的脆性破壞。當(dāng)容器處于高溫狀態(tài)，若設(shè)計(jì)溫度選取不合理,也會(huì)導(dǎo)致選材不當(dāng)而引起的安全性不足或者浪費(fèi)等現(xiàn)象。我國(guó)壓力容器的有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)有不同溫度工況下的容器，應(yīng)按最苛刻的工況設(shè)計(jì)，并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的溫度值。4.1.3介質(zhì)特性介質(zhì)特性是壓力容器設(shè)計(jì)中與安全有直接關(guān)系的又一個(gè)重要因素 ： 因此我國(guó)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 條文作了詳細(xì)的硬性規(guī)定。為確保容規(guī)正確執(zhí)行 ，國(guó)家對(duì)有毒介質(zhì) 分類(lèi)、化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類(lèi)都制定了專(zhuān)門(mén)規(guī)范 ，只要 正確執(zhí)行是可以保證安全的。4.1.4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(duì)