第四章 化工裝置安全

壓力容器安全11

壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)第1節(jié)壓力容器的分類及結(jié)構(gòu)1.1 壓力容器的定義3壓力容器:泛指承受流體介質(zhì)壓力的密閉殼體，所以從廣義上來講所有承受壓力載荷的容器都應(yīng)該算作壓力容器。從安全角度考慮，壓力并不是表征壓力容器安全性能的唯一指標(biāo)。在相同壓力下，容器容積的大小不同，意味著容器內(nèi)積蓄的能量也不同，一旦發(fā)生破裂或爆炸造成的危害也不同。此外，容器內(nèi)盛裝的介質(zhì)特性也影響了設(shè)備的安全性能。因此關(guān)聯(lián)到壓力容器安全的三個(gè)重要指標(biāo)：1、工作壓力2、容器的容積3、工作介質(zhì)的種類《特種設(shè)備目錄》的公告壓力容器：是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于

0.1MPa（表壓）的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，容積大于或者等于

30L且內(nèi)直徑(非圓形截面指截面內(nèi)邊界最大幾何尺寸)大于或者等于

150mm的固定式容器和移動(dòng)式容器?！豆潭ㄊ綁毫θ萜靼踩夹g(shù)監(jiān)察規(guī)程》固定式壓力容器是指安裝在固定位置使用的壓力容器。對(duì)于為了某一特定用途，僅在裝置或者場(chǎng)區(qū)內(nèi)部搬動(dòng)，使用的壓力容器，以及移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)的儲(chǔ)氣罐按照固定式壓力容器進(jìn)行監(jiān)督管理。壓力容器早起主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，壓力多在10兆帕以下。合成氨和高壓聚乙烯等高壓生產(chǎn)工藝出現(xiàn)后，要求壓力容器承受的壓力提高到100兆帕以上。20世紀(jì)60年代開始，核電站的發(fā)展對(duì)反應(yīng)堆壓力容器提出了更高的安全和技術(shù)要求，這進(jìn)一步促進(jìn)了壓力容器的發(fā)展。如煤轉(zhuǎn)化工業(yè)的發(fā)展，需要單臺(tái)重量達(dá)數(shù)千噸的高溫壓力容器；海洋工程的的發(fā)展，需要能在水下幾百至幾千米工作的外壓容器。壓力容器在使用中，如果發(fā)生爆炸會(huì)造成災(zāi)難性事故。歷史上曾多次發(fā)生過，使成百人傷亡的壓力容器爆炸事故。就是小型液化石油氣瓶的爆炸，也會(huì)造成人身傷亡；核電站用反應(yīng)堆壓力容器如發(fā)生事故，就會(huì)使放射性物質(zhì)外溢，造成更嚴(yán)重的后果。1.2 壓力容器的分類8出于不同的管理目的，壓力容器有多種分類方法按容器壁厚：薄壁容器和厚壁容器按殼體承壓的方式：內(nèi)壓容器（殼體內(nèi)部承壓）和外壓容器c.按容器的工作壁溫：高溫容器、常溫容器和低溫容器d.按容器的安放形式：立式容器和臥式容器等等。總之，各種不同的分類方法都是從各個(gè)不同需要的角度來考慮的。1.2 壓力容器的分類考慮使用特點(diǎn)以及安全管理固定式移動(dòng)式《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》9這兩類容器由于使用方法不同，對(duì)他們的技術(shù)管理要求也不完全一樣。我國和其他許多國家對(duì)這兩類容器都分別制定了不同的管理規(guī)程和技術(shù)法規(guī)。

一、固定式固定式容器是指除了用于運(yùn)輸儲(chǔ)存氣體的盛裝容器以外的所有容器。(安裝在固定位置使用的壓力容器)這類容器有固定的安裝和使用地點(diǎn)，工藝條件和使用操作人員也比較固定，容器一般不是單獨(dú)裝設(shè)，而是用管道與其他設(shè)備相連接。固定式容器還可以一般按照介質(zhì)、壓力和用途等因素進(jìn)行分類。1.2 壓力容器的分類12固定式壓力容器的分類固定式容器：除了用于運(yùn)輸儲(chǔ)存氣體的盛裝容器以外的所有容器。具有的特點(diǎn)：有固定的安裝和使用地點(diǎn)；工藝條件和使用操作人員也比較固定。1.2 壓力容器的分類1.按介質(zhì)類別第一組介質(zhì)第二組介質(zhì)壓力容器介質(zhì)在壓力容器發(fā)生事故時(shí)的危害程度，取決于介質(zhì)的物理、化學(xué)特性。因此介質(zhì)危害性指壓力容器在生產(chǎn)過程中因事故致使介質(zhì)與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄漏引起職業(yè)性慢性危害的嚴(yán)重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示。13壓力容器的介質(zhì)，包括氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體?？煞譃閮山M：第一組介質(zhì)：毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。第二組介質(zhì)：除第一組以外的介質(zhì)。1.2 壓力容器的分類2.按壓力等級(jí)固定式壓力容器的分類低壓（代號(hào)L）中壓（代號(hào)M）高壓（代號(hào)H）超高壓（代號(hào)U）依據(jù)：《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG

R0004-2009）151.2 壓力容器的分類3.容器工作壁溫固定式壓力容器的分類低溫容器高溫容器常溫容器t≥161.2 壓力容器的分類3.容器工作壁溫（常溫容器進(jìn)行細(xì)分為常溫和中溫）固定式壓力容器的分類低溫容器中溫容器常溫容器100~450高溫容器t≥-20~100171.2 壓力容器的分類固定式壓力容器的分類（壓力、介質(zhì)危險(xiǎn)性等）4.綜合分類三類容器一類容器高壓二類容器中壓低壓181.2 壓力容器的分類5.按工藝用途分離壓力容器（代號(hào)S）主要用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡、緩沖和氣體凈化分離儲(chǔ)存壓力容器（代號(hào)C，其中球罐帶號(hào)為B）主要用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，保持介質(zhì)壓力的穩(wěn)定固定式壓力容器的分類反應(yīng)壓力容器（代號(hào)R）

主要用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)換熱壓力容器（代號(hào)E）主要用于完成介質(zhì)的熱量交換，達(dá)到生產(chǎn)工藝過程所需要的介質(zhì)加熱或冷卻的目的19固定式壓力容器按壓力容器工藝用途劃分：（1）反應(yīng)壓力容器這類容器的壓力源于兩種，即加壓反應(yīng)和反應(yīng)升壓。加壓反應(yīng)是指壓力容器內(nèi)的壓力由容器外產(chǎn)生，工作介質(zhì)經(jīng)過加壓后才進(jìn)入容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。工藝過程一般都是連續(xù)的，壓力比較穩(wěn)定，沒有頻繁的壓力和溫度的周期性的變動(dòng)。反應(yīng)升壓是指壓力容器內(nèi)的壓力是容器內(nèi)產(chǎn)生的，即通過容器內(nèi)的介質(zhì)反應(yīng)而產(chǎn)生壓力，介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反應(yīng)，使容器升壓。這類反應(yīng)壓力容器舊式的多為間歇式，容器內(nèi)壓力和溫度都有較頻繁的周期性變動(dòng)。為了保持一定的反應(yīng)溫度，常常需要裝設(shè)一些加熱、冷卻和攪拌等附屬裝置。常用的反應(yīng)容器有反應(yīng)器、反應(yīng)釜、超高壓釜、合成塔、變換爐、蒸煮鍋、蒸球、蒸壓釜、煤氣發(fā)生爐等（2）換熱壓力容器其主要工藝過程是物理過程，按傳熱的方式分為蓄熱式、直接式和間接式三種，較為常用的是直接式和間接式。直接式是將兩種換熱的介質(zhì)在容器內(nèi)直接接觸，熱量即由高溫介質(zhì)傳給低溫介質(zhì)，使其中的介質(zhì)一種被加熱另一種被冷卻。間接式換熱器是參與換熱的兩種介質(zhì)在容器內(nèi)被隔離而不能相互接觸，熱量交換是通過兩種介質(zhì)之間的隔離壁（管壁或板壁）來間接完成，適用于兩種介質(zhì)不允許相互摻和、相互混合的場(chǎng)合。常用的換熱壓力容器有管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器、消毒鍋、染色器、烘缸、蒸炒鍋、預(yù)熱鍋、溶劑預(yù)熱器、蒸鍋、蒸脫機(jī)、電熱蒸汽發(fā)生器、煤氣發(fā)生爐、水夾套等。（3）分離壓力容器介質(zhì)在分離容器內(nèi)通過降低流速、改變流動(dòng)方向或用其他物料吸收、溶解等方法來分離氣體中的混合物，達(dá)到凈化氣體或提取其中有用物料的目的。分離容器的名稱較多，按容器的作用命名為分離器、凈化塔、回收塔等；按所用的凈化方法命名為吸收塔、洗滌塔、過濾器等。常用的分離壓力容器有分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌器、吸收塔、銅洗塔、干燥塔、汽提塔、分氣缸、除氧器等。（4）儲(chǔ)存壓力容器常用的壓縮氣體儲(chǔ)罐、壓力緩沖器等都屬于這類容器。由于工作介質(zhì)在儲(chǔ)存壓力容器內(nèi)一般不發(fā)生化學(xué)和物理變化，不需要裝設(shè)供傳熱傳質(zhì)用的內(nèi)部工藝裝置（內(nèi)件），所以儲(chǔ)存壓力容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般由殼體、出入口接管及外部一些安全部件和必要的附件（如支座、扶梯、保溫外殼、室外儲(chǔ)罐的防雷裝置等）構(gòu)成。大型的儲(chǔ)存壓力容器多為球形容器，小型的則常為臥式圓筒形容器。二、移動(dòng)式由壓力容器罐體與走行裝置或者框架采用永久性連接組成的罐式運(yùn)輸裝備，包括鐵路罐車、汽車罐車、長(zhǎng)管拖車、罐式集裝箱和管束式集裝箱等。移動(dòng)式壓力容器屬于儲(chǔ)運(yùn)容器，它與儲(chǔ)存容器的區(qū)別在于移動(dòng)式壓力容器沒有固定的使用地點(diǎn)?？梢苑譃闅馄亢筒郏ü蓿┸噧纱箢?。1.2 壓力容器的分類28移動(dòng)式壓力容器的分類按其容積大小及結(jié)構(gòu)形狀可以分為：氣瓶和槽（罐）車兩大類。特點(diǎn)：

沒有固定的使用地點(diǎn)，一般也沒有專職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變換，不確定因素較多，管理復(fù)雜，因此容易發(fā)生事故。用途：

盛裝或運(yùn)送有壓力氣體或液化氣體。1.氣瓶氣瓶的容積較小，一般都在200L以下，常用的約為40L左右。氣瓶的兩端不對(duì)稱，分頭部和底部，頭部縮頸收口裝閥，整體形狀如瓶，另一種是桶狀，兩端封頭，一般都相互對(duì)稱，形狀如桶，其容積稍大，約為200L-1000L。1.2 壓力容器的分類1.氣瓶按氣瓶盛裝氣體的特性、用途或結(jié)構(gòu)形式分為溶解氣體氣瓶其他氣瓶（混合氣體的無縫、焊接氣瓶和特種氣瓶）移動(dòng)式壓力容器的分類永久氣體氣瓶液化氣體氣瓶30（1）永久氣體氣瓶一般都是以較高的壓力充裝氣體。目的：是為了增加氣體的單位容積裝氣量，提高氣瓶的利用率和運(yùn)輸效率。常用的充裝壓力為和，也有充裝和的。所裝的永久氣體有氧、氮、空氣、氫、甲烷、一氧化碳、一氧化氮及氦、氖、氬、氪等惰性氣體。（2）液化氣體氣瓶它在充裝時(shí)都是以低溫液態(tài)灌裝。充裝壓力為和充裝氣體高壓液化氣體氣瓶充裝的氣體常見有二氧化碳、乙烯、乙烷、氯化氫等低壓液化氣體氣瓶所裝氣體種類較多，最常用的是硫化氫、氨、氯、液化石油氣、丙烷、丁烷等（3）溶解氣體氣瓶主要指專供盛裝乙炔氣的氣瓶。特點(diǎn)：內(nèi)部裝滿了多孔性物質(zhì)，用以吸收溶劑充裝壓力：最高工作壓力

充裝氣體：乙炔（4）其他氣瓶指氣瓶所盛裝的氣體介質(zhì)的特性、制造工藝、結(jié)構(gòu)形式、使用要求等不同于上述三類的氣瓶。其中，最常用的是空分行業(yè)中的低溫、超低溫液化氣體的氣瓶，它的外殼包裹著絕熱夾套或絕熱保溫層。1.2 壓力容器的分類移動(dòng)式壓力容器的分類2.槽（罐）車（或稱罐車）特點(diǎn)：有火車槽車和汽車槽車兩種。容積較大，常達(dá)數(shù)十立方米。35工作壓力：這類容器的最高工作壓力就是介質(zhì)在槽（罐）內(nèi)可能達(dá)到最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力。槽車的主要功能是運(yùn)輸液化氣體。它的直徑很大，一般不宜承受太高的壓力，所以它在常溫下限于充裝低壓液化氣體或在外殼加絕熱層的低溫條件下充裝在常溫區(qū)屬于高壓液化氣體的介質(zhì)。NDKCrystal壓力容器腐蝕破裂坍落事故2009年伊利諾伊州BelvidereNDKCrystal發(fā)生的爆炸1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)39一、整體結(jié)構(gòu)壓力容器有多種結(jié)構(gòu)形式，除了最常見的單層結(jié)構(gòu)外，還有多層式、繞板式、型槽繞帶式、熱套式、厚板卷焊式和鍛焊式等。（1）多層式：由若干個(gè)多層筒節(jié)組焊而成，各筒節(jié)由內(nèi)筒和在外面包扎的層板組成。優(yōu)點(diǎn)：制造設(shè)備較簡(jiǎn)單，材料的選用有較大的靈活性，這種結(jié)構(gòu)即使在某一層鋼板中出現(xiàn)裂縫，裂縫也只能在該層層板中擴(kuò)展，不會(huì)擴(kuò)展到其他層板上，所以安全性高是這種容器的突出優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：生產(chǎn)工序多、勞動(dòng)生產(chǎn)率低。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)41一、整體結(jié)構(gòu)（2）繞板式：將成卷的薄鋼板連續(xù)地纏繞在內(nèi)筒外面，達(dá)到所需要壁厚。特點(diǎn)：不必逐層包扎層板和焊接每層層板的縱焊縫。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)42一、整體結(jié)構(gòu)（3）型槽繞帶式：在繞帶機(jī)床上，對(duì)型槽鋼帶通電加熱到紅熱狀態(tài)，再用壓輥將鋼帶壓合到內(nèi)筒表面預(yù)先加工出的螺旋溝槽內(nèi)，使之相互嚙合，每繞完一層鋼帶后再繞下一層，直到所需的筒體厚度。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)43一、整體結(jié)構(gòu)型槽繞帶式：特點(diǎn)：型槽鋼帶層層嚙合，可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力；筒體上沒有貫穿整個(gè)壁厚的環(huán)焊縫；使用安全性高。缺點(diǎn)：需要使用特殊軋制的型槽鋼帶和專用機(jī)床。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)44一、整體結(jié)構(gòu)（4）熱套式：在內(nèi)筒外面套合上一至數(shù)層外筒，組成筒節(jié)。通常先將外層筒體加熱，使其直徑增大，以便套在內(nèi)層筒體上。冷卻后的外層筒體就能緊貼在內(nèi)筒上，同時(shí)對(duì)內(nèi)筒產(chǎn)生一定的預(yù)加壓縮應(yīng)力。特點(diǎn)：

用的鋼板比多層壓力容器的層板厚，層數(shù)少，生產(chǎn)效率較高。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)45一、整體結(jié)構(gòu)（5）鍛焊式：由鍛造的筒節(jié)經(jīng)組焊而成，結(jié)構(gòu)上只有環(huán)焊縫而無縱焊縫。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)46二、基本結(jié)構(gòu)壓力容器中的主要受壓元件包括：筒體、封頭（端蓋）、球殼板、換熱器管板、換熱管、膨脹節(jié)、開孔補(bǔ)強(qiáng)板、法蘭、主螺栓、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管等。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)1.壓力容器的基本組成部分47壓力容器是由：殼體（筒體+封頭）其它連接件、法蘭、密封元件、支座和開孔與接管（人孔、手孔、視鏡孔、物料進(jìn)出口接管、液位計(jì)、流量計(jì)、測(cè)溫管、安全閥）等組成。殼體是壓力容器最主要的組成部分，其作用是為貯存物料或完成熱交換、化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)密閉的壓力空間。其形狀有球形、圓筒形、錐形和組合形等，常用的是球形和圓筒形兩種。連接件是容器及管道中起連接作用的部件。由于生產(chǎn)工藝和安裝檢修的需要，筒體與封頭常采用可拆連接結(jié)構(gòu)，這些可拆連接結(jié)構(gòu)所使用的就是連接件。連接件一般采用法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)。密封元件是可拆連接結(jié)構(gòu)的容器或管道中起密封作用的元件，它放在兩個(gè)法蘭或封頭與筒體端部的密封面之間，借助于螺栓等緊固件的壓緊力而起密封作用。壓力容器開孔是為了滿足生產(chǎn)工藝的需要、滿足對(duì)容器進(jìn)行正常的安裝、檢修、測(cè)試的需要。容器上開的孔有物料進(jìn)、出孔，測(cè)量壓力、溫度及裝設(shè)安全裝置的連接孔、人孔、手孔等。接管的作用是將壓力容器與介質(zhì)輸送管道或儀表等連接起來。常用的接管有螺紋短管、法蘭短管和平法蘭種形式。支座是用以支承容器，固定容器位置的一種附件。支座的結(jié)構(gòu)形式主要決定于容器的質(zhì)量、安置方式和其他動(dòng)載荷等。如高大的直立容器，特別是塔器，一般采用裙式支座；臥式容器通常采用鞍式支座；而球形容器多采用柱式支座。復(fù)習(xí)壓力容器是由殼體、連接件、密封元件、支座和開管等組成。（球形、圓筒形、厚壁容器）1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)2.球形容器的結(jié)構(gòu)（1）球罐的特點(diǎn)：本體就是一個(gè)球殼。球體大多是由許多塊按一定的尺寸預(yù)制成形的球面組焊而成。球面板的形狀不完全相同，但板厚一般都是一樣的。只有一些特大型、用以貯裝液化氣體的球形貯罐，球體下部的殼板才比上部稍厚一些。從所有殼體受力的情況看，球形是最適宜的形狀。球罐各部分名稱1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)2.球形容器的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：①球形罐與同貯存能力的其他形狀容器相比，它的表面積最小。因此，在貯運(yùn)氣體或液化氣體介質(zhì)時(shí)冷熱量損失也最少，從而減少貯運(yùn)過程中的能源消耗，降低了貯運(yùn)成本。②在相同直徑和工作壓力下，球形容器受力均勻，其薄膜應(yīng)力僅為圓筒形容器環(huán)向應(yīng)力的1/2，故板厚僅需圓筒形容器板厚的一半。因此，消耗材料少，質(zhì)量輕，造價(jià)低，投資少。③由于球形容器表面積小，風(fēng)力系數(shù)僅為0.3左右，而圓筒形容器為0.7。因此，在相同容量下，球形容器比其他形狀的容器抗風(fēng)載荷能力大，故對(duì)風(fēng)載荷來講，球形罐更為安全。④由于大多采用支柱式支承結(jié)構(gòu)，因此，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程量和占地面積小，建造費(fèi)用較低。⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修較為方便，且外形美觀。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：

球殼板不能用幾何劃法的直線展開。球罐體積較大，不易工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)組裝全位置焊接，因此，組裝施焊環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，組裝、焊接質(zhì)量較難保證。對(duì)制造、組裝、焊接、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等技術(shù)要求高，施工管理要求嚴(yán)格。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（2）球罐的組成球罐的組成方式一般是由它的容量大小及生產(chǎn)工藝需要而決定的。較大型赤道正切式球罐（即橘瓣式球殼板）由以下幾部分組成殼板用鋼板經(jīng)冷壓或熱壓成型的球形單塊弧板。其各部分的球殼板名稱如下。①赤道帶球殼板。沿著球殼而通過球體中心的赤道線的平行緯線所切割的球臺(tái)帶即為赤道帶，而組成赤道帶的球殼板叫赤道帶球殼板。②上、下溫帶球殼板（南、北溫帶板）。位于赤道帶上部緯線切割的球臺(tái)叫上溫帶（北溫帶），組成上溫帶的球殼板叫上溫帶板（北溫帶板）；反之，位于赤道帶下部緯線切割的球臺(tái)即為下溫帶（南溫帶），組成下溫帶的球殼板叫下溫帶板（南溫帶板）。③上、下寒帶球殼板（南、北寒帶板）。位于上溫帶上部的緯線切割的球臺(tái)叫上寒帶（北寒帶），組成上寒帶的球殼板叫上寒帶板（北寒帶板）；反之，位于下寒帶（南寒帶）上的球殼板叫下寒帶板（南寒帶板）。④上、下極帶板（南、北極板）。位于上溫帶或北寒帶上部的球冠部分叫上極帶（北極帶），組成上極帶的球殼板叫上極板（北極板）；反之，組成下極帶（南極帶）的球殼板叫下極板（南極板）。大型球罐的分帶，因受板材規(guī)格及壓制和安裝條件所限，將按上述分帶方法分成若干個(gè)帶。球罐支承結(jié)構(gòu)如下。①大型球罐多采用支柱和拉桿式的支承結(jié)構(gòu)平荷載（見圖）。它們主要用于承受球罐的垂直荷載和水平荷載。②小型球罐多采用裙式支撐結(jié)構(gòu)，如圖裙式支撐的球罐③根據(jù)工藝和生產(chǎn)需要，半地下球罐也可采用耳式支座，如圖，耳式支撐的球罐1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（3）球罐主要類型：目前在工業(yè)領(lǐng)域中建造使用的球罐是多種多樣的。有按使用工藝條件、貯存介質(zhì)和使用材料分類的，也有按球體結(jié)構(gòu)和支承形式來劃分的，但直接影響球罐建造質(zhì)量和使用安全的，主要是球罐的結(jié)構(gòu)形式，具體球罐結(jié)構(gòu)形式如下。①橘瓣式球罐將球殼板分割成橘瓣形式的球罐，此類型球罐為當(dāng)今世界各國經(jīng)常采用的一種1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（3）球罐主要類型②足球式球罐將球殼板分割成各塊相等的和足球殼片一樣形式的球罐1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（3）球罐主要類型③水滴形球罐，形如荷葉上的水珠制造、安裝和熱處理球形容器都具有一定的困難。特別是由于它的焊縫長(zhǎng)，焊接工作量大，焊接質(zhì)量和探傷要求也較高，而且作為反應(yīng)或傳質(zhì)、傳熱用容器，它既不便于在內(nèi)部安裝附件，也不便于內(nèi)部相互作用的介質(zhì)的流動(dòng)。因此球形容器一般只廣泛用做貯裝容器。球形容器表面積小，除節(jié)省制造鋼板外，對(duì)于用做需要與周圍環(huán)境隔熱的容器也是有利的。因?yàn)樗梢怨?jié)省隔熱材料或減少熱的傳導(dǎo)，所以它最適宜于作液化氣體貯罐。此外，有些用蒸汽直接加熱的容器，為了減少熱損失，有時(shí)也采用球體。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)3.圓筒形壓力容器的結(jié)構(gòu)筒體+封頭。筒體是壓力容器的最主要的組成部分，貯存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的壓力空間，大部分是由它構(gòu)成的，所以筒體的容積（或直徑與長(zhǎng)度）大小是根據(jù)工藝要求確定的。包括：筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔與接管以及支座。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)圓筒形壓力容器的結(jié)構(gòu)1—主螺栓；2—主螺母：3—平蓋（頂蓋或底蓋）；4—筒體端部（筒體頂部或簡(jiǎn)體底部）；5—內(nèi)筒；6—層板層（或帶層）；7—環(huán)焊縫；8—縱焊縫；9—管法蘭：10—接管；11—球形封頭；12—管道螺栓；13—管道螺母；14—平封頭1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)4.厚壁容器的結(jié)構(gòu)高壓容器壓力較高，筒體多采用組合式。高壓容器組合式筒體常見的有：多層包扎式、多層熱套式、多層繞板式、螺旋包扎式和繞帶式等結(jié)構(gòu)形式。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)厚壁容器的結(jié)構(gòu)1—主蜾栓：2—主螺母；3—平蓋；4—簡(jiǎn)體端部；5—筒節(jié)；6—球形封頭；7—支座圈；8—接口鍛件；9—管法蘭；10，11—螺栓，螺母多層包扎焊接厚壁容器思考題：

請(qǐng)分析容器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合？（1）多層式這種結(jié)構(gòu)的壓力容器由若干個(gè)多層筒節(jié)組焊而成，各筒節(jié)由內(nèi)筒和在外面包扎的層板組成，在20世紀(jì)30年代就已開始在工業(yè)上使用。多層式壓力容器的優(yōu)點(diǎn)是制造設(shè)備較簡(jiǎn)單，材料的選用有較大的靈活性。這種結(jié)構(gòu)即使在某一層鋼板中出現(xiàn)裂縫，裂縫也只能在該層層板中擴(kuò)展，不會(huì)擴(kuò)展到其他層板上，所以安全性高是這種容器的突出優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是生產(chǎn)工序多、勞動(dòng)生產(chǎn)率低。（2）繞板式這種結(jié)構(gòu)的壓力容器是將成卷的薄鋼板連續(xù)地纏繞在內(nèi)筒外面，達(dá)到所需要壁厚為止，因此不必逐層包扎層板和焊接每層層板的縱焊縫。（3）型槽繞帶式這種結(jié)構(gòu)的壓力容器是在繞帶機(jī)床上，對(duì)型槽鋼帶通電加熱到紅熱狀態(tài)，再用壓輥將鋼帶壓合到內(nèi)筒表面預(yù)先加工出的螺旋溝槽內(nèi)，使之相互嚙合，每繞完一層鋼帶后再繞下一層，直到所需的筒體厚度為止。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是型槽鋼帶層層嚙合，可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力；筒體上沒有貫穿整個(gè)壁厚的環(huán)焊縫；使用安全性高。缺點(diǎn)是需要使用特殊軋制的型槽鋼帶和專用機(jī)床。（4）熱套式這種結(jié)構(gòu)的壓力容器是在內(nèi)筒外面套合上一至數(shù)層外筒，組成筒節(jié)。通常先將外層筒體加熱，使其直徑增大，以便套在內(nèi)層筒體上。冷卻后的外層筒體就能緊貼在內(nèi)筒上，同時(shí)對(duì)內(nèi)筒產(chǎn)生一定的預(yù)加壓縮應(yīng)力。熱套壓力容器用的鋼板比多層壓力容器的層板厚，層數(shù)少，所以生產(chǎn)效率較高。（5）鍛焊式這種結(jié)構(gòu)的壓力容器是由鍛造的筒節(jié)經(jīng)組焊而成，結(jié)構(gòu)上只有環(huán)焊縫而無縱焊縫。20世紀(jì)70年代以來，由于冶煉、鍛造和焊接等技術(shù)的進(jìn)步，已可供應(yīng)的大型優(yōu)質(zhì)鋼錠，并能鍛造最大外徑為、最大長(zhǎng)度為的筒體鍛件，成為輕水反應(yīng)堆壓力容器、石油工業(yè)加氫反應(yīng)器和煤轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的主要結(jié)構(gòu)形式?；ぱb置安全：裝置安全設(shè)施主要內(nèi)容一、安全設(shè)施的類型二、安全泄壓裝置的優(yōu)缺點(diǎn)三、安全閥的選型四、安全設(shè)施的重要意義一、安全設(shè)施的類型（一）安全設(shè)施的含義安全設(shè)施是指

企業(yè)（單位）在生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)中將危險(xiǎn)因素、有害因素控制在安全范圍內(nèi)以及預(yù)防、減少、消除危害所配備的裝置（設(shè)備）和采取的措施。（二）安全設(shè)施的分類

安預(yù)防事故設(shè)施、控制事故設(shè)施、減少與消除事故影響設(shè)施3類。

⒈預(yù)防事故設(shè)施⑴檢測(cè)、報(bào)警設(shè)施⑵設(shè)備安全防護(hù)設(shè)施⑶防爆設(shè)施一、安全設(shè)施的類型⑷作業(yè)場(chǎng)所防護(hù)設(shè)施⑸安全警示標(biāo)志⒉控制事故設(shè)施

⑹泄壓和止逆設(shè)施

⑺緊急處理設(shè)施⒊減少與消除事故影響設(shè)施

⑻防止火災(zāi)蔓延設(shè)施⑼滅火設(shè)施⑽緊急個(gè)體處置設(shè)施⑾應(yīng)急救援設(shè)施⑿逃生避難設(shè)施⒀勞動(dòng)防護(hù)用品和裝備

————《危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施目錄》壓力表（顯示設(shè)施）探測(cè)儀（可燃?xì)怏w報(bào)警儀）液位計(jì)有毒有害氣體泄漏報(bào)警儀安全設(shè)施阻火器緊急切斷閥安全設(shè)施防爆柜堵漏二、安全泄壓裝置的優(yōu)缺點(diǎn)安全泄壓裝置按其結(jié)構(gòu)型式可以分為：閥型、斷裂型、熔化型和組合型等。(一)閥型安全泄壓裝置閥型安全泄壓裝置就是常用的安全閥，它是通過閥的開放排出氣體以降低容器內(nèi)的壓力的。(二)斷裂型安全泄壓裝置常用的斷裂型安全泄壓裝置是防爆片和防爆帽。前者用于中、低壓容器，后者多用于超高壓容器。(三)熔化型安全泄壓裝置熔化型安全泄壓裝置就是常用的易熔塞。(四)組合型安全泄壓裝置組合型安全泄壓裝置同時(shí)具有閥型和斷裂型或閥型和熔化型的泄放裝置。常見的有彈簧安全閥和防爆片的組合型。安全閥安全閥一般裝設(shè)在壓力容器、化工裝置的本體上，由于超壓等特殊情況，安全閥的閥瓣打開，從而泄放多余的介質(zhì)和壓力，當(dāng)壓力降低到設(shè)計(jì)壓力或工作壓力、操作壓力以下，閥瓣重新關(guān)閉，從而繼續(xù)保持裝置的進(jìn)一步使用安全閥特點(diǎn)：反復(fù)使用安全閥彈簧式安全閥重錘杠桿式安全閥安全閥是最為典型的安全泄壓裝置，按其整體結(jié)構(gòu)及加載機(jī)構(gòu)的型式，安全閥可以分為：杠桿式、彈簧式和脈沖式三種。脈沖式安全閥1.杠桿式安全閥：杠桿式安全閥利用重錘和杠桿來平衡作用在閥瓣上的力。它可以靠移動(dòng)重錘的位置（或變換重錘的重量）來調(diào)整安全閥的開啟壓力。杠桿式安全閥也存在不少缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較笨重，重錘與閥體的尺寸很不相稱，用于高壓下就受到限制。加載機(jī)構(gòu)又比較容易振動(dòng)，常常因振動(dòng)而產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。杠桿式安全閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整容易而又比較準(zhǔn)確。而且所加的載荷不因閥瓣的升高而增加，又適宜用于溫度較高的場(chǎng)合。彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)輕便緊湊，靈敏度高，安裝位置不受嚴(yán)格限制，而且因?yàn)閷?duì)振動(dòng)的敏感性差，所以可用于移動(dòng)式的壓力容器上。這種安全閥的缺點(diǎn)是所加的載荷會(huì)隨著閥的開啟而發(fā)生變化，這對(duì)閥的迅速開啟是不利的。另外閥上的彈簧會(huì)由于長(zhǎng)期受高溫的影響而致彈力減小。2.彈簧式安全閥：彈簧式安全閥利用壓縮彈簧的力來平衡作用在閥瓣上的力。螺旋圈形彈簧的壓縮量可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)它上面的調(diào)整螺母來調(diào)節(jié)，利用這種結(jié)構(gòu)就可以根據(jù)需要校正安全閥的開啟壓力3.脈沖式安全閥:脈沖式安全閥由主閥和輔閥(脈沖閥)構(gòu)成，通過輔閥的脈沖作用帶動(dòng)主閥動(dòng)作。當(dāng)容器內(nèi)的壓力超過規(guī)定的工作壓力時(shí)，輔閥（類似于杠桿式或彈簧式安全閥）閥瓣開啟，氣體由輔閥排除后通過一根旁通管進(jìn)入主閥活塞下面的空室并推動(dòng)活塞。由于主閥的活塞與閥瓣是用杠桿連接的，而且活塞的面積比主閥閥瓣的面積大，所以在相同的氣體壓力下，作用在活塞上的力大于它作用于閥瓣上的力，于是活塞通過閥桿將主閥瓣頂開，大量氣體從主閥排除。當(dāng)容器內(nèi)氣體壓力降回至工作壓力時(shí)，輔閥上加載機(jī)構(gòu)施加于閥瓣上的力大于氣體壓力作用在它上面的力，輔閥即下降關(guān)閉。從而使主閥活塞下面空室內(nèi)氣體壓力降低，主閥瓣跟著關(guān)閉，容器繼續(xù)運(yùn)行。脈沖式安全閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它通常只使用于安全泄放量很大的容器上。安全閥分類：安全閥按閥瓣開啟高度

可分為全啟式和微啟式兩種。安全閥按介質(zhì)排放方式

可以分為全封閉式和開放式。爆破片（超壓破裂）爆破片安全閥的特點(diǎn)：反復(fù)使用爆破片裝置（一次性使用）適用于下列場(chǎng)合：第一，工作介質(zhì)具有粘性，容易將安全閥閥瓣與閥座粘住或堵塞安全閥；第二，（安全閥大多是彈簧式，短時(shí)間內(nèi)很難發(fā)生形變）由于化學(xué)反應(yīng)或其他原因，器內(nèi)壓力可瞬間急劇上升，用安全閥由于滯后效應(yīng)不能及時(shí)開啟泄放壓力（可能造成容器的爆炸）；第三，（安全閥反復(fù)的使用，易造成泄露）工作介質(zhì)為劇毒氣體或昂貴氣體，用安全閥難免泄漏造成環(huán)境污染或浪費(fèi)。二、安全泄壓裝置的優(yōu)缺點(diǎn)安全閥與爆破片除了單獨(dú)安裝，還可以進(jìn)行并聯(lián)和串聯(lián)的組合，安全閥與爆破片裝置的組合形式？各自的優(yōu)缺點(diǎn)？二、安全泄壓裝置的優(yōu)缺點(diǎn)并聯(lián)串聯(lián)串聯(lián)防止安全閥的泄漏排放過高的壓力以后使容器繼續(xù)運(yùn)行安全閥可以在前，也可將爆破片放置前面各有優(yōu)缺點(diǎn)

（b）安全閥在爆破片出口側(cè)，爆破片在前，可以利用爆破片把安全閥與氣體隔離，防止安全閥受腐蝕或被氣體中的污物堵塞。二、安全泄壓裝置的優(yōu)缺點(diǎn)（c）爆破片在安全閥出口側(cè)，安全閥在前，安全閥保護(hù)爆破片，可以使爆破片免受氣體壓力與溫度的長(zhǎng)期作用而產(chǎn)生疲勞，而爆破片則用以防止安全閥的泄漏。因?yàn)榘踩y的滯后作用，它不能用于器內(nèi)升壓速度極高的反應(yīng)容器。三、安全閥的選型基于原理：安全閥的排量應(yīng)不小于壓力容器的安全泄放量要計(jì)算出壓力容器的安全泄放量，同時(shí)要計(jì)算出安全閥的排量（一）壓力容器的安全泄放量G，是指壓力容器在超壓時(shí)為保證它的壓力不再升高在單位時(shí)間內(nèi)必須泄放的介質(zhì)量。（3種情形）＊壓力容器的安全泄放量是容器在單位時(shí)間內(nèi)由產(chǎn)生氣體壓力的設(shè)備(如壓縮機(jī)、蒸汽鍋爐等)所能輸入的最大氣量；＊或容器在受熱時(shí)單位時(shí)間內(nèi)器內(nèi)所能蒸發(fā)、分解的最大氣量；＊或容器內(nèi)部的工作介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在單位時(shí)間內(nèi)所能產(chǎn)生的最大氣量。因此，對(duì)于各種不同的壓力容器應(yīng)該分別按不同的方法來確定其安全泄放量。pdV為管內(nèi)氣體流速,

m

/

s；d為容器的總進(jìn)氣管內(nèi)徑，mmpd，T分別為容器的排放壓力和排放溫度,

MPa,

K；,

kg

/

m

；30

,

分別為排放狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度T202-3Vd

7.55G

2.83

10

Vd三、安全閥的選型第一種情形：V為管內(nèi)氣體流速,

m

/

s；d為容器的總進(jìn)氣管內(nèi)徑，mmpd，T分別為容器的排放壓力和排放溫度,

MPa,

K；,

kg

/

m

；30

,

分別為排放狀態(tài)下和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度Tpd202-3Vd

7.55G

2.83

10

Vd三、安全閥的選型第一種情形：排放狀態(tài)下的密度kg

/

m

3標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度kg

/

m

3空氣壓縮機(jī)不斷有氣體輸入空壓機(jī)安全泄放量，是與輸入氣體的介質(zhì)密度有關(guān)系與輸入氣體的管道流速有關(guān)系與管道截面積有關(guān)系通過質(zhì)量、流量的計(jì)算公式，可得到壓力容器的安全泄放量管內(nèi)氣體流速

m

/

s總進(jìn)氣管內(nèi)徑mm

例題：一空氣儲(chǔ)罐p=0.8MPa，T=40℃，d=100mm，進(jìn)氣管的氣體流速v=10m/s，計(jì)算該儲(chǔ)罐的安全泄放量。（

0=1.293kg/m3）解：絕對(duì)壓力：相對(duì)壓力+大氣壓力=絕對(duì)壓力因?yàn)镻d（絕對(duì)）=0.8+0.1=0.9，所以根據(jù)公式計(jì)算該儲(chǔ)罐的安全泄放量為2807kg/h。7.55×1.293×10×1002×0.9/313=2807g/hT202-3Vd

7.55G

2.83

10

Vdpd三、安全閥的選型（二）安全閥的排量G’

：是指在排放壓力下，閥全部開啟時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)安全閥的理論氣體排量。安全閥排氣通道可看作漸縮噴管

，根據(jù)流體力學(xué)的原理，安全閥的排量G’

（

條件：在常溫及壓力不太高的情況下，真實(shí)氣體與理想氣體的差異不大，即壓縮系數(shù)取1，一般雙原子氣體的絕熱指數(shù)約為1.4

）計(jì)算公式如下：d（kg/

h）TM其中，A為最小排放截面積,

mm2；

M為介質(zhì)分子量pd，T分別為容器的排放壓力和排放溫度,

MPa,

K；G’

27p

A例題：公稱通徑DN=50mm，(閥座喉徑d0=40mm,開啟高度選用h=d0/20=2mm).具有調(diào)節(jié)圈的微啟式安全閥用于排氣壓力（表壓）為p=1.5MPa，溫度為50℃的空氣儲(chǔ)罐，試計(jì)算其排量。(壓縮系數(shù)Z近似于為1，空氣的絕熱指數(shù)k=1.4,空氣的平均分子量M=29)(熱力學(xué)溫度T的大小就是攝氏溫度t的大小加上273)三、安全閥的選型解：表壓力為1.5MPa，溫度為50℃的空氣，壓縮系數(shù)Z近似于為1，空氣的絕熱指數(shù)k=1.4。公稱通徑DN=50mm的閥，閥座喉徑d0=40mm，開啟高度選用h=d0/20=2mm，則A=πd0h=251mm2，空氣的平均分子量M=29，排氣壓力為1.5+0.1=1.6MPa（絕對(duì)），溫度T=273+50=323K，將上列數(shù)據(jù)帶入公式得：3

2

4

9（

kg/

h）29

323G’

27

1.6

251

如果安全泄放量G為3200G’>

G

安全閥選型合理

例如：A42H16CDN50A42H16C?DN5080100喉徑325065彈簧式法蘭連接全啟式合金鋼密封公稱壓力1.6MPa碳鋼閥體DN50 公稱直徑50mm安全閥選型舉例，還需確定（閥體的材料、秘密封面、連接方式、全啟式或微啟式）微啟式DN5080100喉徑406580三、安全閥的選型全啟式四、安全設(shè)施的重要意義

化工（危險(xiǎn)化學(xué)品）企業(yè)保障生產(chǎn)安全十條規(guī)定一、必須依法設(shè)立、證照齊全有效。二、必須建立健全并嚴(yán)格落實(shí)全員安全生產(chǎn)責(zé)任制，嚴(yán)格執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)帶班值班制度。三、必須確保從業(yè)人員符合錄用條件并培訓(xùn)合格，依法持證上崗。四、必須嚴(yán)格管控重大危險(xiǎn)源，嚴(yán)格變更管理，遇險(xiǎn)科學(xué)施救。五、必須按照《危險(xiǎn)化學(xué)品企業(yè)事故隱患排查治理實(shí)施導(dǎo)則》要求排查治理隱患。六、嚴(yán)禁設(shè)備設(shè)施帶病運(yùn)行和未經(jīng)審批停用報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)。七、嚴(yán)禁可燃和有毒氣體泄漏等報(bào)警系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)。八、嚴(yán)禁未經(jīng)審批進(jìn)行動(dòng)火、進(jìn)入受限空間、高處、吊裝、臨時(shí)用電、動(dòng)土、檢維修、盲板抽堵等作業(yè)。九、嚴(yán)禁違章指揮和強(qiáng)令他人冒險(xiǎn)作業(yè)。十、嚴(yán)禁違章作業(yè)、脫崗和在崗做與工作無關(guān)的事。四、安全設(shè)施的重要意義四、安全設(shè)施的重要意義油氣罐區(qū)防火防爆十條規(guī)定一、嚴(yán)禁油氣儲(chǔ)罐超溫、超壓、超液位操作和隨意變更儲(chǔ)存介質(zhì)。二、嚴(yán)禁在油氣罐區(qū)手動(dòng)切水、切罐、裝卸車時(shí)作業(yè)人員離開現(xiàn)場(chǎng)。三、嚴(yán)禁關(guān)閉在用油氣儲(chǔ)罐安全閥切斷閥和在泄壓排放系統(tǒng)加盲板。四、嚴(yán)禁停用油氣罐區(qū)溫度、壓力、液位、可燃及有毒氣體報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)。五、嚴(yán)禁未進(jìn)行氣體檢測(cè)和辦理作業(yè)許可證，在油氣罐區(qū)動(dòng)火或進(jìn)入受限空間作業(yè)。六、嚴(yán)禁內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐運(yùn)行中浮盤落底。七、嚴(yán)禁向油氣儲(chǔ)罐或與儲(chǔ)罐連接管道中直接添加性質(zhì)不明或能發(fā)生劇烈反應(yīng)的物質(zhì)。八、嚴(yán)禁在油氣罐區(qū)使用非防爆照明、電氣設(shè)施、工器具和電子器材。九、嚴(yán)禁培訓(xùn)不合格人員和無相關(guān)資質(zhì)承包商進(jìn)入油氣罐區(qū)作業(yè)，未經(jīng)許可機(jī)動(dòng)車輛及外來人員不得進(jìn)入罐區(qū)。十、嚴(yán)禁油氣罐區(qū)設(shè)備設(shè)施不完好或帶病運(yùn)行。四、安全設(shè)施的重要意義漫

畫：陳國義下列哪種措施是處理氣瓶受熱或著火時(shí)應(yīng)首采用的＿＿＿？（

）設(shè)法把氣瓶拉出扔掉用水噴灑該氣瓶接近氣瓶，試圖把瓶上的氣門關(guān)掉此處添加選項(xiàng)內(nèi)容ABCD提交單選題1分安全閥是一種()閥門自動(dòng)開啟型安全泄壓裝置閥門半自動(dòng)開啟型安全泄壓裝置閥門手動(dòng)開啟型安全泄壓裝置閥門斷裂型安全泄壓裝置ABCD提交單選題1分思考題：安全閥與爆破片裝置的兩種串聯(lián)組合的優(yōu)缺點(diǎn)？答：常見的有彈簧安全閥和防爆片的組合型。這種類型的安全泄壓裝置同時(shí)具有閥型和斷裂型的優(yōu)點(diǎn)。即它既可以防止閥型安全泄壓裝置的泄漏，又可以在排放過高的壓力以后使容器能繼續(xù)運(yùn)行。組合型安全泄壓裝置的防爆片可以在安全閥的入口側(cè)，也可以在出口側(cè)，前者主要是利用肪爆片把安全閥與氣體隔離，以防安全閥受腐蝕或受污物堵塞粘結(jié)等。容器超壓時(shí)，防爆片斷裂、安全閥開放排氣。待壓力降至正常操作壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉，容器可以繼續(xù)運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)要求防爆片的斷裂對(duì)安全閥的正常動(dòng)作沒有任何妨礙，而且要在中間設(shè)置檢查孔，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)防爆片的異常現(xiàn)象。后一種(即防爆片在安全閥的出口側(cè))可以使防爆片不受氣體的壓力與溫度的長(zhǎng)期作用而產(chǎn)生疲勞，而利用防爆片來防止安全閥的泄漏。這種結(jié)構(gòu)要求及時(shí)把安全閥與防爆片之間的氣體(由安全閥漏出的)排出，否則將使安全閥失效壓力容器失效形式式斷裂的定義及類型一、

延性斷裂二、

脆性斷裂三、

疲勞斷裂四、

應(yīng)力腐蝕斷裂五、

蠕變斷裂一般機(jī)器部件的失效，可以有三種類型：過量的變形（彈性、塑性）、部件斷裂、表面狀態(tài)惡化（磨損、腐蝕）等，其中以斷裂的危害最大。一、

斷裂的定義及類型斷裂——是指固體在機(jī)械力，熱、磁、聲響、腐蝕等單獨(dú)作用或者聯(lián)合作用下，使物體本身連續(xù)性遭到破壞，從而發(fā)生局部開裂或分裂成幾個(gè)部分的現(xiàn)象，稱斷裂。 壓力容器失效形式1）根據(jù)斷裂性態(tài)韌性斷裂（也稱為延性斷裂）：構(gòu)件在斷裂前發(fā)生了顯著的塑性變形；這種斷裂有一個(gè)緩慢的撕裂過程。在裂紋擴(kuò)展過程中，需要不斷地消耗能量。由于韌性斷裂前已經(jīng)發(fā)生了明顯的塑性變形，有一定的預(yù)警，所以其危害性不大。

有一定預(yù)警作用脆性斷裂：構(gòu)件在斷裂前沒有或僅有少量塑性變形。斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大。脆性斷裂的斷裂面一般與正應(yīng)力垂直，斷口平齊而光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。通常，脆斷前也產(chǎn)生微量塑性變形。金屬構(gòu)件的斷裂可以有許多種分類方法。韌性斷裂與脆性斷裂區(qū)分：（斷面收縮率）一般規(guī)定，光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5％者，為脆性斷裂，該材料即稱為脆性材料；反之，大于5％者，則為韌性材料。5％5％><脆性斷裂韌性斷裂2）按裂紋擴(kuò)展路徑穿晶斷裂，裂紋穿過晶內(nèi)內(nèi)部；沿晶斷裂，裂紋沿晶界擴(kuò)展。3）按斷口宏觀取向正斷：斷裂的宏觀表面垂直于最大正應(yīng)力方向σ，一般為脆性斷裂；切斷：斷裂面大致與最大正應(yīng)力方向呈45°。4）按受力狀態(tài)短時(shí)與長(zhǎng)時(shí)斷裂；沖擊斷裂；疲勞斷裂。5）按環(huán)境不同：低溫冷脆斷裂；高溫蠕變斷裂；延滯斷裂（氫脆與應(yīng)力腐蝕）；幅照和噪聲損傷等。斷裂后形成斷口，斷口——零件斷裂的自然表面。斷口一般是材料中性能最弱或應(yīng)力最大的部位。因?yàn)榻饘俨牧现辛鸭y總是沿著阻力最小的路徑擴(kuò)展。一、

延性斷裂二、

脆性斷裂三、

疲勞斷裂四、

應(yīng)力腐蝕斷裂五、

蠕變斷裂2.1

概述延性斷裂的定義及類型壓力容器承壓部件的延性斷裂是指其器壁材料發(fā)生破壞的形式屬于韌性斷裂。二、

延性斷裂承壓部件的延性斷裂是在器壁發(fā)生大量的塑性變形之后產(chǎn)生的，器壁的變形將會(huì)引起容器容積的變化，而器壁的變形又是在壓力載荷下產(chǎn)生的，所以對(duì)于具有一定的直徑與壁厚的容器，它的容積變形與它所承受的壓力有很大的關(guān)系。金屬材料的韌性斷裂是顯微空洞形成和長(zhǎng)大的過程。對(duì)于常用以制造壓力容器的碳鋼及低合金鋼，這種斷裂首先是在塑性變形嚴(yán)重的地方形成顯微空洞（微孔），夾雜物是顯微空洞成核的位置。在拉力作用下，大量的塑性變形使脆性夾雜物斷裂或使夾雜物與基體界面脫開而形成空洞?？斩匆唤?jīng)形成，即開始長(zhǎng)大和聚集，聚集的結(jié)果是形成裂紋，最后導(dǎo)致斷裂。所以金屬材料特別是塑性較好的碳鋼及低合金鋼，在發(fā)生韌性破裂時(shí)，總是先產(chǎn)生大量的塑性變形。這種現(xiàn)象對(duì)于防止機(jī)器設(shè)備發(fā)生斷裂事故是十分有利的。因?yàn)樵诹慵嗔岩郧?，設(shè)備即會(huì)由于過量的塑性變形而失效。2.2 延性破裂的特征微觀上會(huì)形成菱形的孔洞金屬材料的韌性斷裂是顯微空洞形成和長(zhǎng)大的過程。如圖（煤漿管道

20G）。微觀特征：韌窩韌斷窩裂處X1000拋物線型韌窩

X1500拋物線型韌窩X1500斷裂的最后部分形成的斜韌窩煤漿管道

20G1）破裂容器發(fā)生明顯變形b容器器壁變薄延性破裂的特征金屬的韌性斷裂是在大量的塑性變形后發(fā)生的，塑性變形使金屬斷裂后在受力方向留存下較大的殘余伸長(zhǎng)（如圖

a），表現(xiàn)在容器上則是直徑增大和壁厚減?。ㄈ鐖D

b）。所以，具有明顯的形狀改變是壓力容器韌性破裂的主要特征。a螺栓伸長(zhǎng)事故后部件變形照片2）斷口呈暗灰色纖維狀碳鋼和低合金鋼韌性斷裂時(shí)，由于顯微空洞的形成、長(zhǎng)大和聚集，所以最后形成鋸齒形的纖維狀斷口。這種斷裂形式多數(shù)屬于穿晶斷裂，即裂紋發(fā)展所取的途徑是穿過晶粒的。因此斷口沒有閃爍金屬光澤而呈暗灰色。3）容器一般不是碎裂延性斷裂的容器，因?yàn)椴牧暇哂休^好的塑性和韌性，所以破裂方式一般不是碎裂，即不產(chǎn)生碎片，而只是裂開一個(gè)裂口。4）實(shí)際爆破壓力接近計(jì)算爆破壓力金屬的韌性斷裂是經(jīng)過大量的塑性變形，而且是在外力引起的應(yīng)力達(dá)到它的斷裂強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的。它的實(shí)際爆破壓力往往與計(jì)算爆破壓力相接近。2.3 延性斷裂事故的預(yù)防2.3.1

延性斷裂的基本條件容器產(chǎn)生顯著的塑性變形，只有在它受力的整個(gè)截面上的材料都處于屈服狀態(tài)下才能產(chǎn)生。2.3.2 常見壓力容器延性斷裂事故1）液化氣體容器充裝過量2）壓力容器在使用中超壓3）設(shè)備維護(hù)不良以致壁厚減薄2.3.3 壓力容器延性斷裂事故的預(yù)防1）使用的壓力容器必須按規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，承壓部件必須經(jīng)過強(qiáng)度驗(yàn)算。2）禁止將一般容器改成或當(dāng)成壓力容器使用，防止不承壓的容器因結(jié)構(gòu)或操作的原因在器內(nèi)產(chǎn)生壓力。3）壓力容器應(yīng)按規(guī)定裝設(shè)性能和規(guī)格都符合要求的安全泄壓裝置，并經(jīng)常保持其處于靈敏可靠的狀態(tài)。4）認(rèn)真執(zhí)行安全操作規(guī)程。5）作好壓力容器的維護(hù)保養(yǎng)工作，采取有效措施防止腐蝕性介質(zhì)與大氣對(duì)設(shè)備的腐蝕，并經(jīng)常保持防腐措施處于良好有效狀態(tài)。6）嚴(yán)格定期檢驗(yàn)制度。3.1 脆性斷裂的基本原因脆性斷裂都是在較低的應(yīng)力水平下發(fā)生的。（主要原因）三、

脆性斷裂斷裂力學(xué)承認(rèn)材料或構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷（將它簡(jiǎn)化為裂紋），而且脆性斷裂總是由材料中宏觀裂紋的擴(kuò)展引起的。當(dāng)帶有宏觀裂紋的材料或構(gòu)件受到外力作用時(shí)，裂紋尖端附近的區(qū)域就產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變集中效應(yīng)；當(dāng)此區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變高到一定的數(shù)值，超過材料的負(fù)荷極限時(shí)，裂紋便開始迅速擴(kuò)展（稱作失穩(wěn)擴(kuò)展），并造成整個(gè)材料或構(gòu)件在低應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生脆性斷裂。這就是斷裂力學(xué)對(duì)斷裂現(xiàn)象的解釋。3.2 脆性斷裂的特征1）容器沒有明顯的伸長(zhǎng)變形由于金屬的脆斷一般沒有留下殘余伸長(zhǎng)，因此脆性破裂后的容器就沒有明顯的伸長(zhǎng)變形。2）裂口齊平、斷口呈金屬光澤的結(jié)晶狀脆性斷裂一般是正應(yīng)力引起的解理斷裂，所以裂口齊平并與主應(yīng)力方向垂直。3）容器常破裂成碎塊由于容器脆性破裂時(shí)材料的韌性較差，而且脆斷的過程又是裂紋迅速擴(kuò)展的過程。破壞往往在一瞬間發(fā)生，容器內(nèi)的壓力無法通過一個(gè)裂口釋放，因此脆性破裂的容器常裂成碎塊，且常有碎片飛出。4）破裂時(shí)的名義應(yīng)力較低金屬的脆性斷裂是由于裂紋而引起的，所以脆斷時(shí)并不一定需要很高的名義應(yīng)力。容器破裂時(shí)器壁上的名義應(yīng)力常常低于材料的屈服極限，所以這種破裂可以在容器的正常操作壓力或水壓試驗(yàn)壓力下發(fā)生。5）破壞多數(shù)在溫度較低的情況下發(fā)生由于金屬材料的斷裂韌性隨著溫度的降低而降低，所以脆性斷裂常在溫度較低的情況下發(fā)生，包括較低的水壓試驗(yàn)溫度和較低的使用溫度。宏觀特征：光亮脆性斷裂的宏觀特征圖容器脆斷的縱縫裂口與器壁表面垂直，環(huán)向脆斷時(shí)，裂口與容器的中心線相垂直。又因?yàn)榇鄶嗤蔷Ы鐢嗔眩詳嗫谛蚊渤书W爍金屬光澤的結(jié)晶狀，如圖宏觀特征：人字紋宏觀特征：人字紋在器壁很厚的容器脆斷口上，還常?？梢哉业饺俗中渭y路（幅射狀），這是脆性斷裂的最主要宏觀特征之一。人字形的尖端總是指向裂紋源的，始裂點(diǎn)往往都是有缺陷或在幾何形狀突變處。20鋼放射狀形貌，X1200脆性斷裂的微觀特征圖3.3.3斷口觀察由于斷裂為脆斷，其斷口觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋為典型的解理擴(kuò)展型式，如圖斷口掃描電鏡3.3 脆性破裂事故的預(yù)防3.3.1 脆性斷裂的基本條件一是構(gòu)件存在缺陷，二是材料的韌性差。3.3.2 壓力容器脆性斷裂事故的預(yù)防1）減少部件結(jié)構(gòu)及焊縫的應(yīng)力集中2）確保材料在使用條件下具有較好的韌性3）消除殘余應(yīng)力4）加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的檢驗(yàn)4.1 金屬疲勞現(xiàn)象疲勞斷裂是壓力容器承壓部件較為常見的一種破裂形式。據(jù)英國的一個(gè)聯(lián)合調(diào)查組的統(tǒng)計(jì)，在運(yùn)行期間發(fā)生破壞事故的容器，有89.4％是由裂紋引起的。而在由裂紋引起的事故中，疲勞裂紋共占39.8％。國外還有些資料估計(jì)，壓力容器運(yùn)行中的破壞事故有75％以上是由疲勞引起的。由此可見，壓力容器的疲勞破裂是絕不能忽視的。四、

疲勞斷裂4.1 金屬疲勞現(xiàn)象當(dāng)有載荷變化時(shí)就出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。交變載荷是指載荷的大小、方向或大小和方向都隨時(shí)間發(fā)生周期性變化的一類載荷。疲勞分類：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械發(fā)生的疲勞斷裂，往往應(yīng)力水平較低而疲勞壽命較高，疲勞斷裂時(shí)載荷交變周次N≥1×105，稱作高周疲勞或簡(jiǎn)稱疲勞。若交變載荷引起的最大應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)，而疲勞壽命N=102~104，則為大應(yīng)變低周疲勞或簡(jiǎn)稱低周疲勞。壓力容器屬于此種。4.1 金屬疲勞現(xiàn)象4.2

壓力容器承壓部件的疲勞斷裂1）存在較高的局部應(yīng)力低周疲勞的一個(gè)條件是它的應(yīng)力接近或超過材料的屈服極限。2）存在反復(fù)的載荷①間歇操作的設(shè)備經(jīng)常進(jìn)行反復(fù)的加壓和卸壓；②在運(yùn)行過程中設(shè)備壓力在較大范圍內(nèi)變動(dòng)（一般超過20％）；③設(shè)備工藝溫度及器壁溫度反復(fù)變化；④部件強(qiáng)迫振動(dòng)并引起較大局部附加應(yīng)力；⑤充裝容器或氣瓶多次充裝等等。4.3 疲勞斷裂的特征1）部件沒有明顯的塑性變形承壓部件的疲勞破裂也是先在局部應(yīng)力較高的地方產(chǎn)生微細(xì)的裂紋，然后逐步擴(kuò)展，到最后所剩下的截面的應(yīng)力達(dá)到材料的斷裂強(qiáng)度，因而發(fā)生開裂。所以它也和脆性破裂一樣，一般沒有明顯的塑性變形。2）破裂斷口存在兩個(gè)區(qū)域疲勞破裂斷口的形貌與脆性破裂有明顯的區(qū)別。3）設(shè)備常因開裂泄漏而失效承受疲勞的承壓設(shè)備或部件，一般不象脆性斷裂那樣常常產(chǎn)生碎片，而只是開裂一個(gè)破口，使部件因泄漏而失效。開裂部位常是開孔接管處或其他應(yīng)力集中及溫度交變部位4）部件在多次承受交變載荷后斷裂疲勞斷裂樣品宏觀斷口照片疲勞破裂斷口一般都存在比較明顯的兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是疲勞裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展區(qū)，另一個(gè)是最后斷裂區(qū)，如圖LCF疲勞條紋疲勞斷裂樣品微觀斷口照片LCF疲勞條紋（明顯存在）4.4 壓力容器疲勞斷裂的預(yù)