安全工程師《安全生產(chǎn)技術(shù)》知識

XX年安全工程師《安全生產(chǎn)技術(shù)》知識精華

（二）壓力容器

壓力容器基礎知識

【本講大綱考試內(nèi)容要求】：

1.掌握壓力容器的種類與分類，特種設備安全要求：

2.熟悉壓力容器的安全要求，壓力容器的安全附件及其功用；

3.掌握壓力容器的事故特點與應采取的應急措施。

【教材內(nèi)容】：

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（二）壓力容器

1.壓力容器基礎知識

壓力容器，通常泛指在工業(yè)生產(chǎn)中盛裝用于完成反應、傳質(zhì)、傳熱、分離與儲存等生產(chǎn)工藝過程的氣體或

者液體，并能承我一定壓力的密閉容器。它被廣泛用于石油、化工、能源、冶金、機械、輕紡、醫(yī)藥、國

防等工業(yè)領域。

2.壓力容器工作特點

【增加內(nèi)容】：

（1）結(jié)構(gòu)特點

壓力容器通常由筒體（又稱殼體）、封頭、密封元件、開孔與接管（人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接

管）、附件（液位計、流量計、測溫計、安全閥等）與支座等構(gòu)成。

（2）壓力

壓力容器的壓力能夠來自兩個方面，一是壓力是容器外產(chǎn)生（增大）的，二是壓力是容器內(nèi)產(chǎn)生（增大）

的。

1）最高工作壓力，多指在正常噪作情況卜，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。

2）設計壓力，系是指在相應設計溫度下用以確定容器殼體厚度的壓力，亦即標注在容器銘牌上的設計壓

力，壓力容器的設計壓力值不得低于最高工作壓力；當容器各部位或者受壓元件所承受的液柱靜壓力達到

5%設計壓力時，則應取設計壓力與液柱靜壓力之與進行該部位或者元件的設計計算；裝有安全閥的壓力

容器，其設計壓力不得低于安全閥的開啟壓力或者爆破壓力。容器的設計壓力確定應按《鋼制壓力容器》

GB150-1998的相應規(guī)定。

（3）溫度°

1）工作溫質(zhì)，是指容器內(nèi)部工，’乍介質(zhì)在正常操作過程中的溫度，即介質(zhì)溫度。

2）金屬溫度，是指容器受壓元件沿截面厚度的平均溫度。任何情況下，元件金屬的表面溫度不得超過鋼

材的同意使用溫度。

3）設計溫度，是指容器在正常噪作時，在相應設計壓力下，殼壁或者元件金屬可能達到的最高或者最低

溫度。當殼壁或者元件金屬的溫度低于一20C,按最低溫度確定設計溫度；除此之外，設計溫度一律按最

高溫度選取。設計溫度值不得低于元件金屬可能達到的最高金屬溫度：關于0℃下列的金屬溫度，則設計

溫度不得高于元件金屬可能達到的最低金屬溫度。容器設計溫度（即標注在容器銘牌上的設計介質(zhì)溫度）

是指殼體的設計溫度。

2）壓力容器的分類

2）壓力容器的分類

壓力容器分類方法很多，為利于安全技術(shù)監(jiān)察與管理，《壓力容脛安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》將壓力容器劃分為

3類，見下表。

第三類壓力容器第二類壓力容器第一類壓力容器

★壓容器；★中壓容器；

★中壓容器（僅限毒性程度為極度與高度★低壓容器（僅限毒性程度為極

危害介質(zhì)）：度與高度危害介質(zhì)）：

★中壓儲存容器（僅限易燃或者毒性程度

為中度危害介質(zhì)，且pV大于等于10★低壓反應容器與低壓儲存容器

MPa,m'）；（僅限易燃或者毒性程度為中度

★中壓反應容器（僅限易燃或者毒性程度危害介質(zhì)）：

為中度危害介質(zhì)，且pV大于等于0.5

MPa?m3）；

★低壓容器（僅限毒性程度為極度與高度

危害的介質(zhì)，且pV大于等于0.2MPa?m3）；

★高壓、中壓管殼式余熱鍋爐：★低壓管殼式余熱鍋爐；

★中壓掂玻璃壓力容器：★低壓掂玻璃壓力容器。

★使用強度級別較高（指相應標準中抗拉

強度規(guī)定值下限大于等于540MPa）的材料

制造的壓力容器；

★移動式壓力容器，包含鐵路罐車（介質(zhì)

為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車液化

氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半

掛）車、永久氣體運輸（半掛）車與罐式

集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等;

★球形儲罐（容積大于等于50nl：'）:

★低溫液體儲存容器（容積大于5mD。

【例題】：壓力容器內(nèi)部工作介質(zhì)在正常操作過程中的溫度是。（）

A.設計溫度

B.工作溫度

C.金屬溫度

D.內(nèi)部溫度

【答案】：B

4.安全附件

1）安全閥

安全閥是一種由進口靜壓開啟的自動泄壓閥門。它依靠介質(zhì)自身的壓力排出一定數(shù)量的流體介質(zhì)，以防止

容器或者系統(tǒng)內(nèi)的壓力超過預定的安全值；當容器內(nèi)的壓力恢復正常后，閥門自行關閉，并阻止介質(zhì)繼續(xù)

排出。安全閥分全啟式安全閥與微啟式安全閥。根據(jù)安全閥的整體結(jié)構(gòu)與加載方式能夠分為靜重式、杠桿

式、彈簧式與先導式等4種。

2）爆破片

爆破片裝置是一種非垂閉式泄壓裝置，由進口靜壓使爆破片受壓爆破而泄放出介質(zhì)，以防止容器或者系統(tǒng)

內(nèi)的壓力超過預定的安全值。

3）安全閥與爆破片裝置的組合

安全閥與爆破片裝置并聯(lián)組合時，爆破片的標定爆破壓力不得超過容器的設計壓力。安全閥的開后壓力應

略低于爆破片的標定爆破壓力。

當安全閥進口與容器之間串聯(lián)安裝爆破片裝置時，應滿足下列條件：①安全閥與爆破片裝置組合的泄放能

力應滿足要求；②爆破片破裂后的泄放面枳應不小于安全閥進匚面積，同時應保證使得爆破片破裂的碎片

不影響安全閥的正常動作：③爆破片裝置與安全閥之間應裝設壓力表、旋塞、排氣孔或者報警指示器，以

檢杳爆破片是否破裂或者滲漏。

4）爆破帽

爆破帽為?端封閉，中間具有-?薄弱斷面的厚壁短管，爆破壓力誤差較小，泄放面積較小，多用于超高壓

容器。超壓時其薄弱面上的拉伸應力達到材料的強度極限發(fā)生斷裂。由于其工作時通常還有溫度影響，因

此，通常均選用熱處理性能穩(wěn)固，且隨溫度變化較小的高強度鋼材料（如34CrNi3Mo等）制造，其破爆壓

力與材料強度之比通常為0.2?0.5。

5）易熔塞

6)緊急切斷閥

7)減壓閥

減壓閥的工作原理是利用膜片、彈簧、活塞等敏感元件改變閥瓶與閥座之間的間隙，當介質(zhì)通過時產(chǎn)生節(jié)

流，壓力下降而使其減壓的閥門。

8)壓力表、溫度計、液位計

(1)壓力表。壓力表是指示容器內(nèi)介質(zhì)壓力的儀表，是壓力容器的重要安全裝置。按其結(jié)構(gòu)與作用原理,

壓力表可分為液柱式、彈性元件式、活塞式與電量式四大類。活塞式壓力計通常用作校驗用的標準儀表,

液柱式壓力計通常只用于測量很低的壓力，壓力容器廣泛使用的是各類類型的彈性元件式壓力計。

(2)液位計。液位計又稱液面計，是用來觀察與測量容器內(nèi)液位位置變化情況的儀表。特別是關于盛裝

液化氣體的容器，液位計是一個必不可少的安全裝置。

(3)溫度計。溫度計是用來測量物質(zhì)冷熱程度的儀表，可用來測量壓力容器介質(zhì)的溫度，關于需要操縱

壁溫的容瑞，還務必裝設測試壁溫的溫度計。

A.低壓容器

B.中壓容器

C.高壓容器

D.超高壓容器

【答案】：D

5.壓力容器事故特點與應急措施

【新增內(nèi)容】

5.壓力容器事故特點與應急措施

(1)壓力容器事故特點

1)壓力容器在運行中由于超壓、過熱，或者腐蝕、磨損，而使受壓元件難以承受，發(fā)生爆炸、撕裂等事故。

2)壓力容器發(fā)生爆炸事故后，不但事故設備被毀，而且還波及周圍的設備、建筑與人群。其爆炸所直接產(chǎn)

生的碎片能飛出數(shù)百米遠，并能產(chǎn)生巨大的沖擊波，其破壞力與殺傷力極大。

3)壓力容器發(fā)生爆炸、撕裂等重大事故后，有毒物質(zhì)的大量外溢會造成人畜中毒的惡性事故；而可燃性物

質(zhì)的大量泄漏，還會引起重大火災與二次爆炸事故，后果也十分嚴重。

(2)壓力容器事故發(fā)生原因

2)安裝不符合技術(shù)要求，安全附件規(guī)格不對、質(zhì)量不好，與其他安裝、改造或者修理方面的原因。

3)在運行中超壓、超負荷、超溫，違反勞動紀律、違章作業(yè)、超過檢驗期限襤有進行定期檢驗、操作人員

不懂技術(shù)，與其他運行管理不善方面的原因。

(3)壓力容器事故應急措施

1)壓力容器發(fā)生超壓超溫時要馬上切斷進汽閥門；關于反應容器停止進料；關于無毒非易燃介質(zhì)，要劃開

放空管排汽：關于有毒易燃易爆介質(zhì)要打開放空管，將介質(zhì)通過接管排至安全地點。

2)假如屬超溫引起的超壓，除采取上述措施外，還要通過水噴淋冷卻以降溫。

3)壓力容器發(fā)生泄漏時，要馬上切斷進汽閥門及泄漏處前端閥門。

4)壓力容器本體泄漏或者第一道閥門泄漏時，要根據(jù)容器、介質(zhì)不一致使用專用培漏技術(shù)與堵漏工具進行

堵漏

5)易i然易爆介質(zhì)泄漏時，要對周邊明火進行操縱，切斷電源，嚴禁一切用電設備運行防止靜電產(chǎn)生。

補充知識

i.壓力容器的分類

壓力容器的形式很多，根據(jù)不一致的要求.壓力容器能夠有很多種分類方法。

(1)按相對壁厚分為便于設計計算,常根據(jù)容器外徑M與內(nèi)徑Di的比值K(K=Dc/Di),將容器分為薄壁

容器(KWL2)與厚壁容器(K>1.2)。

(2)按幾何形狀分根據(jù)容器的形狀，可分為球形容器、圓筒形容器、方形或者矩形容器、錐形容器與組合

形容器。

(3)按制造材料分根據(jù)制造材料不一致，又有鋼制容器、有色金屬容器與非金屬容器。

(4)按壓力等級分壓力是壓力容器最要緊的工藝參數(shù)之一，從安全技術(shù)角度來看，容器的工作壓力越高，

發(fā)生爆炸事故的危害性也越大。為便于對壓力容器進行分級管理與技術(shù)監(jiān)督，按其工作壓力分級也是必要

的。壓力容器按其承壓方式的不一致可分為內(nèi)壓容器與外壓容楷兩類。當容器內(nèi)部介質(zhì)的壓力大于外界壓

力時為內(nèi)壓容器，反之，則為外壓容器。內(nèi)壓容器習慣上又可分為低壓、中壓、高壓與超高壓四個壓力等

級。具體劃分如下。

①低壓容器（代號為L）0.IMPaW設計壓力p〈l.6MPa。

②中壓容器（代號為M）1.6MPaW設計壓力P<10UPa,

③高壓容器（代號為H）lOMPaW設計壓力P<100MPao

④超高壓容器（代號為U）設計壓力p^lOOMPa

安全生產(chǎn)技術(shù)精講班第26講講義

（8）爐膛爆炸事故

五、特種設備用鋼材

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五、特種設備用鋼材

（-）承壓類特種設備用鋼

不管是鍋爐，還是壓力容器，或者是壓力管道，鋼材是制造承壓類特種設備的要緊材料。鋼材的質(zhì)量及性

能的好壞關于承壓類特種設備安全運行，有著重要的影響與作月。

1.鋼材的分類

1）按鋼中所含化學成分分類

按鋼中所含化學成分能夠?qū)摲殖商妓劁撆c合金鋼兩大類：

2）按冶煉方法分類

按冶煉方法分類，有兩種形式，一種是按冶煉設備分為平爐鋼、電爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼；另一種是按脫氧程度分

為鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼。

3）按金相組織分類

鋼材經(jīng)正火處理后所得金相組織不?致，可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼、鐵索體鋼。

2.金屬的機械性能

所謂金屬的機械性能是指在一定的溫度條件與外力作用卜，抵抗變形與斷裂的能力，如強度、硬度、塑性、

韌性等，也稱力學性能。

以低碳鋼為例，金屬材料受拉伸外力作用引起的變形過程可分2個階段，即彈性變形、塑性變形、斷裂變

形階段。由拉伸試驗可獲得強度與塑性指標。

（1）強度

金屬強度是指在外力作用下，抵抗變形與破壞的能力。應用最普遍的是強度指標。強度指標要緊是屈服極

限（。s或者。0.2）與抗拉強度極限（ob）。

（2）塑性

金屬的塑性是指在外力作用下，能引起永久變形而不發(fā)生破裂，并在外力取消后，仍能保持變形后形狀的

能力。材料的塑性值也可通過拉伸試驗測得，通常用伸長率6（延伸率）與斷面收縮率中來表示。

（3）沖擊韌性

金屬的沖擊韌性即為在沖擊力作用下，抑制變形與斷裂的能力。它還是金屬材料在塑性變形范圍內(nèi)汲取能

量的能力，因此，也可按沖擊值的大小來衡量材料的塑性。目前國內(nèi)外廣泛使用一次擺錘彎曲試驗，缺口

型式有夏比（U）與夏比（V）兩種。表示沖擊韌性的參數(shù)也有兩種，一種是以沖斷試樣消耗的沖擊功Ak,

單位是焦耳（J）;另一種是以單位缺口處斷面所耗的沖擊功ak,單位是焦耳/厘米2（J/cm2）表示。目

前壓力容器鋼板全部改為用夏比（V）沖擊功（即Akv）作為沖擊韌性驗收標準。只有少數(shù)壓力容器鍛件

還用夏比（U）沖擊值（即akU）作為沖擊驗收標準。

鋼中氣體含量較高或者晶粒粗大，則韌性差。根據(jù)沖擊后斷裂的形式，能夠推斷材料的質(zhì)量及^粒大小。

沖擊韌性試驗還能測定金屬材料由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)過渡的轉(zhuǎn)變溫度。

(4)硬度

硬度是指金屬材料抵抗更硬異物壓入的能力。硬度說明材料的耐磨性與切削加工的可能性。通常說來，硬

度較高，材料的耐磨性較好。常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、維氏硬度(HV)3種。

(5)冷彎

冷彎性能是材料抵抗彎曲斷裂能力的標志，它間接反映了材料的塑性。這個試驗既可檢查鋼的理性好壞,

也能夠考核其加工工藝性能，也能暴露鋼板受試面缺陷與焊接接頭的焊接缺陷。

(6)斷裂韌性

斷裂韌性是反映材料對裂紋擴展的抵制能力。關于中低強度鋼的斷裂韌性，目前較普遍使用臨界裂紋張開

位移(COD)值限表示；關于高強鋼的脆斷問題，則應用材料的平面應變斷裂韌性值Kic表示,

(7)金屬材料高溫機械性能

煉油化工設備相當數(shù)量是在中等溫度(<350℃)與高溫下使用。中、高溫壓力容器通常以350℃分界。

3.金屬材料的焊接

【新增內(nèi)容】

3.金屬材料的焊接

焊接是通過加溫或者加壓，使焊件連接郭位形成原子結(jié)合的一種工藝加］一方法。在特種設備的生產(chǎn)與維

修中，會經(jīng)常使用焊接技術(shù)。

承壓類特種設備受壓元件的焊接方法有2大類?類是熔焊，就是將焊件接頭加熱到熔化狀態(tài)(不加壓)

完成焊接的方法：另一類是壓焊，就是將焊件接頭施加壓力(加熱或者不加熱)完成焊接的方法。每一類中

都包含許多具體的焊接方法。

承壓類特種設備受壓元件中常用的焊接方法大多屬熔焊，比如手工電弧焊，自動埋弧焊，手工鴇極氮弧焊，

自動氣體保護焊，電渣焊等。屬于壓焊的摩擦焊在電站鍋爐制造的管子焊接中用得也較多。

(1)手工電弧焊

通過手工操縱焊條與焊件產(chǎn)生電弧，利用電弧熱使焊件局部與焊條熔化形成熔池完成焊接的方法。按施焊

對象，焊條可分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條等類別。

手工電弧焊的特點是，對材料與焊接位置習慣性強，適于焊接碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹耐蝕鋼等，

適于鍋爐制造、安裝、修理中各類位置的焊接；設備簡單，便于使用與保護；焊鉗小，操作靈便；焊接質(zhì)

量受焊工操作技術(shù)水平的影響很太，對焊工操作技能要求較高，生產(chǎn)率較低，焊工的勞動強度較大：有些

情況下焊接工作條件較差。

⑵自動埋弧焊

自動埋弧焊是通過機械操縱使電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法。

自動埋弧焊的特點是，機械操縱受焊工操作技能的影響較手工焊小，電弧區(qū)保護效果較好。假如焊接材料

的質(zhì)量穩(wěn)固，焊接工藝參數(shù)正確，質(zhì)量容易穩(wěn)固且焊縫表面平滑美觀：焊接電流大，焊接速度較快，生產(chǎn)

效率高；電弧埋在焊劑層卜沒有飛濺，焊工不受弧光傷害，焊工勞動條件較好；沒有焊條頭及飛濺的損耗,

焊件使用I形坡口的厚度范圍比手工焊明顯大，成本較低；對坡口加工與焊件接頭的裝配要求較嚴格，輔

助工作較多；因焊接電流大，通常限于平焊位置進行焊接。

(3)色極氨弧焊

鶴極氨弧焊是在負氣保護下在鴿極與焊件之間引燃電弧并完成焊接的一種電弧焊方法。

鴇極氮弧焊的特點是，由于用惰性氣體氮進行保護，它不參加冶金反應，也不溶于熔化金屬，有效地將電

弧區(qū)與空氣隔開，因此電弧穩(wěn)固：熔池中的氫、氧、氮含量較易操縱，裂紋傾向較小且焊縫質(zhì)量高：電弧

在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，容易使接頭的根部焊透，同時熔池較小，熱影響區(qū)較窄，焊接變形較??；

電弧與熔池由氮氣保護，明弧可見，可進行全位置焊接：對焊件的焊前清理工作要求嚴格。

（4）熔化極氣體保護焊

熔化極氣體保護焊是在惰性或者活性氣體保護下使用熔化電極進行電弧焊的方法。保護氣體常用的有氮

氣、富氧混合氣、二氧化碳氣。鍋爐受壓元件較多使用富氫混合氣，常用的有很多于80%量與不超過20%,

二氧化碳混合、98%氮與2%氧氣混合等?；旌蠚怏w可使用已混合好的瓶裝氣體，也可使用單種氣體經(jīng)混

合器進行混合后用于焊接。

熔化極氣體保護焊的特點是，使用富菽混合氣或者氧氣進行保護時，能夠獲得高質(zhì)量的焊縫；適用的母材

種類與厚度范圍都比較寬，特別是使用脈沖熔化極氣體保護焊：電流密度大，熱量集中，熔敷效率高，焊

接速度較快，因此生產(chǎn)效率較高；弧光強，煙氣較大，二氧化碳作保護氣休焊接時飛濺較大，應注意防護：

對焊件的焊前清理工作要求較嚴格，特別是富氮或者負氣保護時。

（5）電渣焊

電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱將焊件與焊絲熔化進行焊接的一種熔焊方法。

電渣焊的特點是，能夠一次焊成很厚的焊件而不需開坡口與多層焊，因此生產(chǎn)效率高；使用渣池保護，避

免空氣與熔池接觸；焊接速度較慢，熔池中的氣體與雜質(zhì)易于浮出，焊縫中氣孔與夾渣很少；焊件在高溫

停留時間較長，熱影響區(qū)寬，近縫區(qū)晶粒粗大，塑性與韌性降低，因此焊件在焊后通常都進行正火熱處理:

焊劑消耗很少，焊縫化學成分的調(diào)整要緊靠電極。

（6）摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面互相摩擦產(chǎn)生的熱使端而達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛而完成焊接的一種壓焊方

法。

摩擦焊的特點是，焊接過程快，生產(chǎn)率高；工藝參數(shù)自動操縱，操作簡單，焊接質(zhì)量較好：適用的接頭型

式有限：對參數(shù)的測量與操縱要求嚴格；用無損檢測方法檢查接頭內(nèi)