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, 它是在石油化學工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構成容器本體。此外,還配有安全裝置、表計及完成不同生產工藝作用的內件。壓力容器由于密封、承壓及介質等原因,容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環(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、介質等苛刻工況下運行。安全使用壽命長的可達20年以上,短的只有幾年甚至幾個月。粗略估計一下,假設能將每臺設備的壽命平均延長兩年,每臺設備的平均壽命按15年計,則相當于制造安裝新設備17萬臺,可為國家節(jié)約資金達百億元。在用壓力容器往往存在著各種焊接缺陷、結構缺陷、材料缺陷、使用時產生的裂痕、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。這些設備及隱患假設不及時研究處理,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安全造成極大的危害,因而世界各國都相當重視。 3

3、.    壓力容器技術進展 隨著冶金、機械加工、焊接和無損檢測技術的不斷進步, 特別是計算機技術的飛速發(fā)展, 在壓力容器技術領域也取得了相應的進展。國際標準化一體化隨著全球經濟一體化的逐步發(fā)展, 壓力容器標準國際化的趨勢已經越來越顯然。歐洲議會已于1997 年5 月正式批準了統(tǒng)一的壓力設備指令(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 月在歐盟內強制執(zhí)行。歐洲標準化委員會(CEN)現(xiàn)正在采用積極行動, 試圖將歐洲標準上升為國際標準。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、的措施加速國際標準的制訂。設在美國的秘書處ISO/ TC11已多次召開會議, 并已經提出了ISO 15386 國際鍋爐壓力容器標準草案。其主要內容為國際標準的基本要求、質量體系的要求、結構安全性的要求以及各國標準成為國際標準的注冊認可程序等。1914年美國制定了世界上第一部壓力容器標準,材料許用應力值僅以抗拉強度為基準。直到1943年,英國壓力容器標準選取材料許用應力值時首次引入材料屈服強度為基準。為保證壓力容器安全,確定材料許用應力值時,同時合計材料抗拉強度和屈服強度更為合理。奧氏體不銹鋼材料具有非常好的應變強化能力和韌性,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力。

5、目前,確定壓力容器材料許用應力值一般取mins / ns ,b / nb , D / nD , n / nn 。其中, s , b ,D ,n 分別為材料的屈服強度、抗拉強度、蠕變強度，和疲憊強度,在大多數(shù)工況下,壓力容器材料主要合計屈服強度和抗拉強度,在一定條件下,才需合計材料蠕變強度和疲憊強度; 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)的選取建立在經驗基礎上,隨著理論研究和科學實驗的進步,在保證壓力容器安全性前提條件下,為節(jié)省材料和經濟合計,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)確實定是壓力容器制定工作的前提和基礎, 也是決定壓力容器安全運行的關鍵因素。因此, 制定者要特別予以重視。壓力容器制定參數(shù)所涉及到的內容較多, 但最關鍵的參數(shù)為制定壓力、制定溫度、介質特性( 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濟性。        制定壓力 關于壓力容器來說, 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, 設備特性是否屬真空、外壓操作等應綜合合計, 可依據(jù)化工行業(yè)制定標準, 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, 設定的元件的金屬溫度。它與操作時介質溫度及環(huán)境溫度有關, 它的選擇正確與否將直接給容器選材帶來至關重要的影響。當容器處于低溫時, 假設沒有合計它的低溫影響, 將會導致選取材料低溫韌性不夠而引起的脆性破壞。當容器處于高溫狀態(tài),假設制定溫度選取不合理, 也會導致選材不當而引起的

8、安全性不夠或者浪費等現(xiàn)象。我國壓力容器的有關制定標準規(guī)定了對有不同溫度工況下的容器, 應按最苛刻的工況制定, 并在圖樣或相應技術文件中注明各工況的溫度值。        介質特性 介質特性是壓力容器制定中與安全有直接關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,國家對有毒介質分類、化學介質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 除了要準確掌握工作壓力、溫度及介質特性等參數(shù)外, 對用戶的壓力容器使用管理水平也應有一些了解, 因為管理水平的凹凸直接影響著壓力容器的安全運行。因此, 制定人員在確定制定參數(shù)時應該合計到這些狀況, 在為這類企業(yè)制定壓力容器時,技術要求中明確限定條件, 從而保證壓力容器安全運行。     壓力容器制定主體材料選用方法 壓力容器主體材料關于壓力容器的安全使用是至關重要的, 在進行壓力容器制定時, 除了應嚴格按照GB150 及壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程等進行選材外, 還應特別注意介質特性對主體材料的影響. 主體材料的選用應合計制定壓力、溫度、工作介質及壽命選

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, 除了介質的腐蝕性、使用壽命與選材有直接關系外, 介質的易燃易爆程度及毒性級別也是選材的依據(jù). 極度危害介質容器Q2352B不同意用于盛裝極高度危害介質, Q2352A 不同意盛裝易燃或中、高、極度危害介質, 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合計容器的工作壓力、溫度及規(guī)范的同意范圍, 而且還應合計介質特性對材料腐蝕及其它化學( 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)有關新型材料的物理化學性質選定新型代用。  

11、60; 壓力容器補強材料選擇分析 選擇強度等級較低的材料, 所需的補強面積要增加. 接管有效補強面積減少, 不僅對補強效應不利, 而且對焊接同樣有負面影響. 厚壁接管可選用無縫鋼管, 也可用鍛件加工制造. 當制定壓力較小, 同時滿足補強要求所需的壁厚不太大時, 通常選用無縫鋼管; 當制定壓力較高, 同時滿足補強要求所需的壁厚較大時, 選用鍛件來加工制造, 補強圈的材料一般應與筒體的材料相同, 這是最經濟合理的選擇. 厚壁接管的材料應依據(jù)設備的操作條件和介質特性來選取, 一般選擇與殼體材料相同類別和強度的材料.當選擇強度等級較高的材料時, 補強效果較好, 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, 從而可能對整體強度產生負面的影響.從以上選擇補強材料及效應分析可以看出, 補強材料選擇應從材質強度、焊接、經濟性諸方面整體分析。 5、壓力容器的使用、維護與修理 5        壓力容器的安全使用 為保證壓力容器的安全運行, 使用中必須做到以下三大方面: 第一,嚴禁超壓。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,這是因為溫度過高會引起材料的蠕變和晶粒

13、變大而降低強度,溫度過低可能會使鋼材產生冷脆而斷裂,溫度的劇烈波動會使材料遭受嚴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品合格證,容器上焊接缺陷都已經進行處理。但是在投產使用一定時間后,焊縫中往往會產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)生的機會更多。有些焊縫因焊接結構和焊接工藝不當存在著很大的殘余應力,當設備在出廠時由于應力消除的不徹底,會在投產加載時產生應力疊加而使焊縫破裂。所以壓力容器在使用中必須定期進行開罐做內外檢查,如果發(fā)現(xiàn)裂痕或其他缺陷要及時處理。壓力容器在運行中如果出現(xiàn)以下。 狀況要馬上停止運行: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現(xiàn)場發(fā)生火災,威脅到容器的安全。4)壓力容器上裝設的安全報警裝置發(fā)出報警信號。做到了以上工作,我們還要注意的是,關于儲存干燥氣體的壓力容器,使用中不能帶進水分,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 對壓力容器進行合格的維護保養(yǎng),是保證其安全運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。生產中最容易受到損害的是本腐蝕,用這些方法對容器敷

15、設防腐層以抵抗或降低介質大氣對容器造成的腐蝕,并且當防腐層有損壞時要及時處理。2)保養(yǎng)好安全裝置。按規(guī)定進行檢驗和校驗,保證其靈敏、可靠、準確;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行處理。3)檢查。常常檢查壓力容器零部件的安全運行狀況,保證其完好性,以防止" 跑冒滴漏" 現(xiàn)象發(fā)生。4)依據(jù)生產介質的特性,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將內部介質全部處理干凈,堅持容器干燥并維護好防腐層。對具有腐蝕性的介質,要經過徹底的排放、置換或清洗等技術處理,不能留有死角。壓力容器表面還應常常堅持清潔。  &

16、#160; 壓力容器的檢修 進行壓力容器檢修時,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、防火電馬達和防火結構的泵組成 的設備。防火防爆電機必須牢靠接地,動力電纜也應該有防護措施,以防損壞。泵抽空操作應在取得許可后方能進行。    隔斷 隔斷應按下述方法之一進行: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盡可能靠近罐和壓力容器的殼體。以標準的盲法蘭密封拆卸處管線;插入一個標準盲板,應該注意盲板和已關閉閥間不能留存油;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, 應填寫" 壓力容器使用登記表",并向登記部門提交有關技術資料。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, 還應該攜帶有關資料到當?shù)刂鞴懿块T辦理登記手續(xù)。攜帶資料包括:產品合格證、產品質量證實書、產品圖樣、產品安全質量監(jiān)督檢驗書。進口產品應持省級以上安全技術監(jiān)督部門的審批手續(xù)和檢驗報告

18、。關于未注冊登記的在用壓力容器,使用單位必須進行注冊。在用壓力容器設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。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使用,但不發(fā)使用證。待安全狀況等級達到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,必須對每臺容器進行編號、登記,建立設備檔案。檔案應包括合格證、質量證實書、登記卡片、修理和檢驗記錄等。使用容器的部門, 不得