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                                        壓力容器

                                        1.概述

                                          壓力容器,是指盛裝氣體或者液體,承載一定壓力的密閉設備。貯運容器、反應容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。為了與一般容器(常壓容器)相區別,只有同時滿足下列三個條件的容器,才稱之為壓力容器:

                                         ?。?FONT face=Arial>1)工作壓力(注1)大于或者等于0.1Mpa(工作壓力是指壓力容器在正常工作情況下,其頂部可能達到的最高壓力(表壓力)); 

                                         ?。?FONT face=Arial>2)工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa-L(容積,是指壓力容器的幾何容積)

                                         ?。?FONT face=Arial>3)盛裝介質為氣體、液化氣體以及介質最高工作溫度高于或者等于其標準沸點得液體

                                          壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學工業、能源工業、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,容易發生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環境的事故。目前,世界各國均將其列為重要的監檢產品,由國家指定的專門機構,按照國家規定的法規和標準實施監督檢查和技術檢驗。 

                                        2.分類

                                          壓力容器的分類方法很多,從使用、制造和監檢的角度分類,有以下幾種。

                                          (1)按承受壓力的等級分為:低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器。

                                          (2)按盛裝介質分為:非易燃、無毒;易燃或有毒;劇毒。

                                          (3)按工藝過程中的作用不同分為:

                                          反應容器:用于完成介質的物理、化學反應的容器。

                                          換熱容器:用于完成介質的熱量交換的容器。

                                          分離容器:用于完成介質的質量交換、氣體凈化、固、液、氣分離的容器。

                                          貯運容器:用于盛裝液體或氣體物料、貯運介質或對壓力起平衡緩沖作用的容器。

                                          (4)為了更有效地實施科學管理和安全監檢,我國《壓力容器安全監察規程》中根據工作壓力、介質危害性及其在生產中的作用將壓力容器分為三類。并對每個類別的壓力容器在設計、制造過程,以及檢驗項目、內容和方式做出了不同的規定。壓力容器已實施進口商品安全質量許可制度,未取得進口安全質量許可證書的商品不準進口。

                                          1,第三類壓力容器,具有下列情況之一的,為第三類壓力容器: 

                                          高壓容器; 

                                          中壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質); 

                                          中壓儲存容器(僅限易燃或毒性程度為中度危害介質,且pV乘積大于等于10MPa·m3 ); 

                                          中壓反應容器(僅限易燃或毒性程度為中度危害介質,且pV乘積大于等于0.5Pa·m3); 

                                          低壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質,且乘積大于等于0.2MPa·m3 ); 

                                          高壓、中壓管殼式余熱鍋爐; 

                                          中壓搪壓力容器; 

                                          使用強度級別較高(指相應標準中抗拉強度規定值下限大于等于540MPa)的材料制造的壓力容器; 

                                          移動式壓力容器,包括鐵路罐車(介質為液化氣體、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]和罐式集裝箱(介質為液化氣體、低溫液體)等; 

                                          球形儲罐(容積大于等于50m3);低溫液體儲存容器(容積大于5m3)。 

                                          低溫液體儲存容器(容積大于5m3) 

                                          2.第二類壓力容器,具有下列情況之一的,為第二類壓力容器: 

                                          中壓容器; 

                                          低壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質); 

                                          低壓反應容器和低壓儲存容器(僅限易燃介質或毒性程度為中度危害介質); 

                                          低壓管殼式余熱鍋爐; 

                                          低壓搪玻璃壓力容器。 

                                          3.第一類壓力容器 ,除上述規定以外的低壓容器為第一類壓力容器。 

                                          A1 壓力容器的分類

                                          A1.1 介質分組

                                          壓力容器的介質分為以下兩組,包括氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體。

                                          (1)第一組介質:毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質,易爆介質,液化氣體。

                                          (2)第二組介質:除第一組以外的介質。

                                          A1.2 介質危害性

                                          介質危害性指壓力容器在生產過程中因事故致使介質與人體大量接觸,發生爆炸或者因經常泄漏引起職業性慢性危害的嚴重程度,用介質毒性程度和爆炸危害程度表示。

                                          A1.2.1 毒性程度綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業性慢性危害等因素。極度危害最高容許濃度小于0.1mg/m3;高度危害最高容許濃度0.11.0 mg/m3;中度危害最高容許濃度1.010.0 mg/m3; 輕度危害最高容許濃度大于或者等于10.0 mg/m3。

                                          A1.2.2 易爆介質指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物,并且其爆炸下限小于10%,或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質。

                                          A1.2.3  具體介質毒性危害程度和爆炸危險程度按GB 5044—1985 《職業性接觸毒物危害程度分級》、HG 20660—2000 《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》兩個標準確定。兩者不一致時,以危害(危險)程度高的為準。

                                          A1.3 分類方法

                                          A1.3.1 基本分類

                                          壓力容器分類應當先按照介質特性,按照以下要求選擇分類圖,再根據設計壓力p(單位MPa)和容積V(單位L),標出坐標點,確定容器類別:

                                          (1)對于第一組介質,壓力容器的分類見圖A-1。

                                          (2)對于第二組介質,壓力容器的分類見圖A-2。

                                           

                                         

                                        第一介質+第二介質

                                         

                                           圖A-2 壓力容器分類圖第二組介質

                                          A1.3.2 多腔壓力容器分類

                                          多腔壓力容器(如換熱器的管程和殼程、夾套容器等)按照類別高的壓力腔作為該容器的類別并且按該類別進行使用管理。但應當按照每個壓力腔各自的類別分別提出設計、制造技術要求。對各壓力腔進行類別劃定時,設計壓力取本壓力腔的設計壓力,容積取本壓力腔的幾何容積。

                                          A1.3.3 同腔多種介質容器分類

                                          一個壓力腔內有多種介質時,按組別高的介質分類。

                                          A1.3.4 介質含量極小容器分類

                                          當某一危害性物質在介質中含量極小時,應當按其危害程度及其含量綜合考慮,由壓力容器設計單位決定介質組別。

                                          A1.3.5 特殊情況分類

                                          (1)坐標點位于圖A-1或者圖A-2的分類線上時,按較高的類別劃分其類別。

                                          (2)對于GB 5044HG 20660兩個標準中沒有明確規定的介質,應當按化學性質、危害程度及其含量綜合考慮,由壓力容器設計單位決定介質組別。(3)本規程1.4條范圍內的壓力容器統一劃分為第類壓力容器。

                                          A2 壓力等級劃分

                                          壓力容器的設計壓力(p)劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力等級:

                                          (1)低壓(代號L) 0.1MPa≤p1.6MPa;

                                          (2)中壓(代號M) 1.6MPa≤p10.0MPa;

                                          (3)高壓(代號H) 10.0MPa≤p100.0MPa;

                                          (4)超高壓(代號U) p≥100.0MPa。

                                          A3 壓力容器品種劃分

                                          壓力容器按在生產工藝過程中的作用原理,分為反應壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器。具體劃分如下:

                                          (1)反應壓力容器(代號R):主要是用于完成介質的物理、化學反應的壓力容器,如反應器、反應釜、分解鍋、硫化罐、分解塔、聚合釜、高壓釜、超高壓釜、合成塔、變換爐、蒸煮鍋、蒸球、蒸壓釜、煤氣發生爐等。

                                          (2)換熱壓力容器(代號E):主要是用于完成介質的熱量交換的壓力容器,如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、加熱器、消毒鍋、染色器、烘缸、蒸炒鍋、預熱鍋、溶劑預熱器、蒸鍋、蒸脫機、電熱蒸汽發生器、煤氣發生爐水夾套等。

                                          (3)分離壓力容器(代號S):主要是用于完成介質的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器,如分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌器、吸收塔、銅洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。

                                          (4)儲存壓力容器(代號C,其中球罐代號B):主要是用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的壓力容器,如各種型式的儲罐。

                                          在一種壓力容器中,如同時具備兩個以上的工藝作用原理時,應當按工藝過程中的主要作用來劃分品種。

                                          1.9與其他技術標準,與其他管理規定的關系:

                                          本規程是固定式壓力容器的基本安全性能保證,也是必須滿足和達到的安全要求,其他標準不得低于本規程的各項規定;

                                          1.10 不符合本規定時,如何處理:

                                          指三新試驗、研究數據報告報國家質檢總局委托技術機構評審、處理,并將結果經總局批準后進行試制;

                                          1.11 引用現行有效標準:十項

                                          覆蓋了各類形式、材質的壓力容器設計、制造,具有適用性。

                                          (1)GB 150   -1998     鋼制壓力容器

                                          (2)JB 4732  –1995     鋼制壓力容器分析設計標準

                                          (3)GB 151   -1999     管殼式換熱器

                                          (4)GB 12337- 1998    鋼制球形儲罐

                                          (5)JB/T 4710 -2005     鋼制塔式容器

                                          (6)JB/T 4731 -2005     鋼制臥式容器

                                          (7)JB/T 4734 -2002     鋁制焊接容器

                                          (8)JB/T 4745 - 2002    鈦制焊接容器

                                          (9)JB/T 4755  -2006    銅制壓力容器

                                          (10)JB/T 4756 -2006    鎳及鎳合金制壓力容器 

                                        3.其他

                                          內部或外部承受氣體或液體壓力,并對安全性有較高要求的密封容器。早期主要用于化學工業,壓力多在10兆帕以下。合成氨和高壓聚乙烯等高壓生產工藝出現后,要求壓力容器的壓力達100兆帕以上 。隨著化工和石油化工等工業的發展,壓力容器的工作溫度范圍越來越寬,容量不斷增大,有些還要求耐介質腐蝕。20世紀60年代開始,核電站的發展對反應堆壓力容器提出了更高的安全和技術要求,從而促進了壓力容器的進一步發展,廣泛應用于各工業部門。壓力容器主要為圓柱形,也有球形或其他形狀。根據結構形式,可分為多層式壓力容器,繞板式壓力容器、型槽繞帶式壓力容器、熱套式壓力容器、鍛焊式壓力容器和厚板卷焊式壓力容器等。大多數壓力容器由鋼制成,也有的用鋁、鈦等有色金屬和玻璃鋼、預應力混凝土等非金屬材料制成。壓力容器在使用中如發生爆炸,會造成災難性事故。為了使壓力容器在確保安全的前提下達到設計先進、結構合理、易于制造、使用可靠和造價經濟等目的,各國都根據本國具體情況制定了有關壓力容器的標準、規范和技術條件,對壓力容器的設計、制造、檢驗和使用等提出具體和必須遵守的規定。 

                                          壓力容器的檢驗

                                          1、壓力容器外部檢查亦稱運行中檢查 檢查的主要內容有:壓力容器外表面有無裂紋、變形、泄漏、局部過熱等不正?,F象;安全附件是否齊全、靈敏、可靠;緊固螺栓是否完好、全部旋緊;基礎有無下沉、傾斜以及防腐層有無損壞等異?,F象。 外部檢查既是檢驗人員的工作,也是操作人員日常巡回檢查項目。發現危及安全現象(如受壓元件產生裂紋、變形、嚴重泄滲等)應予停車并及時報告有關人員。2、壓力容器內外部檢驗 壓力容器內外部檢驗這種檢驗必須在停車和容器內部清洗干凈后才能進行。檢驗的主要內容除包括外部檢查的全部內容外,還要檢驗內外表面的腐蝕磨損現象;用肉眼和放大鏡對所有焊縫、封頭過渡區及其他應力集中部位檢查有無裂紋,必要時采用超聲波或射線探傷檢查焊縫內部質量;測量壁厚。若測得壁厚小于容器最小壁厚時,應重新進行強度校核,提出降壓使用或修理措施;對可能引起金屬材料的金相組織變化的容器,必要時應進行金相檢驗;高壓、超高壓容器的主要螺栓應利用磁粉或著色進行有無裂紋的檢查等。通過內外部檢驗,對檢驗出的缺陷要分析原因并提出處理意見。修理后要進行復驗。 壓力容器內外部檢驗周期為每三年一次,但對強烈腐蝕性介質、劇毒介質的容器檢驗周期應予縮短。運行中發現有嚴重缺陷的容器和焊接質量差、材質對介質抗腐蝕能力不明的容器也均應縮短檢驗周期。 3、壓力容器全面檢驗 壓力容器全面檢驗除了上述檢驗項目外,還要進行耐壓實驗(一般進行水壓試驗)。對主要焊縫進行無損探傷抽查或全部焊縫檢查。但對壓力很低、非易燃或無毒、無腐蝕性介質的容器,若沒有發現缺陷,取得一定使用經驗后,可不作無損探傷檢查。 容器的全面檢驗周期,一般為每六年至少進行一次。對盛裝空氣和惰性氣體的制造合格容器,在取得使用經驗和一兩次內外檢驗確認無腐蝕后,全面檢驗周期可適當延長。

                                           壓力容器的操作條件 

                                          1.壓力

                                          壓力容器的壓力可以來自兩個方面,一是壓力是容器外產生(增大)的,二是壓力是容器內產生(增大)的。 

                                          最高工作壓力,多指在正常操作情況下,容器頂部可能出現的最高壓力。 

                                          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,亦即標注在銘牌上的容器設計壓力,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,則應取設計壓力和液柱靜壓力之和進行該部位或元件的設計計算;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爆破壓力。容器的設計壓力確定應按GB 150的相應規定。 

                                          2.溫度 

                                          金屬溫度,系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允許使用溫度。 

                                          設計溫度,系指容器在正常操作情況下,在相應設計壓力下,殼壁或元件金屬可能達到的最高或最低溫度。當殼壁或元件金屬的溫度低于—20,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;對于0以下的金屬溫度,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溫度)是指殼體的設計溫度。

                                          3.介質

                                          生產過程所涉及的介質品種繁多,分類方法也有多種。按物質狀態分類,有氣體、液體、液化氣體、單質和混合物等;按化學特性分類,則有可燃、易燃、惰性和助燃四種;按它們對人類毒害程度,又可分為極度危害(I)、高度危害()、中度危害()、輕度危害()四級。 

                                          易燃介質:是指與空氣混合的爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的氣體,如一甲胺、乙烷、乙烯等。 

                                          毒性介質:《壓力容器安全技術監察規程》(以下簡稱《容規》)對介質毒性程度的劃分參照GB 5044《職業性接觸毒物危害程度分級》分為四級。其最高容許濃度分別為:極度危害(I級)<01 mgm3;高度危害(級)0. 1 <10 mgm3;中度危害(級)1<10 mgm3;輕度危害(1V級)≥10 mgm3。 

                                          壓力容器中的介質為混合物質時,應以介質的組成并按毒性程度或易燃介質的劃分原則,由設計單位的工藝設計部門或使用單位的生產技術部門決定介質毒性程度或是否屬于易燃介質。 

                                          腐蝕性介質,石油化工介質對壓力容器用材具有耐腐蝕性要求。有時是因介質中有雜質,使腐蝕性加劇。腐蝕介質的種類和性質各不相同,加上工藝條件不同,介質的腐蝕性也不相同。這就要求壓力容器在選用材料時,除了應滿足使用條件下的力學性能要求外,還要具備足夠的耐腐蝕性,必要時還要采取一定的防腐措施。

                                          壓力容器事故率高的原因

                                          設備事故率的大小,影響因素較多,也十分復雜。它不但與整個工業領域的各項技術水平有關,而且還與社會文化和人的素質有關。

                                          在相同的條件下,壓力容器的事故率要比其他機械設備高得多。本來壓力容器大多數是承受靜止而比較穩定的載荷,并不像一般轉動機械那樣容易因過度磨損而失效,也不像高速發動機那樣因承受高周期反復載荷而容易發生疲勞失效。究其原因,主要有以下幾方面。

                                          1、技術條件

                                          1)使用條件比較苛刻。壓力容器不但承受著大小不同的壓力載荷(在一般情況下還是脈動載荷)和其他載荷,而且有的還是在高溫或深冷的條件下運行,工作介質又往往具有腐蝕性,工況環境比較惡劣。

                                          2)容易超負荷。容器內的壓力常常會因操作失誤或發生異常反應而迅速升高,而且往往在尚未發現的情況下,容器即已破裂。

                                          3)局部應力比較復雜。例如,在容器開孔周圍及其他結構不連續處,常會因過高的局部應力和反復的加載卸載而造成疲勞破裂。

                                          4)常隱藏有嚴重缺陷。焊接或鍛制的容器,常會在制造時留下微小裂紋等嚴重缺陷,這些缺陷若在運行中不斷擴大,或在適當的條件(如使用溫度、工作介質性質等)下都會使容器突然破裂。

                                          2、使用管理

                                          1)使用不合法。購買一些沒有壓力容器制造資質的工廠生產的設備作為承壓設備,并非法當壓力容器使用,以避開報裝、使用注冊登記和檢驗等安全監察管理,留下無窮后患。

                                          2)容器雖合法而管理操作不符合要求。企業不配備或缺乏懂得壓力容器專業知識和了解國家對壓力容器的有關法規、標準的技術管理人員。壓力容器操作人員未經必要的專業培訓和考核,無證上崗,極易造成操作事故。

                                          3)壓力容器管理處于四無狀態。即一無安全操作規程,二無建立壓力容器技術檔案,三無壓力容器持證上崗人員和相關管理人員,四無定期檢驗管理。使壓力容器和安全附件處于盲目使用、盲目管理的失控狀態。

                                          4)擅自改變使用條件,擅自修理改造。經營者無視壓力容器安全,為了適應某種工藝的需要而隨意改變壓力容器的用途和使用條件,甚至帶操作,違規超負荷超壓生產等造成嚴重后果。

                                          5)地方政府的安全監察管理部門和相關行政執法部門管理不到位。安全監察管理部門和相關行政執法部門的工作未能使用社會主義市場經濟的發展,特別是規模小、分布廣的民營和私營企業的激增,使壓力容器的安全監察管理存在盲區和管理不到位的現象,助長了壓力容器的違規使用和違規管理。

                                          反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農藥、染料、醫藥、食品,用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程的壓力容器,例如反應器、反應鍋、分解鍋、聚合釜等;材質一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基(哈氏、蒙乃爾、因康鎳)合金及其它復合材料。

                                          反應釜分類

                                          根據反應釜的制造結構可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜 三大類,每一種結構都有他的適用范圍和優缺點。反應釜按材質及用途可有以下幾種:

                                          1、不銹鋼反應釜

                                          不銹鋼反應釜由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置、支承等組成。材質一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基(哈氏、蒙乃爾)合金及其它復合材料;根據反應釜的制造結構可分為開式平蓋式反應釜、開式對焊法蘭式反應釜和閉式反應釜 三大類.

                                          不銹鋼反應釜攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進式或框式等,攪拌裝置在高徑比較大時,可用多層攪拌槳葉,也可根據用戶的要求任意選配.

                                          不銹鋼反應釜的密封型式不同可分為:填料密封機械密封和磁力密封。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導熱油循環加熱、外()盤管加熱等,冷卻方式為夾套冷卻和釜內盤管冷卻.

                                          2、搪玻璃反應釜

                                          搪玻璃反應釜是將含高二氧化硅的玻璃,襯在鋼制容器的內表面,經高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復合材料制品。因此搪玻璃反應釜具有玻璃的穩定性和金屬強度的雙重優點,是一種優良的耐腐蝕設備。

                                          3、磁力攪拌反應釜

                                          采用靜密封結構,攪拌器與電機傳動間采用磁力偶合器聯接,由于其無接觸的傳遞力矩,以靜密封取代動密封,能徹底解決以前機械密封與填料密封無法解決的泄漏問題,使整個介質各攪拌部件完全處于絕對密封的狀態中進行工作,因此,更適合用于各種易燃易爆、劇毒、貴重介質及其它滲透力極強的化學介質進行反應,是石油、化工、有機合成、高分子材料聚合、食品等工藝中進行硫化、氟化、氫化、氧化等反應最理想的無泄漏反應設備。

                                         

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