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(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6 800萬臺(tái)(其中固定式176多萬臺(tái)) 。它們大多數(shù)是在高溫、高壓、低溫、疲憊及腐蝕性

2、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個(gè)月。粗略估計(jì)一下,假設(shè)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)生的裂痕、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)備及隱患假設(shè)不及時(shí)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(yīng)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(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

3、.    壓力容器技術(shù)進(jìn)展 隨著冶金、機(jī)械加工、焊接和無損檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 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)越來越顯然。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(Pressue Equipement Directive) 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)正在采用積極行動(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),也在采用積極

4、的措施加速國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制訂。設(shè)在美國(guó)的秘書處ISO/ TC11已多次召開會(huì)議, 并已經(jīng)提出了ISO 15386 國(guó)際鍋爐壓力容器標(biāo)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)合計(jì)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合格性能,選取奧氏體不銹鋼材料許用應(yīng)力。

5、目前,確定壓力容器材料許用應(yīng)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(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度，和疲憊強(qiáng)度,在大多數(shù)工況下,壓力容器材料主要合計(jì)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,在一定條件下,才需合計(jì)材料蠕變強(qiáng)度和疲憊強(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,在保證壓力容器安全性前提條件下,為節(jié)省材料和經(jīng)濟(jì)合計(jì),壓力容器安全系數(shù)有降低的趨勢(shì)。 4.  

6、;  影響壓力容器安全可靠性的幾個(gè)因素    制定參數(shù) 制定參數(shù)確實(shí)定是壓力容器制定工作的前提和基礎(chǔ), 也是決定壓力容器安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。因此, 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(nèi)容較多, 但最關(guān)鍵的參數(shù)為制定壓力、制定溫度、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制定的經(jīng)濟(jì)性。        制定壓力 關(guān)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(yīng)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(shè)備特性是否屬真空、外壓操作等應(yīng)綜合合計(jì), 可依據(jù)化工行業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn), 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(gè)重要參數(shù)- 制定溫度, 它是指容器在正常工作狀況下, 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)境溫度有關(guān), 它的選擇正確與否將直接給容器選材帶來至關(guān)重要的影響。當(dāng)容器處于低溫時(shí), 假設(shè)沒有合計(jì)它的低溫影響, 將會(huì)導(dǎo)致選取材料低溫韌性不夠而引起的脆性破壞。當(dāng)容器處于高溫狀態(tài),假設(shè)制定溫度選取不合理, 也會(huì)導(dǎo)致選材不當(dāng)而引起的

8、安全性不夠或者浪費(fèi)等現(xiàn)象。我國(guó)壓力容器的有關(guān)制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)有不同溫度工況下的容器, 應(yīng)按最苛刻的工況制定, 并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的溫度值。        介質(zhì)特性 介質(zhì)特性是壓力容器制定中與安全有直接關(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, 大量條文作了具體的硬性規(guī)定。為保證容規(guī)正確執(zhí)行,國(guó)家對(duì)有毒介質(zhì)分類、化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)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(zhǔn)確掌握工作壓力、溫度及介質(zhì)特性等參數(shù)外, 對(duì)用戶的壓力容器使用管理水平也應(yīng)有一些了解, 因?yàn)楣芾硭降陌纪怪苯佑绊懼鴫毫θ萜鞯陌踩\(yùn)行。因此, 制定人員在確定制定參數(shù)時(shí)應(yīng)該合計(jì)到這些狀況, 在為這類企業(yè)制定壓力容器時(shí),技術(shù)要求中明確限定條件, 從而保證壓力容器安全運(yùn)行。     壓力容器制定主體材料選用方法 壓力容器主體材料關(guān)于壓力容器的安全使用是至關(guān)重要的, 在進(jìn)行壓力容器制定時(shí), 除了應(yīng)嚴(yán)格按照GB150 及壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程等進(jìn)行選材外, 還應(yīng)特別注意介質(zhì)特性對(duì)主體材料的影響. 主體材料的選用應(yīng)合計(jì)制定壓力、溫度、工作介質(zhì)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(zhì)的腐蝕性、使用壽命與選材有直接關(guān)系外, 介質(zhì)的易燃易爆程度及毒性級(jí)別也是選材的依據(jù). 極度危害介質(zhì)容器Q2352B不同意用于盛裝極高度危害介質(zhì), Q2352A 不同意盛裝易燃或中、高、極度危害介質(zhì), 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(yīng)合計(jì)容器的工作壓力、溫度及規(guī)范的同意范圍, 而且還應(yīng)合計(jì)介質(zhì)特性對(duì)材料腐蝕及其它化學(xué)( 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(guān)新型材料的物理化學(xué)性質(zhì)選定新型代用。  

11、60; 壓力容器補(bǔ)強(qiáng)材料選擇分析 選擇強(qiáng)度等級(jí)較低的材料, 所需的補(bǔ)強(qiáng)面積要增加. 接管有效補(bǔ)強(qiáng)面積減少, 不僅對(duì)補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)不利, 而且對(duì)焊接同樣有負(fù)面影響. 厚壁接管可選用無縫鋼管, 也可用鍛件加工制造. 當(dāng)制定壓力較小, 同時(shí)滿足補(bǔ)強(qiáng)要求所需的壁厚不太大時(shí), 通常選用無縫鋼管; 當(dāng)制定壓力較高, 同時(shí)滿足補(bǔ)強(qiáng)要求所需的壁厚較大時(shí), 選用鍛件來加工制造, 補(bǔ)強(qiáng)圈的材料一般應(yīng)與筒體的材料相同, 這是最經(jīng)濟(jì)合理的選擇. 厚壁接管的材料應(yīng)依據(jù)設(shè)備的操作條件和介質(zhì)特性來選取, 一般選擇與殼體材料相同類別和強(qiáng)度的材料.當(dāng)選擇強(qiáng)度等級(jí)較高的材料時(shí), 補(bǔ)強(qiáng)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(shí)對(duì)焊接提出較高要求, 從而可能對(duì)整體強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面的影響.從以上選擇補(bǔ)強(qiáng)材料及效應(yīng)分析可以看出, 補(bǔ)強(qiáng)材料選擇應(yīng)從材質(zhì)強(qiáng)度、焊接、經(jīng)濟(jì)性諸方面整體分析。 5、壓力容器的使用、維護(hù)與修理 5        壓力容器的安全使用 為保證壓力容器的安全運(yùn)行, 使用中必須做到以下三大方面: 第一,嚴(yán)禁超壓。使用壓力不能超過容器的制定壓力,否則會(huì)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(bào)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(nèi),這是因?yàn)闇囟冗^高會(huì)引起材料的蠕變和晶粒

13、變大而降低強(qiáng)度,溫度過低可能會(huì)使鋼材產(chǎn)生冷脆而斷裂,溫度的劇烈波動(dòng)會(huì)使材料遭受嚴(yán)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(shí)帶有產(chǎn)品合格證,容器上焊接缺陷都已經(jīng)進(jìn)行處理。但是在投產(chǎn)使用一定時(shí)間后,焊縫中往往會(huì)產(chǎn)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(jī)會(huì)更多。有些焊縫因焊接結(jié)構(gòu)和焊接工藝不當(dāng)存在著很大的殘余應(yīng)力,當(dāng)設(shè)備在出廠時(shí)由于應(yīng)力消除的不徹底,會(huì)在投產(chǎn)加載時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力疊加而使焊縫破裂。所以壓力容器在使用中必須定期進(jìn)行開罐做內(nèi)外檢查,如果發(fā)現(xiàn)裂痕或其他缺陷要及時(shí)處理。壓力容器在運(yùn)行中如果出現(xiàn)以下。 狀況要馬上停止運(yùn)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(shì)。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(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi),威脅到容器的安全。4)壓力容器上裝設(shè)的安全報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)。做到了以上工作,我們還要注意的是,關(guān)于儲(chǔ)存干燥氣體的壓力容器,使用中不能帶進(jìn)水分,否則會(huì)加速容器的腐蝕速度,縮短使用壽命。    壓力容器的維護(hù) 對(duì)壓力容器進(jìn)行合格的維護(hù)保養(yǎng),是保證其安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要的有效的措施,一般從以下五項(xiàng)入手:1)涂油漆、電鍍、襯里。生產(chǎn)中最容易受到損害的是本腐蝕,用這些方法對(duì)容器敷

15、設(shè)防腐層以抵抗或降低介質(zhì)大氣對(duì)容器造成的腐蝕,并且當(dāng)防腐層有損壞時(shí)要及時(shí)處理。2)保養(yǎng)好安全裝置。按規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)和校驗(yàn),保證其靈敏、可靠、準(zhǔn)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(shí)要及時(shí)進(jìn)行處理。3)檢查。常常檢查壓力容器零部件的安全運(yùn)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(chǎn)介質(zhì)的特性,消除引起容器腐蝕、沖蝕的各種因素。5) 長(zhǎng)期或臨時(shí)停用的壓力容器應(yīng)將內(nèi)部介質(zhì)全部處理干凈,堅(jiān)持容器干燥并維護(hù)好防腐層。對(duì)具有腐蝕性的介質(zhì),要經(jīng)過徹底的排放、置換或清洗等技術(shù)處理,不能留有死角。壓力容器表面還應(yīng)常常堅(jiān)持清潔。  &

16、#160; 壓力容器的檢修 進(jìn)行壓力容器檢修時(shí),通常需要將壓力容器排空或隔斷,以避免火災(zāi)爆炸或中毒事故發(fā)生。    排空 有時(shí)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(yīng)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(dòng)泵、蒸汽泵、防火電馬達(dá)和防火結(jié)構(gòu)的泵組成 的設(shè)備。防火防爆電機(jī)必須牢靠接地,動(dòng)力電纜也應(yīng)該有防護(hù)措施,以防損壞。泵抽空操作應(yīng)在取得許可后方能進(jìn)行。    隔斷 隔斷應(yīng)按下述方法之一進(jìn)行:拆掉一個(gè)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(yīng)盡可能靠近罐和壓力容器的殼體。以標(biāo)準(zhǔn)的盲法蘭密封拆卸處管線;插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)盲板,應(yīng)該注意盲板和已關(guān)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(shí)現(xiàn)隔離。    壓力容器建檔要求 使用單位申請(qǐng)辦理壓力容器登記時(shí), 應(yīng)填寫" 壓力容器使用登記表",并向登記部門提交有關(guān)技術(shù)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(yīng)該攜帶有關(guān)資料到當(dāng)?shù)刂鞴懿块T辦理登記手續(xù)。攜帶資料包括:產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品質(zhì)量證實(shí)書、產(chǎn)品圖樣、產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)書。進(jìn)口產(chǎn)品應(yīng)持省級(jí)以上安全技術(shù)監(jiān)督部門的審批手續(xù)和檢驗(yàn)報(bào)告

18、。關(guān)于未注冊(cè)登記的在用壓力容器,使用單位必須進(jìn)行注冊(cè)。在用壓力容器設(shè)備在檢驗(yàn)時(shí)要同時(shí)評(píng)定出安全狀況等級(jí),此等級(jí)以檢驗(yàn)單位出示的檢驗(yàn)報(bào)告為準(zhǔn)。檢驗(yàn)后安全狀況等級(jí)被核定為1 、2、3 級(jí)的在用壓力容器發(fā)給使用證。安全狀況核定為四級(jí)的在用固定式壓力容器在辦理注冊(cè)手續(xù)后,同意在滿足檢驗(yàn)報(bào)告所限定的使用條件和檢驗(yàn)周期內(nèi)使用,但不發(fā)使用證。待安全狀況等級(jí)達(dá)到3 級(jí)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(duì)每臺(tái)容器進(jìn)行編號(hào)、登記,建立設(shè)備檔案。檔案應(yīng)包括合格證、質(zhì)量證實(shí)書、登記卡片、修理和檢驗(yàn)記錄等。使用容器的部門, 不得