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⑷来自于容器内部介质由于化学反应产生的压力,如果反应容器中存在两种或两种以上的单体化学物质,在一定的温度和压力条件下,进行化学反应,在反应过程中,反应物的体积和温度会发生急剧变化,同时引起容器内压力的变化。
1.4压力容器的安全运行和操作人员的关系
压力容器操作人员的素质和安全操作技术水平直接关系到压力容器的安全运行。
根据对国内1990-1992年的260起压力容器爆炸事故分析表明:
因违章作业和误操作等使用管理不善(含安全附件失灵,维修不当)为58.1%,制造质量不良(焊接缺陷)、设计用材不合理占29.6%
1.5压力容器的主要工艺参数
1.5.1压力
均匀垂直作用在物体表面上的力称为压力,均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的力称为压强。
在国际单位中,压强的单位采用牛顿/米2,其定义为1牛顿的力均匀垂直的作用在1平方米的面上所产生的压力,称为帕斯卡(Pa),
1Pa=1N/M2
1Mpa=106Pa
过去工程上习惯用的压力单位是千克力/厘米2(kgf/cm2)
1Mpa=10.2kgf/cm2
1kgf/cm2=0.098Mpa
其他压力的单位还有巴(BAR)、磅力/英寸2(1bf/in2)、毫米汞柱(mmHG)、毫米水柱(mmH2O)等;
压力的计量单位主要有:
⑴标准大气压
标准大气压又称为物理大气压,1个标准大气压是温度为0℃时,相当于760MM水银柱高度的压力或每平方厘米的面积上受到1.0332公斤力作用。
1个标准大气压=760毫米水银柱(mmHGH)=1.0332公斤力/厘米2(kgf/cm2)
⑵工程大气压
1个工程大气压=1公斤力/厘米2=735.6毫米水银柱(mmHG)
①表压力
压力表上所指示的压力值是指容器内的压力与容器周围大气压力的差值,这个压力值称为表压力。
表压力是一个相对值,表明容器内部的压力比容器周围的大气压力大多少,压力容器的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力及计算容器强度所用的压力都是指表压力。
②绝对压力
容器内介质的实际压力称为绝对压力。
绝对压力就是实际作用在容器壁上的压力.其值应该是压力表上指示的压力在加上容器周围的大气压力.由于大气压力近似等于0.1MPA,故:
P决=P表+0.1MPA
容器内的介质压力高于大气压力时,介质处于正压状态;
介质压力低于大气压力时,容器压力处于负压状态。
⑶临界压力
物质处于临界状态时的压力称为临界压力。
这个压力也就是液体在临界温度
时的饱和蒸汽压力,通常用符号PC表示。
⑷工作压力
工作压力也称为操作压力,是指正常工艺操作条件下,容器顶部的最高压力“(不包括液体静压力)
⑸最高工作压力
对承受内压得压力容器,其最高工作压力是指在正常使用过程中,顶部可能出现的最大表压力;
对承受外压得压力容器,其最高工作压力是指在正常使用过程中,可能出现的最大压力差值;
对夹套容器指夹套可能出现的最大压力差值。
⑹设计压力
设计压力是指相应的设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。
设计压力一般等于或略高于压力容器的最高工作压力。
《压力容器安全技术监察规程》规定,压力容器的设计压力不得低于最高工作压力,装有安全泄放装置的压力容器,其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。
⑺计算压力
计算压力是指在相应设计温度下,用以确定压力容器元件厚度的压力,其中包括设计压力和液柱静压力。
当元件所受的液柱静压力小于5%的设计压力时,可忽略不计。
⑻试验压力
试验压力是指压力试验时容器顶部压力表上的压力。
1.5.2温度
温度是压力容器的重要参数,温度的表示方法有摄氏温度、华氏温度、绝对温度三种。
三种温度间的换算关系为:
摄氏温度=5/9×
(华氏温度-32)=绝对温度-273.16
华氏温度=9/5×
(摄氏温度+32)=9/5(绝对温度-273.16)+32
绝对温度=摄氏温度+273.16=5/9(华氏温度-32)+273.16
①临界温度
临界温度是指当某气体的温度降低到某一温度以下时,对其施加压力才能使其液化。
也就是说临界温度是气体以液态状态出现的最高温度。
临界温度通常用TC表示。
在临界温度以上,只能处于气体状态。
气体的临界温度越高就越容易液化;
其温度比临界温度越低,液化所需的压力就越小。
对于已经液化的物质,一旦温度升至临界温度,就会由液态迅速转化为气态。
②设计温度
设计温度是指压力容器在正常工作条件下,在相应的设计压力下容器表壁或受压元件可能达到的最高或最低温度。
③工作温度
工作温度是指在正常工作条件下容器内介质物料的温度。
1.5.3压力容器的常用介质及其特性
压力容器操作使用中,压力容器内盛装各种各样的介质,其中不少介质往往具有有毒和易燃、易爆的特性,且多以气体或液体状态存在,极易发生泄漏和挥发,尤其在生产过程中,工艺生产条件苛刻,一旦操作失误或因设备失效,极易发生中毒和火灾爆炸事故。
介质易燃性
⑴燃烧及燃烧的条件
①可燃物:
凡是能与空气中的氧或其他氧化剂发生燃烧反应的物质。
如汽油、液化石油气等
②助燃物:
凡是能帮助和支持燃烧的物质。
如氧、卤
③着火源:
凡是能引起可燃物质发生燃烧的热能源。
如:
明火、摩檫、撞击、高温发热、点火花等。
在某些情况下,要求可燃物和助燃物达到适当的比例,着火源必须具有一定的能量,否则,即使三个条件同时具备,燃烧也不能发生。
对于正在进行的燃烧,若消除其中任何一个条件,燃烧便会终止。
⑵爆炸极限
可燃气体、可燃液体的蒸汽或可燃粉尘与空气混合达到一定浓度时,遇到火源就会发生爆炸,这个遇到火源能够发生爆炸的浓度范围,称为爆炸极限。
爆炸极限通常用其在空气中的体积百分比(%)表示,可燃粉尘则以毫克/升表示。
可燃气体或可燃液体的蒸汽在空气中刚刚达到可以使火焰蔓延的最低浓度,称为该介质的爆炸下限;
达到可以使火焰蔓延的最高浓度,称为爆炸上限。
爆炸上限和下限之间的范围称为爆炸范围。
如果可燃气体在空气中的浓度低于爆炸下限,因含有过量空气,即使遇到火源也不会发生爆炸;
相反,可燃气体在空气中的浓度高于爆炸上限,因空气不足,也不会发生爆炸。
易燃介质
易燃介质是指其气体或液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物,且其爆炸下限小于10%,,或者爆炸上限和下限之差大于、等于20%的介质。
⑶闪点
闪点是指标准条件下液体挥发的蒸汽与空气混合物可被点燃的最低温度。
①可燃液体:
指闪点高于45℃的液体。
如35号轻柴油、重柴油、甘油等。
②易燃液体:
指闪点低于或等于45℃的液体。
如液化石油气、原油、汽油等。
⑷防止介质燃烧爆炸的措施
Ⅰ火源控制
①着火源是引起压力容器着火爆炸的直接原因。
压力容器的常见着火源除生产过程本身的燃烧炉火、反应热、点火花外还有检修动火、撞击火花、静电火花、机械摩檫等。
②明火控制加热易燃介质时应避免采用明火,可采用蒸汽、热水、中间热载体或电加热等间接加热。
③摩檫与撞击火花控制
④高温表面火源控制
⑤电器火花控制
Ⅱ防止介质泄露对易燃易爆介质的压力容器,要按照压力容器的规定,投用前应严格进行气密性试验,按规定进行定期检验,并制定应急救援措施.
易燃易爆介质的压力容器,在安装检修方便的前提下,应尽量减少法兰连接。
⑸常用介质及其特性
①按气体的燃烧性质进行分类:
易燃气体(如甲烷)、助燃气体(如氧气)、不可燃气体(如氩气)
②按气体的毒性:
剧毒气体、有毒气体、无毒气体
③按气体的临界温度:
压缩气体、高压液化气体和低压液化气体
我国规定临界温度低于-10℃的气体为压缩气体。
液化气体根据临界压力和环境温度的变换,存在两种情况:
第一种是临界温度高于环境温度的气体,这些气体冲装入容器后始终保持气、液两相平衡状态,其压力为所冲装的气体在相同温度下的饱和蒸汽压。
第二种是临界温度处于环境温度变化范围之内的气体,这些气体冲装入容器后,会随环境温度的变化而发生相变,可以使气、液两相共存,也可以是单一的气相,其压力取决于冲装量和温度。
溶解气体
我国目前的溶解气体只有乙炔一种。
纯净的乙炔是无毒的。
乙炔临界温度是35.7℃,临界压力为61.58MPA,在空气中的爆炸极限为2.5%-82%。
在纯氧中的爆炸极限为2.3%-93%。
压力容器分类
①按使用位置分:
固定式压力容器
移动式压力容器
②按设计压力分类:
低压容器0.1MPA≤P<1.6MPA
中压容器1.6MPA≤P<10MPA
高压容器10MPA≤P<100MPA
超高压容器P>100MPA
③按工艺作用分类:
反应容器
换热容器
分离容器
储存容器
④按安全监察管理分类:
一类容器
二类容器
三类容器
⑤按压力容器壁厚分类:
薄壁容器
厚壁容器
⑥按压力容器内外表面受压方式分:
内压容器
外压容器
⑦按压力容器的设计温度分:
低温容器设计温度≤-20℃
常温容器设计温度大于-20℃-200℃
中温容器设计温度大于200℃-450℃
高温容器设计温度大于450℃
⑧按压力容器的制造方式分:
焊接容器、锻造容器、铸造容器、多层包扎容器、
⑨按压力容器的制造材料分:
钢制容器、铝制容器等
⑩按压力容器的形状分类:
球形容器、圆筒形容器、箱形容器
二压力容器的基本结构
1压力容器的结构形式:
1.1球形容器
球形容器的本体是一个球壳,一般直径较大。
球形容器主要由球壳、支柱和部分辅助设施组成。
其中球壳大多数由若干块预先按一定尺寸压制成型的球壳板拼焊而成,球壳分为若干带,每带由若干球片组成。
球形容器的壳体是中心对称结构,应力分布均匀。
当压力和直径相同时,球壳体应力是圆筒形壳体应力的一半。
因而球形容器在压力载荷相同的情况下所需板材厚度最小,同时球形壳体的表面积要比容积相同的圆筒形壳体小,所以可节省大量材料(与同压力同容积的圆筒形容器相比,可节约材料30%-40%)
但球形容器制造工艺较复杂,焊接质量要求高,内部工艺附件的安装比较困难,一般作为储存容器,由于表面积小可以减少隔热材料或减少热传导,因而广泛应用于大型液化气、压缩氮气、氧气等的储存。
1.2圆形截面容器
圆形截面容器是最常用的一种压力容器,圆形截面容器主要是圆筒形容器。
圆筒形容器制造工艺较简单,便于内部工艺附件的安装和工作介质的流动,因而广泛用作反应、换热和分离容器。
圆筒形容器一般采用焊接结构,一般由筒体和两端的封头、支座等组成。
圆筒形容器是轴对称结构,受力分布比较均匀,受力条件虽不如球形容器,但比其他结构形式要好的多。
此种结构没有形状突变,不会因形状产生较大的附加应力。
锥形封头的圆筒形容器
锥形封头的圆筒形容器一般是由圆形筒体与锥形体组合而成的组合结构。
由于锥体与圆筒体连接处结构不连续,产生较高局部应力,锥体的锥角大小也直接关系到容器受力状况,因而这类容器通常是生产工艺有特殊要求时使用,如有结晶或粒状物料需排出等。
2压力容器的主要受压元件和部位
压力容器的主要受压部件包括:
筒体、封头、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250MM的接管和管法兰作为主要受压元件。
2.1筒体
筒体一般都是圆柱形,可以由一节或多节圆柱形筒节组成。
筒体按其结构可以分为整体式或组合式两大类。
整体式筒体的器壁是一层完整的材料。
其结构形式有单层卷焊式筒体、整体锻造式筒体。
组合式筒体形式主要有多层包扎式筒体、多层热套式筒体、多层卷绕筒体等。
(对于焊接的圆筒体,公称直径指筒体的内径,无缝钢管制造的圆筒体,公称直径指筒体的外径)
夹套容器的筒体由两个大小不同的内外圆筒组成,两圆筒用环形板焊接相连,中间形成夹层空间,用以通入加热或冷却的介质。
夹套容器的外圆筒与一般承受内压得容器一样,而内圆筒则是一个承受外压得壳体。
2.2封头
凡是与筒体采用焊接连接而不可拆的称为封头,而与筒体以法兰连接可拆的称为端盖。
封头按形状可分为:
凸形封头、锥形封头、平板封头
2.2.1凸形封头
是压力容器广泛采用的封头结构形式。
凸形封头包括半球形封头、碟形封头、椭圆形封头和无折边球形封头。
2.2.2半球形封头:
实际上是一个半球体,优点是受力时强度最大,在相同直径及相同压力下所需的厚度最小。
缺点是制造较困难,除用于压力较高、直径较大的储罐和有其他特殊要求的容器外,一般很少采用。
2.2.3椭圆形封头:
由半椭球体及圆筒体两部分组成。
由于其曲率半径连续变化,受力状况较均匀。
2.2.4碟形封头:
它由几何形状不同的三个部分组成,中央为球面体,与筒体连接的部分为圆筒体,球面体与圆筒体用过渡圆弧连接,因过度圆弧半径远小于球体半径,因而其受力状况较差。
2.2.5锥形封头:
如果介质中含有颗粒状、粉末状物质或为粘稠液体的容器,为便于物料汇集或卸料,容器底部常采用锥形封头。
2.3阀门
压力容器及管道的常用阀门按综合作用原理和结构形式可以分为:
闸阀、介质阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、节流阀、止回阀、安全阀、减压阀等。
2.4典型压力容器的操作要点:
储存容器的操作要点:
严格控制温度、压力
严格控制液位
控制明火
控制电火花
控制静电的产生
杜绝容器及管道的泄漏
三压力容器的安全装置
压力容器的安全装置主要包括:
安全阀、爆破片、紧急切断装置、压力表、液面计、测温仪表、快开门式压力容器的安全连锁装置。
按照安全装置的功能作用,压力容器的安全装置可以分三类:
ⅰ泄压装置
ⅱ控制装置
ⅲ计量显示装置
1安全阀的维护使用:
①经常保持清洁,防止阀体弹簧等被油垢污染或锈蚀;
②经常检查安全阀的铅封是否完好;
③认真检查安全阀是否有泄露及温度过低时有无冻结的可能;
④安全阀必须实行定期校验制度,每年至少校验一次。
校验合格后,应注明下次校验日期,并加铅封;
⑤安全阀的开启压力不得超过容器的设计压力,一般为最高工作压力的1.1倍;
2压力表的使用维护:
2.1压力表是重要的安全装置,安装前应进行校验。
校验和维护应符合国家计量部门的有关规定。
压力表的定期校验应由国家法定的计量检验单位进行。
经调校的压力表应该在刻度盘上划出指示最高工作压力的红线,并注明下次校验日期。
压力表校验合格后应加铅封。
2.2压力表的连接管要定期吹洗以免堵塞,表盘应保持洁净、明亮,使指针指示的压力清晰可见。
2.3凡发生下列情况,压力表应停止使:
①有限止钉的压力表,在无压力时,指针不能回到限止钉处;
无限止钉的压力表,在无压力时,指针距零位的数值,超过压力表的允许误差。
②表盘封面玻璃破裂或表盘刻度模糊不清。
③封印损坏或超过校验有效期限
④表内弹簧管泄漏或压力表指针松动
⑤其他影响压力表准确指示的缺陷
四压力容器运行中的安全操作
1压力容器安全操作的一般要求:
1.1压力容器操作人员必须取得质量技术监督部门颁发的特种设备作业证后,方可独立操作压力容器
1.2压力容器操作人员应该做到:
熟悉本岗位的工艺流程;
熟悉容器的结构、类别、主要技术参数和技术性能;
严格按操作规程操作;
掌握处理一般事故的方法;
认真填写有关记录
1.3压力容器要平稳操作,尽量避免温度、压力的频繁和大幅度波动。
压力容器开始加载时,速度不宜过快,特别是承受压力较高的容器,加压时需分阶段进行并在各阶段保持一定时间后再继续增加压力,直至加到规定压力。
高温容器或工作温度较低的压力容器,加热或冷却时都要缓慢进行,以减小容器壳体温差应力。
间断操作的容器会造成温度、压力的大幅度变化,操作时应力求缓慢进行。
对于有衬里的容器,若降温、降压速度过快,就有可能造成衬里的鼓包;
对固定板式换热器,温度达幅度急剧变化,会导致管子与管板的连接部位受到损伤。
1.4严格控制工艺参数,严禁容器超温、超压运行。
为防止由于操作失误而造成容器超温超压,可实行安全操作挂牌制度或设置连锁装置,容器装料时应避免过急过量;
使用减压装置的压力容器应密切注意减压装置的工作状况;
液化气体严禁超量装载,并防止意外受热;
随时检查容器安全附件的运行情况,保证其灵敏可靠。
1.5严禁带压拆卸压紧螺栓
1.6坚持容器运行期间的巡回检查,及时发现操作中获容器上出现的异常状态,并采取相应的措施进行调整或消除
1.7了解操作容器的危险点,熟悉紧急情况处理方法,正确处理紧急情况
2压力容器运行中工艺参数的控制
压力容器运行中工艺参数的控制主要是指对压力、温度、液位、物料配比、介质腐蚀性、交变载荷等的控制
2.1压力和温度控制
压力和温度是压力容器使用过程中的两个主要工艺参数。
压力的控制要点主要是控制容器的操作压力不超过最高工作压力;
对经检验认定不能按原铭牌上的最高工作压力运行的容器,应按专业单位所限定的最高工作压力范围使用,防止超压超温。
温度的控制是介质或反应物在压力容器中的主要控制参数之一。
温度过高可能会导致剧烈反应而使鸭梨剧增,可能引起爆炸,或反应物的分解着火等事故。
同样过高的温度也会使容器材料的力学性能下降,容器容易产生变形。
温度过低可能使反应速度减慢或停止,当回复到正常温度时,往往会应物料过多而发生剧烈反应,引起爆炸。
温度过低还会使某些物料冻结,造成管路堵塞或破裂,致使易燃物料泄露而发生火灾或爆炸。
2.2投料控制
对于放热反应的容器,投料量与投料速度不能超过容器的传热能力,否则物料的温度会急剧升高,引起物料分解、突沸进而引发事故
加料的温度如果过低,往往造成物料积压过量,温度一旦适宜便会发生急剧反应,加之热量不能及时导出,温度、压力将超出正常值,造成事故
反应物料的配比应该严格控制,参加反应物料的浓度、流量要正确计算和分析
投料过程中还必须注意投料顺序。
石油化工生产中的投料顺序是按物料的性质、反应机理等要求进行的,有些反应如果不按程序投料,可能发生爆炸
对于反应容器,必须严格按照规定的工艺要求进行投料、升温、升压和控制反应速度,注意投料顺序,严格控制物料配比,并按照规定的顺序进行降温、卸压和出料
2.3充装量的控制
盛装液化气体的容器,应严格按照规定的充装系数进行充装,以保证在设计温度下容器内有足够的气相空间。
因为容器内的液化气体是气、液两相共存,并在一定的温度下达到动态平衡,即容器内的压力取决于容器内的温度。
液化气体的饱和蒸汽压随温度的升降而增减。
盛装液化气体的压力容器的设计压力,是按液化气体在使用过程中可能达到的最高温度所对应的饱和蒸汽压确定的。
如果使用操作中充装过量,会出现以下情况:
由于液化气体的温度随环境温度的上升而上升,液体的比容也相应增加,此时相同重量液化气体的液相就要占据较多的压力空间。
当温度上升到某一数值后,容器内ude压力空间将全部被液相介质所占据。
在这种情况下液化气体充满压力容器后,温度每升高1℃压力将增加十几个大气压。
3压力容器运行中的检查
压力容器运性中的检查内容包括工艺条件和设备状况两个方面
3.1工艺条件方面的检查主要是检查操作压力、操作温度、液位是否在安全操作规程规定的范围内;
检查工作介质的化学成分,特别是那些影响容器安全(如产生应力腐蚀、使压力或温度升高等)的成分是否符合要求。
3.2设备状况方面的检查主要是检查容器各连接部位有无泄漏、渗漏现象;
容器有无明显的变形、鼓包;
容器外表面有无腐蚀、保温层是否完好;
容器及其连接管道有无异常振动、磨损等现象;
支承、支座、紧固螺栓是否完好,基础有无下沉、倾斜;
重要阀门的启、闭与挂牌是否一致,连锁装置是否完好。
安全装置方面的检查主要是检查安全装置以及与安全有关的器具(如温度计、计量用的衡器及流量计等)是否保持良好状态。
如压力表有无泄漏或堵塞现象,同意系统上的压力表读数是否一致;
弹簧式安全阀是否有生锈,被油污粘住等情况;
杠杆式安全阀的重锤是否有移动的迹象;
检查安全装置和计量器具的表面是否被油污或杂物侵盖,是否达到防冻、防晒和防雨淋的要求。
检查安全装置和计量器具是否在规定的使用期限内,其精度是否符合使用要求。
4压力容器停止运行
压力容器停止运行有正常停止运行和紧急停止运行两种情况。
压力容器停止运行的操作包括:
泄放容器内的气体或其他物料,使容器内压力下降,并停止向容器内输入气体或其他物料。
对于系统中连续生产的压力容器,停止运行时必须做好与其他有关岗位的联系工作。
4.1正常停止运行
由于压力容器及设备按有关规定要进行定期检验、检修、技术改造、或因能源、原料供应不及时,或内部填料定期处理、更新,或因工艺需要采取间歇式操作方法等正常原因而停止运行,均属正常停止运行。
正常停运过程中应注意以下事项:
⑴编制停运方案
压
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