压力容器操作.docx

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压力容器操作

一压力容器基础知识

1压力容器的基本概念:

1.1压力容器的定义

按照国务院在2003年颁布的《特种设备安全监察条例》对压力容器的定义是:

压力容器指盛装气体或液体,承受一定压力的密闭设备。

它可以是一种简单的盛装介质的容器如各种储存容器；也可以作为一台复杂的由外壳和内件组成的化工设备，为各种化工单元操作提供必要的压力空间，如某些结构复杂的反应容器，换热容器等。

1.2压力容器的安全监察范围

压力容器中相对比较容易发生事故，或者存在潜在爆炸危险的危害性较大的容器作为一种特种设备由专门机构进行监察，并按相关的法律法规和规定的安全技术规范进行生产、使用、检验检测和监督检查。

压力容器的检查范围主要从发生事故的可能性和事故危害的严重性来考虑。

一般压力容器发生爆破事故时，其危害的严重程度与压力容器的工作介质、工作压力和容积等因素有关。

工作介质是指容器所盛装的，或在容器中参与反应的物质。

压力容器爆破时释放能量的大小与与它工作介质的物性状态有关。

工作介质是液体的容器，由于液体介质的压缩性很小，因而卸压时介质的膨胀也很小，因此容器爆破时释放的能量相对较小。

而介质是气体的压力容器，因其具有很大的压缩性，所以爆破时，他突然卸压膨胀释放的能量就很大。

但高于标准沸点的饱和液体和沸点低于常温的液化气体在容器内只是由于压力较高才成液态，如果容器破裂，容器内的压力下降，这些饱和液体立即成过热状态，并立即蒸发气化，体积急剧膨胀，发生所谓蒸汽爆炸，其释放的能量要比同体积、同压力的饱和蒸汽大的多，所以从介质的物性状态考虑，压力容器的工作介质应包括气体、水蒸气、液化气体和工作温度高于其标准沸点的饱和液体。

一般情况，工作压力越高，或者容器的容积越大，容器爆破时释放的能量也越大，事故的危害性也越严重。

按照《条例》的规定：

压力容器的范围规定为：

最高工作压力大于或者等于0.1MPA（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5Mpa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的固定式容器和移动式容器；盛装工称工作压力大于或者等于0.2Mpa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0Mpa·L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃的气瓶；氧舱等。

根据国家质量技术监督局1999年颁布，2000年1月1日开始实施的《压力容器安全技术监察规程》规定，只有同时具备下列三个条件的压力容器才属于其监察范围：

⑴最高工作压力大于等于0.1MPA（不包括液体静压力）；

⑵内直径大于等于150MM，且容积大于等于0，025M3；；

⑶盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体；

1.3压力容器的压力来源

压力容器的压力主要有以下几种来源：

⑴来自于外部的由压缩机或泵产生的压力，此时容器中介质的工作压力取决于压缩机或泵出口的压力；

⑵来自于外部的由蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力，此时容器中介质的工作压力取决于蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力或减压后的蒸汽压力；

⑶来自于容器内部由液化气体蒸发产生的压力（如液化气体储罐、液化气体钢瓶），此时压力容器中压力取决于储存温度下，液化气体的饱和蒸汽压。

液化气体的类型不同，操作温度不同，其对应的饱和蒸汽压也不同。

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