压力容器的安全管理与运行基础知识

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1、压力容器的安全管理与运行基础知识第一节 压力的一般概念一、压力垂直均匀作用在单位面积上的力，称为压强，人们常把它称为压力，用符号“P”表示。压力的单位是牛顿/平方米，即表示将1牛顿的力均匀垂直地作用在1平方米的面上所产生的压力，又称为帕斯(Pa)，简称帕。由于“帕”这个单位太小，因而常用“兆帕”（MPa）作为压力的基本单位。即1MPa=106Pa。1巴=1.02 kgf/cm2 0.1MPa 工程上过去习惯用的压力单位是千克/厘米2（Kgf/cm2）。压力的工程单位与法定计量单位之间的换算关系为：1MPa=10.2kgf/cm21 Kgf/cm2=0.0981MPa0.1MPa二、压力的测量压

2、力的测量有两种标准方法，一种叫绝对压力，即以压力等于零作为测量起点。一种叫相对压力，即以当时当地的大气压力作为测量起点，也就是压力表测得的数值，所以相对压力也称为表压力，绝对压力和表压力之间的关系可用下式表述：P绝=P表+P大气因为我们地区大气压力近似等于0.1MPa。故P绝P表+P大气三、压力容器的压力来源压力容器的压力来源可分为两大类四个方面。第一类，气体的压力是在器外产生的。特点：压力源在器外产生：这类压力容器可能达到的最高压力一般限于保持和控制压力源出口的气体压力的大小。包含两个方面：（1）空压机、冷冻机产生的气体压力（2）蒸汽锅炉产生的气体压力第二类，气体的压力是在器内产生的。 压力

3、源在器内产生。包含两个方面（1）物理变化（如：液化气体压力容器随温度升高压力增大现象）（2）化学反应（反应类压力容器物料发生化学反应后，压力升高现象）四、工作压力是指在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）。 五、设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。六、最大允许工作压力 是根据容器的有效厚度计算得到的容器实际可承受压力。七、计算压力 指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，并且应当考虑液柱静压力等附加载荷。八、试验压力指压力容器在压力试验时，容器顶部的压力。（固定式压力容器:液压，1.25倍的设计压力，压力容器铭牌上规

4、定的最大允许工作压力（对在用压力容器为工作压力）；气压，1.10倍的设计压力或压力容器铭牌上规定的最大允许工作压力（对在用压力容器为工作压力）。移动式压力容器：液压，1.5倍的设计压力；气压，1,15倍的设计压力。）第二节 温度的一般概念一、温度及温度的测量仪器温度是表示物体冷热程度的物理量，它是对物质分子平均动能的度量，所以温度是物体内部拥有能量的表示。温度的测量仪器叫做温度计、常见的有水银温度计，酒精温度计，电阻温度计，热电偶温度计等。二、温度的表示方法摄氏温标是将在标准大气压下水的结冰温度（冰点）定为0度，把水的沸腾（沸点）温度定为100度，在两者之间等分成100格，每一格即为1度，故称

5、百分温度，用符号“”来表示。华氏温标是将在标准大气压下水的冰点定为32度，沸点定为212度，两者等分成180格，每格作为1度，用符号“F”表示。绝对温标（开氏温标）是以水的三相点（即冰、水和水蒸汽三相平衡共存时的温度定为273.16K，其分度法与摄氏温标相同，即在摄氏温标相差一度时开氏温标也相差一度，用符号“K”（开尔文）表示，开氏温度又称热力学温度或绝对温度。三种温标之间的互换关系式：摄氏温标=5/ 9 （华氏温标-32）= 开氏温标 273.16华氏温标 =9/5 摄氏温标 + 32=9/5 （开氏温标出- 273.16）+32开氏温标 = 摄氏温标 +273.16=5/ 9 （华氏温标-

6、 32）+273.16专业名词解释：（1）金属温度：指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下，元件金属的表面温度不得超过钢材的容许使用温度。（2）设计温度：指容器在正常操作情况和在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。容器设计温度（即标注在容器铭牌上的设计温度）不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度；对于0以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。（3）试验温度：指压力试验时，容器壳体的金属温度。第三节 压力容器的含义及分类一、压力容器的含义压力容器从广义上讲应该包括所有承受压力的密闭容器。但我们所指的压力容器只是其中的一部分，即为固定式压力容器安全技术监察规

7、程、移动式式压力容器安全技术监察规程所辖范围内的压力容器。因为这部分压力容器事故率高，特别是事故破坏性大，损失严重。所以，各级特种设备安全监察机构加强了对压力容器生产（设计，制造、安装、修理、改造）销售、检验的个环节的监督检查，以确保压力容器安全运行。特种设备安全监察条例对压力容器的定义：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其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2.5MPaL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液体的固定式容器和移动式容器；盛装公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

8、于或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。 压力容器包括：固定式压力容器、移动式压力容器、气瓶、氧舱四类。二、固定式压力容器安全技术监察规程管辖范围内的压力容器：第二条 固定式压力容器是指安装在固定位置，或者仅在使用单位内部区域使用的压力容器，本规程适用于同时具备下列条件的固定式压力容器（以下简称压力容器）(一)工作压力大于或者等于0.1MPa（表压，不含液体静压力，下同）；（注1）(二)设计压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL；(注2)(三)盛装介质为气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。 第三条 超高压压力容器应当符合超高

9、压压力容器安全技术监察规程的规定；非金属压力容器应当符合非金属压力容器安全技术监察规程的规定；简单压力容器应当符合简单压力容器安全技术监察规程的规定。第四条 本规程适用范围内的下列压力容器，只需要满足本规程第三章、第四章和第五章的有关规定：（第三章设计、第四章制造、第五章安装、改造、维修与使用管理）(一)容积小于0.025m的压力容器；(二)深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力容器、铝制板翅式热交换器；(三)螺旋板换热器、钎焊板式热交换器；(四)水力自动补气气压给水（无塔上水）装置中的气压罐，消防装置中的气体或气压给水（泡沫）压力罐；(五)水处理设备中的离子交换或过滤用压力

10、容器、热水锅炉用膨胀水箱；(六)电力行业专用的全封闭式组合电器（电容压力容器）；(七)橡胶行业使用的轮胎硫化机及承压的橡胶模具。第五条 本规程适用范围内压力容器所用的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液位计、测温仪表等安全附件也应当满足本规程的要求。第六条 压力容器的主要受压元件包括筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36 以上的设备主螺柱及公称直径大于等于250mm的接管和管法兰。本规程适用范围内的压力容器除本体外还包括：(一)压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一道环向焊接接头的焊接坡口、螺纹连接的第

11、一个螺纹接头、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面；(二)压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件；(三)非受压元件与压力容器本体连接的连接焊缝。第七条 本规程不适用于下列压力容器：(一)核装置中直接接受辐射的压力容器、安装在船舶和铁路机车上的压力容器、国防或军事装备用的压力容器、真空下工作的压力容器（不含夹套压力容器）、锅炉安全技术监察规程适用范围内的直接受火加热的设备（例如以余热利用为目的的烟道式、复合式余热锅炉等）。(二)正常运行最高工作压力小于0.1MPa 的压力容器（包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力大于等于0.1MPa的压力容器）。(三)机器上非独立的承压部

12、件（包括压缩机、发电机、泵、柴油机的气缸或承压壳体等）。(四)可拆卸垫片式板式热交换器（包括半焊式板式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。三、压力容器的分类压力容器分类的方法很多，主要分类方法有：1、按使用位置分按容器的使用位置可分成两大类，即固定式压力容器及移动式压力容器（如液化气罐车）。固定式容器，有固定的安装和使用地点，一般不单独装设，而是用管道与其他设备相连，工艺条件及操作人员相对固定；而移动式容器无固定的安装、使用地点。2、按设计压力分类按设计压力P的高低，容器可分为低压、中压、高压及超高压四个等级。其划分的范围及代号见表163、按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分类按压力容器在

13、生产工艺过程中的作用原理，可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器及储存压力容器四种。具体划分如下：（1）反应压力容器（代号R）：主要用于完成介质的物理、化学反应的压力容器。如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。（2）换热压力容器（代号E）：主要是用于完成介质的热量交换的压力容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热锅、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。（3）分离压力容器（代号S）：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气

14、体净化分离等的压力容器。如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。（4）储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：主要是用于盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等的压力容器。如各种形式的储罐。需要说明的是一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。4、按容器壁厚分类按容器壁厚可分为薄壁容器及厚壁容器两种。容器壁厚小于等于容器内径的1/10者为薄壁容器，容器壁厚大于容器内径的1/10者为厚壁容器，或按下列公式计算：K = D0 / D1 式中D0、D1分别为容器的外径（mm）和内径（mm）。当K1.2时为

15、薄壁容器；当K1.2时为厚壁容器。5、按容器的制造材料分类按容器的制造材料的划分见表17金属压力容器包括： 6、按压力容器工作温度分类按压力容器工作温度可分为低温容器、常温容器及高温容器三种。7、按压力容器等级、品种及介质的危害程度分类固定式压力容器安全技术监察规程对压力容器的分类：附件 A 固定式压力容器的分类 一、固容规P38-40内容、二、分类划分软件的介绍第四节 压力容器的介质分类及特性一、介质分类1、按易燃程度分类（1）爆炸极限可燃气体，可燃液体蒸汽或可燃粉尘与空气组成的混合物，并非任何混合比例下都可以爆炸，而是在固定浓度范围内，不同可燃物有不同的固定浓度范围。这一固定范围通常叫该物

16、质的爆炸范围或爆炸极限，通常用可燃气体，可燃液体蒸汽、或可燃物粉尘在空气中的体积百分数表示。能够产生爆炸的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度为爆炸上限。爆炸极限的数值越宽，爆炸下限越低，爆炸危险性越大。（2）最小点火能最小点火能是指能引起爆炸性混合物燃烧爆炸时所需的最小能量。最小点火能数值愈小，说明该物质愈易被引燃。（3）闪燃与闪点可燃液体饱和蒸汽与空气的混合物在火焰接触时，能闪出火花，发生瞬间燃烧，这种现象称为闪燃，引起闪燃时的温度称作闪点。闪点愈低，该化学品愈易引起燃烧与爆炸。（4）燃点（着火点）可燃物质在空气充足条件下，达到某一温度与火焰接触即行着火，并在移去火焰之后仍能继续燃烧的最低温度称

17、为该物质的燃点或着火点。（5）易燃介质易燃介质是指与空气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%的气体。如一甲胺、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、环丙烷、氢、丁烷、三甲胺、丁二烯、丁烯、丙烷、丙烯、甲烷、半水煤气、一氧化碳等均为易燃介质。2、按毒性程度分类压力容器中化学介质毒性程度参照GB50441985职业接触性毒物危险程度分级、HG206602000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类标准的规定，无规定时，按下述原则确定毒性程度：（1）极度危害（级）最高允许浓度0.1mg/m3 （2）高度危害（级）最高允许浓度0.11.0mg/m3 （3）中度危害（级）最高允许

18、浓度1.010mg/m3（4）轻度危害（级）最高允许浓度10mg/m33、 介质危害性介质危害性指设备在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触、发生爆炸或因泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性危害程度和爆炸危害程度表示。 毒性程度：综合考虑急性毒性和最高容许浓度。极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3；高度危害最高容许浓度0.11.0 mg/m3; 中度危害最高容许浓度1.010.0mg/m3; 轻度危害最高容许浓度大于等于10.0 mg/m3。 易燃介质：指气体或液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于等于20%。4.压力容

19、器中常用气体的分类1、永久气体：临界温度小于-10的气体。（氧气、氢气、氮气、惰性气体、一氧化碳、甲烷等）2、液化气体：临界温度大于或等于-10的气体，包括高压液化气体和低压液化气体。高压液化气体临界温度大于或等于-10，且等于或小于70的气体。（二氧化碳、乙烷、乙烯）。低压液化气体临界温度大于70的气体。（氯气、氨、氟利昂、液化石油气等）3、溶解气体：在压力下溶解于瓶内溶剂中的气体。（乙炔）。二、压力容器内常见介质的特性化工生产中压力容器内的介质种类繁多。这些介质中间不少是具有易燃、易爆、有毒、有害的特性。尤其是化工生产一般在高温、高压、深冷、真空等特殊条件下进行的，这些介质会随着工艺条件或

20、外部环境的改变而变化，极易超温、超压、喷出、泄漏等，造成火灾、爆炸事故。因此，压力容器操作人员应该了解和熟悉本岗位压力容器内介质的特性，这对于压力容器的安全运行和事故防范是很重要的。在此简要介绍几种常见介质的特性。1、氢气（H2）沸点：-252.8；自燃点：在空气中570，在氧气中560；爆炸极限：空气中474.5%，氧气中494%。氢是无色、无嗅、无味的易燃易爆气体，是一种窒息气体，还是一种强的还原剂，可与许多物质进行化学反应，生成各种氢化物。2、氨（NH3）沸点：-33.35；自燃点：在空气中651爆炸极限：空气中1527%，氧气中1479%。中毒浓度0.2mg/L。氨是一种无色有强烈刺激

21、性臭味的气体，故泄漏时，易于察觉。氨能刺激人的眼睛和呼吸器引起流泪、剧烈咳嗽，使呼吸道粘膜充血发炎，对人体有较大的毒性。3、硫化氢（H2S）沸点：-60.35；自燃点：260；爆炸极限：空气中444%硫化氢是一种具有恶臭味的有害气体，有剧毒。空气中硫化氢含量1mg/L时，可使人立即中毒，继而痉挛，失去知觉而迅速死亡。硫化氢也是一种可燃气体。硫化氢与氧化剂会引起危险的化学反应，甚至发生爆炸。4、环氧乙烷（C2H4O）沸点：10.3；自燃点：在空气中430，闪点17.8；爆炸极限：在空气中3100%。环氧乙烷与空气混合能形成爆炸混合物，遇明火、高热能引起燃烧、爆炸。环氧乙烷有毒，有对中枢神经抵制作

22、用，对皮肤、粘膜刺激等作用。环氧乙烷易产生静电。5、甲胺（CH5N）沸点：-6.4；自燃点：在空气中430，闪点0；爆炸极限：在空气中4.9520.75%。甲胺对眼和呼吸道的刺激强烈，经常吸入引起中枢神经麻痹，空气中最高允许浓度为5mg/m3。6、甲醇（C2H5OH）沸点：64.8；自燃点：在空气中385，闪点11.11；爆炸极限：在空气中6.736.0%。甲醇有毒，误饮入可使视力丧失，甚至死亡。空气中最高允许浓度为50mg/m3。7、苯（C6H12）沸点：80.1；自燃点：在空气中562.2，闪点-11；爆炸极限：在空气中1.37.1%。苯易挥发，有毒，空气中最高允许浓度为80mg/m3。8

23、、氯气（Cl2）密度（标准状态下）：3.214Kg/m3；沸点：-34.6；熔点：-120氯气是一种草绿色带有刺激性嗅味且毒性强的气体。氯是活泼的化学元素，容易和其它化学元素结合：遇水生成盐酸及次氯酸。9、甲醛（CH2O）沸点：-19.44；闪点85度；自燃点：430，；爆炸极限：7.07.3%。甲醛具有腐蚀性，刺激性和窒息性，吸入大量会急性中毒，空气中最高允许浓度为3mg/m3。10、乙醇（C2H5OH）沸点：78.32；闪点12.78；自燃点：423，；爆炸极限：3.319.0%。乙醇易燃,工业乙醇中含有其它有毒物质,一次饮用含有50100g乙醇的酒会中毒,严重时可致死。11、一氧化碳是一种毒性很强的无色易燃气体，在标准状态下密度为1.25Kg/m3,在空气中的爆炸极限为1.25%75%,在氧气中的爆炸极限为15.5%93.3%(对人体危害不易觉察)。12、液化石油气：是由丙烷、丙稀、正丁烷、异丁烷等为主要成份组成的混合物。是一种易燃介质，气态比空气重，其密度为空气的1.52倍。