安全工程 第一章-基礎(chǔ)知識-完成版

鍋爐壓力容器安全工程第一章基礎(chǔ)知識主講教師：吳俊飛1主要教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)知識設(shè)計制造與檢驗破裂形式安全附件定期檢驗使用管理氣瓶安全事故處理與事故分析缺陷評定與風(fēng)險評估技術(shù)2特種設(shè)備鍋爐壓力容器(含氣瓶)壓力管道電梯起重機(jī)械客運(yùn)索道大型游樂設(shè)施3第一章基礎(chǔ)知識第一節(jié)概述

廣義上的壓力容器定義：容器器壁兩邊存在著一定壓力差的所有密閉容器。一、界定1、壓力容器被劃歸為一種特殊設(shè)備進(jìn)行管理，設(shè)立專門機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行監(jiān)督，建立健全各類規(guī)章制度，并要求嚴(yán)格按規(guī)定的規(guī)范進(jìn)行選材、設(shè)計、制造、安裝、使用管理與維修改造和定期檢驗。目前，我國的這一專門的監(jiān)督檢驗機(jī)構(gòu)是國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局。2、壓力容器界定應(yīng)從事故發(fā)生的可能和事故危害的嚴(yán)重性來考慮。一般來說，這種可能性和危害的嚴(yán)重程度與壓力容器的工作介質(zhì)、工作壓力及容積等密切相關(guān)。4

（1）工作介質(zhì)：氣體介質(zhì)比常溫液體介質(zhì)危害性大，其爆破能量要大數(shù)百倍至數(shù)萬倍；另外高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的飽和液體和沸點(diǎn)低于常溫的液化氣體只有在壓力較高時才呈現(xiàn)液態(tài)，若容器破裂，壓力下降，這些飽和液體即呈過熱狀態(tài)，并立即蒸發(fā)氣化，體積積聚膨脹，發(fā)生“蒸汽爆炸”（暴沸）。（2）工作壓力：工作壓力越大，爆炸時釋放能量越大，危害性越嚴(yán)重。（3）容積：容積越大，爆炸時釋放能量越大，危害性越嚴(yán)重。3、我國目前完全納入《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》適用范圍的壓力容器應(yīng)同時具備下列三個條件：

（1）高工作壓力Pw≥0.1MPa（不含液體靜壓）（2）內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）不小于0.15m，且容積≥0.025m3（3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。注：另有8種壓力容器，即使不滿足上述三個條件，也納入《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》適用范圍。5二、應(yīng)用1、石油化工：過程設(shè)備；2、儲運(yùn)：油庫等的儲罐、鐵路和公路槽（罐）車等；3、高壓容器：人造水晶、人造金剛石、高壓萃取、超高壓食品處理、粉末冶金、材料改性等；4、核工業(yè)：核電廠生產(chǎn)裝備中的壓力容器；5、航空航天：大型高空噴氣式飛機(jī)，載人宇宙飛船返回艙等；6、軍事：深水潛艇、導(dǎo)彈、火箭等。678910三、我國壓力容器的管理和監(jiān)察設(shè)計制造選購安裝注冊使用設(shè)計單位需要有設(shè)計資質(zhì)制造單位需要有《壓力容器制造許可證》1、制造單位出示《壓力容器制造許可證》2、提供壓力容器隨機(jī)技術(shù)資料由取得相應(yīng)制造資格的單位或經(jīng)所在地省級安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的安裝單位安裝，并提供《壓力容器安裝交工技術(shù)文件》攜帶有關(guān)技術(shù)資料到當(dāng)?shù)刭|(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局辦理壓力容器注冊登記，領(lǐng)取《壓力容器使用證》1、經(jīng)培訓(xùn)考核的壓力容器操作人員持證上崗2、安全管理人員11第二節(jié)分類

一、一般分類

按容器壁厚：常根據(jù)容器外徑和內(nèi)徑的比值K(K=D0/Di)，將容器分為薄壁容器（K≤1.2）和厚壁容器（K>1.2）。

按殼體承壓方式：內(nèi)壓容器和外壓容器。按容器工作壁溫：高溫容器、常溫容器和低溫容器。按殼體幾何形狀：可分為球形容器、圓筒形容器、方形或矩形容器、錐形容器和組合形容器。按制造方法：焊接容器、鍛造容器、鉚接容器、鑄造容器、有色金屬容器和非金屬容器。按容器安放形式：立式容器和臥式容器。12

從壓力容器的使用特點(diǎn)和安全管理方面考慮，壓力容器一般分為固定式和移動式兩大類。

1、固定式-（1）按壓力等級分類

低壓容器代號為L：0.1MPa≤設(shè)計壓力P<1.6MPa；中壓容器代號為M:1.6MPa≤設(shè)計壓力P<10MPa；

高壓容器代號為H:10MPa≤設(shè)計壓力P<100MPa；超高壓容器代號為U:設(shè)計壓力P≥100MPa。13

（2）按工藝用途分類反應(yīng)壓力容器

代號R：主要用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的壓力容器。如反應(yīng)器、發(fā)生器、反應(yīng)釜、聚合釜、合成塔等。換熱壓力容器代號E：主要用于完成介質(zhì)的熱量交換，達(dá)到生產(chǎn)工藝過程所需要的將介質(zhì)加熱和冷卻的目的。主要工藝過程是物理過程。如各種管式換熱器、板式換熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐、加熱器等。代號S：主要作用是來完成介質(zhì)的流體壓力平衡、緩沖和氣體凈化分離的容器。主要介質(zhì)不參與化學(xué)反應(yīng)。如分離器、吸收塔、分離塔、精餾塔、過濾器、洗滌塔、干燥塔等。代號C，其中球形容器代號為B：主要是盛裝或儲存生產(chǎn)用的原料氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的壓力容器。如各種壓縮氣體或液化氣體儲罐、計量槽、壓力緩沖罐、槽車（鐵路槽車和公路槽車）等。分離壓力容器儲存壓力容器142、移動式

按容積大小及結(jié)構(gòu)形狀可以分為氣瓶和槽（罐）車兩大類。（1）氣瓶氣瓶是指在正常環(huán)境下(—40～60℃)可重復(fù)充氣使用的，公稱工作壓力為1.0～30MPa(表壓)，公稱容積為0.4～3000L的盛裝永久氣體、液化氣體或溶解氣體的移動式壓力容器。15按工作壓力分類高壓氣瓶高壓氣瓶的工作壓力大于8MPa，多為30、20、15、10、8MPa；低壓氣瓶低壓氣瓶的工作壓力小于5Mpa，多為5、3、2、1.6、lMPa16按容積分類大容積氣瓶氣瓶的容積為V>l00L中容積氣瓶容積為12L＜V≤100L容積為0.4L＜V≤12L小容積氣瓶17按盛裝介質(zhì)的特性、用途或結(jié)構(gòu)形式分類永久氣體氣瓶永久性氣體是指臨界溫度低于-l0℃，常溫下呈氣態(tài)的氣體，如氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒖諝?、一氧化碳?xì)饧岸栊詺怏w。一般在較高壓力下充裝,是為了增加氣瓶單位容積裝氣量。常見的充裝壓力為15、12.5MPa，也有20、30MPa的。液化氣體氣瓶液化氣體是指臨界溫度等于或高于-10℃的各種氣體，它們在常溫、常壓下呈氣態(tài)，而經(jīng)加壓和降溫后變?yōu)橐后w。有的臨界溫度較高，如硫化氫、氨、液化石油氣等,充裝壓力一般不超過10MPa，這類氣瓶稱為低壓液化氣體氣瓶。有的液化氣體的臨界溫度較低、在-l0℃＜T＜70℃，如二氧化碳?xì)狻⒁蚁┑?，充裝壓力較高，一般在12.5～15MPa，這類氣瓶常稱為高壓液化氣體氣瓶。是專門用于盛裝乙炔的氣瓶。由于乙炔氣體極不穩(wěn)定，特別是在高壓下，很容易聚合或分解，液化后的乙炔，稍有振動，即會引起爆炸。必須把乙炔溶解在溶劑(常用丙酮)中，瓶內(nèi)充滿多孔物質(zhì)(如硅酸鈣多孔物質(zhì)等)作為吸收劑。為了增加乙炔的充裝量，乙炔氣是以加壓方式充裝的。溶解乙炔氣瓶其他氣瓶指盛裝介質(zhì)特性、制造工藝、結(jié)構(gòu)形式，使用要求等不同于上述三類氣瓶。主要類型有混合氣體的無縫、焊接氣瓶，低溫絕熱氣瓶，纖維纏繞氣瓶和非重復(fù)充裝氣瓶。第一講到該頁,2007,11,718二、按安全的重要程度分類1、介質(zhì)的危險程度介質(zhì)在壓力容器發(fā)生事故時的危害程度介質(zhì)的物理、化學(xué)特性介質(zhì)是否易燃、易爆或有毒易燃介質(zhì)指與空氣混合的爆炸下限不高于10%，或爆炸上限和下限之差值不低于20%的氣體。如：乙烷、乙烯、氯甲烷、環(huán)氧乙烷、氫、甲烷、丙烯、丙烷、一甲胺等2007,11,10開始19介質(zhì)的毒性程度按其最高容許濃度的大小分為四級。參照GB5044《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》極度危害級Ⅰ級：最高容許質(zhì)量濃度小于0.1mg/m3高度危害級Ⅱ級:最高容許質(zhì)量濃度0.1-1.0mg/m3中度危害級Ⅲ級:最高容許質(zhì)量濃度1.0-10mg/m3如：二氧化硫、氨、一氧化碳、氯乙烯、甲醇等輕度危害級Ⅳ級:最高容許質(zhì)量濃度大于或等于10mg/m3如：氫氧化鈉、四氟乙烯、丙酮氟、氟酸、氫氰酸、光氣、氟化氫、氯等202、壓力容器類別

為有利于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中根據(jù)容器的壓力與容積乘積的大小、介質(zhì)的危害程度以及容器在化工生產(chǎn)中的重要作用，將該規(guī)程適用范圍的容器分為三類：1）第三類壓力容器（代號為Ⅲ）2）第二類壓力容器（代號為Ⅱ）3）第一類壓力容器（代號為Ⅰ）21三、代號標(biāo)記法

壓力容器注冊編號的前三個代號分別是前面分類方法的代號。如：ⅡMS容器類別壓力等級容器用途Ⅰ-第一類壓力容器Ⅱ-第二類壓力容器Ⅲ-第三類壓力容器L-低壓容器M-中壓容器H-高壓容器U-超高壓容器R-反應(yīng)壓力容器。E-換熱壓力容器。S-分離壓力容器。C-儲存容器；B-球形儲罐；LA-液化氣體汽車罐車；LT-液化氣體鐵路罐車22第三節(jié)安全的重要性

一、事故率

事故率：是所要調(diào)查統(tǒng)計的某一類設(shè)備在一定時間內(nèi)所發(fā)生事故次數(shù)與設(shè)備運(yùn)行臺數(shù)（按設(shè)備的臺數(shù)與運(yùn)行年數(shù)乘積進(jìn)行累積）的比值，表示為“次/臺年”。如：某地區(qū)每年運(yùn)行的容器有105臺，在5年內(nèi)共發(fā)生事故5次，則該地區(qū)容器的事故率即為：5/（5X105)=1X10-2次/臺年。從壓力容器發(fā)生事故的危害性出發(fā)進(jìn)行統(tǒng)計，其事故率又分為一般事故率、重大事故率、爆炸事故率等。23

工業(yè)發(fā)達(dá)國家壓力容器總的事故率為10-3-10-4數(shù)量級，爆炸事故率為10-5。我國（1983-1993年），壓力容器爆炸事故率平均為10.3X10-5次/臺年，氣瓶爆炸事故率平均為.0757X10-5次/臺年，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比差距不大，而且有逐年下降的趨勢。24二、事故率高的原因1.技術(shù)條件2.使用管理（1）使用條件比較苛刻（2）容易超負(fù)荷（3）局部應(yīng)力比較復(fù)雜（4）常隱藏有嚴(yán)重缺陷（1）使用不合法：購買無制造資質(zhì)工廠生產(chǎn)的設(shè)備、不注冊；（2）容器雖合法而管理操作不符合要求：操作人員不經(jīng)考核培訓(xùn)，無證上崗；技術(shù)管理人員不懂專業(yè)知識和法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)；（3）壓力容器管理處于“四無”狀態(tài)：無安全操作規(guī)程，無建立壓力容器技術(shù)檔案，無持證上崗操作人員和相關(guān)管理人員，無定期檢驗管理；（4）擅自改變使用條件，擅自修理改造（5）地方政府的安全監(jiān)察管理部門和相關(guān)行政執(zhí)法部門管理不到位25三、事故造成的危害

當(dāng)容器爆炸時，介質(zhì)即卸壓膨脹，瞬時釋放出很大的能量。這些能量產(chǎn)生空氣沖擊波，使周圍的廠房、設(shè)備遭到嚴(yán)重的破壞。

例如，某廠裝在室外的一臺空氣壓縮機(jī)儲氣罐，由于焊接質(zhì)量不良，再加上使用中超壓，結(jié)果在約1MPa下發(fā)生爆炸。爆炸產(chǎn)生的沖擊波將附近廠房的磚墻摧毀，整座廠房80％以上玻璃被震碎。沖擊波不但破壞建筑物及設(shè)備，還會直接傷人。輕的可以震裂耳膜，重的往往傷及內(nèi)臟。如有的人因肝被震傷而造成昏迷，甚至還會造成粉碎性骨折而死亡。如果容器是脆性破裂，或者是由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生爆炸，還會產(chǎn)生爆破碎片，特別是化學(xué)反應(yīng)爆炸，常使容器發(fā)生粉碎性破裂。大量的碎片飛出，擊傷周圍的人員或設(shè)備。如某廠的高壓容器發(fā)生爆炸，容器殼體全部碎成鐵塊飛出，一般距離為400～500m，最遠(yuǎn)的達(dá)1500m。致使周圍的人被碎片擊傷或致死，甚至禍及廠外行人，造成重大人身傷亡事故。事例沖擊波陣面上的超壓△P(MPa):△P=0.02-0.03,對人體造成輕微損傷；△P=0.03-0.05，聽覺器官損傷或骨折；△P=0.05-0.1，內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡；△P>0.1,大部分人員死亡。26

容器爆破以后，容器內(nèi)介質(zhì)外泄，還會引起一系列的連鎖反應(yīng)，使事故的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。事例如果介質(zhì)是有毒的氣體或液化氣體，它在周圍迅速擴(kuò)散后會造成大面積的毒害區(qū)。例如某廠一個容積為415L的液氯瓶發(fā)生爆炸，碎片將周圍的10個液氯瓶擊穿，并引起其中4個裝滿液氯的氣瓶接連爆炸，約有10200kg的液氯外泄擴(kuò)散，中毒的范圍波及7035KM2，因中毒而死亡的數(shù)十人，輕傷需住院治療的達(dá)數(shù)百人。事例若容器內(nèi)介質(zhì)若為可燃?xì)怏w或液化氣體，在容器爆破后可燃介質(zhì)流出與空氣混合，產(chǎn)生二次爆炸，并釀成火災(zāi)。如某地一臺盛裝液化丙烷的汽車槽車，由于充裝過量，又在烈日下曝曬，使容器內(nèi)壓力急劇升高，槽車在途中爆炸，車體飛離原地140m，厚度為16mm的殼體碎片飛出300m，大量的丙烷泄出后在空間爆炸燃燒，在半徑為200m的地區(qū)內(nèi)形成一片火海，火柱升起30m。爆炸產(chǎn)生的沖擊波摧毀公路旁的14座建筑物和正在路上行駛的100多輛汽車，死亡150多人，燒傷120多人。1984年11月19日，墨西哥市培麥克斯公司所屬的液化石油氣供應(yīng)中心，6