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1、,通用安全技术,课程编号：03048402,南京理工大学化工学院安全工程系,饶 国 宁,Tel：025-84315526-8004（O） E-mail：,一级安全评价师 注册安全工程师,第三章 压力容器安全技术,3.1 概述3.2压力容器的分类与结构 3.3 压力容器质量控制3.4 压力容器安全装置3.5 压力容器定期检验,3.1 概述,特种设备安全监察条例(中华人民共和国国务院令第549号)2009年 本条例所称特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内专用机动车辆。,特种设备依据其主要工作特点，分为承压
2、类特种设备和机电类特种设备。A.承压类特种设备：是指承载一定压力的密闭设备或管状设备。B.机电类特种设备：是指必须由电力牵引或驱动的设备。,特种设备事故常见的事故有两类:一类是爆炸性事故，主要是锅炉、压力容器、气瓶、压力管道易发生此类事故；另一类是易发生群死群伤性事故，主要是电梯、起重机械、厂内机动车辆、游乐设施、客运索道易发生此类事故。,2015年5月1日中午12时5分许，温州市龙山游乐园“狂呼”项目发生意外事故。事故导致2人死亡，3人受伤。,工业企业在生产和运行过程中，大多都有压力容器等受压设备。因此，压力容器的安全性是一个重要而亟待解决的工程问题。 本章主要介绍压力容器的有关安全技术知识
3、。,承受一定压力，与外界形成一个封闭系统的容器，称为压力容器。如各类过程装备的壳体、航天器与潜艇的壳体; 水压机的液压缸；压缩机的储罐；发酵罐；锅炉，核电站核容器；液化石油气罐等。在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程，并能承受压力的密闭容器，广泛用于石油、化工、能源、冶金、机械、轻纺、医药、国防等工业领域。,3.1.1 压力容器的应用,化学工业反应釜，换热器，储罐石油工业精馏塔，换热器，储罐航天飞机，火箭，宇宙飞船机械水压机，储能器，压缩机，液压缸食品杀菌锅，发酵罐印染高压染缸造纸烘缸动力锅炉，核电站核容器民用液化石油气罐,压力容器的应用,压力容器应用的广泛性 压力容
4、器不仅广泛用于化学、石油化工、 医药、冶金、机械、采矿、电力、航天航空、交通运输等工业生产部门，在农业、民用和军工部门也颇常见，其中尤以石油化学工业应用最为普遍，石油化工企业中的塔、器、釜、槽、罐无一不是贮器或作为设备的外壳，而且绝大多数是在压力温度下运行。,（1）量大面广 据有关的统计资料表明，国内在用固定式压力容器多达122.22万台 ，移动式压力容器中罐车16910辆，在用气瓶5498.7571万只；锅炉总台数也高达51.57万台。此外全国持有压力容器制造企业合计2432个，设计单位1380个。如此庞大且潜在隐患容器的存在，以及地域广泛的制造设计部门，自然成为国内外政府部门特别重视其安全
5、管理和监察检查的原因。,压力容器的应用,（2）操作条件的复杂性 压力容器的操作条件十分复杂，甚至于苛刻。压力从12105Pa的真空到高压、超高压，如石油加氢为10.521.0MPa；高压聚乙烯为100200MPa；合成氨为10100 MPa；人造水晶高达140 MPa；温度从-196oC低温到超过一千摄氏度的高温；而处理介质则包罗爆、燃、毒、辐（照）、腐（蚀）、磨（损）等数千个品种。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造、安裝到使用、维护都不同于一般机械设备，而成为一类特殊设备。,压力容器的应用,（3）极其严格的安全性压力容器承受各种静、动载荷或交变载荷，和附加机械或温度载荷；多数容器容纳压缩
6、气体或饱和液体，若容器破裂，导致介质突然卸压膨胀，瞬间释放出来的破坏能量极大，压力容器大多数系焊接制造，容易产生焊接缺陷，一旦检验、操作失误容易发生爆炸破裂，器内易爆、易燃、有毒的介质将向外泄漏，势必造成极具灾难性的后果。因此，对压力容器要求很高的安全可靠性。,压力容器的应用,当前压力容器向大容量、高参数发展，如核电站一个1500MW压水堆压力壳，工作压力为1416MPa，工作温度为250330C，容器内直径7800mm，壁厚317 mm，重650吨。对这类容器的工艺要求和运行可靠性要求更高，显然比一般压力容器又有更高更严格的安全性要求。,压力容器的安全,3.1.2 压力容器的工作特性,1爆炸
7、特性 压力容器的工作介质为气体、液化气体或者最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。如果介质是高压、高温（或低温）、易燃、易爆、有毒的气体或液化气体，一旦使用不当或容器存在缺陷，就有可能发生爆炸和介质泄漏事故。锅炉的汽水系统长期运行在高温和高压的恶劣工况下，因而经常出现局部缺陷或整体超压问题，造成锅炉本体或部件损坏。燃油、燃气和燃煤粉的锅炉还存在燃烧系统的爆炸问题。,2接触腐蚀性介质 压力容器的介质常常对其材质有较强的腐蚀性，如氧腐蚀、硫腐蚀、硫化氢腐蚀以及各种浓度的酸、碱、盐腐蚀等；而锅炉金属表面一侧要接触烟气、灰尘，另一侧要接触水及水蒸汽，也会造成磨损和腐蚀。 3维持连续运行 锅炉压力容器
8、一旦投入使用，一般要求连续运行，不能随意停机，否则会影响一条生产线、一个工厂，甚至一个地区的生活和生产，有时还会造成恶劣的后果。由于不便随时停运检查，常常因缺陷扩展而导致破裂。,3.1.3 压力容器的事故危害,压力容器是一种比较容易发生事故，而且事故造成的危害性又特别严重的特殊设备。事故率：机械设备或装置发生事故的多少，常用设备的事故率来衡量。 表示为“次/台年” 。,压力容器内介质危害性,介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、 氧化性等，其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。,毒 性： 是指某种化学毒物引起的机体损伤的能力。,极度危害（ 级）：最高允许浓度0.1mg/m3高度危害（
9、级）：最高允许浓度0.11.0mg/m3中度危害（级）：最高允许浓度1.0 10mg/m3轻度危害（级）：最高允许浓度10mg/m3,综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素。,易爆气体：是指与空气混合的爆炸下限不高于10，或爆炸上限之差值不低于20的气体。如：一甲胺、乙烷、乙烯、环氧乙烷、环丙烷、氢、丁烷、三甲胺、丁二稀、丁稀、丙烷、丙稀、甲烷等。,压力容器盛装的易爆介质主要是指易燃气体和液化气体。,压力容器事故,表1-3 我国压力容器爆炸事故率 单位：次（ 台年）1,我国是世界上锅炉和压力容器台数较多的国家，大约有一百多万台锅炉和压力容器分布于40多万个企事业单位。1980-1
10、989年的10年间发生锅炉、压力容器爆炸事故2254起,平均爆炸事故率是发达国家的10倍以上，灾难性事故甚至更高。,压力容器事故率高的原因,压力容器是工业生产中的常用设备压力容器是容易发生破坏事故的特殊设备,压力容器使用广泛，用途广、数量大。又比较容器发生事故，而且事故的破坏性往往又比较严重。因此它的安全问题就特别值得注意。,管理缺陷条件,使用不合法 容器管理操作不符合要求 压力容器管理处于“四无”状态 擅自改变使用条件，擅自修理改造 地方政府的安全监察管理部门和相关行政 执法部门管理不到位,压力容器事故率高的原因,一 无安全操作规程二 无建立技术档案三 无持证上岗操作人员 和相关管理人员四
11、无定期检验管理,压力容器事故造成的破坏，不仅使工厂停产，污染环境和影响社会安定，而且还会使国家和人民的生命财产造成难以估量的损失。,1爆炸冲击波的危害 锅炉压力容器内的介质一般是具有较高压力的气体、液化气体或高温液体，承压部件一旦破裂，介质即泄压膨胀或瞬时气（汽）化，瞬间释放出很大的能量。其中，85的能量用以产生冲击波，向周围快速传播，破坏设备、建筑物，危及人身安全。,压力容器的事故危害,冲击波破坏建筑物、设备或直接伤人,事故案例1 ：我国某液化气站1979年1台大型液化石油气球罐突然破裂，酿成大灾并产生空气冲击波导致6台大型容器和3000多个钢瓶相继爆炸，大火持续20余小时，86人伤亡，价值
12、600多万元的企业化成一片废墟。,2爆炸碎片的危害 锅炉或压力容器破裂时，飞出的部件或爆炸碎片击穿或撞坏其他设备或建筑，有时直接伤人。,碎片对人的伤害程度取决于其动能，碎片的动能正比于其质量及速度的平方。碎片在脱离壳体时常具有80120 ms的初速度，即使飞离爆炸中心较远时也常有2030 ms的速度。在此速度下，质量为1 kg的碎片动能即可达200450 J，足可致人重伤或死亡。碎片还可能损坏附近的设备和管道，引起连续爆炸或火灾，造成更大的危害。,事故案例2：我国某化肥厂的高压容器(274mm)发生爆炸，容器断裂碎片飞出400-500m，致使周围职工及行人被碎片击死或击伤。,3泄漏介质的危害,
13、压力容器爆炸或泄漏，容器内易燃易爆介质外溢，与空气混合，可能产生二次爆炸并酿成火灾。如果容器内的介质是毒性的，如液氨、液氯、二氧化硫、二氧化氮、氢氰酸等。盛装这些介质的容器破裂时，大量液体瞬间气化并向周围大气中扩散，会造成大面积的毒害，不但造成人员中毒，致死致病，也严重破坏生态环境，危及中毒区的动植物。,有毒介质由容器泄放气化后，体积约增大100250倍。所形成毒害区的大小及毒害程度，取决于容器内有毒介质的质量，容器破裂前的介质温度、压力及介质毒性。锅炉爆炸释放的高温汽水混合物，会使爆炸中心附近的人员烫伤。其他高温介质泄放气化也会灼烫伤害现场人员。,器内介质外溢，产生连锁反应,事故案例3：美国
14、孟山都公司在加拿大的一个石油化工企业发生了苯乙烯蒸气爆炸，结果死亡11人，生产装置和厂房遭到严重破坏。 事故的原因：压力容器因超压引起防爆膜破裂后，苯乙烯蒸气紧急放空线上的玻璃看窗破裂，使容器内介质流散，并造成连锁反应，导致灾难性的财产损失和人身伤亡。,1986年4月28日前苏联切尔诺贝利核电站压力壳发生核泄漏，当场造成31人死亡。事故波及20个国家，导致7000多人死于这次事故的核污染。2013年2月12日，核电站因结构性损伤导致屋顶坍塌。,1984年12月3日印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏，2580人死亡，125000人中毒，5万人失明。,国内近年来的压力容器事故,2010年5月
15、24日10时30分，安徽省亳州市涡阳县安达化工有限公司发生一起压力容器一般事故，造成2人受伤。2010年6月15日6时50分，江西省乐平市塔山工业园旺顺化工有限公司发生一起压力容器较大事故，造成1人死亡。2011年12月16日11时左右，湖南省株洲市株洲县周坪乡红龙村一榨油坊，因自制压力容器压力过高冲爆导致作坊房屋倒塌，造成4人死亡，1人受伤,3.2压力容器的分类与结构,3.2.1 压力容器的分类,按照特种设备安全监察条例规定，实行监察的压力容器，是指满足以下条件的容器：,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
16、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。,（一）压力的来源 压力容器所承受的压力根据其来源分为两类：介质在容器外通过加压或增压后，送入容器内，使容器壳体承受压力；介质送入容器后，其物理状态、密度、温度发生变化，或在容器中发生体积增大的化学反应，使容器壳体承受压力。,在容器外使介质产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机、液体泵或蒸汽锅炉。以压缩气体为介质的压力容器，压力来自于压缩机对气体的压缩，这类容器所承受的压力大小主要取决于压缩
17、机出口压力。以水蒸汽为介质的压力容器，压力来自于蒸汽锅炉，这类容器所承受的压力大小主要取决于蒸汽锅炉出口压力。这种全部靠器外压力源产生压力的压力容器，如果工作条件不发生变化，一般内部的压力不会突然增大。,依靠容器内介质聚集状态发生改变、介质密度发生变化、介质温度升高或依靠容器内发生体积增大的化学反应等来产生或增大压力的容器，容易出现异常超压的情况，危险性较大，因此，对该类压力容器的压力控制也更加严格。,（二）主要技术参数 1工作压力和设计压力工作压力也称操作压力，是指容器顶部在正常工作过程中可能产生的表压力。最高工作压力是指容器在工艺操作过程中可能出现的最大表压力（不含液柱压力）。设计压力是指
18、在相应设计温度下用以确定容器壳壁计算壁厚及其元件尺寸的压力，其值不得低于最高工作压力。,2设计温度 指容器在正常操作时，在相应的设计压力下，壳壁或元件金属可能达到的最高或最低温度（壳体沿截面厚度的平均温度）。当壳壁或元件金属的温度低于20，按最低温度确定设计温度；除此之外，设计温度一律按最高温度选取。 3公称直径 按容器零部件标准化系列而选定的壳体直径，公称直径以DN表示。无缝钢管制作的圆筒体，其公称直径是指它的外径；焊接的圆筒体，公称直径是指它的内径。,4壁厚 表示容器壁厚的参数常见的有：计算壁厚、设计壁厚、名义壁厚、有效壁厚等。计算厚度是按应力计算公式计算所得的厚度（不包括壁厚附加量）。设
19、计壁厚是指计算壁厚与厚度附加量之和。名义壁厚是将设计壁厚向上圆整至钢材标注的厚度，即图样上标注的厚度。有效壁厚指名义厚度减去厚度附加量。,压力容器常用的分类方法有：,分 类,按安全技术管理,按压力等级,按工艺用途,按安全重要程度,（三）压力容器分类,承压方式,内压容器,按压力等级分类,外压容器,当容器的内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时又称为真空容器。,低压（L） 0.1MPa P 1.6MPa,中压（M） 1.6MPa P 10MPa,高压（H） 10MPa P 100MPa,超高压（U）100MPa P 1000MPa,（按照设计压力p分）,按照工艺用途分类,按工艺用途分类,反应
20、容器（代号R） 如反应器、发生器、聚合釜、合成塔等。换热容器（代号E） 如热交换器、冷却器、加热器等。分离容器（代号S） 如吸收塔、过滤器、洗涤塔、分离器、净化 塔、 回收塔等储运容器（代号C，其中球罐代号B） 如储罐、储槽和槽车等,按使用管理分类,使用管理,移动式压力容器,固定式压力容器,（ 固定式容器有固定的安装和使用地点，工艺条件和使用操作人员也比较固定。如合成塔、换热容器、分离容器和储运容器。）,移动式容器主要是储存和运输有压力的气体或液化气体的容器。在结构、使用和安全方面均有其特殊要求。分为气瓶、槽（罐）车两大类。,移动式压力容器安全技术监察规程TSG R0005-2011固定式压力
21、容器安全技术监察规程TSG R0004-2009,气 瓶,对用于正常环境温度（-4060）下使用的、公称工作压力为1.030MPa（表压）、公称容积为0.43000L、盛装永久气体、液化气体或混合气体的无缝、焊接的密闭容器均称为气瓶。,永久气体气瓶 常用的充装压力为15MPa和125MPa，也有充装20MPa和30MPa的。所装的永气体有氧、氮、空气、氢、甲烷、一氧化碳、一氧化氮及氦、氖、氩、氪等惰性气体。液化气体气瓶 高压液化气体气瓶所充装的气体常见有二氧化碳、乙烯、乙烷、氯化氢等；低压液化气体气瓶所装气体种类较多，最常用的是硫化氢、氨、氯、液化石油气、丙烷、丁烷等。 溶解气体气瓶 主要指专
22、供盛装乙炔气的气瓶。由于乙炔气体极不稳定，不能像其他气体那样以压缩状态装入瓶内，而必须把它溶解在溶剂(常用的是丙酮)中。,三类容器,按安全重要程度分类,根据压力容器安全技术监察规程（2000年发布）规定，根据容器的压力高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用分为三类,第一类压力容器 第二类压力容器 第三类压力容器,第三类压力容器：, 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和PV（设计压力容积）大于或等干0.2MPam3的低压容器。 易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV大于或等于0.5MPam3的中压反应容器和PV大于或等于10MPam3的中压储存容器。 高压、中压管壳式余热锅炉。 高压容
23、器。,具有下列情况之一的，为第三类压力容器,压力容器分类,按安全重要程度分类, 中压搪玻璃压力容器。 使用按相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa的强度级别较高的材料制造的压力容器。 移动式压力容器。 容积大于等于50m3的球形储罐。 容积大于5m3的低温绝热压力容器。,压力容器分类,按安全重要程度分类,第二类压力容器：, 中压容器（第（三）规定的除外）。 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器。 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器。 低压管壳式余热锅炉。 搪玻璃压力容器。,具有下列情况之一的，为第二类压力容器,压力容器分类,按安全重要程度分类,第一类压力容器：
24、,低压容器（第二、三类规定的除外）为第一类压力容器,压力容器分类,按安全重要程度分类,固定式压力容器安全技术监察规程TSG R0004-2009最新要求：根据介质特性，按照以下要求选择类别划分图，再根据设计压力 p（单位 MPa）和容积 V（单位 L） ，标出坐标点，确定容器类别：,第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质；易燃介质；液化气体。,第二组介质：由除第一组以外的介质组成，如水蒸汽、氮气等。,压力容器分类,压力容器分类,代号标记法,第三个代号表示压力容器的用途,第一个代号表示容器类别,第二个代号表示压力容器的压力等级,表示第一类压力容器；表示第二类压力容器 ；表示第三类压力
25、容器。,L表示低压；M表示中压；H表示高压； U表示超压。,R表示反应容器； E表示换热容器；S表示分离容器；C表示储存容器；B表示球形容器；LA表示液化气体汽车罐车；LT表示液化其他铁路罐车；,代号标记法,示 例：, M S,第二类,中 压,分离容器,压力容器的基本组成,分 类,筒体（壳体）,封头（端盖）,密封装置,开孔与接管,支座,连接件,3.2.2压力容器的结构,安全附件,典型的卧式压力容器的基本组成结构,1法兰；2支座；3-封头拼接焊缝；4 封头；5 环焊缝；6 补强圈；7 人孔；8 纵焊缝；9 筒体；10 压力表；11 安全阀；12 液面计,筒体封头密封装置开孔接管支座连接件安全附件
26、,压力容器壳体,储运容器,内件,反应、传热、传质、分离容器,容器本体结构,形式：圆柱筒体、球形筒体。,圆筒体按制造方法分类,卷焊式（无纵焊缝） 直径较大,无缝钢管式（有纵环焊缝） 直径较小,整体锻造式（可能有环焊缝） 高压容器,整体铸造式（无纵环焊缝） 高压容器,石油化工生产中大量采用的中低压容器，均属于薄壁容器（外径与内径比1.2）。最常见的结构形式就是球形和圆筒形,圆形筒体,单层筒体整体锻造式：全锻造结构，没有焊缝，制造需大型设备，金属 耗量大。锻 焊 式：整体锻造，常用于大直径的高压容器。厚板焊接式：卷制而成。,除中低压容器外，高压容器一般都是圆筒体，分为单层、多层和绕带式筒体。,多层板
27、筒体 由数层或数十层紧密结合的金属板构成。分类：多层包扎焊接式。多层绕板式、多层卷绕焊接式、多层热套式筒体。特点：壳壁上应力分布比较均匀；层板可以使用不同的材料；脆性破坏的可能性小；制造不需大型锻压设备。大型高压容器多采用这种结构。,特点：本体就是一个球壳，一般是焊接结构，直径比 较大，容器的单位容积所使用的板材也少。缺点： 制造比较困难； 球形容器的组装焊接质量一般难以保证； 内部不便于安放工艺过程所必须的附件装置； 一般用于储存容器。常见用于储存液化气,球形筒体,封头,是压力容器的主要受压部件，与筒体等部件形成封闭空间。,封头形式,凸形封头（球形、椭圆形、碟形和球冠）,锥壳,平盖,封头与筒
28、体的连接,不可拆式（焊接）,可拆式（螺栓连接）,密封装置,压力容器最常见的密封方式：法兰连接。,法兰连接,容器法兰,管道法兰,筒体端部,开孔与接管,开孔类型：人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等。,开孔大小,手孔150mm,人孔400mm,支 座,支座类型,卧式容器支座（鞍座）,立式容器支座（腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座）,球形容器支座（柱式支座）,连接件是容器中起连接作用的部件，如端盖与壳体的连接、接管与外部管道的连接等，都需要连接件。,连接件,安全附件,包括,安全阀,爆破片,紧急切断阀,安全连锁装置,压力表,液面计,温度计,3.3 压力
29、容器质量控制,3.3.1 压力容器的制造的主要工序1、封头成形和筒身卷制2、总装3、无损检测4、热处理,1、封头成形和筒身卷制（1）备料放样、划线；下料（2）成形冲压成形；卷制成形；旋压成形,2、总装（1）坡口制备刨边机加工坡口；立式车床加工坡口；切割坡口（2）装配筒节纵缝装配；壳体环缝的组装；人孔、接管、支座等部件与壳体的组装。（3）焊接,3、无损检测（1）原材料无损检测（2）焊缝无损检测4、热处理（1）炉内整体热处理（2）炉内分段热处理（3）焊缝局部热处理,表面缺陷气孔和夹渣焊接裂纹未焊透和未熔合,压力容器制造过程中产生缺陷的主要类型：,3.3.2 焊接缺陷对安全的影响及质量要求,表面缺陷
30、（外观缺陷）是指不用借用于仪器，从工件表面可以发现的缺陷。常见的外观缺陷有咬边、焊瘤、凹陷及焊接变形等，有时还有表面气孔和表面裂纹，单面焊的根部未焊透也位于焊缝表面。,1. 表面缺陷,（1）咬边,咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽。产生的主要原因是电弧热量太高，即电流太大，运条速度太小造成的。焊条与工件间角度不正确，摆动不合理，电弧过长，焊接次序不合理等都会造成咬边。,防止咬边的措施：矫正操作姿势，选用合理的规范，采用良好的运条方式都会有利于消除咬边。焊角焊缝时，用交流代替直流也能有效地防止咬边。,（2）焊瘤,焊接过程中金属流溢到加热不足的母材或焊缝上,凝固成金属瘤，这种未能和母材或
31、前道焊缝熔合在一起而堆积的金属瘤叫焊瘤。焊条熔化过快、焊条质量欠佳（如偏芯），焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都容易带来焊瘤。在横、立、仰位置更容易形成焊瘤。,防止焊瘤的措施：使焊缝处于平焊位置，正确选用焊接工艺参数，选用无偏芯焊条，合理操作。,凹坑指焊缝表面或背面根部的低于母材的部分。凹坑多是由于收弧时焊条（焊丝）未作短时间停留造成的（此时的凹坑称为弧坑），仰立、横焊时，常在焊缝背面根部产生内凹。,（3）凹坑,防止凹坑的措施：选用有电流表衰减系统的焊机，尽量选用平焊位置，选用合适的焊接规范，收弧时让焊条在溶池内短时间停留或环形摆动，填满弧坑。,未焊满是指焊缝表面上连续的沟槽。填充金属不足是
32、产生未焊满的根本原因。规范太弱，焊条过细，运条不当等会导致未焊满。 防止未焊满的措施：加大焊接电流，加焊盖面焊缝。,（4）未焊满,烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久，都会产生烧穿缺陷。工件 间隙太大，钝边太小也容易出现烧穿现象。 选用较小电流并配合合适的焊接速度，减小装配间隙，在焊缝背面加设垫板或药板，使用脉冲焊，能有效地防止烧穿。,（5）烧穿,（6）其它表面缺陷,1）成形不良,指焊缝的外观几何尺寸不符合要求。有焊缝超高，表面不光滑，以及焊缝过宽，焊缝向母材过渡不圆滑等。,2）错边,指两个工件在厚度方向上错
33、开一定位置，它即可视作装配成形缺陷。,3）塌陷,单面焊时由于输入热量过大，熔化金属过大而使液态金属向焊缝背面塌落，成形后焊缝背面突起，正面下榻。,5）各种焊接变形,4）表面气孔及弧坑缩孔,如角变形、扭曲、波浪变形等都属于焊接缺陷。角变形也属于装配成形缺陷。,（6）其它表面缺陷（续）,气孔是指焊接时，溶池中的气体未在金属凝固前溢出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是溶池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。,2. 气孔和夹渣,（1）气孔,1）气孔的分类,球形气孔条虫状气孔,氢气孔氮气孔氧气孔二氧化碳气孔一氧化碳气孔,从形状上分,从数量上分,按气体成分分,单个气孔群状气孔,常温固态
34、金属中气体的溶解度只有高温液态金属 中气体溶解度的几十分之一，溶池金属在凝固过程中，有大量的气体要从金属中逸出来。当凝固速度大于气体逸出速度时，就形成气孔。,2）气孔的形成机理,3）产生气孔的主要原因,母材或填充金属表面有锈、油污等，焊条及焊剂未烘干会增加气孔量，因为锈、油污及焊条药皮、焊剂中的水分在高温下分解气体，增加了金属中气体的含量。焊接线能量过小，溶池冷却速度大，不利于气体逸出。焊缝金属脱氧不足也会增加氧气孔。,气孔减少了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松，从而降低了接头的强度，降低塑性，还会引起泄漏。气体也在引起应力集中的因素。氢气孔还可能促成冷裂纹。,4）气孔的危害,5）防止气孔的措施,
35、a. 清除焊丝，工作坡口及其附件表面的油污、铁锈、水分和杂物。b. 采用碱性焊条、焊剂，并彻底烘干。c. 采用直流反接并用短电弧施焊。d. 焊前预热，减缓冷却速度。e. 用偏强的规范施焊。,（2）夹渣,1）夹渣的分类,金属夹渣非金属夹渣,2）夹渣的分布与形状,单个点状夹渣条状夹渣链状夹渣密集夹渣,夹渣是指焊后熔渣存在焊缝中的现象。,3）夹渣产生的原因,a. 坡口尺寸不合理；b. 坡口有污物；c. 多层焊时，层间清渣不彻底；d. 焊接线能量小；e. 焊缝散热太快，液态金属凝固过快；f. 焊条药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好；g. 钨极惰性气体保护焊时，电源极性不当，
36、电流密度大，钨极熔化脱落于溶池中；h. 手工焊时，焊条摆动不良，不利于熔渣上浮。,点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还会发展为裂纹源，危害较大。,4）夹渣的危害,焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹。,3. 裂纹,（1）裂纹的分类,根据裂纹尺寸大小，分为三类： 1）宏观裂纹：肉眼可见的裂纹； 2）微观裂纹：在显微镜下才能发现； 3）超显微裂纹：在高倍数显微镜下才能发现，一般指晶间裂纹和晶内裂纹。,从产生温度看，裂纹可分为二类： 1）热裂纹 2）冷裂纹按裂纹产生的原因分，又可把裂纹分为： 1）再热裂纹 2）层状撕裂 3）应力腐蚀裂纹,热裂纹：焊缝
37、和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时产生的裂纹。再热裂纹：焊后焊件在一定温度范围内再次加热而产生的裂纹。,（3）防止热裂纹（结晶裂纹）的措施,a. 减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的材料焊接； b. 合理选用焊接规范，并采用预热和后热，减少冷却速度； c. 采用合理的装配次序，减小焊接应力。,裂纹，尤其是冷裂纹，带来的危害是灾难性的。压力容器事故绝大部分是由于裂纹引起的脆性破坏。,（2）裂纹的危害,a. 注意冶金元素的强化作用及其对再热裂纹的影响； b. 合理预热或采用后热，控制冷却速度； c. 降低残余应力避免应力集中； d. 回火处理时
38、尽量避开再热裂纹的敏感温度区或缩短在此温度区内的停留时间。,（4）再热裂纹的防止措施,（5）防止冷裂纹的措施,a. 采用低氢型碱性焊条，严格烘干，在100150下保存，随取随用； b. 提高预热温度，采用后热措施，并保证层间温度不小于预热温度，选择合理的焊接规范，避免焊缝中出现淬硬组织； c. 选用合理的焊接顺序，减少焊接变形和焊接应力； d. 焊后及时进行消氢处理。,未焊透指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。,4. 未焊透和未熔合,（1）产生焊缝的原因,1）焊接电流小，熔深浅；2）坡口和间隙尺寸不合 理，钝边太大；3）磁偏吹影响；4）焊条偏芯度太大；5）层间及焊根清理不良。,未
39、焊透的危害之一是减少了焊缝的有效面积，使接头强度下降。其次，未焊透引起的应力集中所造成的危害，比强度下降的危害大的多。未焊透严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。,（2）未焊透的危害,使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。另外，焊角焊缝时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。,（3）未焊透的防止,未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分为坡口未熔合、层间未熔合、根部未熔合三种。,（1）未熔合的危害,未熔合是一种面积缺陷，坡口未熔合和根部未熔合对承载面
40、积的减小都非常明显，应力集中也比较严重，其危害性仅次于裂纹。,（2）未熔合的防止,采用较大的焊接电流，正确地进行施焊操作，注意坡口部位的清洁。,3.4 压力容器安全装置,为了确保压力容器安全、经济地运行,除了正确设计、选材、精心制造和检验以及正确使用和操作外,还必须设置安全泄压装置。压力容器设置安全泄压装置后,当使用中出现各种难以预料及控制的情况时,可及时发现和自行排除。,按用途安全装置分为,指为了防止操作失误而设置的控制机构，如减压阀、调节阀。,指容器处于危险状态时能发出报警讯号的仪器，如压力报警器、温度监测仪。,容器超压时能自动泄放压力的装置。,能自动显示容器运行中与安全相关的工艺参数的器
41、具。如压力表、温度计。,联锁装置,警报装置,计量装置,泄压装置,最后一道防线,3.4.1 压力容器安全装置的分类,设置原因,操作失误或零件破损引起超压,装满液体后容器因液体受热膨胀而超压,容器内燃烧爆炸急剧生成高温高压气体,压力容器内出现化学反应失控造成超压,液化气体意外受热饱和蒸气压增大而超压,按结构类型分类,阀型泄压装置,断裂型泄压装置,熔化型泄压装置,组合型泄压装置,安全泄压装置,1. 优 点,一、阀 型,仅排泄压力容器内高于额定的部分压力,本身可重复使用多次,安装调整比较容易,2. 缺 点,密封性能差,阀的开放有滞后现象，因此泄压反应较慢,用于不洁净的气体时，阀口易堵塞或阀瓣被粘住,适
42、用于介质比较清洁的气体，不宜用于剧毒介质或器内可能产生剧烈化学反应容器。常见即安全阀,1. 优 点,二、断裂型,密封性能较好，元件爆破前的正常工作状态完全无泄漏,泄压反应较快,气体中的污染物对装置元件的动作影响较小,2. 缺 点,泄压后容器停止运行,爆破元件的动作压力不易控制，元件爆破后不能重复使用,元件容易产生疲劳损坏，寿命短,适用于化学反应急剧升压或毒性介质容器，不宜用于液化气体储罐以及压力波动较大、超压机会较多容器。常见有爆破片、爆破帽,1. 优 点,三、熔化型,结构简单,更换容易,由熔化温度而确定的动作压力较易控制,2. 缺 点,完成降压作用后不能重复使用,泄压后容器停止运行,受易熔合
43、金强度的限制，泄放面积不能太大,适用于容器内气体压力完全取决于温度的小型压力容器，如气瓶。常见即易熔塞。,四、组合型,是一种同时具有阀型和断裂型或者是阀型和熔化型的泄压装置。常见的有弹簧安全阀和爆破片的组合型。它具有阀型和断裂型的优点，即能防止阀型安全泄压装置的泄漏，又可以在排放过高的压力以后使容器继续运行。容器超压时，爆破片断裂、安全阀开放排气，待压力降至正常压力时，安全阀关闭，容器继续运行。,3.4.2 安全阀,安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压阀门。它依靠介质自身的压力排出一定数量的流体，以防止容器或系统内的压力超过预定的安全值；当容器内的压力恢复正常后，阀门自行关闭，并阻止介质继续排
44、出。,安全阀的基本结构由阀体、阀芯（阀瓣)和加载机构等三个主要部分组成。,一、安全阀的机构及分类,（1）按加载机构分类,（2）按阀瓣开启高度,（3）按气体排放的方式,杠杆式,弹簧式,脉冲式,全开式,微开式,敞开式,半封闭式,全封闭式,杠杆式安全阀,弹簧式安全阀,二、安全阀的选择,3.4.3 爆破片,非重闭式泄压装置。爆破片又称为爆破膜或防爆膜，是一种断裂型安全泄放装置。爆破帽为一端封闭，中间具有一薄弱断面的厚壁短管，爆破压力误差较小，泄放面积较小，多用于超高压容器。,爆破片一般应用于以下几种场合: 由于物料的化学反应或其他原因能使内压在瞬间急剧上升 的场合; 工作介质为剧毒气体或极为昂贵气体的
45、场合; 工作介质易于结晶、聚合、或带有粘性的场合; 气体排放口径150mm,而要求全量泄放时无阻碍的场合;,一、爆破片的应用场合,各种爆破片/帽,剪切型爆破片的特点:全面积开放，阻力小，排量系数较大；在相同条件下，膜片较厚较易于加工制造；爆破片的实际动作压力受周边条件的影响很大，因而不够稳定；膜片切破后常整体冲出，易堵塞排气管道。,二、爆破片的类型与特点,（1）剪切型（平板型）,弯曲型爆破片的特点：无明显的塑性变形，动作反应快；膜片较厚，容易按需要的尺寸加工制造；适用于动载荷和脉动载荷；动作压力受材料强度及装配误差的影响波动很大，所以不稳定；膜片强度低，常因安装操作不慎而破裂；膜片破裂后成碎片
46、飞出，影响排气管道的畅通。,（2）弯曲型,正拱普通拉伸型爆破片的特点：大碎片飞出，阻力也不上；膜片的动作压力较前两种稳定；膜片在高的拉伸应力长期作用下，尤其是承受脉动载荷时，寿命较短；由于受成成型箔材厚度规格的限制，往往难以取得所需要的动作压力。,（3）正拱普通拉伸型,正拱开裂型爆破片的特点： 膜片可以采用较大的厚度，以增加刚性； 调整小孔的孔带宽度可以获得任意的动作压力； 开裂的程度较大，有利于气体的排放； 加工精度要求高，制造较困难； 内村的密封薄膜易破裂而使爆破片过早失效。,（4）正拱开缝型,反拱型爆破片的特点：在形状尺寸一定的情况下，失稳压力只与膜片材料的弹性模量E有关，而材料的E一般
47、是比较稳定的，所以膜片的动作压力较易控制；在压力与直径相同的条件下，膜片较厚，有利于加工制造；在工作压力下，膜片产生压缩应力一般小于材料的屈服极限，对疲劳、蠕变不敏感，因而膜片寿命较长；通过调整膜片的相对高度可以获得所需的动作压力，因此膜片的厚度能按箔材的成品规格厚度选用；由于要装设切破工具等。排放面积受到影响，排量系数减小；加工组装精度要求高。,（5）反拱型,三、装设 爆破片的装设应符合以下要求。 爆破片装置与容器的连接管应为直管，通道面积下得小于膜片的泄放面积。 对易燃、毒性强度为极度、高度、中度危害介质的压力容器，应在爆破片的排出口装设导管，将排放介质引至安全地点，并进行妥善处理，不得直
48、接排人大气。 爆破片应与容器液面以上的气相空间相连，其中普通正拱型爆破片也可安装在正常液面以下。,四、更换 爆破片装置应进行定期更换。 其更换原则是对于超过最大设计爆破压力而未爆破的爆破片应立即更换；在苛刻条件下使用的爆破片装置应每年更换；一般爆破片装置应在23年内更换（制造单位明确可延长使用寿命的除外）。在此原则下，使用单位可以根据本单位的实际使用情况和具体条件自己确定更换时间，但不能超出以上原则。,安全阀与爆破片装置的组合 安全阀与爆破片装置并联组合时，爆破片的标定爆破压力不得超过容器的设计压力。安全阀的开启压力应略低于爆破片的标定爆破压力。,3.4.4 压力表和水位表,这是最常见的两种显
49、示装置，前者用于显示锅炉压力容器中介质的压力，后者用于显示蒸汽锅炉水位或者压力容器液位。,3.4.5 其他安全装置,1）紧急切断阀 通常与截止阀串联安装在紧靠容器的介质出口管道上，在管道发生大量泄漏时紧急止漏；能在近程和远程独立进行操作。紧急切断阀按操纵方式的不同，可分为机械（或手动）牵引式、油压操纵式、气压操纵式和电动操纵式等多种。,2）减压阀 减压阀的工作原理是利用膜片、弹簧、活塞等敏感元件改变阀瓣与阀座之间的间隙，当介质通过时产生节流，压力下降而使其减压的阀门。,气体减压阀,蒸汽减压阀,3）截止阀 也叫截门，是使用最广泛的一种阀门之一，其开闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不
50、大，制造容易，维修方便，不仅适用于中低压，而且适用于高压。截止阀的闭合原理是，依靠阀杠压力，使阀瓣密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止介质流通,液化气截止阀,液氧截止阀,氨水截止阀,原因：由于压力容器运行使用条件大都很恶劣，存在各种损害压力容器及其部件的因素，无论它们原先是否完好，都难以避免在使用中产生各式各样的缺陷，进而导致部件的破坏和事故的发生。,3.5 压力容器定期检验,压力容器运行中损伤的主要因素,超压造成薄膜应力过高承压后因结构不合理,应力集中,塑性变形或机械应力裂纹,频繁加卸压或压力波动,低周疲劳损伤,低周疲劳裂纹,介质及大气对设备的各种腐蚀,设备壁厚减薄,裂纹或机械性能降低,塑性变形
