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1、第六章 压力容器和机电设备安全压力容器如塔、器、釜、槽、罐，在化学工业中有着广泛应用。由于压力容器在温度、压力、介质、环境等极为复杂、苛刻的条件下运行，有事故率高、危害性大的特点。瑞士在保险公司的统计资料(参考第一章第二节)显示，导致化学工业和石油工业事故的九大类型危险源中，设备缺陷问题居于第一位。由设备缺陷引发的事故，在化学工业中占311，在石油工业中占460。如果消除设备缺陷，会有效改善化学工业和石油工业的安全。在化学工业各类伤亡事故中，机械伤害和触电伤害占很大比例。据我国化工部门统计，1950年到1999年的50年中，我国化工行业发生各类伤亡事故23425起，死亡8313人，重伤1740
2、1人。其中，机械伤害的死亡人数占总死亡人数的68，而重伤人数却占总重伤人数的362，居于各类重伤事故之首。触电伤害的死亡人数占总死亡人数的87，触电伤害死亡的比例是相当高的。这表明我国化工行业机电设备的安全生产亟待加强。基于以上情况，我们开设专章，讨论压力容器和机电设备的安全问题。希望能引起对这些严重的事故源安全生产的重视，提高我国化学工业生产的安全性。第一节 蒸汽锅炉的安全运行和管理压力容器可以粗分为蒸汽锅炉和非燃火压力容器两大类型。锅炉作为产生蒸汽的热力设备，在动力、热能和工艺用汽的供应中，发挥着重要作用。锅炉由于设计、制造不合理，尤其是使用管理不当，导致事故的频率很高。据日本20世纪70
3、年代的调查披露，日本当时运行的十万余台锅炉，在十年间共发生事故355次，其中由于管理不善而发生的事故有243次，占事故总数的708。多年来锅炉的安全工作一直受到国家劳动部门的重视，相继颁发了许多安全和劳动保护工作的法令、规范和标准，收到了显著效果。本节将根据国家和有关部门关于锅炉安全运行的规定，就锅炉的安全使用等方面进行介绍。一、锅炉分类及其参数系列1锅炉型号完整的锅炉型号由三部分组成。第一部分包括锅炉本体型式和燃烧方式的汉语拼音代号及蒸发量(th1)；第二部分包括工作压力(MPa)和过热蒸汽温度()；第三部分包括燃料品种的汉语拼音代号及设计序号。锅炉本体型式、燃烧方式和燃料品种的汉语拼音代号
4、分别列于表61、表62和表63。举例：型号SHL1013350-W-1表示双锅筒横置式链条炉排，蒸发量为10th1，出口蒸汽压力为13(1275 kPa)，出口过热蒸汽温度为350，适用于无烟煤，经过第一次修改设计制造的锅炉。2锅炉分类锅炉有多种分类方式。按用途分类分为电站锅炉、工业锅炉、机车锅炉、船舶锅炉、生活锅炉；按压力分类分为低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉；按装置方式分类分为固定式锅炉和移动式锅炉；按锅炉结构分类分为火管锅炉、水管锅炉和水火管组合锅炉。3蒸汽锅炉参数系列工业蒸汽锅炉参数系列列于表64，表中的压力和温度都是出口蒸汽的额定值。表64 蒸汽锅炉参数
5、系列二、锅炉运行安全运用锅炉的单位，应建立以岗位责任制为主的各项规章制度。锅炉上水、点火、升压、运行和停炉要严格按照有关操作规程进行。1点火和升压锅炉点火前必须进行汽水系统、燃烧系统、风烟系统、锅炉本体和辅机系统的全面检查，确定完好。每个阀门处在点火前正确位置，风机和水泵冷却水畅流、润滑正常，安全附件灵敏、可靠，才可以进行点火准备工作。锅炉点火是在做好点火前的一切准备工作后进行的。锅炉点火所需的时间应根据炉型、燃烧方式、水循环等情况确定。由于锅炉燃用燃料和燃烧方式不同，点火时的注意事项各异。燃用不同燃料锅炉点火安全要求列于表65。表65 燃用不同燃料锅炉点火安全要求燃料种类点 火 安 全 要
6、求燃油锅炉 1点火前必须对烟道和炉膛系统，采用强制通风的方式进行置换，务必将可能积存的油气或可燃气彻底排净 2点火时应保持炉膛负压(3050Pa)或所需数值 3点火时人不能正对点火孔，应从侧面引燃 4严禁先喷油，后插入火把。用蒸汽雾化燃烧器，还应先排除冷凝水 5若一次点火不着或运行中突然灭火，必须先关闭油阀，按1通风换气后，重新点火燃气锅炉 1点火前必须强制通风置换，保持炉膛负压(50100Pa)不少于5min 2通风置换前，严禁明火带人炉膛和烟道中，点火时炉膛负压维持在(3050Pa) 3若一次点火不着必须立即关闭燃气阀，停止进气，待通风换气后重新点火，严禁用炉膛余火二次点火燃煤锅炉1点火前
7、一般采用自然通风，彻底通风1015 min2点火时如自然通风不足，可启动引风机3点火有困难时，可在靠近烟囱底部堆烧木柴，保持通风燃煤粉锅炉 1点火前应对一次风管逐根吹扫，每根吹扫二、三分钟，以清除管内可能积存的煤粉 2点火前必须强制通风置换，保持炉膛负压(50100Pa)不少于5min 3若一次点火不着或发生熄火，应立即停止送粉，并对炉进行充分通风换气后，再次点火锅炉点火后，受热面被加热，水冷壁和对流管束中不断产生蒸汽，由于主蒸汽阀门关闭，压力不断升高，此即为升压过程。为使锅炉各部件冷热均匀，胀缩一致，进水、点火、升压都要缓慢进行。新装或检修后的锅炉，点火升压后汽压在0102 MPa间允许对拆
8、动过的螺栓紧一次。紧固螺栓时应保持汽压稳定，要用力均匀、逐只对称上紧；站位得当，防止蒸汽外泄烫伤。在升压过程中，应注意炉墙及各部件的热膨胀情况，不得有异常变形和裂纹。2并炉和送气当两台或两台以上锅炉共用一条蒸汽母管或接人同一分汽缸时，点火升压锅炉与母管或分汽缸联通称为并炉。并炉前要进行暖管，即用蒸汽将冷的蒸汽管道、阀门等均匀加热，并把蒸汽凝成的水排掉。并炉应在锅炉汽压与蒸汽母管汽压相差005010 MPa时进行。送汽时应该先缓开主汽门(有旁路的应先开旁通门)，等汽管中听不到汽流声时，才能大开主汽门。主汽门全开后回旋一圈，再关旁通门。并炉时应注意水位、汽压变动，若管道内有水击现象应疏水后再并炉。
9、3正常运行维护锅炉正常运行时，主要是对锅炉的水位、汽压、汽水质量和燃烧情况进行监视和控制。锅炉水位波动应在正常水位范围内。水位过高，蒸汽带水，蒸汽品质恶化，易造成过热器结垢，影响汽机的安全；水位过低，下降管易产生汽柱或汽塞，恶化自然循环，易造成水冷壁管过热变形或爆破。在锅炉运行中要保持汽压的稳定。对蒸汽加热设备，汽压过低，汽温也低，影响传热效果；汽压过高，轻者使安全阀动作，浪费能源，并带来噪声；重者则易超压爆炸。此外，汽压变化应力求平缓，汽压陡升、陡降都会恶化自然循环，造成水冷壁管损坏。为了保证锅炉传热面的传热效能，锅炉在运行时必须对易积灰面进行吹灰。吹灰时应增大燃烧室的负压，以免炉内火焰喷出
10、烧伤人。为了保持良好的蒸汽品质和受热面内部的清洁，防止发生汽水共腾和减少水垢的产生，保证锅炉安全运行，必须排污，给水也应预先处理。4停炉保养锅炉停炉有正常停炉和事故停炉两种情况。正常停炉，应按锅炉安全操作规程的规定进行。首先停止供给燃料、停止送风、减低引风。随负荷逐渐降低减少上水。停止供汽后开启过热器出口联箱疏水门和排汽门，冷却过热器以避免锅内压力继续升高。锅筒内水温降至70以下时，方可放水。随着炉温的降低，应及时除灰和清理受热面上的积灰。事故停炉也称作紧急停炉。停炉步骤是：首先停止供给燃料、停止送风、减低引风。接着熄灭和清除炉膛内的燃料，然后打开炉门、灰门、烟风道闸门等以冷却锅炉，最后切断锅
11、炉同蒸汽总管的联系。为了加速锅炉冷却，除严重缺水事故外，可向锅炉进水、放水。锅炉停炉后，为防止腐蚀必须进行保养。常用的方法有干法、湿法和热法三种。(1)干法保养干法保养只用于长期停用的锅炉。正常停炉后，水放净，清除锅炉受热面及锅筒内外的水垢、铁锈和烟灰，用微火将锅炉烘干，放入干燥剂。而后关闭所有的门、孔，保持严密。一月之后打开人孔、手孔检查，若干燥剂成粉状、失去吸潮能力，则更换新干燥剂。视检查情况决定缩短或延长下次检查时间。若停用时间超过三个月，则在内外部清扫后，受热面内部涂以防锈漆，锅炉附件也应维修检查，涂油保护，再按上述方法保养。(2)湿法保养湿法保养也适用于长期停用的锅炉。停用后清扫内外
12、表面，然后进水(最好是软水)，将适量氢氧化钠或磷酸钠溶于水后加入锅炉，生小火加热使锅炉外壁面干燥，内部由于对流使各部位碱浓度均匀，锅内水温达80100时即可熄火。每隔5天对锅内水化验一次，控制其碱度在512 mgL1范围。(3)热法保养停用时间在10天左右宜用热法保养。停炉后关闭所有风、烟道闸门，使炉温缓慢下降，保持锅炉汽压在大气压以上(即水温在100以上)即可。若汽压保持不住，可生小火或用运行锅炉的蒸汽加热。三、锅炉常见事故及处理1水位异常(1)缺水缺水事故是最常见的锅炉事故。当锅炉水位低于最低许可水位时称作缺水。在缺水后锅筒和锅管被烧红的情况下，若大量上水，水接触到烧红的锅筒和锅管会产生大
13、量蒸汽，汽压剧增会导致锅炉烧坏、甚至爆炸。缺水原因：违规脱岗、工作疏忽、判断错误或误操作；水位测量或警报系统失灵；自动给水控制设备故障；排污不当或排污设施故障；加热面损坏；负荷骤变；炉水含盐量过大。预防措施：严密监视水位，定期校对水位计和水位警报器，发现缺陷及时消除；注意缺水现象的观察，缺水时水位计玻璃管(板)呈白色；严重缺水时严禁向锅炉内给水；注意监视和调整给水压力和给水流量，与蒸汽流量相适应；排污应按规程规定，每开一次排污阀，时间不超过30s，排污后关紧阀门，并检查排污是否泄漏；监视汽水品质，控制炉水含量。(2)满水满水事故是锅炉水位超过了最高许可水位，也是常见事故之一。满水事故会引起蒸汽
14、管道发生水击，易把锅炉本体、蒸汽管道和阀门震坏；此外，满水时蒸汽携带大量炉水，使蒸汽品质恶化。满水原因：操作人员疏忽大意，违章操作或误操作；水位计和水考克缺陷及水连管堵塞；自动给水控制设备故障或自动给水调节器失灵；锅炉负荷降低，未及时减少给水量。处理措施：如果是轻微满水，应关小鼓风机和引风机的调节门，使燃烧减弱；停止给水，开启排污阀门放水；直到水位正常，关闭所有放水阀，恢复正常运行。如果是严重满水，首先应按紧急停炉程序停炉；停止给水，开启排污阀门放水；开启蒸汽母管及过热器疏水阀门，迅速疏水；水位正常后，关闭排污阀门和疏水阀门，再生火运行。2汽水共腾汽水共腾是锅炉内水位波动幅度超出正常情况，水面
15、翻腾程度异常剧烈的一种现象。其后果是蒸汽大量带水，使蒸汽品质下降；易发生水冲击，使过热器管壁上积附盐垢，影响传热而使过热器超温，严重时会烧坏过热器而引发爆管事故。汽水共腾原因：锅炉水质没有达到标准；没有及时排污或排污不够，造成锅水中盐碱含量过高；锅水中油污或悬浮物过多；负荷突然增加。处理措施：降低负荷，减少蒸发量；开启表面连续排污阀，降低锅水含盐量；适当增加下部排污量，增加给水，使锅水不断调换新水。3燃烧异常燃烧异常主要表现在烟道尾部发生二次燃烧和烟气爆炸。多发生在燃油锅炉和煤粉锅炉内。这是由于没有燃尽的可燃物，附着在受热面上，在一定的条件下，重新着火燃烧。尾部燃烧常将省煤器、空气预热器、甚至
16、引风机烧坏。二次燃烧原因：炭黑、煤粉、油等可燃物能够沉积在对流受热面上是因为燃油雾化不好，或煤粉粒度较大，不易完全燃烧而进入烟道；点火或停炉时，炉膛温度太低，易发生不完全燃烧，大量未燃烧的可燃物被烟气带入烟道；炉膛负压过大，燃料在炉膛内停留时间太短，来不及燃烧就进入尾部烟道。尾部烟道温度过高是因为尾部受热面粘上可燃物后，传热效率低，烟气得不到冷却；可燃物在高温下氧化放热；在低负荷特别是在停炉的情况下，烟气流速很低，散热条件差，可燃物氧化产生的热量积蓄起来，温度不断升高，引起自燃。同时烟道各部分的门、孔或风挡门不严，漏人新鲜空气助燃。处理措施：立即停止供给燃料，实行紧急停炉，严密关闭烟道、风挡板
17、及各门孔，防止漏风，严禁开引风机；尾部投入灭火装置或用蒸汽吹灭器进行灭火；加强锅炉的给水和排水，保证省煤器不被烧坏；待灭火后方可打开门孔进行检查。确认可以继续运行，先开启引风机1015min后再重新点火。4承压部件损坏(1)锅管爆破锅炉运行中，水冷壁管和对流管爆破是较常见的事故，性质严重，需停炉检修，甚至造成伤亡。爆破时有显著声响，爆破后有喷汽声；水位迅速下降，汽压、给水压力、排烟温度均下降；火焰发暗，燃烧不稳定或被熄灭。发生此项事故时，如仍能维持正常水位，可紧急通知有关部门后再停炉，如水位、汽压均不能保持正常，必须按程序紧急停炉。发生这类事故的原因一般是水质不符合要求，管壁结垢或管壁受腐蚀或
18、受飞灰磨损变薄；升火过猛，停炉过快，使锅管受热不均匀，造成焊口破裂；下集箱积泥垢未排除，阻塞锅管水循环，锅管得不到冷却而过热爆破。应采取的预防措施是，加强水质监督；定期检查锅管；按规定升火、停炉及防止超负荷运行。(2)过热器管道损坏现象：过热器附近有蒸汽喷出的响声；蒸汽流量不正常，给水量明显增加；炉膛负压降低或产生正压，严重时从炉膛喷出蒸汽或火焰；排烟温度显著下降。发生这类事故的原因一般是，水质不良，或水位经常偏高，或汽水共腾，以致过热器结垢；引风量过大，使炉膛出口烟温升高，过热器长期超温使用；也可能烟气偏流使过热器局部超温；检修不良，使焊口损坏或水压试验后，管内积水。事故发生后，如损坏不严重
19、，又生产需要，待备用炉启用后再停炉，但必须密切注意，不能使损坏恶化；如损坏严重，则必须立即停炉。控制水、汽品质；防止热偏差；注意疏水；注意安全检修质量，即可预防这类事故。(3)省煤器管道损坏沸腾式省煤器出现裂纹和非沸腾式省煤器弯头法兰处泄漏是常见的损害事故，最易造成锅炉缺水。事故发生后的表象是，水位不正常下降；省煤器有泄漏声；省煤器下部灰斗有湿灰，严重者有水流出；省煤器出口处烟温下降。处理办法是，沸腾式省煤器：加大给水，降低负荷，待备用炉启用后再停炉；若不能维持正常水位则紧急停炉；并利用旁路给水系统，尽力维持水位，但不允许打开省煤器再循环系统阀门。非沸腾式省煤器：开启旁路阀门，关闭出入口的风门
20、，使省煤器与高温烟气隔绝；打开省煤器旁路给水阀门。事故原因：给水质量差，水中溶有氧和二氧化碳发生内腐蚀；经常积灰，潮湿而发生外腐蚀；给水温度变化大，引起管道裂缝；管道材质不好。控制给水质量，必要时装设除氧器；及时吹铲积灰；定期检查，做好维护保养工作，即可预防这类事故。四、锅炉给水安全水是锅炉的主要工质之一，水质优劣直接影响着锅炉设备的安全经济运行。根据锅炉事故分析，水质不良造成的锅炉事故约占锅炉事故总数的40以上。因此，在锅炉运行管理中，必须作好水处理及水垢的清除工作。1水中杂质危害及水处理天然水中含有大量杂质，未经处理的水应用于锅炉，就容易形成水垢、腐蚀锅炉、恶化蒸汽质量等。各种杂质的危害主
21、要表现在以下一些方面：(1)氧：存在于水中的氧对金属具有腐蚀作用，水温在6080之间，还不足以把氧从水中驱出，而氧腐蚀速率却大大增加。水的pH值对氧腐蚀有很大影响，pH值10，氧腐蚀基本停止。水中溶解氧是锅炉腐蚀的主要原因。(2)二氧化碳：水中二氧化碳含量较高时则呈酸性反应，对金属有强烈的腐蚀作用。水中的二氧化碳还是使氧腐蚀加剧的催化剂。(3)硫化氢：水中的硫化氢会引起锅炉的严重腐蚀。(4)钙、镁：水中的钙、镁一般以碳酸氢盐、盐酸盐、硫酸盐的形式存在，是造成锅炉受热面结垢的主要原因。(5)氯离子：炉水中氯根超过8001200n瑶L1时，可造成锅炉腐蚀。(6)二氧化硅：二氧化硅能和钙、镁离子形成
22、非常坚硬、不易清除的水垢。(7)硫酸根：给水中的硫酸根进入锅炉后与钙、镁结合，在受热面上生成石膏质水垢。(8)其他杂质：碳酸钠、重碳酸钠进入锅炉后，受热分解，产生氢氧化钠使炉水碱度增加，分解产物中的二氧化碳又是一种腐蚀性气体。炉水碱度过高会引起汽水共腾，也可能在高应力部位发生苛性脆化。有机介质进入锅炉，受热分解会造成汽水共腾，并产生腐蚀。水处理包括锅炉外水处理和锅炉内水处理两个步骤。(1)锅炉外水处理：天然水中的悬浮物质、胶体物质以及溶解的高分子物质，可通过凝聚、沉淀、过滤处理；水中溶解的气体可通过脱气的方法去除；水中溶解的盐类常用离子交换法和加药法等进行处理。(2)锅炉内水处理：向锅炉用水中
23、投入软水药剂，把水中杂质变成可以在排污时排掉的泥垢，防止水中杂质引起结垢。此法对低压锅炉，防垢效率可达80以上；但对压力稍高的锅炉，效果不大，仅可作为辅助处理方法。2水垢的危害及清除锅炉水垢按其主要组分可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢和混合水垢。碳酸盐水垢主要沉积在温度和蒸发率不高的部位及省煤器、给水加热器、给水管道中；硫酸盐水垢(又称石膏质水垢)主要积结在温度和蒸发率最高的受热面上；硅酸盐水垢主要沉积在受热强度较大的受热面上。硅酸盐水垢十分坚硬，难清除，导热系数很小，对锅炉危害最大。由硫酸钙、碳酸钙、硅酸钙和碳酸镁、硅酸镁、铁的氧化物等组成的水垢称混合水垢，根据其组分不同，性质差异很
24、大。水垢不仅浪费能源，而且严重威胁锅炉安全。水垢的导热系数比钢材小得多，所以水垢能使传热效率明显下降，排烟温度上升，锅炉热效率降低。由于结垢，需要定期拷铲或化学除垢，而除垢会引起机械损伤或化学腐蚀，缩短锅炉寿命。而且，结垢也是锅炉受热面过热变形或爆裂的主要原因。因为无论采用哪种水处理方法，都不能绝对清除水中的杂质。在运行锅炉中不可避免地有一个水垢生成过程。因此，除采用合理的水处理方法外，还要及时清除锅炉内产生的水垢。目前，清除水垢有手工除垢、机械除垢、化学除垢三种方法。(1)手工除垢采用特制的刮刀、铲刀及钢丝刷等专用工具清除水垢。这种方法只适用于清除面积小、结构不紧凑的锅炉结垢，对于水管锅炉和
25、结构紧凑的火管锅炉管束上的结垢，则不易清除。(2)机械除垢主要采用电动洗管器和风动除垢器。电动洗管器主要用于清除管内水垢，风动除垢器常用的是空气锤和压缩空气枪。(3)化学除垢化学除垢常称为水垢的“化学清洗”，是目前比较经济、有效、迅速的除垢方法。化学清洗是利用化学反应将水垢溶解除去的方法。清洗过程是水垢与化学清洗剂反应，不断溶解，不断用水带走的过程。由于所加的化学清洗剂及其反应性质不同，故有不同的化学清洗方法。主要有盐法、酸法、碱法、螯合剂法、氧化法、还原法、转化法等。目前用得较多的是酸法和碱法。第二节 压力容器的操作、维护和安全状况评定一、压力容器安全概述在第三章已经介绍了压力容器的设计、制
26、造和检验。上一节对锅炉运行安全也作了一般性介绍。对于非燃火压力容器(以下均简称压力容器)，反应、分离、传热、贮运等化工过程，都在其中进行，并伴随一定的化学腐蚀和热学环境，所处理的工艺介质多数易燃、易爆、有毒，一旦发生事故，所造成的损害要比常温常压机械设备大得多，而且易产生中毒、火灾、爆炸等次生灾害，扩大事故后果。因此，对压力容器必须进行安全监察和安全管理。1压力容器的应用特点(1)种类繁多、应用面广压力容器主要用于石油、化学和冶金工业，种类繁多、形式各异。第三章第四节介绍了压力容器的不同分类方法。压力容器按照其工艺功能划分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器四个类型；按照其设计压力p划分为
27、低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器四个类型；按照其设计压力户和容积V，结合其工艺功能及其中物料的危险性，划分为第一类容器、第二类容器和第三类容器三个类型。表66列出了压力容器的类别划分。表66 压力容器类别划分压力容器用来完成各种工艺功能，遍布于石油、化学和冶金工业的各个部门。如一个年产30万吨的乙烯装置，其中有压力容器281台，占设备总量的354。至于工厂用的液化石油气瓶、氧气钢瓶、氢气钢瓶，更是随处可见。压力容器在医药、机械、采矿、航天航空、交通运输等工业部门也有广泛应用。(2)操作条件复杂、安全要求高压力容器的操作条件极为复杂，有些甚至达到苛刻的地步。从100以下的低温到1000以
28、上的高温；从大气压以下的真空到100 MPa以上的超高压，温度和压力变化范围相当宽广。处理的介质，多为易燃、易爆、有毒、腐蚀等有害物质，有数千个品种。如合成氨的操作压力为10100MPa，高压聚乙烯装置的操作压力为100200 MPa。操作条件的复杂性使压力容器从设计、制造到使用、维护都不同于一般机械设备。压力容器结构并不复杂，但因其承受各种静、动载荷或交变载荷，还有附加的机械或温度载荷，加工的物料多为有危险性的饱和液体或气体，容器一旦破裂就会卸压，导致液体蒸发或蒸气、气体膨胀，瞬间释放出极大量的破坏能量。承压容器多为焊接结构，容易产生各种焊接缺陷，一旦检验或操作失误，易发生爆炸破裂，器内的易
29、燃、易爆、有毒介质将向外喷泄，会造成灾难性后果。所以压力容器比一般机械设备有更高的安全要求。2压力容器安全管理目前，压力容器管理推行的是系统工程管理方法，即把容器的科研、设计、制造、安装、操作、检验、修理、事故、报废和信息反馈各个环节作为一个系统工程加以研究。研究人与容器、容器与环境、环境与人的相互作用、相互依存关系，用信息论和控制论方法，掌握和控制容器的技术现状，防范事故，确保压力容器安全、经济地运行。在压力容器的安全管理中，对设计资格、制造资格和安装资格的审核发证实行控制，以保证压力容器的质量。容器在使用前，使用单位应向国家或省级劳动部门办理登记手续，拟定压力容器的安全状况等级，领取压力容
30、器使用证，严防不合格压力容器投入使用。压力容器安装后安装单位和使用单位进行交接验收时，要有当地劳动部门参加。科学研究、信息反馈和有关人员的技能教育和培训应该贯彻于安全系统管理的始终。压力容器的综合管理分为前半寿命周期与后半寿命周期两部分，一般称为前半生管理和后半生管理。容器前半生管理的质量保证是容器投入运行、发挥经济效益的基础，是后半生管理的先决条件和科学依据。前半生管理的任何失控都会给后半生管理带来隐患或导致容器过早失效和发生事故，而后半生管理失控同样也会发生事故。目前，实施驻厂产品安全质量监督检验，监检产品质量，审查技术资料和检查质量管理系统的运转情况，以保证压力容器前半生的质量。对在用压
31、力容器在使用寿命周期内，根据容器安全状况等级确定定期检验周期实施定期检验。根据检验结果和修复情况可重新确定在用压力容器安全状况等级，以决定容器继续使用、监控使用、修复后使用或判废。总之，目前我国压力容器是按在用压力容器安全状况实施安全监察和安全管理的。同时实施检验单位检验资格认可和发证，以及实施在用压力容器检验员、无损检测人员和容器焊工发证，以保证在用压力容器检验质量和施焊质量，确保在用压力容器危及安全的隐患及时发现和处理，达到防患于未然的目的。安全系统管理的实施将为我国压力容器的技术发展，在用压力容器的设计、制造和安全经济运行提供可靠的保证。二、压力容器的操作与维护压力容器设计的承压能力、耐
32、蚀性能和耐高低温性能是有条件、有限度的。操作的任何失误都会使压力容器过早失效甚至酿成事故。国内外压力容器事故统计资料显示，因操作失误引发的事故占50以上。特别是化工新产品不断开发、容器日趋大型化、高参数和中高强钢广泛应用的条件下，更应重视因操作失误引起的压力容器事故。1压力容器工艺参数原则压力容器的工艺规程、岗位操作法和容器的工艺参数应规定在压力容器结构强度允许的安全范围内。工艺规程和岗位操作法应控制下列内容：(1)压力容器工艺操作指标及最高工作压力、最低工作壁温；(2)操作介质的最佳配比和其中有害物质的最高允许浓度，及反应抑制剂、缓蚀剂的加入量；(3)正常操作法、开停车操作程序，升降温、升降
33、压的顺序及最大允许速度，压力波动允许范围及其他注意事项；(4)运行中的巡回检查路线，检查内容、方法、周期和记录表格；(5)运行中可能发生的异常现象和防治措施；(6)压力容器的岗位责任制、维护要点和方法；(7)压力容器停用时的封存和保养方法。使用单位不得任意改变压力容器设计工艺参数，严防在超温、超压、过冷和强腐蚀条件下运行。操作人员必须熟知工艺规程、岗位操作法和安全技术规程，通晓容器结构和工艺流程，经理论和实际考核合格者方可上岗。2压力容器操作维护(1)应从工艺操作上制定措施，保证压力容器的安全经济运行。如完善平稳操作规定，通过工艺改革，适当降低工作温度和工作压力等。(2)应加强防腐蚀措施，如喷
34、涂防腐层、加衬里，添加缓蚀剂，改进净化工艺，控制腐蚀介质含量等。(3)根据存在缺陷的部位和性质，采用定期或状态监测手段，查明缺陷有无发展及发展程度，以便采取措施。3异常情况处理为了确保安全，压力容器在运行中，发现下列情况之一者应停止运行。 (1)容器工作压力、工作壁温、有害物质浓度超过操作规程规定的允许值，经采取紧急措施仍不能下降时；(2)容器受压元件发生裂纹、鼓包、变形或严重泄漏等，危及安全运行时；(3)安全附件失灵，无法保证容器安全运行时；(4)紧固件损坏、接管断裂，难以保证安全运行时；(5)容器本身、相邻容器或管道发生火灾、爆炸或有毒有害介质外逸，直接威胁容器安全运行时。在压力容器异常情
35、况处理时，必须克服侥幸心理和短期行为，应谨慎、全面地考虑事故的潜在性和突发性。三、压力容器破坏形式和缺陷修复1压力容器破裂压力容器及其承压部件在使用过程中，其尺寸、形状或材料性能发生改变，完全失去或不能良好实现原定功能，继续使用会失去可靠性和安全性，需要立即停用修复或更换，把这称作压力容器及其承压部件的失效。压力容器最常见的失效形式是破裂失效，有韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂、蠕变破裂等几种类型。通过对破裂宏观变形和微观形貌的观察分析，可以判断破裂的类型和致因。(1)韧性破裂韧性破裂是容器壳体承受过高的应力，以致超过或远远超过其屈服极限和强度极限，使壳体产生较大的塑性变形，最终导致破裂
36、。容器的韧性破裂，爆破压力一般超过容器剩余壁厚计算出的爆破压力。如化学反应过载破裂，一般产生粉碎性爆炸；物理性超载破裂，多从容器强度薄弱部分突破，一般无碎片抛出。韧性破裂的特征主要表现在断口有缩颈，其断面与主应力方向成45角，有较大剪切唇，断面多成暗灰色纤维状。当严重超载时，爆炸能量大、速度快，金属来不及变形，易产生快速撕裂现象，出现正压力断口。压力容器发生韧性破裂的主要原因是容器过压，压力容器过压已在第二章第五节作过介绍，这里不再赘述。(2)脆性破裂脆性破裂从压力容器的宏观变形观察，并不表现出明显的塑性变形，常发生在截面不连续处，并伴有表面缺陷或内部缺陷，即常发生在严重的应力集中处。因此，把
37、容器未发生明显塑性变形就破坏的破裂形式称为脆性破裂。化工压力容器常发生低应力脆断，主要原因是热学环境、载荷作用和容器本身结构缺陷所致。所处理的介质易造成容器应力腐蚀、晶间腐蚀、氢损伤、高温腐蚀、热疲劳、腐蚀疲劳、机械疲劳等，使焊缝和母材原发缺陷易于扩展开裂，或在应力集中区易产生新的裂纹并扩展开裂，使容器承受的应力低于设计应力而破坏。(3)疲劳破裂压力容器长期在交变载荷作用下运行，其承压部件发生破裂或泄漏。与脆性破裂一样，容器外观没有明显的塑性变形，而且也是突发性的。容器的这种破坏形式称为疲劳破裂。疲劳破裂往往发生在应力较高或存在材料缺陷处，加之器壁总体应力不大，所以容器没有明显塑性变形。如果容
38、器材料强度较低而韧性较好，不一定发生破裂，而是疲劳裂纹穿透器壁发生泄漏。如果容器材料强度偏高而韧性较差，则要发生爆破事故。疲劳破裂一般要经历裂纹的产生、裂纹扩展到临界尺寸、剩余断面的失隐断裂三个阶段，断口也有三个区。由于裂纹始发部分占断口尺寸很小，观察到的较明显的是裂纹扩展区和最终断裂区两个区。前者有一个“磨亮”的平滑表面，能看到贝壳状纹理，汇聚于破裂起源点，即应力集中或原始缺陷处；后者则成放射及人字状花纹。容器发生疲劳破裂的先决条件是存在交变载荷，可以是开停车或间歇操作容器周期性的加压卸压；操作过程中较大的压力或温度波动等。其次，发生疲劳破坏的局部区域存在较大的应力变化幅度，因而，具备疲劳裂
39、纹扩展的载荷条件，即交变应力范围。此外，该区域原来就可能存在裂纹性缺陷。(4)应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂是指容器材料在特定的介质环境中，在拉应力作用下，经一定时间后发生开裂或破裂的现象。应力腐蚀裂纹将在下一章“工业腐蚀与预防措施”中详细介绍。(5)蠕变破裂在高温下运行的压力容器，当操作温度超过一定限度，材料在应力作用下发生缓慢的塑性变形，塑性变形经长期累积，最终会导致材料破裂。蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口无金属光泽呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层或腐蚀物。2压力容器缺陷修复压力容器破裂大多是由于制造质量较差所致。压力容器的制造缺陷有成型组装缺陷和焊接缺陷两个类型。确认材质无劣化或劣化
40、甚微不影响使用，或可用焊接方法修复的压力容器，应该进行修复。在材质没有劣化的前提下，表面缺陷如裂纹、咬边、划伤、电弧擦伤等，可通过打磨圆滑过渡消除，如果剩余壁厚能够满足结构强度要求，则可接着采用防腐措施或改进工艺参数防止继续腐蚀。对于塑性、韧性、可焊性较好的钢材，其缺陷可采用补焊或堆焊的方法处理。施焊时应采取必要措施，防止焊接产生新的焊接缺陷和金属损伤。发现有大面积腐蚀和磨损难以堆焊处理时，可采用局部挖补方法，也可采用开设接管或人孔的方法。发现材质严重劣化时，不应轻易补焊或堆焊，必要时可局部更换或报废。临氢介质容器缺陷涉及焊接修复时，必须消氢后施焊。根据上述缺陷处理原则，可采用以下方法修复。(
41、1)打磨法表面缺陷可用打磨法处理。考虑到缺陷底部可能产生裂纹或表面裂纹有超深的可能，打磨时应注意：如点状或小面积缺陷应用指形砂轮打磨；条状缺陷应用角形砂轮沿缺陷走向打磨成条形深槽，边打磨边进行磁粉或着色探伤，直到消除缺陷为止。打磨后不得有棱角或条痕。如打磨缺陷过深需要补焊时，应进行补焊处理。(2)补焊和堆焊方法表面超深缺陷和埋藏缺陷，首先将有缺陷部位按焊接要求打磨成坡口，用补焊方法消除。表面龟裂或大面积腐蚀，需要堆焊处理。如母材和焊缝存在埋藏缺陷，当清除缺陷深度达23板厚时仍存在缺陷，应停止清除，开始补焊；然后在背面重新清除再补焊。如采用碳弧气刨清除缺陷，应用砂轮修整刨槽，并清除渗碳层后补焊。
42、补焊后应进行无损探伤。(3)局部挖补或部分更换法发现局部腐蚀超深、局部材质劣化、局部蠕变或局部鼓胀变形，难以保证安全使用，可采取局部挖补或部分更换筒节或封头的方法处理。挖补就是挖掉一块补上一块，也叫镶块补焊。对厚壁容器的局部挖补，补板中心要加厚，边缘与筒体等厚，焊后应进行热处理或消除应力处理。如果局部损伤严重、面积较大，可以采用局部更换筒节或封头的方法。更换筒节的长度不得小于300mm，且不小于5倍壁厚。局部更换筒节，施焊时必须保证一端能自由伸缩，防止焊缝产生过高的收缩应力和残余应力。(4)层板包扎加固法容器局部腐蚀严重，材料可焊性较差，缺陷无法用焊接方法消除时，容器受力由环向应力控制，轴向强
43、度有足够安全裕量，在结构允许的条件下，层板包扎加固。层板一般采用可焊性好的材质，防止使用层板与筒体会产生电化学腐蚀的材料。(5)堵孔厚壁容器发生穿孔腐蚀、制造时钻孔失误、运行中泄漏时，只要孔径小于设计规定的壳体无补强开孔直径时，可以采用自紧密封焊封堵。四、压力容器安全状况等级评定在用压力容器安全状况等级评定是把压力容器安全监察和安全管理推向按压力容器安全状况进行管理的轨道。这里介绍的是常规安全状况等级评定。1安全状况等级评定原则应根据对材质、结构和缺陷的检验结果，进行材质、结构和缺陷的评定，做出客观、确认的结论。评定时，既承认已多年使用的超标缺陷，又不排除其存在的危险性。对有材质劣化、原有缺陷
44、有扩展、又产生新缺陷的压力容器，应从严评定。评定等级分为5级。评定时，以评定项目等级最低项的等级作为压力容器最终等级。新制压力容器按规定1、2级可以投用；在用压力容器按规定1、2、3级可继续使用；4级应控制使用，但液化气体罐车、槽车不允许继续使用；5级应报废。2安全状况等级评定(1)材质评定实际材质与原设计选定材质不符合时，如果实际材质清楚，经材质检验未发现新生缺陷(不包括正常腐蚀)，不影响定级。如使用中产生新缺陷，并确认是实际材质选用不当所致，应定为4级或5级，液化气体罐车、槽车应定为5级。材质如有石墨化、合金元素迁移、回火脆性、应变时效、晶间腐蚀、氢损伤及脱碳、渗碳等，应根据材质劣化程度定
45、为4级或5级。(2)结构评定封头主要参数不符合现行标准，但经检验未发现新缺陷，可定为2级或3级，如发现新缺陷应根据有关规定条款评定。封头与筒体连接形式，如采用单面焊对接而未焊透，液化气体罐车、槽车应定为5级；其他用途压力容器应定为35级。如采用不等厚板件对接结构，经检验未查出新缺陷，可定为3级；若发现新缺陷，则应定为4级或5级。焊缝布置不当或焊缝间距小于规定值，经检验未发现新缺陷，可定为3级；若发现新缺陷，则应定为4级或5级。按规定应采用全焊透结构的角焊缝，但没有采用全焊透结构的主要承压元件，经检验未发现新缺陷，可定为3级；若发现新缺陷，应定为4级或5级。如果开口不当，经检验未发现新缺陷，对一
46、般压力容器可定为2级或3级；如果孔径超过规定，其计算和补强结构经过特殊考虑，不影响定级；未做特殊考虑，补强不够，应定为4级或5级。错边量和棱角度超标，应根据具体情况评定。(3)缺陷评定表面裂纹按规定是不允许的，应一律消除。如果确有裂纹，其深度在壁厚余量范围内，打磨后不需补焊，不影响定级；其深度超过壁厚余量，打磨后补焊合格，可定为2级或3级。由于工卡具、电弧等因素引起压力容器损伤，如果是焊迹可利用打磨方法消除，在不补焊的情况下能保持原有性能，不影响定级；需要补焊的，补焊合格后可定为2级或3级。变形无需进行处理的，不影响定级；继续使用不能满足强度要求的，可定为5级。使用时出现局部鼓包，如弄清原因并判断不在继续发展时，可定为4级；无法查明原因或发现材质进入屈服状态，可定为5级。焊缝咬边深度，在内表面不超过05 mm，在外表面不超过10 mm；焊缝连续长度在内外表面均不超过100 mm；焊缝两侧咬边长度，在内表面不超过焊缝总长的10，在外表面不超过焊缝总长的15，对于一般压力容器不影响定级，当咬边超标时应予修复。对罐、槽车和有特殊要求的压力容器，检验时未发现新的缺陷，可定为2级或3级；查出有新缺陷及咬
