淺析壓力容器安全問題

　　評論：　更新日期：2015年10月18日

1.??? 引言：

壓力容器的用途十分廣泛, 它是在石油化學工業、能源工業、科研和軍工等國民經濟的各個部門都起著重要作用的設備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等六大部分構成容器本體。此外,還配有安全裝置、表計及完成不同生產工藝作用的內件。壓力容器由于密封、承壓及介質等原因,容易發生爆炸、燃燒起火而危及人員、設備和財產的安全及污染環境的事故。

2.??? 我國在用壓力容器安全現狀

我國現有在用壓力容器6 800萬臺(其中固定式176多萬臺) 。它們大多數是在高溫、高壓、低溫、疲勞及腐蝕性介質等苛刻工況下運行。安全使用壽命長的可達20年以上,短的只有幾年甚至幾個月。粗略估計一下,若能將每臺設備的壽命平均延長兩年,每臺設備的平均壽命按15年計,則相當于制造安裝新設備17萬臺,可為國家節約資金達百億元。在用壓力容器往往存在著各種焊接缺陷、結構缺陷、材料缺陷、使用時產生的裂紋、腐蝕、磨損等,再加上長期超期服役造成的材料損傷,潛在危害性極大。這些設備及隱患若不及時研究處理,繼續盲目使用,必將成為爆炸事故的主要根源。在用壓力容器存在的失效主要有脆斷、疲勞、腐蝕、沖蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕以及腐蝕疲勞等形體式,一旦發生事故將會對人民生命財產安全造成極大的危害,因而世界各國都相當重視。

3.??? 壓力容器技術進展

隨著冶金、機械加工、焊接和無損檢測技術的不斷進步, 特別是計算機技術的飛速發展, 在壓力容器技術領域也取得了相應的進展。國際標準化一體化隨著全球經濟一體化的逐步發展, 壓力容器標準國際化的趨勢已經越來越明顯。歐洲議會已于1997 年5 月正式批準了統一的壓力設備指令(Pressue Equipement Directive) 該指令于1999年11 月引入歐盟成員國的法規,于2002 年5 月在歐盟內強制執行。歐洲標準化委員會(CEN)現正在采取積極行動, 試圖將歐洲標準上升為國際標準。美國和日本等一些國家為了爭奪國際市場,也在采取積極的措施加速國際標準的制訂。設在美國的秘書處ISO/ TC11已多次召開會議, 并已經提出了ISO 15386 國際鍋爐壓力容器標準草案。其主要內容為國際標準的基本要求、質量體系的要求、結構安全性的要求以及各國標準成為國際標準的注冊認可程序等。1914年美國制定了世界上第一部壓力容器標準,材料許用應力值僅以抗拉強度為基準。直到1943年,英國壓力容器標準選取材料許用應力值時首次引入材料屈服強度為基準。為保證壓力容器安全,確定材料許用應力值時,同時考慮材料抗拉強度和屈服強度更為合理。奧氏體不銹鋼材料具有非常好的應變強化能力和韌性,為充分發揮奧氏體不銹鋼材料優良性能,選取奧氏體不銹鋼材料許用應力。

目前,確定壓力容器材料許用應力值一般取min{σs / ns ,σb / nb , σD / nD , σn / nn }。其中, σs , σb ,σD ,σn 分別為材料的屈服強度、抗拉強度、蠕變強度，和疲勞強度,在大多數工況下,壓力容器材料主要考慮屈服強度和抗拉強度,在一定條件下,才需考慮材料蠕變強度和疲勞強度; ns , nb , nD , nn 為安全系數。安全系數主要取決于人們對客觀規律的理解程度和設備發生事故的危害程度,壓力容器安全系數的選取建立在經驗基礎上,隨著理論研究和科學實驗的進步,在保障壓力容器安全性前提條件下,為節省材料和經濟考慮,壓力容器安全系數有降低的趨勢。

4.??? 影響壓力容器安全可靠性的幾個因素

4.1??? 設計參數

設計參數的確定是壓力容器設計工作的前提和基礎, 也是決定壓力容器安全運行的關鍵因素。因此, 設計者要特別予以重視。壓力容器設計參數所涉及到的內容較多, 但最關鍵的參數為設計壓力、設計溫度、介質特性( 包括易燃、易爆、毒性和腐蝕性能等等) 。這些參數選擇的合適與否, 直接影響壓力容器的使用可靠性和設計的經濟性。

4.1.1??????? 設計壓力

對于壓力容器來說, 一般根據最高工作壓力來確定, 另外還應根據系統特性, 如有無安全閥,有無泄放裝置, 是否在泵出入口, 設備特性是否屬真空、外壓操作等應綜合考慮, 可根據化工行業設計標準, 如HG20580-1998 規定確定設計壓力。

4.1.2??????? 設計溫度

影響壓力容器安全可靠性設計的另一個重要參數-- 設計溫度, 它是指容器在正常工作情況下, 設定的元件的金屬溫度。它與操作時介質溫度及環境溫度有關, 它的選擇正確與否將直接給容器選材帶來至關重要的影響。當容器處于低溫時, 若沒有考慮它的低溫影響, 將會導致選取材料低溫韌性不足而引起的脆性破壞。當容器處于高溫狀態,若設計溫度選取不合理, 也會導致選材不當而引起的安全性不足或者浪費等現象。我國壓力容器的有關設計標準規定了對有不同溫度工況下的容器, 應按最苛刻的工況設計, 并在圖樣或相應技術文件中注明各工況的溫度值。

4.1.3??????? 介質特性

介質特性是壓力容器設計中與安全有直接關系的又一個重要因素, 因此我國保證容器安全的法規性文件《容規》給予了特別的重視, 大量條文作了詳細的硬性規定。為確保《容規》正確執行,國家對有毒介質分類、化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類都制定了專門規范, 只要正確執行是可以保證安全的。

4.1.4??????? 其它因素

除了要準確掌握工作壓力、溫度及介質特性等參數外, 對用戶的壓力容器使用管理水平也應有一些了解, 因為管理水平的高低直接影響著壓力容器的安全運行。因此, 設計人員在確定設計參數時應該考慮到這些情況, 在為這類企業設計壓力容器時,技術要求中明確限定條件, 從而確保壓力容器安全運行。