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壓力容器是我們廠最重要、最危險、使用最多的設備類型，申報的兩個重大危險源（氧氣球罐和液氧貯罐）也都是壓力容器。因此，了解掌握壓力容器基礎及安全知識，對提高我們廠的安全生產(chǎn)水平是很有意義的。我主要講七個方面的內容：壓力容器的定義、分類、結構、失效、氧氣瓶安全知識、事故危害與案例以及安全管理要點。

1 壓力容器的定義 

壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或等于0.1MPa（表壓），壓力與容積的乘積大于或等于2.5 MPa?L，盛裝介質為氣體、液化氣體和最高工作溫度等于或高于標準沸點的液體的容器。制氧車間的壓力容器包括26臺固定式壓力容器和520個氧氣瓶，最低工作壓力0.18 MPa，最高為15 MPa。

2 壓力容器的分類

壓力容器的使用范圍廣、數(shù)量多、工作條件復雜，發(fā)生事故所造成的危害程度與工作壓力、工作溫度、使用場合、安裝方式等多種因素有關。危害程度越高，壓力容器的管理要求也越高。因此，需要對壓力容器進行合理分類�！秹毫θ萜靼踩�技術監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定了四種分類方法。

2.1按設計壓力分類

把內壓容器分為四類：低壓容器（代號L，0.1MPa≤P<1.6MPa）、中壓容器（代號M，1.6MPa≤P<10.0MPa）、高壓容器（代號H，10MPa≤P<100MPa）和超高壓容器（代號U，≥100MPa）。制氧車間固定式壓力容器中包括17個低壓容器和9個中壓容器，氧氣瓶均為高壓容器。

2.2按容器在生產(chǎn)中的作用分類

 可分為反應壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器4種。    

a.反應壓力容器(代號R) 主要用于完成介質的物理、化學反應。如鍋爐的上鍋筒。                                                                           

b.換熱壓力容器(代號E) 主要用于完成介質熱交換。如350m3/h制氧機的高效冷卻器、1000m3/h制氧機的空壓機后冷卻器和增壓機后冷卻器等。

c.分離壓力容器(代號S) 主要用于完成介質流體壓力平衡緩沖和氣體分離凈化。如制氧機的水分離器和吸附器。

d.儲存壓力容器(代號C，其中球罐代號B) 主要用于儲存盛裝氣體、液體、液化氣體等介質。如制氧車間的低溫液體貯罐、氧氣球罐等。

2.3按安裝方式分類

可分為固定式壓力容器和移動式壓力容器。

固定式壓力容器：有固定的安裝和使用地點，工藝條件和操作人員也比較固定。

移動式壓力容器：是一種儲運容器，沒有固定的使用地點，一般也沒有專職的操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變化，管理比較困難，容易發(fā)生事故。我們廠的液體槽車和氧氣瓶屬于移動式壓力容器。

上面的幾種分類方法僅僅考慮了壓力容器的某個設計參數(shù)或使用狀況，不能綜合反映壓力容器的危險程度。 壓力容器的危險程度還與介質危險性及其設計壓力p和全容積V的乘積有關，pV值愈大，則容器破裂時爆炸能量愈大，危害性愈大。

2.4按安全技術管理分類

我國《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》根據(jù)容器壓力的高低、介質的危害程度及在使用中的重要性，將壓力容器分為三類，即一類容器、二類容器、三類容器。其中三類容器要求最嚴格。

a.第三類壓力容器。具有下列情況之一的，為第三類壓力容器：

高壓容器；盛裝極度或高度危害介質的中壓容器；盛裝易燃或中度危害介質，且pV乘積大于等于10MPa?m3的中壓儲存容器；盛裝易燃或中度危害介質，且pV乘積大于等于0.5Pa?m3的中壓反應容器；盛裝極度和高度危害介質，且乘積大于等于0.2MPa?m3的低壓容器；高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；中壓搪玻璃壓力容器；使用抗拉強度下限≥540MPa的材料制造的壓力容器；移動式壓力容器；容積大于等于50m3的球形儲罐；容積大于5m3的低溫液體儲存容器。

b.第二類壓力容器。具有下列情況之一的，屬于第二類壓力容器：

中壓容器；盛裝極度和高度危害介質的低壓容器；盛裝易燃介質或中度危害介質的低壓反應容器和低壓儲存容器；低壓管殼式余熱鍋爐；低壓搪玻璃壓力容器。

c.第一類壓力容器，上述范圍以外的低壓容器為第一類壓力容器。

按照這種分類方法，制氧車間的壓力容器有一類容器12臺，二類容器8臺，三類容器6臺，

氧氣瓶均屬于三類容器。

3 壓力容器的結構

壓力容器的結構形式是多種多樣的，要根據(jù)用途、工藝要求、和制造方法等因素確定。容器的結構是由承受壓力的殼體、連接件、密封元件、接管開孔及其補強結構、支座和安全附件等部件組成。

3.1殼體 形狀有圓筒形、球形、錐形和組合形等，最常見的是圓筒形和球形。

3.1.1圓筒形殼體的幾何特點是軸對稱，由一個圓柱形筒體和兩端的封頭或端蓋組成。其優(yōu)點是應力分布比較均勻，承載能力高，易于制造，因而應用最廣泛。我們廠大多數(shù)壓力容器的殼體都是圓筒形。

3.1.2球形殼體又稱球罐，其幾何特點是中心對稱。優(yōu)點是受力均勻，在相同的壁厚條件下，球形殼體的承載能力最高；在相同容積條件下，球形殼體的表面積最小。所以，從受力狀態(tài)和節(jié)約用材來說，球形是壓力容器最理想的外形。我們廠最大的壓力容器是氧氣球罐。日本1988年研制的潛深為6000m的深海潛艇，其耐壓艙就是壁厚70mm的鈦合金球形殼體。但是，球形殼體也存在一些不足：一是制造比較困難，往往要采用冷壓或熱壓成形，成本較高；二是球形殼體既不便于安裝工藝內件，也不利于內部相互作用的介質的流動。所以一般只用于中低壓的儲存容器。

3.2連接件  連接件是容器及管道中起連接作用的部件，一般均采用法蘭螺栓連接結構。法蘭配合螺栓起連接作用，并通過擰緊螺栓使墊片壓緊而保證密封。

3.3密封元件 它放在兩個法蘭或封頭與筒體端部的接觸面之間，借助于螺栓的壓緊力起密封作用。一般低壓、常溫（≤100℃）和無腐蝕性的情況多用橡膠板（經(jīng)過硫化處理的硬橡膠工作溫度可達200℃）；介質溫度較高（對水蒸氣∠450℃，對油類∠350℃）的中、低壓容器通常用石棉橡膠板或耐油石棉橡膠板；一般的腐蝕性介質的低壓容器常采用耐酸石棉板；壓力較高時則用聚乙烯板或聚四氟乙烯板。不同的密封元件和不同的連接件相配合，就構成了不同的密封結構，這是壓力容器的一個重要的組成部分，不但影響到整個容器的結構和制造成本，而且關系到容器投產(chǎn)后能否正常安全運行。

3.4接管、開孔及其補強結構  由于工藝要求和檢修的需要，壓力容器的筒體或封頭上常設有各種開孔和接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管及安裝各種儀表用接管。 容器開孔后，開孔部位的強度減弱。為了補償開孔處的薄弱部位，就需進行補強措施。容器上的開孔補強一般均用局部補強法，常用的結構有補強圈、厚壁短管和整體鍛造補強等。

3.5支座 支座對壓力容器起支承和固定作用。用于圓筒形容器的支座，有立式容器支座和臥式容器支座兩類，其中立式容器支座又有腿式支座、支撐式支座、耳式支座和裙式支座四種。球形容器多采用柱式支座或裙式支座。

3.6 安全附件

壓力容器的安全附件主要有安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全連鎖裝置、壓力表、液位計、測溫儀表等。其作用是保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進行。在這里我們重點了解一下安全閥和壓力表的安全技術要求。對于安全閥要注意五點：

1.安全閥應當鉛直安裝在壓力容器液面以上的氣相空間部分，或者裝設在與壓力容器氣相空間相連的管道上；

2.壓力容器與安全閥之間的連接管和管件的通孔，其截面積不得小于安全閥的進口截面積，其接管應當盡量短而直；

3.壓力容器一個連接口上裝設兩個或者兩個以上的安全閥時，該連接口入口的截面積，應當至少等于這些安全閥的進口截面積的總和；

4.安全閥與壓力容器之間一般不宜裝設截止閥，必須裝設時，在壓力容器正常運行期間截止閥門必須保證全開（加鉛封或者鎖定），截止閥門的結構和通徑不得影響安全閥的安全泄放；

5.安全閥應定期校驗，一般每年校驗一次，新安全閥應當校驗合格后才能安裝使用。

壓力容器中使用最多的壓力表是彈簧管式壓力表，對其安全技術要求如下：

1.壓力表應裝設在壓力容器的氣相空間；

2.低壓容器的壓力表精度不得低于2.5級；工作壓力等于或大于2.45MPa的鍋爐和中高壓容器，壓力表精度不得低于1.5級；

3.壓力表的量程應與工作壓力相適應，通常為工作壓力的1.5倍～3.0倍。壓力表刻度盤上應劃紅線，指出最高允許工作壓力；

4.壓力表必須定期校驗，校驗后加鉛封并注明下次校驗日期；

5.壓力表應裝設在便于觀察和吹洗的地方，并避免受到熱輻射、冰凍和震動的影響。壓力表的接管不應有泄漏現(xiàn)象；

6. 壓力容器用壓力表應與介質相適應，蒸汽鍋爐壓力表下部應裝設存水彎管；

7.壓力表有下列情況之一者，應停止使用：

（1）無壓力時，有限位釘?shù)膲毫Ρ碇羔槻荒芑謴偷较尬会斕�，無限位釘?shù)膲毫Ρ碇羔樒�離零位的數(shù)值超過壓力表允許誤差；

（2）表面玻璃破碎或表盤刻度模糊不清；

（3）沒有鉛封、鉛封損壞或超過校驗日期；

（4）表內泄漏或指針跳動；

（5）其他影響壓力表準確示值的缺陷。

4 壓力容器的失效 

壓力容器在設計壽命內，因尺寸、形狀或者材料性能變化而危及安全或無法正常使用的現(xiàn)象，稱為壓力容器的失效。失效形式包括強度失效、剛度失效、失穩(wěn)失效和泄漏失效四類。

4.1強度失效

因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效稱為強度失效，危險性最大。包括韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂和腐蝕斷裂。

a.韌性斷裂：是壓力容器在載荷作用下，產(chǎn)生的應力接近或達到材料的屈服極限而發(fā)生的斷裂。特征是斷后有肉眼可見的宏觀變形，如整體鼓脹，斷口處厚度明顯變��；沒有碎片或碎片很少。厚度過薄或內壓過大是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。

b.脆性斷裂：這種斷裂是在較低應力狀態(tài)下發(fā)生的，又稱為低應力脆斷。其特征是斷裂后容器沒有鼓脹；斷口齊平；斷裂速度極快，易形成碎片；同時由于脆性斷裂時容器的實際壓力值往往較低，爆破片、安全閥等安全附件不會動作，導致后果比韌性斷裂更為嚴重。材料變脆和缺陷兩種原因都會引起脆性斷裂。除選材不當、焊接或熱處理不當使材料脆化外，低溫、應變時效等也會使材料脆化。壓力容器用鋼一般韌性較好，但如果存在嚴重的原始缺陷或制造缺陷（如材料夾渣、分層、焊接裂紋等），也會導致脆性斷裂。

c.疲勞斷裂：是壓力容器在交變載荷作用下，經(jīng)過一定周期后發(fā)生的斷裂。交變載荷是指大小或方向隨時間變化的載荷，包括運行時的壓力波動、振動、開停車、加溫或冷卻等原因引起的交變載荷。疲勞斷裂的斷口一般由裂紋源、裂紋擴展區(qū)和最終斷裂區(qū)組成。裂紋源往往位于壓力容器接管根部、焊接接頭等高應力區(qū)或其它有缺陷的部位。裂紋擴展區(qū)是疲勞斷口最重要的特征，常呈現(xiàn)貝紋狀。最終斷裂區(qū)在裂紋擴展到一定程度時迅速形成。

d.蠕變斷裂：是壓力容器長期在高溫下運行，隨時間的增加材料不斷發(fā)生蠕變變形，造成容器厚度明顯變薄與變形，最終導致壓力容器斷裂的現(xiàn)象。

e.腐蝕斷裂：是由于介質的腐蝕性使容器厚度變薄或使容器材料變脆而導致的斷裂�？諝庵械难鯇�金屬有腐蝕作用，溫度越高腐蝕速率越快，水的存在也會加速這種腐蝕。有的人在焊接后用自來水冷卻，這樣做會使金屬產(chǎn)生氫脆性并形成較大的殘余應力，也容易在焊縫處形成裂紋。

4.2剛度失效

是指容器由于過大的彈性變形而失去正常的工作能力。這種失效形式通常出現(xiàn)在密封結構、換熱設備、分餾塔等地方。

4.3失穩(wěn)失效

容器在壓應力的作用下，突然失去其原有的規(guī)則幾何形狀而引起的失效。常見于外壓容器。

4.4泄漏失效：指由于容器無法對介質保持正常的密封效果而引起的失效。

需要補充一點，在多種因素同時作用下，壓力容器有可能發(fā)生交互失效，這種失效發(fā)生的速度更快危害更大。如腐蝕介質和交變載荷同時作用引發(fā)的腐蝕疲勞，高溫和交變載荷同時作用引發(fā)的蠕變疲勞等。

5 氧氣瓶安全知識

由于氧氣在工業(yè)和醫(yī)療等領域的廣泛應用，氧氣瓶成為人們接觸較多的一種永久氣體氣瓶。工業(yè)氧氣瓶都是高壓氣瓶，其公稱工作壓力系列為15MPa、20MPa和30MPa。我們廠的氧氣瓶公稱工作壓力均為15MPa。由于壓力高，氣瓶材料強度高而韌性較低，純氧又具有極強的助燃和氧化性能，氧氣瓶在使用中容易發(fā)生燃燒或爆炸事故。氧氣瓶破裂爆炸時釋放的能量較多，氣瓶常破碎成片，造成嚴重的破壞和傷害。因而有必要了解氧氣瓶的安全知識。

5.1氧氣瓶結構

氧氣瓶由氣瓶本體和氣瓶附件組成。

氣瓶本體為管狀無縫結構，上端瓶口處的縮頸部分為瓶頸，瓶頸外側固定連接有頸圈，下端一般為凹形底。瓶體由優(yōu)質錳鋼、鉻鉬鋼或其他合金鋼制成。最常用的是中容積瓶，外徑219mm，容積40L，高度約1.5m，公稱工作壓力15MPa，許用壓力18MPa。

主要附件包括瓶閥、瓶帽和防震圈。瓶閥一般由黃銅制成，抗燃，而且不起靜電和機械火花。其密封材料常用聚四氟乙烯密封帶。瓶帽的作用是保護瓶閥免受磕碰，通過螺紋與頸圈連接。瓶帽上一般有排氣孔或側孔，以防瓶閥漏氣使瓶帽飛出傷人。防震圈是套在瓶體上的彈性橡膠圈，起減震和保護瓶體的作用。

5.2 氧氣瓶的充裝與儲運

（1）氧氣瓶充裝時，要嚴防混裝和超裝，而混裝造成的后果更為嚴重，常因混入可燃氣體、油脂等而導致氧氣瓶爆炸；

（2）氧氣瓶充裝前，應由專人負責逐只進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題時不得充裝，而須對氣瓶進行處置，如倒水、清除油污、送檢等；

（3）對應一定的充裝溫度，必須嚴格按規(guī)定的充裝壓力進行充裝，確保在氣瓶最高工作溫度60℃時瓶內壓力不超過氣瓶許用壓力；氣瓶充氣速度不得大于8m3/h，且充裝時間應不少于30min；

（4）氣瓶運輸裝卸時，必須配戴好瓶帽、防震圈，輕裝輕卸，嚴禁拋、滑、滾、碰；氧氣瓶不得與任何易燃、易爆物質同車運輸；夏季運輸氧氣瓶應避免曝曬；嚴禁用電磁起重機吊運；

（5）氧氣瓶不得與可燃氣體氣瓶同室儲存，儲存室內應禁絕煙火。

5.3 氧氣瓶的安全使用

 （1）拒絕使用超過檢驗期的氣瓶；

（2）氧氣瓶不得靠近熱源和明火。采用氧一乙炔焰進行作業(yè)時，氧氣瓶與焊（割）炬明火的距離應不小于10m，氧氣瓶與溶解乙炔氣瓶的距離不小于5m；

（3）禁止用沾染油脂的手或工具操作氣瓶，以防爆炸；

（4）開啟瓶閥和減壓閥時，動作應緩慢，以減輕氣流的沖擊和摩擦，防止管路過熱著火；

（5）禁止用壓縮純氧進行通風換氣或吹掃清理，禁止以壓縮氧氣代替壓縮空氣作為風動工具的動力源，以防引發(fā)燃爆事故；

（6）氧氣瓶必須留有大于0.05MPa的剩余壓力，嚴防乙炔倒灌引起爆炸。尚有剩余壓力的氧氣瓶，應將閥門擰緊，注上“空瓶”標記，禁止再次使用；

（7）冬天，氣瓶的減壓器和管路發(fā)生凍結時，嚴禁用火烘烤或使用鐵器之類的東西敲擊氣瓶，更不能猛擰減壓表的調節(jié)螺絲，以防氧氣突然大量沖出，造成事故；

（8）禁止使用沒有減壓器或減壓器損壞的氧氣瓶。氣瓶的減壓器應由專業(yè)人員修理。

6 壓力容器事故危害與案例

6.1 壓力容器事故的危害主要有震動危害、碎片的破壞危害、沖擊波危害、有害物質泄露危害等。（1）震動危害 壓力容器發(fā)生爆炸事故時，都會產(chǎn)生巨大的聲響，這種聲響可使設備發(fā)生震動、

  損壞，也可能傷及人的耳膜和內臟，危及生命；      

（2）碎片的破壞作用 壓力容器發(fā)生爆炸時，殼體可以裂解成大小不等的碎片向四周飛散，這些碎片具有極大的動能，能夠擊穿墻壁，損壞設備設施，危及人身安全，也可能引起連續(xù)爆炸和火災；

（3）沖擊波危害 壓力容器發(fā)生爆炸時，80%以上的能量都是以沖擊波的形式擴散的。0.005MPa的超壓就可使門窗玻璃破碎，0.1MPa的超壓可使人死亡。在爆炸中心附近，空氣沖擊波波陣面上的超壓可達到幾個甚至十幾個大氣壓。在這樣高的壓力下，建筑物將被摧毀，設備、管道會遭到嚴重破壞；如果一個壓力為2.5MPa，120m3的氧氣球罐爆炸，將釋放131KWh的能量。

（4）有害物質泄露危害 如果失效的壓力容器盛裝介質為有毒有害物質，泄漏的物質就會在較大范圍內造成環(huán)境污染和人員傷亡。氧氣泄漏有可能造成人員富氧中毒或引發(fā)火災，液氮泄漏會造成人員凍傷、窒息。

6.2 壓力容器事故案例

固定式壓力容器事故比較少見，移動式壓力容器更容易發(fā)生事故。對于我們廠，主要是氧氣瓶。據(jù)統(tǒng)計，95％以上的氫、氧氣瓶爆炸事故與氣瓶充裝站有關。下面我們了解一起典型的充裝低余壓氧氣瓶引起爆炸事故。

事故經(jīng)過：2004年8月17日12時10分，某公司一制氧站在氧氣充裝過程中，氧氣瓶突然發(fā)生爆炸，造成制氧站充裝車間整個廠房倒塌，生產(chǎn)被迫停止，幸未造成人員傷亡。直接經(jīng)濟損失3萬元。

事故原因：1. 該氧氣瓶在使用過程中，剩余壓力過低，致使乙炔倒灌進入氣瓶；2. 氣瓶在充裝過程中，操作人員違反了 “對氣瓶逐只進行充裝前的檢查”和 “對瓶內無剩余壓力、氧化性氣體氣瓶沾有油脂”的不得充裝的規(guī)定；3. 制氧站在充裝崗位雇傭臨時工，其安全素質差、人員流動性大。

防范措施：1. 氧氣瓶使用時必須留有大于0.05MPa的剩余壓力；2．氧氣瓶充裝前，應由專人負責逐只進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題時不得充裝；3．加強相關人員的培訓管理。

7 壓力容器安全管理要點

（1）使用定點廠家的合格產(chǎn)品。購置、選用的壓力容器應是持證定點廠家的合格產(chǎn)品，并有足夠的產(chǎn)品圖樣、技術文件和質量合格證明文件。安裝壓力容器的施工單位，也須經(jīng)省級鍋爐壓力容器安全監(jiān)察部門審查批準。

（2）登記建檔。壓力容器在正式使用前，必須到當?shù)劐仩t壓力容器安全監(jiān)察部門登記，經(jīng)審查批準入戶建檔，取得使用證后方可啟用。在使用單位，也應建立壓力容器的設備檔案，保存設備的設計、制造、安裝、使用、修理、檢驗、改造等環(huán)節(jié)的技術資料。

（3）專責管理。使用壓力容器的單位，應對設備實行專責管理，即責成專門的領導干部和技術人員管理設備，并使其相對穩(wěn)定，有職有權，熟悉相關法規(guī)，了解和掌握專業(yè)技術。

（4）持證上崗。壓力容器操作人員，應接受專業(yè)安全技術培訓并考試合格，獲得相應等級的操作證書，持證上崗，操作相應等級的設備。

（5）照章運行。壓力容器使用單位應有完善的管理制度和操作規(guī)程。任何人在任何情況下都不得違章操作。在運行中盡量平穩(wěn)操作，避免頻繁地加載和卸載，減少壓力和溫度的波動，防止壓力容器超溫超壓；采取有效措施防止腐蝕性介質和大氣對壓力容器的腐蝕；

（6）定期檢驗及校驗。即定期對壓力容器進行檢驗，以確定設備完好程度，查明缺陷并妥善處理。對于工作介質無明顯腐蝕性且不存在較大缺陷的壓力容器，一般每年進行一次年檢（外部檢查），每六年進行一次全檢（內外部檢查）。并定期對安全裝置進行校驗，確保其準確可靠。使用壓力容器的單位，應編制壓力容器年度定期檢驗計劃，并負責組織實施。

（7）優(yōu)化環(huán)境。對壓力容器所在的場地，應嚴格按規(guī)定進行建造和管理，使設備和操作人員處于適宜的環(huán)境條件中。

（8）維護保養(yǎng)。包括使用中的維護保養(yǎng)和停用保養(yǎng)兩方面。使用中的維護保養(yǎng)主要有：檢查維護安全裝置、法蘭、開孔位置和管路，消除泄漏，修復或更換損壞部件；檢查維護防腐層和保溫層等。停用保養(yǎng)主要是對長期停用的壓力容器保持干燥和清潔。

（9）報告事故。壓力容器在運行中出了泄露、爆炸等重大事故時，除按事故應急預案進行妥善處理外，還應如實上報上級主管部門和鍋爐壓力容器安全監(jiān)察部門。