压力容器的安全管理

图5.3　锅炉爆炸事故2

5.1.4　特种设备的发展趋势

随着经济发展,特种设备不仅在数量呈上升趋势,且在使用功能和科技含量方面有了长足的进步,未来特种设备的发展趋势主要有以下特点：

（1)更高效

伴随着工业化进程和科技进步,特种设备向高参数、高效能和大型化方向发展。很多电站锅炉的额定蒸汽压力参数已达到22.129 MPa,有的甚至达到27～34 MPa。单机容量已发展到1 000 MW。压力容器作为石化装置中的重要设备,随着石油化工行业规模化的扩大,其参数也越来越大。内蒙古神华煤田在建的加氢反应器重达1 800 t,是目前世界上单台重量最大的压力容器；用于生产人造水晶的反应釜,最高工作压力超过100 MPa（1 000 kg/cm2)。压力管道的输送压力、输送距离、材料等级和管道口径逐步变大。城区范围内部分管道的最大设计压力也由原来的1.6 MPa提高到了4.0 MPa。电梯也因高速度、高功率的驱动能力和滚动导靴、智能减振等技术的出现,将进一步提高运载效率和运行的舒适性。

（2)更安全

由于特种设备具有潜在的危险性,安全可靠已成为设备的最重要指标。随着科技的进步,大量新材料、先进技术不断应用于压力容器制造领域。城市燃气管道材料逐步向使用复合材料和聚乙烯（PE)方向发展,燃气输配的监控和数据采集系统逐步完善,提高了安全性。电梯双向限速器与安全钳、主副门钩与非正常开门报警等安全装置的增加,为电梯安全运行提供了保障。起重机械更加注重研制新型安全保护装置和故障自动显示装置。客运索道的控制系统朝自动化、集成化发展,操作更加方便,安全保护装置和设施更加齐全,所有安全监控均输入计算机系统,一旦发生故障,可以自动停车,并显示故障位置。

（3)更环保、节能

随着我国可持续发展战略的实施,节能、环保问题是社会关注的一个重点,环保、节能型产品越来越受欢迎,特种设备也不例外。

（4)更具人性化

特种设备在人们的生活中越来越重要,人性化的设计理念更多地体现在特种设备产品中。

下面,就承压类特种设备中压力管道和压力容器的安全管理做详细介绍。

5.2　压力管道安全管理

5.2.1　压力管道的定义和类型

1)压力管道的定义

（1)管道的概念

管道是管道组成件和支承件组成,是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或制止流体流动的管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门和其他组成件的装配总成。

管道组成件是指用于连接或装配管道的元件。它包括管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门以及膨胀接头、挠性接头、耐压软管、疏水器、过滤器和分离器等。

管道支承件是指管道安装件和附着件的总称。其中安装件是指将负荷从管子或管道附着件上传递到支承结构或设备上的元件。它包括吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支撑杆、链条、导轨、锚固件、鞍庄、垫板、滚柱、托庄和滑动支架等。附着件是指用焊接、螺栓连接或夹紧等方法附装在管子上的零件,它包括管吊、吊（支)耳、圆环、夹子、吊夹、紧固夹板和裙式管座等。

压力管道的构成并非是千篇一律的,由于它所处的位置不同,功能有差异,所需要的元器件就不同,最简单的就是一段管子,但大致可以分为管子、管件、阀门、连接件、附件、支架等（见图5.4、图5.5)。

（2)压力管道的定义

图5.4　管道组成件示意图

图5.5　管道支撑件示意图

《特种设备安全监察条例》中规定,压力管道是指利用一定的压力,用于输送气体或者液体的管状设备,其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1　MPa（表压)的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或等于标准沸点的液体介质,且公称直径大于25 mm的管道（见图5.6、图5.7)。

图5.6　压力管道1

图5.7　压力管道2

（3)压力管道的特点

①数量多,标准多。

②管道体系庞大,由多个组成件、支承件组成,任一环节出现问题都会造成整条管线的失效。

③管道的空间变化大：或距离长却经过复杂多变的地理、天气环境：或在相对固定的环境里,但是其立体空间情况复杂。

④腐蚀机理与材料损伤具有复杂性：易受周围介质或设施的影响,容易受诸如腐蚀介质、杂散电流影响,而且还容易遭受意外伤害。

⑤失效的模式多样。

⑥载荷的多样性,除介质的压力外,还有重力载荷以及位移载荷等。

⑦材质的多样性,可能一条管道上就需要用几种材质。

⑧安装方式多样,有的架空安装,有的埋地敷设。

⑨实施检验的难度大,如对于高空和埋地管道的检验始终是难点。

2)压力管道的类型

（1)压力管道的分类

压力管道按其用途划分为工业管道、公用管道和长输管道。

《压力管道安装单位资格认可实施细则》将压力管道划分为3个类别、7个级别：

①长输管道为GA类,级别划分为：GA1,GA2级；

②公用管道为GB类,级别划分为：GB1,GB2级；

③工业管道为GC类,级别划分为：GC1级、GC2和GC3级。

（2)《特种设备目录》将压力管道划分为1个种类、3个类别7个品种（见表5.1)。

表5.1　特种设备目录

5.2.2　压力管道的安全管理

1)压力管道破坏形式

压力管道的破坏形式可分韧性破坏、脆性破坏、腐蚀破坏、疲劳破坏、蠕变破坏以及其他破坏形式。

①韧性破坏：材料经受过高的应力作用,以致超过了其屈服极限和强度极限,使其产生较大的塑性变形,最后发生破断的形式。

②脆性破坏：在低应力的情况下,即在材料的屈服极限之内,没有什么大的塑性变形,而突然发生破裂,这种破坏和脆性材料破坏现象差不多,故称为脆性破坏。脆性破裂时,一般没有明显的塑性变形,通常都裂成较多的碎片（块)。这种破裂事先很少有前兆,断裂速度极快。

③腐蚀破坏：材料在腐蚀性介质作用下,使厚度减薄或强度降低而产生的损坏。腐蚀一般可分为均匀腐蚀、局部腐蚀、晶间腐蚀和断裂腐蚀四种类型。腐蚀破裂时,通过对断口及金属表面进行微观检查就可以鉴别,必要时通过金相检查更易鉴别。

④疲劳破坏：材料经过长时间或多次的反复载荷作用以后,由于疲劳而在比较低的应力状态下没有明显的塑性变形,而突然发生的损坏,称为疲劳破坏。疲劳破裂时,没有产生明显的整体塑性变形,也很少断裂成碎块,仅是一般的撕裂开,突然发生泄漏、损坏而失效。那些在使用上间歇操作较频繁或操作压力大幅度波动的容器才有条件产生。

⑤蠕变破坏：金属材料在高温条件下受力的作用,其变形随时间的增长而增加,在变形不断增大的情况下,材料会在较低的应力状态下发生破坏,这种破坏叫蠕变破坏。蠕变破裂多发生在高温操作的压力容器上,破裂部位有明显的残余变形,金相组织有明显的变化。

2)压力管道破坏事故原因

压力管道破坏事故原因主要有：因存在原始缺陷（包括设计不合理、元件质量差、安装质量低劣等)而造成的低应力脆断；因超压造成过度的变形；因环境或介质影响造成的腐蚀破坏；因交便载荷而导致发生的疲劳破坏；因高温高压环境造成的蠕变破坏；因运行管理不科学、不合理造成的破坏；因意外伤害造成的破坏等。

3)压力管道常用标准和安全技术规程

·GB 50316—2000　工业金属管道设计规范；

·GB 50235—1997　工业金属管道工程施工及验收规范；

·SH 3501—2002 石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范；

·DL 5031—1994　电力建设施工及验收技术规范（管道篇)；

·GB 50028—1993　城镇燃气设计规范（2002年版)；

·CJJ 34—1990　城市热力管网设计规范；

·CJJ 28—1989　城市供热管网工程施工及验收规范；

·CJJ 33—1989　城镇燃气输配工程施工及验收规范；

·CJJ 63—1995　聚乙烯燃气管道工程技术规程；

·GB 50251—2003　输气管道工程设计规范；

·GB 50253—2003　输油管道工程设计规范；

·SY 0401—1998　输油输气管道线路工程施工及验收规范；

·TSG D0001—2009　压力管道安全技术监察规程-工业管道；

·TSG D5001—2009　压力管道使用登记管理规则；

·TSG D3001—2009　压力管道安装许可规则；

·TSG D7003—2010　长输管道定期检验规则；

·TSG D7004—2010　公用管道定期检验规则；

·DB11/T 796—2011　公用压力管道日常维护与定期检查规范。

4)我国压力管道管理现状

我国压力管道主要用于燃油、原油、燃气、蒸汽和工业用危险介质的输送,广泛用于城市发展、能源供应、石油化工的基础设施和人民生活的基础条件等领域,被称为“城市生命线”。

根据2010年我国特种设备安全监察统计年报结果统计,我国压力管道数量已经达到140.5万km,其中长输管道约11. 3万km,集输管道约32. 7万km,公用管道23.3万km,工业管道73.2万km。

在我国,由于压力管道安全监察管理工作起步较晚,监察管理力度不够,事故总量较大,人员伤亡、经济损失较大。据统计,2010年全国压力管道事故共136起,其中重大事故5起、严重事故23起,死亡32人,受伤63人。事故主要原因如下：设计安装不合理；管道元件质量不合格；维护操作不当；管道腐蚀泄漏。其中,燃气管道发生泄漏较多,造成的危害与损失较大,管道事故多数是由于第三方破坏所导致。

例如,大连石化公司曾有两条石油管道爆炸,数十米高的火焰在空中燃烧了超过15 h,损坏的油管导致数千加仑^[1]的原油流入附近的港湾和黄海中,原油污染至少430 km2的海域,迫使海滩和港口工厂关闭（见图5.8)。

又例如,北京通州曾有一条地下燃气管道在道路施工单位在作业时不小心被挖坏,施工方迅速报警并找来了燃气集团人员对损坏部位进行抢修,抢修路段管道处突然起火（见图5.9)。

图5.8　大连石化公司两条石油管道爆炸

图5.9　北京通州地下燃气管道被施工挖断起火

5)压力管道的安全管理

鉴于压力管道的特点和在经济、社会生活中特殊的重要性,其安全问题早已受到国家安全监察机构的重视。早在1989年,原劳动部锅炉压力容器安全监察局组织有关单位开展了三年的调查活动,调查表明：压力管道的安全管理应以法相治,在我国开展压力管道的安全监察是完全必要的。通过强制性的国家监察,使压力管道如同锅炉压力容器一样作为特种设备对待,指定专门的机构负责压力管道的安全监察工作,并拟制定一系列法规、规范、标准,供从事压力管道的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造等方面的工作人员共同遵循,并监督各环节对规范的执行情况,从而逐渐形成压力管道安全监察或监督管理体制,目的是使压力管道事故控制到最低的程度。

（1)提高本质安全水平,强化压力管道源头安全监管工作

加大压力管道源头安全隐患治理力度,建立新建压力管道安全监管长效工作机制。严格规范压力管道元件的设计制造环节,明确压力管道安装单位必须取得质监部门的安装资质,施工单位按要求履行必要的安装告知手续,接受特种设备检验机构对压力管道实施的安装监督检验。

并逐步推进在役压力管道使用登记工作。对于城镇范围内的公用燃气管道,相关企业应摸清压力管道安全使用状况,结合自身信息系统,办理使用登记手续。考虑管线不可视、环状结构和支线连通等复杂特性,建立管线台账和管线档案。管线台账应涵盖名称、GIS图档编号、压力级制、启用日期、材质、管径、数量、线上关联设备等基本信息,管线安全技术档案则以台账为建档依据,记录竣工资料、示意图、注册检验以及动态维修信息等内容。管线台账与档案的结合,不仅有利于数据统计汇总、摸清底数,做好管线的登记造册工作,而且可以清楚及时地掌握管线的动态变化,确保整个管网的安全运营。

（2)落实企业安全主体责任,规范运行维护和定期检验工作

按照燃气法规和标准的要求开展压力管道的定期巡查和检测。落实压力管道检测规范要求,开展压力管道定期检验和合乎使用评价工作。

在管线日常维护和检查方面,要按照不同周期的要求,规范日常巡查、泄露检测、防腐层检查、阴极保护系统测试维护、安装保护装置检查和腐蚀情况检查等常规性工作。

在管线的定期检验方面,有序推进有关工作。有针对性地从在用管道年度检查、全面检验和使用评价三个层次和深度逐步开展。年度检查是指在运行过程中的常规性检查；全面检验则是由有资质的检验机构对在用管道进行的基于风险的检验；使用评价是在全面检验之后进行,包括对管道进行应力分析计算,对危害管道结构完整性的缺陷进行的剩余强度评估与超标缺陷安全评定,对危害管道安全的主要潜在危险因素进行的管道剩余寿命预测,以及在一定条件下开展的材料适用性评价。检验检测结果将直接指导管网更新改造和消隐工程。

（3)注重关键点管理,避免施工破坏造成的管道事故

管道燃气在城市逐步普及,不但极大地方便了人民群众的日常生活,而且为改善城市环境、促进工业的发展发挥越来越重要的作用；但是,随之而生的管网事故也给人民生命财产安全带来威胁,使居民的燃气供应受到影响。所以管道的安全管理应为各地燃气企业安全管理工作中的重中之重。

国内燃气事故多发于市区内的埋地燃气管道,且以燃气管道遭施工破坏而引发的事故居多,占管道事故的80%以上。管道遭破坏事故多发的原因有以下几个方面：

①路网施工中各专业管道较多,各专业管道在满足规范要求的情况下几乎布满了马路两侧,有些部位无法满足规范要求需采取共占措施。频繁的机械施工给燃气管道安全运行带来重大隐患。

②大型施工机械在各专业施工队伍中的普遍采用,增大了各管线单位地下设施遭破坏的概率。燃气管线被挖掘机、装载机施工破坏的事例每年均有发生。

③非开挖施工工艺的采用也是管道遭破坏事故多发的一个原因。燃气施工中采用水平定向钻机施工,在一定程度上也可能带来管道遭到破坏的事故。以水平定向钻机为主要设备的非开挖施工敷设的燃气管道,管道定位难以做到十分准确,这就使其易遭周围机械施工的破坏,特别是有其他的非开挖施工时更是如此。

④PE管的大量采用也是燃气管道易遭破坏的原因之一。PE管具有耐腐蚀性强、寿命长、施工简便等优点,但其易遭到利器冲击而破损,形成燃气泄漏事故。大量的燃气PE管的应用,使管道遭到破坏的概率增加。

为解决这些问题,应采取以下应对措施：

①加大宣传力度,建立施工前管道单位间的沟通机制,为共同保护管道奠定基础。在必要的情况下,公布所有在路面下有设施的单位的联系电话,同时通过有效的途径加以宣传,以减少除路网施工以外的零星施工对地下设施可能产生的破坏。

②健全燃气管道管理制度,使管道管理有章可循。自工程交工、置换、运行管理,建立一整套的管理制度,保障管道的安全运行。

③在施工作业前签署管道保护协议,告知施工方管道的各种属性,建立燃气管道附近有施工时固定人员的盯守制度和有机械作业时管道管理人员的旁站看护制度。

④加强固定人员的值守和管道管理人员的巡回检查制度,确保各项管理制度落到实处。

⑤加强竣工未投入运行管道的管理也是避免事故发生的一个重要手段。

⑥借助现代科技手段对管道准确定位,减少事故的发生。有些事故的发生完全是由于管道位置不准而造成,因此有条件的地区在管道施工时,借助现代科技手段增设易于识别管道的标志。

（4)依托信息化的管理手段,实现压力管道完整性管理

利用信息化管理系统和平台,如物资管理信息系统、GIS图档系统、运行管理系统、设备资产管理系统等,将从物资采购安装、管线可视化、现场处理记录和管线动态信息记录等方面实现管线全生命周期的完整性管理。

①物资管理信息系统及电子商务平台反映了供应商管理、管材采购等环节管控,确保设备源头的可靠性。

②GIS图档系统的任务是完善管线图档数据,优化流程,及时真实地反映管网现状,为管网抢修、技改大修提供地理位置信息。

③设备资产管理系统则是从台账、档案及竣工档案、注册登记、维护检验、处置管理等方面全过程的记录管线的完整变化,并积累、沉淀相关知识和统计数据,最终实现规范管线信息的准确性及完整性,加强共享,达成动态管理的目标。

④运行管理系统则为管线维护检验各环节的工作记录了真实的现场记录的第一手资料和过程数据,实现过程管控的目标。

系统平台间的有机结合和链接将贯穿管线管理的各个环节,全面反映管线的真实状态,利用信息化手段实现管线完整性管理目标。

（5)强化部门协调和信息沟通建立安全监管长效机制

在落实企业主体责任的基础上,进一步加强部门协调和信息沟通,建立压力管道安全监管长效工作机制。

5.3　压力容器的安全管理

5.3.1　压力容器的类型

1)压力容器定义

2003年6月1日国务院颁发373号令《特种设备安全监察条例》第88条中,明确压力容器的定义,对压力容器实施安全监察管理的范围。

压力容器是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密封设备,对其范围规定为：最高工作压力大于或者等于0. 1 MPa（表压),且压力与容积的乘积大于或者等于2.5 MPa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛满公称工作压力大于或者等于0.2 MPa（表压),且压力与容积的乘积大于或者等于1.0 MPa·L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（见图5.10)。

图5.10　压力容器

2)压力容器工艺参数

（1)压力

压力：指压力容器工作时所承受的主要载荷,分为设计压力、工作压力等。

①工作压力（操作压力)：指容器顶部在正常工艺操作时的压力（不包括液体静压力)。

②最高工作压力：指容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大表压力（不包括液体静压力)。

③设计压力：指在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。《压力容器安全技术监察规程》规定容器的设计压力,应略高于容器在使用过程中的最高工作压力。

（2)温度

温度：分为设计温度、介质温度。

①介质温度：指容器内工作介质的温度。

②设计温度：压力容器设计温度不同于其内部介质可能达到的温度,是指各容器在正常工作过程中,在相应设计压力下,表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。

3)压力容器分类

压力容器的分类方法很多,最常见的有按照使用方式、压力、温度、作用原理等。

（1)按压力分类

按所承受压力（P)的高低,压力容器可分为：

①低压容器：0.1 MPa≤P<1.6 MPa；

②中压容器：1.6 MPa≤P<10 MPa；

③高压容器：10 MPa≤P<100 MPa；

④超高压容器：P≥100 MPa。

（2)按壳体承压方式分类

①内压容器（壳体内部承受介质压力)；

②外压容器（壳体外部承受介质压力)。

（3)按设计温度分类

①低温容器：设计温度t≤-20℃；

②常温容器：设计温度-20℃<t<450℃；

③高温容器：设计温度t≥450℃。

（4)按使用方式分类

①固定式压力容器：指固定的安装和使用地点固定的压力容器。用环境固定,不能移动。有如球形储罐、卧式储罐、各种换热器、合成塔、反应器、干燥器、分离器、管壳式余热锅炉、载人容器（如医用氧舱)等。

②移动式压力容器：指无固定使用地点、使用环境经常变迁的压力容器。作为某种介质的包装搭载在运输工具。如汽车与铁路罐车的罐体。

③气瓶类压力容器：作为压力容器的一种,社会拥有量非常之大,有高压气瓶（如氢、氧、氮气瓶)和低压气瓶（如民用液化石油气钢瓶)之分,包括液化石油气钢瓶、氧气瓶、氢气瓶、氮气瓶、二氧化碳气瓶、液氯钢瓶、液氨钢瓶和溶解乙炔气瓶等。其也有很强的移动性,既有运输过程中的长距离移动,也有在具体使用中的短距离移动。

（5)按在生产工艺过程中的作用原理分类

①反应容器：指用来完成介质的物理、化学反应的压力容器,如反应器、硫化罐、反应釜、发生器、分解锅、分解塔、聚合釜、高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜等。

②换热容器：指用来完成介质的热量交换的压力容器,如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、硫化锅、消毒锅、蒸压釜、蒸煮器、染色器、煤气发生炉水夹层等。

③分离容器：指用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的压力容器,如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、贮能器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、分汽缸、除氧器等。

④储运容器：指用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等压力容器,如各种形式的储槽、槽车（铁路槽车、公路槽车)等。

（6)《压力容器安全技术监察规程》根据容器的压力高低、介质的危害程度及生产过程中主要作用,对压力容器划分为三类。

①一类容器：

a.非易燃和无毒介质的低压容器；

b.易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器。

②二类容器：

a.中压容器；

b.剧毒介质的低压容器；

c.易燃或有毒介质的低压反应容器和储运容器。

③三类容器：

a.高压、超高压容器；

b.剧毒介质且P w×V≥196 L·MP的低压容器或剧毒介质的中压容器；

c.易燃或有毒介质且P w×V≥490 L·MP中压反应容器或P w×V≥4 900 L·MP中压储运容器；

d.中压废热锅炉或内径大于1 m的低压废热锅炉。

4)《特种设备目录》将压力容器划分为一个种类4个类别25个品种

（见表5.2)

表5.2　特种设备目录

续表

5.3.2　压力容器的基本构成

1)压力容器的组成

从设备整体角度看,压力容器分成壳体、支座、内件和安全附件等几部分。而仅对压力容器本身来说,一般可将压力容器分成筒体、封头、开孔补强、接管和法兰、安全附件、支座和密封等几部分（见图5.11)。

在进行压力容器的安全监察时,经常用到主要受压元件的概念。主要受压元件指的是压力容器的筒体、封头（端盖)、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰、球罐的球壳板、换热器的管板和换热管、M36以上的设备主螺栓及公称直径大于等于250 mm的接管和管法兰等受压元件。

图5.11　压力容器的组成

（1)筒体

压力容器的筒体按其结构形式可分为整体式和组合式两大类。

①整体式分成单层卷焊、整体锻造、锻焊、铸—锻—焊以及电渣重熔等几种。一般中、低压容器和器壁不太厚的高压容器,大多采用这种形式。

②组合式筒体结构分为多层结构和绕制结构两大类。多层结构包括多层包扎、多层热套、多层绕板、螺旋包扎等。在多层结构中,多层包扎是目前应用最广的组合式筒体结构。

（2)封头

压力容器的封头分为凸形封头、锥形封头,还有平盖。凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头和半球形封头,其中椭圆形封头使用的最为广泛。

（3)开孔补强、接管与法兰

对开孔处采用补强结构。常用的补强结构有补强圈、厚壁管补强和整体补强三种。压力容器的接管主要起将容器与工艺管道仪表附件相连的作用。压力容器的法兰按其整体性程度,分主松式法兰、整体式法兰和任意式法兰,其中任意式法兰在中低压容器上应用较多。

（4)支座

压力容器的支座一般分为直立设备支座门、卧式设备支座和球形容器支座。直立设备支座分为耳式支座、支承式支座和裙式支座；球形容器支座国内比较常见的有柱式支座和裙式支座两大类；卧式设备支座分为鞍座、圈座和支承式支座。

（5)压力容器的密封

压力容器密封性能是压力容器的重要指标。在密封口流体泄漏有两种情况：一是密封垫的泄漏,二是密封面的泄漏。密封结构分成强制密封、半自紧密封和自紧密封。常见的法兰连接即是一种强制密封。

（6)压力容器的安全附件

压力容器的安全附件主要包括：压力容器所用的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力表、液面计、测温仪表和快开门式压力容器的安全联锁装置。

《压力容器安全技术监察规程》中规定压力容器的安全装置按其功能分为三类：

①显示装置：各种形式的压力计、压力表、温度计、液位计等。

②控制式显示控制装置：这类装置能依照设定的工艺参数自行调节,保证该工艺参数稳定在一定的范围内,如减压阀、调节阀、电接点压力表、电接点温度计、自动液压计、紧急切断阀、过流阀、安全联锁装置。

③安全泄压装置：遇容器或系统内介质的压力超过额定压力时,该装置能自动泄放部分或全部气体,以防止压力持续升高而威胁到容器的正常使用或造成破坏。

·阀型安全泄压装置（即各种形式的安全阀)；

·断裂型安全泄压装置（爆破片、爆破帽等)；

·熔化型安全泄压装置易熔塞、易熔片（用于钢瓶、槽车上)；

·组合型安全泄压装置（由两种安全泄压装置组合而成,如安全阀与爆破片与爆破片串联一起,在安全阀进口爆破片串联在安全阀出口)。

2)压力容器的基本结构

薄壁圆筒形卧式容器,由筒体、封头、人孔、接管、支座等组成（见图5.12)。

图5.12　薄壁圆筒形卧室容器的基本结构

1—接管；2—人孔；3—封头；4—筒体；5—支座；6—液面计

5.3.3　压力容器的安全管理

安全可靠性是压力容器的首要问题。压力容器爆炸事故破坏性大,波及面广,伤亡、损失严重。压力容器发生爆炸事故的主要原因,一是存在较严重的先天性缺陷,如设计结构不合理、选材不当、强度不足、粗制滥造,二是使用管理不善,如操作失误、超温、超压、超负荷运营、失检、失修、安全装置失灵。因此,压力容器安全管理涉及容器设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造等各个环节。

1)压力容器的失效及原因

（1)失效定义及形式

压力容器失效既包括爆炸、破裂及泄漏等,也包括容器的过度变形、膨胀、局部鼓胀、严重腐蚀、产生较大裂纹、裂纹的疲劳扩展或腐蚀扩展、高温下过度的蠕变变形、几何形状受压失衡变形、金属材料长期使用的变性等。因此凡因安全问题导致容器不能发挥原有效用的现象均为失效。通常将压力容器的破坏形式分成韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂、蠕变、破裂、复合型破裂。

（2)爆炸定义及危害

爆炸,从广义上来说,是指一种极其迅速的、物理的或化学的能量释放过程。在这一过程中,系统的内在势能转变为机械能及光和热的辐射等。压力容器破裂时,容器内高压气体解除了外壳的约束,迅速膨胀并以很高的速度释放出内在能量。这就是通常所说的物理爆炸现象。

压力容器破裂引起的气体爆炸产生的危害也是多方面的。

容器破裂时,气体膨胀所释放的能量一方面使容器进一步开裂,并使容器或其所裂成的碎片以比较高的速度向四周飞散,撞坏周围的设备或造成人身伤亡等。另—方面,爆炸产生的冲击波还可以摧毁厂房等建筑物,产生更大的破坏作用。

如果容器的工作介质是有毒的气体,则随着容器的破裂,大量的毒气向周围扩散,产生大气污染,并可能造成大面积的中毒区。

容器内盛装的是可燃液化气体则更严重：在容器破裂后,它立即蒸发并与周围的空气相混合形成可爆性混合气体,遇到容器碎片撞击设备产生的火花或高速气流所产生的静电作用,会立即产生化学爆炸,即通常所说的容器二次爆炸。所产生的高温燃气向周围扩散,并引起周围可燃物燃烧,会造成大面积的火灾区。

2)压力容器的设计安全

压力容器的设计,要根据生产工艺所规定的操作条件（压力、温度、规格、开孔接管尺寸和部位等),有时还要考虑防腐、防爆、密封、载荷特性等要求和某些特殊要求,先选定结构型号,初步选定尺寸和用材,然后根据强度要求确定容器的壁厚以及顶盖、封头和其他承压零部件的最终尺寸。

针对压力容器设计单位的管理,原劳动局颁发了《压力容器设计单位资格管理与监察规则》,1999年6月国家质量技术监督局颁发了《压力容器安全技术监察规程》,2003 年6月国务院颁发了《特种设备安全监察条例》,明确规定了压力容器的设计单位应当经国务院特种设备安全管理部门许可方可从事压力容器的设计活动并应对设计质量负责。设计单位应当具备下列条件：

①与压力容器设计相适应的设计人员,设计审核人员；

②有与压力容器设计相适应的健全的管理制度和责任制度；

③设计资格印章失效的图样和已加盖竣工图章不得再用于制造压力容器。

3)压力容器的制造和安装

压力容器制造是根据压力容器设计、制造要求将压力容器的筒体、封头、开孔补强、接管和法兰等组成部件组对在一起。压力容器制造厂对产品制造质量负责。

大多数压力容器都是整机出厂的,在安装现场不再进行焊接工作。这些压力容器的安装施工的基本过程为：设备验收—基础施工—安装前准备—就位—内件安装清洗、封闭—压力试验—气密性试验——交工验收。

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》与《特种设备安全监察条例》对压力容器制造和安装单位提出明确以下要求。

①从事压力容器的制造、安装、改造单位,应当经国务院特种设备安全监察管理部门许可方可从事相应的活动（压力容器维修单位经省、自治区、直辖市特种设备安全监察管理部门许可),并应当具备下列条件：

·有与压力容器制造安装,改装相适应专业技术人员和技术工人；

·有与压力容器制造安装改造相适应的生产条件和检测手段；

·有健全的质量管理制度和责任制度；

②压力容器制造单位对其生产的压力容器的安全性能负责。

③压力容器安装、改造、维修的施工单位应当在施工前书面告知特种设备安全监督管理部门后方可施工。

④制造安装、改造、重大维修过程必须经国务院特种设备安全监察部门核准的检验检测机构,按照安全技术规范的要求进行监察检验,未经监督检验合格的不准出厂或者交付使用。

压力容器的使用单位应严格验收流程。压力容器安装工程完工后,应由设备使用单位组织安装单位和相关部门参加验收,合格后方可投用。并办理书面移交手续,移交资料一般应包括以下内容：

·《固定式压力容器安全技术监察规程》规定的压力容器设计文件和资料；

·《固定式压力容器安全技术监察规程》规定的压力容器制造、现场组焊技术文件和资料；

·压力容器安装告知书；

·设备安装器的检查验收记录；

·设备安装记录；

·基础检查记录；

·隐蔽工程记录；

·设计变更通知书；

·压力试验记录；

·压力容器安装监督检验证书。

4)压力容器的使用安全

使用单位对压力容器安全负责,使用单位技术负责人对压力容器安全管理负责,使用单位应指定具有压力容器专业知识的技术人员具体负责压力容器安全管理工作。压力容器管理和操作人员必须经规定的培训考核并持证上岗。使用全过程管理事项包括压力容器订购、设备进厂、安装验收及试车,具体有：运行、维修和安全附件检验；检验、修理、改造和报废等管理；年度定期检验的计划及实施、内外部定期检验的计划及落实、发生事故时应负责事项（抢救、报告、协助处理和善后处理)、办理使用登记、建立向当地安全监察机构的报告制度和对技术档案的管理等内容。按《固定式压力容器安全技术监察规程》《特种设备安全监察条例》《压力容器定期检验规则》的要求,使用单位应做到：

①建立压力容器技术档案,内容包括：

a.特种设备的设计文件、制造单位、产品质量合格证明、使用维护说明等文件以及安装技术文件和资料；

b.特种设备的定期检验和定期自行检查的记录；

c.特种设备的日常使用状况记录；

d.特种设备及其安全附件、安全保护装置、测量调控装置及有关附属仪器仪表的日常维护保养记录；

e.特种设备运行故障和事故记录。

②新压力容器投入使用前,在30天之内应向（地市级)的特种设备安全监察管理部门登记。

③使用单位应将工艺操作参数与岗位操作规程,安全注意事项或标志置于显著位置。

④压力容器的操作人员及相关管理人员,应按照国家有关规定经特种设备安全监察管理部门考核合格,取得特种设备作业人员证书,方可从事相应作业与管理工作。

⑤压力容器使用单位应当对压力容器作业人员进行安全教育和培训,保证压力容器作业人员具备必要的压力容器安全作业知识,并严格执行压力容器操作规程与有关安全规章制度。

⑥使用单位对在用的压力容器按技术规范规定的进行年度检查、全面检验、耐压试验外,还应每月至少一次进行自行检查,包括安全附件、安全保护装置、测量调控装置及有关附属仪器仪表,并作出纪录入档。

⑦在用压力容器按照技术规范的全面检验要求,在安全检验合格有效期届满前一个月向特检机构提出全面检验的要求。

⑧压力容器使用单位应制订压力容器事故应急措施和救援预案。

⑨压力容器存在严重事故隐患,无改造维修价值,或者超过安全技术规范规定的使用年限,使用单位应当及时将原登记的使用证向特种设备安全监察管理部门办理注销。

⑩压力容器出现故障或者发生异常情况,使用单位应对其检查消除事故隐患后方可重新投入使用。

对违反《固定式压力容器安全技术监察规程》与《特种设备安全监察条例》规定的行为,有权向特种设备安全监督管理部门和行政监察有关部门举报。

加强设备维护保养：

·保持设备保持完好,容器运行正常,效能良好；各种装备及安全附件完整；

·消除产生腐蚀因素；

·消灭容器“跑冒滴漏”；

·减少与消除压力容器的震动；

·加强对停用期间的维护保养；

·内部介质排净,特别是腐蚀性介质,要做好排放置换、清洗干燥等技术处理,保持内部干燥和清洁；

·压力容器外壁涂刷油漆,防止大气腐蚀；

·有搅拌装置容器还需做好搅拌装置的清理、保养工作,拆卸动力源；

·各种阀门及附件应进行保养防止腐蚀卡死等。

5)压力容器的检验管理

压力容器一般属于静止设备,尽管不像运动机械那样易于磨损,承受震动或产生疲劳,但它长期受压力、温差或风载荷等其他载荷的作用,有的还受到工作介质的腐蚀或在极端温度等工作条件下工作,在长期使用过程中,可能产生各种类型和性质的缺陷。使用中的压力容器避免不了发生缺陷,在用压力容器定期检验的目的就是发现这些在使用过程中产生的缺陷,在它们还没有危及压力容器安全之前将其消除,或采取措施进行特殊监控,以防止压力容器发生事故。压力容器安全技术规范对在用压力容器检验的有关事项作出了规定。

根据《压力容器定期检验规则》,压力容器定期检验分年度检查、全面检验和耐压检验。

（1)年度检查（外部检验)

①检验周期：为了确保压力容器在检验周期内的安全而实施运行过程中的在线检查,每年至少一次。年度检查可以由使用单位的持证的压力容器检验人员进行,也可由检验单位承担。

②检验内容：压力容器年度检查包括使用单位压力容器安全管理情况检查、压力容器本体及运行状况检查和压力容器安全附件检查等。检查方式以宏观检查为主,必要时进行测厚、壁温检查和腐蚀介质含量测定、真空度测试等。

在线的压力容器本体及运行状况的检查主要内容：

·压力容器的铭牌、漆色、标志及喷涂的使用证号码是否符合有关规定；

·压力容器的本体、接口（阀门、管路)部位、焊接接头等是否有裂纹、过热、变形、泄漏、损伤等；

·外表面有无腐蚀,有无异常结霜、结露等；

·保温层有无破损、脱落、潮湿、跑冷；

·检漏孔、信号孔有无漏液、漏气,检漏孔是否畅通；

·压力容器与相邻管道或者构件有无异常振动、响声或者相互摩擦；

·支承或者支座有无损坏,基础有无下沉、倾斜、开裂,紧固螺栓是否齐全、完好；

·排放（疏水、排污)装置是否完好；

·运行期间是否有超压、超温、超量等现象；

·罐体有接地装置的,检查接地装置是否符合要求；

·安全状况等级为4级的压力容器的监控措施执行情况和有无异常情况；

·快开门式压力容器安全联锁装置是否符合要求；

·安全附件的检验包括对压力表、液位计、测温仪表、爆破片装置、安全阀的检查和校验。进行压力容器本体及运行状况检查时,一般可以不拆保温层。

（2)全面检验（内、外部检验)

全面检验是指在用压力容器停机时的检验,全面检验应当由检验机构进行。

①检验周期：

a.安全状况等级为1—2级,一般为每6年一次。

b.安全状况等级为3级,一般为3～6年一次。

c.安全状况登记为4级,其检验周期由检验机构确定。安全状况等级为4级的压力容器,其累积监控使用的时间不得超过3年。在监控使用期间,应当对缺陷进行处理提高其安全状况等级,否则不得继续使用。

d.新压力容器一般投入使用满3年时进行首次全面检验,下次的全面检验周期由检验机构根据本次全面检验结果再确定。

e.介质为液化石油气且有应力腐蚀现象的,每年或根据需要进行全面检验。

f.采用“亚铵法”制造工艺,且无防腐措施的蒸球根据需要每年至少进行一次全面检验。

g.球形储罐使用标准抗拉强度下限大于等于540 MPa材料制造的,使用一年后应当开罐检验。

②全面检验项目、内容,按《压力容器定期检验规则》进行。检验单位根据压力容器具体状况,制订检验方案后实施检验,并按检验结果综合评定,安全状况等级。（如需要维修改造的压力容器、按维修后的复检结果进行安全状况登记评定。)检验检测机构对其检验检测结果、鉴定结论承担法律责任。

全面检验前,使用单位应做好有关准备工作。检验的一般程序包括检验前准备、全面检验、缺陷及问题的处理、检验结果汇总、结论和出具检验报告等常规要求。

检验的具体项目包括宏观、保温层隔热层衬里、壁厚、表面缺陷、埋藏缺陷、材质、紧固件、强度、安全附件、气密性及其他必要的项目。

③有以下情况之一的压力容器,全面检验检验周期应适当缩短：

a.介质对压力容器材料的腐蚀情况不明或者介质对材料的腐蚀速率每年大于0.25 mm,以及设计者所确定的腐蚀数据与实际不符的；

b.材料表面质量差或者使用中发现应力腐蚀现象的；

c.使用条件恶劣或者使用中发现应力腐蚀现象的；

d.使用超过20年,经过技术鉴定或者由检验人员确认按正常检验周期不能保证安全使用的；

e.停止使用时间超过2年的；

f.改变使用介质并且可能造成腐蚀现象恶化的；

g.设计图样注明无法进行耐压试验的；

h.检验中对其他影响安全的因素有怀疑的；

i.搪玻璃设备。

（3)耐压试验

①试验周期：指压力容器全面检验合格后,所进行的超过最高工作压力的液压试验或者气压试验的时间间隔。每两次全面检验期间内,建议进行一次耐压试验。对设计图样注明无法进行全面检验或耐压试验的压力容器,由使用单位提出申请,地市级安全监察机构审查,同意报省级监察机构备案。

②耐压试验的内容及要求：

a.全面检验合格后方可允许进行耐压试验。耐压试验前,压力容器各连接部位的紧固螺栓必须装配齐全,紧固稳当。耐压试验场地应当有可靠的安全防护设施,并且经过使用单位技术负责人和安全部门检验认可。耐压试验过程中,检验人员与使用单位压力容器管理人员到现场进行检验。检验时不得进行与试验无关的工作,无关人员不得在试验现场停留。

b.耐压试验的压力应当符合设计图样要求,并且不小于检定规则中公式计算值。

c.耐压试验前,应当对压力容器进行应力校核,其环向薄膜应力值应当符合相应要求。

d.耐压试验优先选择液压试验。

e.介质毒性程度为极高、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器,必须进行气密试验。

学习鉴定

1.填空题

（1)按照特种设备的特点,可将其划分为_________和_________。

（2)压力管道按其用途划分为_________ 、_________和_________ ,公用管道为GB类,级别划分为：_________、_________。

（3)压力容器按使用方式分类,分为 、　和 。

（4)压力容器定期检验分：_________、_________和_________ 。

2.问答题

（1)特种设备的定义和分类是什么?

（2)简述压力容器年度检查的要求。

【注释】

[1]1 kcal＝4.184 kJ1加仑（美)≈3.785 L,1加仑（英)≈4.546 L。