壓力容器的隔熱管托使用范圍廣、數(shù)量多、工作條件復(fù)雜,發(fā)生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度與多種因素有關(guān),如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)危害性、材料力學(xué)性能、使用場(chǎng)合和安裝方式等。危害程度愈高,壓力容器材料、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求也愈高。因此,需要對(duì)壓力容器進(jìn)行合理分類(lèi)。
1.介質(zhì)危害性
介質(zhì)危害性指介質(zhì)的隔熱管托、毒性、易燃性、腐蝕性、氧化性等,其中影響壓力容器分類(lèi)的主要是毒性和易燃性。
(1)毒性
毒性是指某種化學(xué)毒物引起機(jī)體損傷的能力,用來(lái)表示毒物劑量與毒性反應(yīng)之間的關(guān)系。毒性大小一般以化學(xué)物質(zhì)引起實(shí)驗(yàn)動(dòng)物某種毒性反應(yīng)所需要的劑量來(lái)表示。氣態(tài)毒物,以空氣中該物質(zhì)的濃度表示。所需劑量的濃度愈低,表示毒性愈大。
設(shè)計(jì)壓力容器時(shí),依據(jù)化學(xué)介質(zhì)的最高容許濃度,中國(guó)將化學(xué)介質(zhì)分為極度危害(Ⅰ
級(jí))、高度危害(Ⅱ級(jí))、中度危害(Ⅲ級(jí))、輕度危害(Ⅳ級(jí))等四個(gè)級(jí)別。隔熱管托所謂最高容許濃度是指從醫(yī)學(xué)水平上,認(rèn)為對(duì)人體不會(huì)發(fā)生危害作用的最高濃度,以每立方米的空氣中含毒物的毫克數(shù)來(lái)表示,單位是mg/m3。一般劃分標(biāo)準(zhǔn)為:
極度危害(Ⅰ級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度<0.1mg/m3;
高度危害(Ⅱ級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度0.1~<1.0mg/m3;
中度危害(Ⅲ級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度1.0~<10mg/m3;
輕度危害(Ⅳ級(jí)) 最高容許質(zhì)量濃度≥10mg/m3。
介質(zhì)毒性程度愈高,壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴(yán)重,對(duì)材料選用、制造、檢驗(yàn)和管理的要求愈高。如Q235-B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器;盛裝毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的容器制造時(shí)隔熱管托,碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測(cè),整體必須進(jìn)行焊后熱處理,容器上的A、B類(lèi)焊接接頭還應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè),且液壓試驗(yàn)合格后還得進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。
而制造毒性程度為中度或輕度的容器,其要求要低得多。毒性程度對(duì)法蘭的選用影響也甚大,主要體現(xiàn)在法蘭的公稱(chēng)壓力等級(jí)上,如內(nèi)部介質(zhì)為中度毒性危害,選用的管法蘭的公稱(chēng)壓力應(yīng)不小于1.0MPa;內(nèi)部介質(zhì)為高度或極度毒性危害,選用的管法蘭的公稱(chēng)壓力應(yīng)不小于1.6MPa,且還應(yīng)盡量選用帶頸對(duì)焊法蘭等。
(2)易燃性
可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣組成的混合物,并不是在任何比例下都可以燃燒或爆炸的,而是有嚴(yán)格的數(shù)量比例,且因條件的變化而改變。研究表明,當(dāng)混合物中可燃?xì)怏w含量滿(mǎn)足完全燃燒條件時(shí),則其燃燒反應(yīng)最為劇烈。若其含量減少或增加,火焰燃燒速度則會(huì)降低,而當(dāng)濃度低于或高于某一限度值時(shí),就不再燃燒和爆炸。隔熱管托可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的混合物遇著火源或者一定的引爆能量就立即發(fā)生爆炸的濃度范圍稱(chēng)爆炸濃度極限,爆炸時(shí)的最低濃度稱(chēng)為爆炸下限,最高濃度稱(chēng)為爆炸上限。
爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸氣在混合物中的體積分?jǐn)?shù)來(lái)表示。爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的介質(zhì),一般稱(chēng)為易燃介質(zhì),如隔熱管托、甲烷、乙烷、乙烯、氫氣、丙烷、丁烷等。易燃介質(zhì)包括易燃?xì)怏w、液體和固體。壓力容器盛裝的易燃介質(zhì)主要指易燃?xì)怏w和液化氣體。
易燃介質(zhì)對(duì)壓力容器的選材、設(shè)計(jì)、制造和管理等提出了較高的要求。易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫(包括角焊縫)均應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)等。
2. 壓力容器分類(lèi)
世界各國(guó)規(guī)范對(duì)壓力容器分類(lèi)的方法各不相同,本節(jié)著重介紹中國(guó)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的分類(lèi)方法。
(1)按壓力等級(jí)分類(lèi)
按承壓方式分類(lèi),壓力容器可分為內(nèi)壓容器與外壓容器。隔熱管托及內(nèi)壓容器又可按設(shè)計(jì)壓力(p)大小分為四個(gè)壓力等級(jí),具體劃分如下:
低壓(代號(hào)L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa;
中壓(代號(hào)M)容器 1.6MPa≤p<10.0MPa;
高壓(代號(hào)H)容器 10MPa≤p<100MPa;
超高壓(代號(hào)U)容器 p≥100MPa。
外壓容器中,當(dāng)容器的內(nèi)壓力小于一個(gè)絕對(duì)大氣壓(約0.1MPa)時(shí)又稱(chēng)為真空容器。
(2)按容器在生產(chǎn)中的作用分類(lèi)
根據(jù)壓力容器在生產(chǎn)工藝過(guò)程中的作用,可分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲(chǔ)存壓力容器4種。具體劃分如下。
① 反應(yīng)壓力容器(代號(hào)R) 主要是用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的壓力容器,如隔熱管托、反應(yīng)器、反應(yīng)釜、聚合釜、高壓釜、合成塔、蒸壓釜、煤氣發(fā)生爐等。
② 換熱壓力容器(代號(hào)E) 主要是用于完成介質(zhì)熱量交換的壓力容器。如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、加熱器等。
③ 分離壓力容器(代號(hào)S) 主要是用于完成介質(zhì)流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器。如分離器、過(guò)濾器、集油器、緩沖器、干燥塔等。
④ 儲(chǔ)存壓力容器(代號(hào)C,其中球罐代號(hào)B) 主要是用于儲(chǔ)存、盛裝氣體、液體、液
化氣體等介質(zhì)的壓力容器。如隔熱管托、液氨儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐等。
在一種壓力容器中,如同時(shí)具備兩個(gè)以上的工藝作用原理時(shí),應(yīng)按工藝過(guò)程中的主要作用來(lái)劃分品種。
(3)按安裝方式分類(lèi)
根據(jù)安裝方式可分為固定式壓力容器和移動(dòng)式壓力容器。
① 固定式壓力容器 指有固定安裝和使用地點(diǎn),工藝條件和操作人員也較固定的壓力容器。如生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)的隔熱管托、臥式儲(chǔ)罐、球罐、塔器、反應(yīng)釜等。
② 移動(dòng)式壓力容器 指由罐體或者大容積氣瓶與行走裝置或者框架采用永久性連接組成的運(yùn)輸設(shè)備,包括鐵路罐車(chē)、汽車(chē)罐車(chē)、長(zhǎng)管拖車(chē)、罐式集裝箱和管束式集裝箱等。移動(dòng)式壓力容器需要考慮運(yùn)輸時(shí)的慣性力、液體的晃動(dòng),因而在結(jié)構(gòu)、使用和安全方面均有其特殊的要求。
具有裝卸介質(zhì)功能,僅在裝置或者場(chǎng)區(qū)內(nèi)移動(dòng)使用,不參與鐵路、公路或者水路運(yùn)輸?shù)膲毫θ萜鞑粚儆谝苿?dòng)式壓力容器。
(4)按安全技術(shù)管理分類(lèi)
上面所述的幾種分類(lèi)方法僅僅考慮了壓力容器的某個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)或使用狀況,還不能綜合反映壓力容器面臨的整體危害水平。例如儲(chǔ)存易燃或毒性程度中度及以上危害介質(zhì)的壓力容器,隔熱管托其危害性要比相同幾何尺寸、儲(chǔ)存毒性程度輕度或非易燃介質(zhì)的壓力容器大得多。
壓力容器的危害性還與其設(shè)計(jì)壓力p 和全容積V 的乘積有關(guān),pV 值愈大,則容器破裂時(shí)爆炸能量愈大,危害性也愈大,對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求愈高。
為此,綜合考慮設(shè)計(jì)壓力、容積、介質(zhì)危害程度、容器在生產(chǎn)中的作用、材料強(qiáng)度、容器結(jié)構(gòu)等因素,《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》將所適用范圍內(nèi)的壓力容器分為三類(lèi),即第一類(lèi)壓力容器、第二類(lèi)壓力容器和第三類(lèi)壓力容器。
使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),該分類(lèi)方法重點(diǎn)不突出,對(duì)于多功能壓力容器,由于難以界定哪個(gè)功能在生產(chǎn)中起主要作用,易造成類(lèi)別劃分時(shí)意見(jiàn)不統(tǒng)一。同時(shí),隔熱管托隨著材料科學(xué)、制造技術(shù)的進(jìn)步,材料強(qiáng)度、容器結(jié)構(gòu)等已不再是影響容器危險(xiǎn)程度高低的主要因素。
針對(duì)上述問(wèn)題,為使分類(lèi)簡(jiǎn)單唯一,中國(guó)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》根據(jù)介質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力和容積等三個(gè)因素進(jìn)行壓力容器分類(lèi),將所適用范圍內(nèi)的壓力容器分為第Ⅰ類(lèi)壓力容器、第Ⅱ類(lèi)壓力容器和第Ⅲ類(lèi)壓力容器,現(xiàn)介紹其分類(lèi)方法。
① 介質(zhì)分組 壓力容器的介質(zhì)為氣體、液化氣體、介質(zhì)最高工作溫度高于或者等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體,按其毒性危害程度和爆炸危險(xiǎn)程度分為兩組。
ⅰ. 第一組介質(zhì):毒性危害程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì),易爆介質(zhì),液化氣體。
ⅱ. 第二組介質(zhì):除第一組介質(zhì)以外的介質(zhì)。
介質(zhì)毒性危害程度和爆炸危險(xiǎn)程度按GBZ230 《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》、HG20660 《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類(lèi)》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確定。兩者不一致時(shí),以危害(危險(xiǎn))程度高的為準(zhǔn)。
② 壓力容器分類(lèi) 壓力容器分類(lèi)應(yīng)當(dāng)先按照介質(zhì)特性,隔熱管托選擇相應(yīng)的分類(lèi)圖,再根據(jù)設(shè)
計(jì)壓力p (單位MPa)和容積V (單位m3),標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn),確定容器類(lèi)別。
ⅰ. 對(duì)于第一組介質(zhì),壓力容器的分類(lèi)見(jiàn)圖1-2。
坐標(biāo)點(diǎn)位于圖1-2或者圖1-3的分類(lèi)線上時(shí),按較高的類(lèi)別劃分;容積小于25L或者內(nèi)直徑(對(duì)非圓形截面,指寬度、高度或者對(duì)角線,如矩形為對(duì)角線、橢圓為長(zhǎng)軸)小于150mm的小容積壓力容器,都劃為第Ⅰ類(lèi)壓力容器;GBZ230和HG20660兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有規(guī)定的介質(zhì),應(yīng)當(dāng)按其化學(xué)性質(zhì)、危害程度和含量綜合考慮,由隔熱管托及壓力容器設(shè)計(jì)單位決定介質(zhì)組別。
由于各國(guó)的經(jīng)濟(jì)政策、技術(shù)政策、工業(yè)基礎(chǔ)和管理體系的差異,壓力容器的分類(lèi)方法也互不相同。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)壓力容器時(shí),應(yīng)采用相應(yīng)的分類(lèi)方法。
例如,歐盟97/23/EC 《承壓設(shè)備指令》,根據(jù)允許工作壓力、最大允許工作溫度下的蒸氣壓力、介質(zhì)危害性、幾何容積或公稱(chēng)尺寸、用途等因素,綜合確定承壓設(shè)備的危害程度,將承壓設(shè)備分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類(lèi),并給出相應(yīng)的材料、設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)要求。
又如1993年頒布的日本JISB8270 《壓力容器(基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn))》,依據(jù)設(shè)計(jì)壓力和介質(zhì)危害性將壓力容器分成3個(gè)等級(jí):第三類(lèi)壓力容器的等級(jí)最低,適用范圍為設(shè)計(jì)溫度不低于0℃,設(shè)計(jì)壓力小于1MPa;第二類(lèi)壓力容器的設(shè)計(jì)壓力小于30MPa;而第一類(lèi)壓力容器的設(shè)計(jì)壓力一般應(yīng)小于100MPa。但是,如果對(duì)隔熱管托材料、制造、檢驗(yàn)等提出特殊要求,設(shè)計(jì)壓力高于100MPa的壓力容器也可歸入第一類(lèi)容器。
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