探討介質特性對壓力容器設計的影響

劉紅虎

文章編號：2095-6835（2016）07-0108-02

摘 要：壓力容器中的工作介質種類繁多，來源廣泛。大多數介質是以氣體和液體狀態貯存在容器中，部分介質具有易燃、易爆或有毒有害的特性。這些工作介質會隨著工況條件或外部環境的改變而發生變化，極易出現超壓、泄漏和揮發現象，一旦容器發生爆炸，介質外溢，將會造成災難性的事故。

關鍵詞：介質特性；壓力容器；毒性程度；危害程度

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.108

1 壓力容器的介質

根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG R0004—2009）中的規定，壓力容器的介質分為以下兩組，包括氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于或等于標準沸點的液體。

第一組介質：毒性程度為極度危害、高度危害的化學介質，易燃介質，液化氣體。

第二組介質：由除第一組以外的介質組成，例如水蒸氣、氮氣等。

介質的危害性：介質的危害性是指壓力容器在生產過程中因事故致使介質與人體大量接觸，發生爆炸或因經常泄漏引起的職業性慢性危害的嚴重程度，一般用介質毒性程度和爆炸危害程度表示。

毒性程度：毒性程度的確定要綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業性慢性危害等因素。極度危害最高容許濃度小于0.1 mg/m3，高度危害最高容許濃度為0.1～1.0 mg/m3，中度危害最高容許濃度為1.0～10.0 mg/m3，輕度危害最高容許濃度大于或等于10.0 mg/m3。

易燃介質：指氣體或液體的蒸氣、薄霧與空氣混合形成的爆炸下限小于10%的爆炸混合物，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或等于20%的介質。

介質毒性危害程度和爆炸危害程度按《職業性接觸毒物危害程度分級》（GB 5044—1985）、《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》（HG 20660—2000）兩個標準確定。兩者不一致時，以危害（危險）程度高的為準。

基于第一組介質的特性，壓力容器的設計要按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG R0004—2009）與《壓力容器》（GB 150.1～150.4—2011）中的規定進行。在設計、制造壓力容器的過程中，應注意以下規范中的規定。

2 各規范中關于壓力容器設計的規定

《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG R0004—2009）對壓力容器的設計作出了以下規定：①設計圖樣時，需注明盛裝毒性為極度或高度危害介質的壓力容器，并制備產品焊接試件。②對于易爆介質或毒性程度為極度、高度或中度危害的壓力容器，應當在安全閥或爆破片的排出口裝設導管，將排放介質引至安全地點進行妥善處理，不得直接排入大氣。③將厚度大于或等于12 mm的鐵素體和低合金鋼板（不包括多層壓力容器的層板）用于制造壓力容器殼體，且用來盛裝介質毒性程度為極度、高度危害的介質時，應逐張按照JB/T4730.3—2005進行超聲檢測，保證合格級別不低于Ⅱ級。④接管（凸緣）與殼體之間的接頭設計和夾套壓力容器的接頭設計應當采用全焊透設計。⑤鑄鐵不得用于盛裝極度、高度、中度危害介質的壓力容器。⑥用于盛裝易爆，毒性程度為極度、高度危害介質的液化氣體壓力容器上的液位計中有防止泄漏的保護裝置。⑦耐壓試驗合格后，對于介質毒性程度為極度、高度危害或者設計上不允許有微量泄漏的壓力容器，應進行泄漏檢測。

《壓力容器》（GB 150.1～150.4—2011）對壓力容器的設計作出如下規定：①對于用于盛裝毒性為極度或高度危害介質的碳素鋼、低合金鋼制容器，應進行焊后熱處理；②對于盛裝毒性為極度或高度危害介質的容器，需采用設計文件規定的方法對A類和B類焊接接頭進行射線檢測或超聲檢測。③對于盛裝毒性為極度或高度危害介質的容器，如果有A類縱向焊接接頭的容器，應逐臺制備產品焊接試件。④對于介質毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄漏的容器，應在耐壓試驗合格后進行泄漏試驗。⑤對于盛裝易爆介質或者毒性程度為極度、高度或者中度危害的容器，應在泄放裝置的排出口裝設導管，將泄放介質引至安全地點，并進行妥善處理，不得直接排入大氣。⑥對于盛裝毒性為極度或高度危害介質的容器，在焊后熱處理后，如果要進行焊接返修，應對返修部位重新進行熱處理。⑦《碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》（GB/T 3274—2007）中的Q235B和Q235C鋼板不得用于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質的容器設計中。⑧對于盛裝毒性為極度或者高度危害介質的容器，如果鋼板冷成形受壓元件變形率超過表1中的范圍，應于成形后進行相應的熱處理，以恢復材料的力學性能。GB 150.1—2011附錄C中以驗證性爆破試驗確定容器設計壓力的方法不得用于盛裝極度和高度危害介質的容器設計。⑨爆破片安全裝置不能單獨用于排放介質毒性程度為極度、高度危害或者易爆、液化石油氣等場合，而需要與安全閥組合使用。⑩GB/T 8163—2008中10、20和Q345D鋼不得用于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質的容器設計。?GB/T 12771—2008中的Ⅲ類和Ⅳ類鋼管不得用于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質的容器設計中。?GB/T 21832—2008中的Ⅳ類鋼管不得用于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質的容器設計。?GB/T 24593—2009中的鋼管不得用于盛裝毒性程度為極度或高度危害介質的容器設計中。

根據多年從事壓力容器設計工作的經驗，筆者總結出壓力容器設計中應注意的問題，主要有以下：①按照《壓力容器中化學介質毒性和爆炸危險程度分類》（HG 20660—2000）劃分介質的毒性程度和爆炸危險程度，容器內為易燃、易爆介質或毒性為中度、輕度危害介質的接管法蘭的公稱壓力等級選用應不低于1.6 MPa，毒性為極度或高度危害的介質以及介質特性為強滲透性介質的接管法蘭的公稱壓力等級選用應不低于2.0 MPa。②真空容器宜儲存毒性為極度、高度危害的介質或液化石油氣，公稱壓力為中高壓的容器宜選用公稱直徑小的人孔。③當容器中盛裝易燃、易爆危險性介質或毒性程度為中度、高度、極度的介質時，不允許選用玻璃管液面計和玻璃浮子液面計。④當容器內介質的毒性程度為極度或高度危害時，應采用整體補強（即增加殼體的壁厚）或局部整體補強元件的補強方法。⑤容器內介質的毒性為極度危害、高度危害或介質為液化石油氣時，接管的法蘭應采用帶頸對焊型管法蘭。

參考文獻

[1]中國特種設備研究檢測院，國家質檢總局特種設備安全監察局，合肥通用機械研究院，等.TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術監察規程[S].北京：中國標準出版社，2009.

〔編輯：王霞〕