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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流压力容器典型事故案例调查与剖析.精品文档.压力容器典型事故案例调查与剖析 摘要：提出了压力容器的概念及分类，分析压力容器破环的主要形式、破环的原因和特征。对压力容器典型事故案例进行了分析。提出了压力容器安全的目的和意义与实现措施。关键词：压力容器，事故，调研Investigation and analysis of the typical pressure vessel accidentAbstract：Put forward the concept and classification of pressure vessels, analyz
2、e the main form and the causes of the breaking, then analyze the typical pressure vessel accident, put forward the purpose and the significance of the pressure vessels safety and the measures.Key words：pressure vessels，accident，research正文：一压力容器安全基础知识概述 1.压力容器的定义及特点 压力容器是一种承压设备。承压设备是指涉及生命安全、危险性大的锅炉、压
3、力器（含气瓶）、压力管道等承压类特种设备和安全附件。压力容器是承接带有一定压力的流体的密闭设备，是工业生产中必不可少的一类机械设备。压力容器广泛应用于国民经济的各个部门。由于压力容器极宽广的操作范围，包括压力、温度、介质、周围坏境等，使其在设计、制造、使用和管理等方面与其他一般机械设备不同，尤其在安全性能方面更为苛刻和严格。因此，压力容器表现以下与一般机械设备不同的特点：（1）容器应用的广泛性。各种形式和规格的压力容器广泛用于石油、天然气、化工、石油化工、能源、制药、食品、航天和交通运输等部门，在民用和农业部门也屡见不鲜。（2）操作条件的复杂性，甚至进于苛刻。操作的复杂性使压力容器从设计、制造
4、、安全到使用、检验、改造、维护都不同于一般的机械设备，成为一类特殊的承压设备。（3）对安全的高要求。2.压力容器的分类 压力容器的型式很多，按不同的需求可以进行不同的分类。但是从压力容器的使用管理和安全监察角度出发，按照“荣归”将压力容器区分为几个类别具体方法如下：（1）按压力容器技术特性分类根据容器承受的压力(p)分为低压、中压、高压、超高压四类。具体划分如下：低压容器p1.57MPa(16kgfcm2) 中压容器：1.57MPa(16kgfcm2)p9.81MPa(100kgfcm2)高压容器：9.81MPa(100kgcm2)p98.1MPa(1000kgfcm2)超高压容器：p98.1
5、MPa(1000kgfcm2) （2）按容器在生产中的作用分类: 反应压力容器(代号R):用于完成介质的物理、化学反应。 换热压力容器(代号E):用于完成介质的热量交换。 分离压力容器（代号S):用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。 储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。 在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。 （3）按安装方式分类 ： 固定式压力容器：有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。 移动式压力容器：使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质
6、晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。 上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器的危险程度。 （4）依据受监察容器的压力高低、介质的危害程度以及生产过程中的重要作用，又将容器分为三类类容器非易燃或无毒介质的低压容器易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器类容器高、超高压容器剧毒介质的低压容器易燃或有毒介质的低压反应容器和贮运容器内径小于lm的低压废热锅炉类容器：高压、超高压容器剧毒介质且PV196LMPa(2000Lkgfcm2)的低压容器或剧毒介质的中压容器（3）易燃或有毒介质且PV4
7、90LMPa(5000Lkgfcm2)的中压反应容器，或PV4900LMPa(50000Lkgfcm2)的中压贮运容器（中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。3.压力容器破坏的主要形式、原因及特征 压力容器及其承压部件在使用过程中，尺寸、形状或材料性能发生改变而完全失去或不能良好的实现原定的功能或继续使用中失去可靠性和安全性，因而需要立即停用进行维修或更换，成为压力容器的破坏形式。压力容器的失效从安全角度分类，通常情况下可分为以下几种形式：韧性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、应力腐蚀破裂、蠕变破裂、泄漏。（1）韧性破裂 压力容器的韧性破裂往往是受到超过正常工作内压的作用，在其器壁截面上产生的总体
8、薄膜拉伸使材料发生明显塑形变形，如压力升高，一旦应力超过材料的强度极限时，容器就会发生破裂。具有以下特征：容器发生显著的塑形变形，主要表现在容器的周长明显的拉长或面积明显的增大、中间部分有鼓胀，且壁厚面型减薄。（2）脆性破裂 容器不发生或未发生充分塑性变形下就破坏的破裂型式称为脆性破裂。造成脆性破裂的原因主要有两方面原因：一是容器的材料原因，即容器本身的韧性差；二是容器本身在制造或使用中存在超标的缺陷。脆性破裂在发生断裂前外观没有明显的征兆和塑性变形，断裂时器壁内的应力比较低，且破坏的容器常断裂成碎块飞出。（3）疲劳破裂 疲劳破裂是指在交变载荷（机械载荷或热载荷）下运行，经历长期作用后，在某些
9、局部的应力集中部位发生了破裂或泄漏。造成疲劳破裂的主要原因是高应力低循环疲劳，指材料所受的交变载荷次数在102105，而相应的应力水平较高，接近或超过材料的屈服极限。有一下特征：常发生在结构局部应力较高或存在材料（包括焊缝及其热影响区）缺陷处；疲劳破裂的断口形貌与脆性端口不同，断口也有三个区，但由于裂纹萌生萌生部分占断口尺寸很小，实际观察叫明显的是裂纹扩展区和最终断裂两个区。（4）应力腐蚀破裂 应力腐蚀破裂起源于环境对容器材料的腐蚀，即材料与周围环境介质产生化学或电化学作用，使材料厚度减薄或本身性能发生变化，从而最总导致容器破裂。腐蚀破裂是一种延迟性破坏，一旦萌生腐蚀裂纹，裂纹扩展的速度比纯腐
10、蚀快的多，因此应力腐蚀破裂宏观形态具有脆性破裂的特征。（5）蠕变破裂 在高温下工作的压力容器，操作温度超过一定极限，材料就在应力的作用下发生缓慢的塑性变形。蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口无金属光泽，呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层和腐蚀物。（6）泄漏失效上述压力容器可能发生的任何形式的破裂，最终都会表现为容器内的介质向外泄漏。根据泄漏的介质性质和容器工况不同，泄漏造成的灾害和危害也不同。泄漏造成大量易燃、易爆、有毒物质向空中释放，并在空旷中扩散，在有火源条件下，会引起燃烧、爆炸，人暴露在这种环境中就会中毒，从而带来严重的人身伤亡、财产损失和环境污染。4.压力容器事故分析方法、内容和步
11、骤 化工生产由于使用的原料、半成品和产品绝大多数具有易燃易爆、腐蚀毒害等危险特性，且生产装置大型化、连续化，工艺过程复杂化，潜在着很大的危险性。因此，对现代化的化工生产装置单纯采用传统的安全管理方法已远远不能适应安全生产的需要必须实现现代化管理。目前，国内外已经开发出的危险性分析方法有几十钟之多，这些方法都是依据不同的对象和要求开发出来，有各自的特点，可针对系统的具体情况选择恰当的方法。以下是几种常见的危险性分析方法。（1）预先性分析方法预先性分析是指在一项工程活动（包括设计、施工、生产和维修等）之前，对系统存在的各种危险因素、出现的条件以及导致事故的后果进行宏观的、概略的分析，以便提出安全防
12、范措施。操作步骤：熟悉系统；识别危险；分析触发事件；找出形成事故的原因事件；确定事故情况和后果；划分危险因素的危险等级。（2）危险和操作研究危险和操作性研究是查明生产装置和工艺过程中工艺参数及操作控制中可能出现的偏差，针对这些偏差，找出原因，分析后果，提出对策的一种分析方法。操作步骤如下：建立研究小组；资料准备；将系统划分成若干个部分；分析偏差；结果整理。（3）故障类型和影响分析故障类型和影响分析是指系统危险性分析的重要方法之一。操作步骤如下：熟悉系统；确定分析的深度；绘制逻辑图；分析故障类型的影响；结果汇总。（4）事件树分析事件树分析是从一个初始事件开始，按顺序分析事件向前发展中各个环节成功
13、与失败的过程与结果。任何一个事故都是由多个环节事件发展变化形成的。操作步骤：确定初始事件；找出与初始事件有关的环节事件；画事件树；说明分析结果。（5）事故树分析事故树分析是从结果到原因找出与灾害事故有关的各种因素之间因果关系及逻辑关系的分析方法。这是一种作图分析方法。操作步骤：确定和熟悉系统；确定顶上事件；详细分析事故的原因；确定不予考虑的事件；确定分析的深度；编事故树；定性分析；定量分析。二压力容器典型事故案例分析(一)事故概况 2004年4月15日2l时，重庆天原化工总厂氯氢分厂1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔，造成含铵盐水泄漏到液氯系统，生成大量易爆的三氯化氮。16日凌晨发生排污罐爆炸，1时23
14、分全厂停车2时15分左右，排完盐水后4h的1号盐水泵在静止状态下发生爆炸，泵体粉碎性炸坏。 16日17时57分，在抢险过程中，突然听到连续两声爆响，液氯储罐内的三氯化氮突然发生爆炸。爆炸使5号、6号液氯储罐罐体破裂解体井炸出1个长9m、宽4m、深2m的坑，以坑为中心，在200m半径内的地面上和建筑物上有大量散落的爆炸碎片。爆炸造成9人死亡，3人受伤，该事故使江北区、渝中区、沙坪坝区、渝北区的15万名群众疏散，直接经济损失277万元。(二)事故原因分析 爆炸直接因素关系链为：设备腐蚀穿孔呻盐水泄漏进入液氯系统一氯气与盐水中的铵反应生成三氯化氮一三氯化氮富集达到爆炸浓度(内因)启动事故氯处理装置振
15、动引爆三氯化氮(外因)。1. 直接原因 (1)设备腐蚀穿孔导致盐水泄漏，是造成三氯化氮形成和富集的原因。根据重庆大学的技术鉴定和专家的分析，造成氯气泄漏和盐水流失的原因是1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔。腐蚀穿孔的原因主要有5个；氯气、液氯、氯化钙冷却盐水对氯气冷凝器存在普遍的腐蚀作用。列管内氯气中的水分对碳钢的腐蚀。列管外盐水中由于离子电位差异对管材发生电化学腐蚀和点腐蚀。列管与管板焊接处的应力腐蚀。使用时间较长，并未进行耐压试验，使腐蚀现象未能在明显腐蚀和腐蚀穿孔前及时发现。 1992年和2004年1月该液氯冷冻岗位的氨蒸发系统曾发生泄漏，造成大量的氨进入盐水，生成了含高浓度铵的氯化钙盐水。1号氯
16、冷凝器列管腐蚀穿孔，导致含高浓度铵的氯化钙盐水进入液氯系统，生成并大量富集具有极具危险性的三氯化氮爆炸物，为16日演变为爆炸事故埋下了重大事故隐患。 (2)三氯化氮富集达到爆炸浓度和启动事故氯处理装置造成振动，引起三氯化氮爆炸。 经调查证实，厂方现场处理人员未经指挥部同意，为加快氯气处理的速度，在对三氯化氮富集爆炸的危险性认识不足的情况下，急于求成，判断失误，凭借以前操作处理经验，自行启动了事故氯处理装置，对4号、5号、6号液氯储罐(计量槽)及1号、2号、3号汽化器进行抽吸处理。在抽吸过程中，事故氯处理装置水封处的三氯化氮因与空气接触和振动而首先发生爆炸，爆炸形成的巨大能量通过管道传递到液氯储
17、罐内，搅动和振动了液氧储罐中的三氯化氮，导致4号、5号、6号液氯储罐内的三氯化氮爆炸。2. 间接原因 (1)压力容器设备管理混乱，设备技术档案资料不齐全，两台氯液气分离器未见任何技术和法定检验报告，发生事故的冷凝器1996年3月投入使用后，一直到2001年1月才进行首检，没进行耐压试验。近两年无维修、保养、检查记录，致使设备腐蚀现象未能在明显腐蚀和腐蚀穿孔前及时发现。 (2)安全生产责任制落实不到位。2004年2月12日，集团公司与该厂签订安全生产责任书以后，该厂未按规定将目标责任分解到厂属各单位。 (3)安全隐患整改督促检查不力。 重庆天原化工总厂对自身存在的安全隐患整改不力，该厂“2. 1
18、4”氯化氢泄漏事故后，引起了市领导的高度重视，市委、市政府领导对此作出了重要批示。为此，重庆化医控股(集团)公司和该厂虽然采取了一些措施，但是没有认真从管理亡查找事故的原因和总结教训，在责任追究上采取以经济处罚代替行政处分，因而没有让有关责任人员从中吸取事故的深刻教训，整改的措施不到位，督促检查力度也不够，以致于在安全方面存在的问题没有得到有效整改。“2. 14事故后，本应增添盐酸合成尾气和四氯化碳尾气的监控系统，但自到“4. 16事故发生时都尚未配备。 (4)对三氯化氮爆炸的机理和条件研究不成熟，相关安全技术规定不完善。 有关专家在关于重庆天原化工总厂“4. 16”事故原因分析报告的意见中指
19、出：“目前，国内对三氯化氮爆炸的机理、爆炸的条件缺乏相关技术资料，对如何避免三氯化氮爆炸的相关安全技术标准尚不够完善”，“因含高浓度铵的氯化钙盐水泄漏到液氯系统，导致爆炸的事故在我国尚属首例”。这表明此次事故对三氯化氮的处理方面，确实存在很大程度的复杂性、不确定性和不可预见性。这次事故是目前氯碱行业现有技术条件下难以预测、没有先例的事故，人为因素不占主导作用。同时，全国氯碱行业尚无对氯化钙盐水中铵含量定期分析的规定，该厂氯化钙盐水十多年来从未更换和检测，造成盐水中的铵不断富集，为生成大量的三氯化氮创造了条件，井为爆炸的发生留下了重大的隐患。(三)预防同类事故的措施 l.提高认识，加强领导，高度
20、重视危化行业的安全生产。正确处理安全生产与发展经济、与企业经济效益的关系，落实安全责任和安全防范措施，切实解决危化行业的安全问题，把事故隐患消灭在事故发生之前，严防重特大事故的发生。 2.严格安全准人，深化专项整治，切实提高危化行业的整体安全水平。按照国家规定，严格危化行业的准人标准，从源头上制止不具备安全生产条件的企业进入危化行业。要突出抓好“五个整顿、两个关闭”；对生产工艺与设备、贮存方式和设备不符合国家规定标准的；对压力容器未按期检测、检验或者经检测、检验不合格的；对企业主要负责人、特种作业人员、关键岗位人员未经正规安全培训并取得任职和上岗资格的；对经安全评估确认没有达到安全生产条件的；
21、对近年以来发生重特大安全事故的5类危险化学品生产经营单位一律责令停产整顿，经认定符合条件后才能恢复生产。对经停产整顿后仍然不具备安全生产条件的危险化学品生产经营单位一律关闭。 3. 加大安全投入，加快技术进步，提高氯碱行业本质安全水平。对目前大多数氯碱企业沿用液氨间接冷却，氯化钙盐水生产液氯的传统工艺进行改革，并对冷冻盐水中含氨量进行监控或添置自动报警装置。加强对三氯化氮的深入研究，完全弄清其物化性质和爆炸机理和防治技术，尽快形成一条安全、成熟、可靠的预防和处理三氯化氮的应急预案，并在氯碱行业推广。 4. 完善应急预案，建立安全生产应急救授体系。建立应急管理体制，建立市安全生产应急救授指挥中心
22、，定期实施应急联动演练，把各类事故的危害降到最小限度。三 压力容器安全的目的、意义和实现1.压力容器安全的目的和意义压力容器是一种特殊设备，其工作条件差，在运行和使用中损坏的可能性比较大。因压力容器内部的介质具有很高的压力，有一定的温度和程度不同的腐蚀性等等，并且在不停地运动，不停地对压力容器产生各种物理的、化学的作用，因而使容器产生腐蚀、变形、裂纹、渗漏等缺陷。总的情况来看，在相同的条件下，压力容器的事故率显然要比其他的一般机械设备高的多。压力容器一旦发生爆炸，不仅仅是设备本身遭到破坏，而且常会破坏周围的设备及建筑物。甚至产生连锁反应，酿成灾难性事故。如果容器是脆性破裂，或者是由于化学反应而
23、产生爆炸，还会产生爆炸破碎片，特别是化学反应爆炸，常使容器发生粉碎性破裂。大量的碎片飞出，击伤周围的人员和设备。容器爆破以后，器内介质外泄，还会引起一系列的恶性连锁反应，使事故的危害进一步扩大，如果介质是有毒的气体或液化气体，它在周围迅速扩展后即会造成大面积的毒害区。若为可燃气体或液化气体，在容器破裂后可燃介质大量流出，并与周围的空气混合产生二次爆炸，并酿成火灾。所以实现压力容器的安全有重大的意义。2.压力容器安全的实现压力容器的安全运行管理的目的是为了达到正常,满负荷开车,生产合格产品,是压力容器的工艺参数、生产负荷、操作周期、检修、安全等方面具有良好的技术性能,促使压力容器处于最佳工作状态
24、。压力容器的运行首先要求其安全可靠,合理使用和严格管理是提高压力容器的安全可靠性,保证其安全运行的重要条件。 压力容器的安全使用包括正确的操作,维护保养和定期检修等方面。在具体的操作过程中,应做到以下几点:（1） 平稳操作:在操作过程中尽量保持压力容器的操作条件(如工作压力和工作温度)相对稳定。（2） 防止过载：防止压力容器过载主要是防止超压。（3） 发现故障，立即停车：压力容器在运行过程中如果发生故障，严重威胁设备及人身安全时，操作人员应该马上采取紧急措施，停止容器运行，并报告上级主管部门。（4） 制定合理的安全操作规程：为保证压力容器的安全运行，切实避免盲目或误操作引起事故，容器使用单位应
25、根据生产工艺需求和容器的技术性能制定各种容器的安全操作规程，并对操作人员进行教育培训。压力容器的安全操作规程至少应包括：a、容器的正确操作方法。b、容器的操作工艺指标及最高工作压力、最高或最低工作温度。c、容器开车、停车的操作程序和注意事项。d、容器运行中应重点检查的项目和部位，以及运行中可能出现的异常现象和防止措施。e、容器停止运行时的维护和保养。f、异常状态下的紧急措施及事故应急处理。（5）严格实行岗位责任制。实现压力容器的安全是一项巨大且非常重要的任务，它关系到财产安全和生命安全，对于压力容器的管理必须严格定期的进行检查，防患于未然，做到未雨绸缪。四参考文献：1惠虎，李培宁.压力容器分类
26、系统.华东理工大学化机所2蔡凤英，谈宗山，孟赫，蔡仁良.化学安全工程. 科学出版社3刘小宁.压力容器设计压力的合理确定.炉压力容器安全技术. 20034陈凤景. 压力容器安全技术.化学工业出版社，20045田兰等. 化工安全技术. 化学工业出版社. 1984六习题： 7、分别求出图7.13、图7.14和图7.15所示事故树的最小割集、最小径集，并进行结构重要度分析。解1.（1）最小割集(根据布尔代数法)：故该事故树有四个最小割集：（2）最小径集最小经济的求法是利用它与最小割集的对偶性，因此首先要画出事故树的对偶树成功数，从而求成功数的最小割集即是原事故树的最小径集。成功树的最小割集(根据布尔代
27、数法)：故该成功树有六个最小割集，即原事故树有6个最小径集：（3）结构重要度分析：a) 本题没有单事件，因此基本事件对第（1）条原则不符合。b) 对于X5 ，X62个基本事件，它们仅出现在同一个最小割集内，即。c) 在4个割集中，X3 和X4仅出现在有2个基本事件的最小割集中，它们的结构重要度依次数而定。而X3共出现了2次， X4仅出现了1次，所以。d) 在4个割集中，X1，X2，X33个基本事件都出现了两次。但X1 和X3所在的2个最小割集都只含有2个基本事件，而X2所在的2个最小割集中，1个有2个基本事件，一个有3个基本事件，所以。e) 而对于X4 ，X5 ，X63个基本事件，X4所在的最
28、小割集中有2个基本事件，而X5 ，X6所在的最小割集中有3个基本事件，因此根据判别式：因此。所以，根据以上四点，本题的基本事件结构重要度分析为：。2.（1）最小割集(根据布尔代数法)：故该事故树有三个最小割集：（2）最小径集成功树的最小割集(根据布尔代数法)：故该成功树有四个最小割集，即原事故树有四个最小径集：（3）基本事件结构重要度分析：最小径集：；。1) 因为X1属于单事件，所以结构重要度最大；2) X2 ，X3 ，X4 ， X5所在的最小径集的基本事件的个数都相同，且X2、X4出现的次数为2次，而X3 、X5出现的次数为1次，所以根据上面的2条原则分析可以得到本题的基本事件结构重要度分析为：。3.（1）最小割集(根据布尔代数法)：故该事故树有三个最小割集：（2）最小径集成功树的最小割集(根据布尔代数法)：故该成功树有三个最小割集，即原事故树有三个最小径集：（3）结构重要度分析：最小径集：；。本题中，没有单事件。在这3个最小径集中， X1，X2，X3，X4，所在的径集的基本事件数都相同为1，且X1、X2出现的次数都为2次，而X3、X4出现的次数都为1次，所以这4个基本事件的结构重要度为：。