对国内1990～1992年260起锅炉、压力容器、气瓶爆炸事故 的统计分析
12.3%
29.6%
58.1%
使用管理不善 制造不良 其他
一、压力容器的安全问题
2000年27起压力容器爆炸事故分析
12
11
10 8
8
6
5
操作不当 非法制造、安装 安全附件失灵 制造质量低劣 内部存在缺陷
4
2
2
1
0
操作不当
非法制造、安装 安全附件失灵 制造质量低劣 内部存在缺陷
2000年共发生锅炉、压力容器、气瓶、压力管道爆 炸事故155起，严重事故151起，死亡175人，受 伤368人，直接经济损失4503.23万元。锅炉、压 力容器爆炸事故率分别为0.16、0.22起/万台。
2003年共发生锅炉、压力容器、压力管道（下称承 压类设备）事故159起，死亡114人，受伤281人， 直接经济损失1779.63万元，承压类设备（不包括 气瓶、压力管道、“土锅炉”）事故率为0.35起/ 万台。
-爆破片
五、压力容器的安全附件
安全阀
-按整体结构和加载结构形式:重锤杠杆 式、弹簧式和控制式
-按阀瓣式开启高度与阀流通直径之比： 微启式、全启式
-按气体排放的方式：全封闭式、半封 闭式和敞开式
五、压力容器的安全附件
压缩气体容器安全泄放量WS ：
WS=2.83×10-3ρ·υ· d2 安全阀排气量:
压力容器安全技术
柯卓坤
茂名分公司安全环保部 2004.12
一、压力容器的安全问题
特种设备----
涉及生命安全、危险性较大的锅炉、 压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、 起重机械、客运索道、大型游乐设施等。
--《特种设备安全监察条例》
一、压力容器的安全问题
1、压力容器与一般机械设备不同的特点
(1)应用广泛性 (2)操作条件复杂性 (3)对安全的高要求
一、压力容器的安全问题
2、压力容器事故的主要特征
(1)事故率高
据统计，国内1998年共发生锅炉、压力容器、 气瓶爆炸132起，严重事故274起，共死亡 104人，受伤371人，直接经济损失2813.58 万元。锅炉、压力容器、气瓶的爆炸事故率 分别是1.07、0.28、0.65次/万台。
一、压力容器的安全问题
五、压力容器的安全附件
注意事项： -最大量程应为容器最高工作压力的1.5－3倍，
最好为2倍 -选用合适的压力表精度等级 -压力表应安装在最醒目的位置，有充足的照明，
一、压力容器的安全问题
(2)危害性大
1984年12月3日，印度博帕尔市农药厂异 氰酸甲酯储罐发生泄漏，2580人死亡， 125000人中毒，5万人失明；
1986年4月28日，前苏联切尔诺贝利核电 站压力壳发生核泄漏，31人死亡，20个国 家4亿人受害 。
一、压力容器的安全问题
3、发生压力容器事故的主要原因
二、压力容器的分类
属于安全监察范围(“容规”) 的压力容器：
最高工作压力大于等于0.1MPa(不包含液 体静压力)；
内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)大 于等于0.15m，且容积大于等于0.025m3;
盛装介质为气体、液化气体或最高工作 温度高于或等于标准沸点的液体。
二、压力容器的分类
四、压力容器的破坏形式和原因分析
破裂原因
维护保养不当 选 材不当或未 取有效防腐措施 结构不合理，或焊接不符合规范要求 介质中杂质的影响
四、压力容器的破坏形式和原因分析
预防措施
根据介质选用合适厚度的防腐材料 避免在不锈敏感温度下使用 采取防腐隔离措施 采取适当的工艺措施降低腐蚀速率
四、压力容器的破坏形式和原因分析
特征：
－显著的形状改变和较大的塑性变形 －一般不会产生碎片 －断口不平齐，无金属光泽
四、压力容器的破坏形式和原因分析
破裂原因
液化气体介质充装过量 超温超压运行 选材不当或安装不符合安全要求 维护不当(壁厚减薄)
四、压力容器的破坏形式和原因分析
事故案例
某小化肥厂一加压变换冷却塔，Di＝1000mm, t= 8mm, PW＝0.8MPa。材料16Mn：σS=345MPa. 因增加3米高一塔节未采取防腐蚀措施，以致介质 将器壁腐蚀，三年后爆裂。经检查最大剩余厚度为 3 mm，最小仅为1 mm。 [断口分析] 韧性破裂 [理论计算] σ=PDi/2t= 0.8（1000+1）/2=400 MPa
仪表 阀门 安全附件
三、压力容器的结构和应力分析
2、压力容器的结构特征 –圆筒形与球形容器的比较
项目 受力状况
表面积/体积 材料消耗 制造 内件安装 应用
圆筒形 较好
大 多 易 易 广泛
球形 好
小(10-30%) 少(30-40%)
难 难 大型液化气、液氨储罐
三、压力容器的结构和应力分析
各种封头的比较
承受均匀内压圆筒的薄膜应力——周向应力
F= （2r）L p=Di L p= =DL p= 2Ltσθ σθ = pD/2t σθ = = 2 σφ
三、压力容器的结构和应力分析
3、选择合理的结构 (1)、避免总体和局部结构的不连续
×√
×
√
三、压力容器的结构和应力分析
(2)、避免应力集中和削弱强度部位的叠加
G=7.6×10－ 2 · C0 · X ·p · A · (M/ZT)-2
G＞ WS
五、压力容器的安全附件
注意事项：
-运行中安全阀和前后的截止阀保持全开状 态并加铅封。
-安全阀工作压力范围与压力容器工作压力 范围相匹配
-安全阀要定期检验，每年至少校验一次
五、压力容器的安全附件
2、压力表 -液柱式 -弹性元件式 -活塞式 -电量式
2、分类 (1)按使用位置分
固定式压力容器，即固定安装使用地点 的容器；
移动式压力容器，指气瓶、槽车等无固 定安装和使用地点的容器
二、压力容器的分类
(2)按设计压力分
低压容器 ： 0.1≤ｐ＜1.6 MPa； 中压容器 ：1.6≤ｐ＜10MPa； 高压容器 ：10≤ｐ＜100 MPa； 超高压容器：ｐ≥100MPa
四、压力容器的破坏形式和原因分析
预防措施
选用有足够强度和厚度的材料 按核定的工艺参数运行 加强巡回检查 加强维护保养工作
四、压力容器的破坏形式和原因分析
脆性破裂 容器不发生或未发生充分塑性变形下就突 然破坏的破裂
特征：
－没有明显的预兆和塑性变形 －容器常断裂成碎片飞出 －断口平齐，呈金属光泽的结晶状
四、压力容器的破坏形式和原因分析
破裂原因
低温 裂纹性缺陷
四、压力容器的破坏形式和原因分析
案例分析
某化肥厂一水洗塔，Di=2.2m，t=44mm，H=21m。 Pd=3 MPa，材料为普通碳素钢。1957年10月建成投产。
1962年1月爆裂成43块，其中一块重约1t，飞出 127m， 伤亡十余人。 P爆炸=2.8 MPa。
项目
平板
锥形 无折边球形 碟形 椭球形 半球形
受力状况 最差
差
材料消耗 最多
多
制造
最易
易
较差 较多 较难
较好 较少 较易
好 少 较易
最好 最少 最难
应用
高压或小 直径容器
气体均匀 分布物料 汇集卸料
较小直径较 低压力容器
较大直 径较低 压力容
器
广泛使 大直径或 用 高压储器
三、压力容器的结构和应力分析
特征：
-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 -表面有高温氧化层或腐蚀物
四、压力容器的破坏形式和原因分析
破裂原因
容器长期在某一高温下运行，发生缓慢塑性变形 选材不当 结垢、结炭等影响传热，造成局部过热
五、压力容器的安全附件
-连锁装置 -警报装置 -计量装置
-压力表 -液位计 -泄压装置 -安全阀
制造质量符合要求，避免先天性缺陷 防止外来载荷源影响，减少交变载荷 注意操作正确性，防止温度压力波动过大
四、压力容器的破坏形式和原因分析
腐蚀破裂 容器壳体由于受到介质的腐蚀而产生的一
种破裂形式
特征：
－宏观形态具有脆性破裂的特征，即无宏观的塑性变形 － 断口可见腐蚀产物 － 断口与脆性破裂不同，无金属光泽、有腐蚀产物覆盖
－强化阶段（C-D） 抗拉强度极限σb
－缩颈阶段（D-E）
σ
C
σs σe σp
BB1 2
O
D E
σb
ε
四、压力容器的破坏形式和原因分析
破(断)裂
－韧(延)性破裂 －脆性破裂 －疲劳破裂 －腐蚀破裂 －蠕变破裂
四、压力容器的破坏形式和原因分析
韧性破裂
容器在压力作用下，器壁上产生的应力达 到材料的强度极限而发生断裂的破坏形式
[断口分析] 脆性破裂
[理论计算] σ计算=PDi/2t=71 MPa= 29%σS (240 MPa)
[原因分析] 焊缝质量差（13～19mm深裂缝）；
环境气温低（－27℃），材料的韧性较差。
四、压力容器的破坏形式和原因分析
预防措施
提高容器制造质量(焊接质量) 选用在使用温度下仍能保持较好韧性的材料 加强维护保养和定期检验，及时消除裂纹性缺陷
3、应力分析
• 一次应力(薄膜应力)
由外载引起的正应力和切应力
• 二次应力(不连续应力)
由于相邻部件的约束或结构本身约束引起的应力
三、压力容器的结构和应力分析
承受均匀内压圆筒的薄膜应力——轴向应力
P=（ πr2）p= （π/4 ）Di2p= πD tσφ σφ=PD/4t
三、压力容器的结构和应力分析