探讨介质特性对压力容器设计的影响

刘红虎

文章编号：2095-6835（2016）07-0108-02

摘 要：压力容器中的工作介质种类繁多，来源广泛。大多数介质是以气体和液体状态贮存在容器中，部分介质具有易燃、易爆或有毒有害的特性。这些工作介质会随着工况条件或外部环境的改变而发生变化，极易出现超压、泄漏和挥发现象，一旦容器发生爆炸，介质外溢，将会造成灾难性的事故。

关键词：介质特性；压力容器；毒性程度；危害程度

中图分类号：TH49 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.108

1 压力容器的介质

根据《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG R0004—2009）中的规定，压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体或者最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。

第一组介质：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易燃介质，液化气体。

第二组介质：由除第一组以外的介质组成，例如水蒸气、氮气等。

介质的危害性：介质的危害性是指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或因经常泄漏引起的职业性慢性危害的严重程度，一般用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。

毒性程度：毒性程度的确定要综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素。极度危害最高容许浓度小于0.1 mg/m3，高度危害最高容许浓度为0.1～1.0 mg/m3，中度危害最高容许浓度为1.0～10.0 mg/m3，轻度危害最高容许浓度大于或等于10.0 mg/m3。

易燃介质：指气体或液体的蒸气、薄雾与空气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%的介质。

介质毒性危害程度和爆炸危害程度按《职业性接触毒物危害程度分级》（GB 5044—1985）、《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》（HG 20660—2000）两个标准确定。两者不一致时，以危害（危险）程度高的为准。

基于第一组介质的特性，压力容器的设计要按照《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG R0004—2009）与《压力容器》（GB 150.1～150.4—2011）中的规定进行。在设计、制造压力容器的过程中，应注意以下规范中的规定。

2 各规范中关于压力容器设计的规定

《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG R0004—2009）对压力容器的设计作出了以下规定：①设计图样时，需注明盛装毒性为极度或高度危害介质的压力容器，并制备产品焊接试件。②对于易爆介质或毒性程度为极度、高度或中度危害的压力容器，应当在安全阀或爆破片的排出口装设导管，将排放介质引至安全地点进行妥善处理，不得直接排入大气。③将厚度大于或等于12 mm的铁素体和低合金钢板（不包括多层压力容器的层板）用于制造压力容器壳体，且用来盛装介质毒性程度为极度、高度危害的介质时，应逐张按照JB/T4730.3—2005进行超声检测，保证合格级别不低于Ⅱ级。④接管（凸缘）与壳体之间的接头设计和夹套压力容器的接头设计应当采用全焊透设计。⑤铸铁不得用于盛装极度、高度、中度危害介质的压力容器。⑥用于盛装易爆，毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器上的液位计中有防止泄漏的保护装置。⑦耐压试验合格后，对于介质毒性程度为极度、高度危害或者设计上不允许有微量泄漏的压力容器，应进行泄漏检测。

《压力容器》（GB 150.1～150.4—2011）对压力容器的设计作出如下规定：①对于用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳素钢、低合金钢制容器，应进行焊后热处理；②对于盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，需采用设计文件规定的方法对A类和B类焊接接头进行射线检测或超声检测。③对于盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，如果有A类纵向焊接接头的容器，应逐台制备产品焊接试件。④对于介质毒性程度为极度、高度危害或者不允许有微量泄漏的容器，应在耐压试验合格后进行泄漏试验。⑤对于盛装易爆介质或者毒性程度为极度、高度或者中度危害的容器，应在泄放装置的排出口装设导管，将泄放介质引至安全地点，并进行妥善处理，不得直接排入大气。⑥对于盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，在焊后热处理后，如果要进行焊接返修，应对返修部位重新进行热处理。⑦《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》（GB/T 3274—2007）中的Q235B和Q235C钢板不得用于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器设计中。⑧对于盛装毒性为极度或者高度危害介质的容器，如果钢板冷成形受压元件变形率超过表1中的范围，应于成形后进行相应的热处理，以恢复材料的力学性能。GB 150.1—2011附录C中以验证性爆破试验确定容器设计压力的方法不得用于盛装极度和高度危害介质的容器设计。⑨爆破片安全装置不能单独用于排放介质毒性程度为极度、高度危害或者易爆、液化石油气等场合，而需要与安全阀组合使用。⑩GB/T 8163—2008中10、20和Q345D钢不得用于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器设计。?GB/T 12771—2008中的Ⅲ类和Ⅳ类钢管不得用于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器设计中。?GB/T 21832—2008中的Ⅳ类钢管不得用于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器设计。?GB/T 24593—2009中的钢管不得用于盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器设计中。

根据多年从事压力容器设计工作的经验，笔者总结出压力容器设计中应注意的问题，主要有以下：①按照《压力容器中化学介质毒性和爆炸危险程度分类》（HG 20660—2000）划分介质的毒性程度和爆炸危险程度，容器内为易燃、易爆介质或毒性为中度、轻度危害介质的接管法兰的公称压力等级选用应不低于1.6 MPa，毒性为极度或高度危害的介质以及介质特性为强渗透性介质的接管法兰的公称压力等级选用应不低于2.0 MPa。②真空容器宜储存毒性为极度、高度危害的介质或液化石油气，公称压力为中高压的容器宜选用公称直径小的人孔。③当容器中盛装易燃、易爆危险性介质或毒性程度为中度、高度、极度的介质时，不允许选用玻璃管液面计和玻璃浮子液面计。④当容器内介质的毒性程度为极度或高度危害时，应采用整体补强（即增加壳体的壁厚）或局部整体补强元件的补强方法。⑤容器内介质的毒性为极度危害、高度危害或介质为液化石油气时，接管的法兰应采用带颈对焊型管法兰。

参考文献

[1]中国特种设备研究检测院，国家质检总局特种设备安全监察局，合肥通用机械研究院，等.TSG R0004—2009 固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京：中国标准出版社，2009.

〔编辑：王霞〕