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1、内蒙古工业大学本科课程论文学校代码： 10128学 号： 本科课程论文（题 目：化工生产中压力容器的安全分析学生姓名：学 院：化工学院系 别：化学工程系专 业：化学工程与工艺班 级：10-1班指导教师：高智二 一三 年 四 月 引 言众所周知，化工企业的原料及产品多为易燃、易爆、有毒害、有腐蚀性的物质，现代化工生产过程多具有高温、高压、深冷、连续化、自动化、生产装置大型化等特点，与其他行业相比，化工生产的各个环节不安全因素较多，具有事故后果严重，危险性和危害性更大的特点，因此对安全生产的要求更加严格。客观上要求从事化工生产的管理人员、技术人员及操作人员必须掌握或了解基本的安全知识。适应现代化工
2、生产的这一客观要求，实现安全生产，保障我国化学工业持续健康的发展。有人说，要实现安全生产，预防事故，减少损失，一要靠技术，二要靠管理。这是很精辟的论述。一切安全工作者在掌握必要的安全技术的同时，还必须尽可能全面掌握安全管理的知识。 在校大学生应该学习一定的化工生产安全理论和知识。掌握一定的安全防护方法，在思想上牢固树立安全的现念、警觉和敏感。对将来走入社会、做好本职工作非常必要。 本论文详细介绍化工设备安全技术绪论、储运设备及安全技术、压力管道安全技术、化工装置安全检修等内容，对化工生产中涉及的有关危险有害因素进行分析并针对问题的改进措施，增强我们的安全防护意识。 目 录第1章化工生产21.1
3、 化工行业特点21.2 安全生产3第2章 压力容器安全52.1 压力容器概念及其分类52.2 压力容器的特点52.3 压力容器的破裂形式6第3章 压力容器的安全防护83.1 压力容器的安全装置83.2 压力容器安全隐患的预防8第4章 案例分析114.1 安全阀失灵，反应釜爆炸114.2 事故调查和分析114.3 存在的问题及整改措施11参考文献13第1章 化工生产1.1 化工行业特点化学工业的迅速崛起，有力地促进了国民经济的发展。现如今，人们的 “衣食住行用”都离不开化工产品。同时，化工产品被广泛应用于农业、国防、轻工、纺织、建筑等行业中。当前，国防工业和尖端科学技术中许多不可缺少的原材料都要
4、依靠化学工业。因此，化学工业对提高人们的生活水平，促进其他工业的迅速发展起到了十分重要的作用。与此同时，随着新技术、新产品的不断开发和利用，潜在的危险因素随之增加。尤其是由于化工产品具有易燃易爆、有毒有害、腐蚀性强等特点，化学工业危险性较之其他行业要大得多，发生事故的可能性也要更大一些，产生的后果也往往比较严重。因此，化工生产要特别重视安全问题，要从保护人身安全和健康出发，深入研究事故发生的客观规律，努力探讨控制危险的有效措施，防止各类事故的发生。化工生产的特点1、 化工生产物料多数具有潜在的危险性随着化学工业的发展，涉及的化学物质种类和数量越来越多，很多化工物料具有易燃易爆性、腐蚀性、反应性
5、和毒性。如操作不当或设备发生故障外泄时，或者空气 （或氧气）混入系统时，容易发生燃烧爆炸事故，造成操作人员的人身伤亡，这就决定了化学工业生产事故具有多发性和严重性。这就对生产中所涉及的原材料、燃料、中间产品和成品的储存和运输提出了许多特殊的要求。根据中国化工部门统计，因一氧化碳、硫化氢、氮气、氮氧化物、氨、苯、二氧化碳、二氧化硫、光气、氯化钡、氯气、甲烷、氯乙烯、磷、苯酚、砷化物等16种化学物质造成中毒、窒息的死亡人数占中毒和窒息死亡总人数的87.6%，而这些物质在一般化工厂中都是常见的。2、 化工生产工艺过程复杂，工艺条件苛刻化工生产过程复杂，对整个工艺条件要求苛刻。很多反应是在高温、高压下
6、进行的，而有些反应则是在低温、高真空条件下进行的，稍有不慎就会因未能满足条件而发生事故。如果反应器、压力容器发生爆炸或者燃烧产生的传播速度超过声速的爆轰，就会产生破坏力极强的冲击波，导致周围厂房、建筑物倒塌，生产装置、储运设备破坏以及人员伤亡。如果是室内爆炸，极易引发二次或多次爆炸，爆炸压力叠加，可能造成更为严重的后果。3、化工生产规模大型化、生产过程连续性强化工生产规模的大型化是近几十年来的一个明显的发展趋势。大型化就是把各种生产过程有机地联合在一起，输入输出都是在管道中进行，许多装置互相连接，形成一条很长的生产线，以求降低单位产品的投资和成本，提高经济效益。这样的生产形式在基建投资、经济效
7、益和提高产品质量方面具有明显的优势。与此同时，化工装置的大型化造成储存危险物料的量增多，并且物料处于工艺过程中，增加了外泄的危险性，因此发生事故造成的后果往往会更严重。化工生产从原料输入到产品输出具有高度的连续性，前后单元息息相关，相互制约，某一环节发生故障就会影响到整个生产的正常进行。由于装置规模大且工艺流程长，因此使用设备的种类和数量都非常多，这些设备如维修保养不良，很容易引起事故的发生。4、化工生产过程的自动化程度高由于装置大型化、连续化、工艺过程复杂化和工艺参数要求苛刻，因此现代化工生产过程已经不能再用人工操作，必须采用自动化程度较高的控制系统。近年来随着计算机技术的发展，化工生产中普
8、遍采用了DCS（distributed control system）集散型控制系统，对生产过程的各种参数及开停车实行监视、控制、管理，从而有效地提高了控制的可靠性。与此同时，如果对控制系统和仪器仪表维护不好，致使其性能下降，就有可能因检测或控制失效而发生事故。1.2 安全生产安全是人类赖以生存和发展的最基本需要之一，人们总是希望得到安全，没有伤亡、疾病和不受外界的威胁、侵略。应该说，安全是人的最基本和低层次的需要，而化学工业由于具有自身的特点，发生事故的可能性及其后果比其他行业要大，而发生了事故必将威胁着人身的安全和健康，甚至给社会带来灾难性的破坏，因此化工安全生产具有特殊的意义。安全生产的
9、基本任务归纳起来有两条，第一是在生产过程中保护职工的安全和健康，防止工伤事故和职业性危害；第二是在生产过程中防止其他各类事故的发生，确保生产装置的连续、正常运转。 一、化工事故因素在化工生产过程中有哪些因素导致各种事故呢？一般认为是主观因素，二是客观因素。主管因素就是人们对安全生产的认识、安全知识、技术的掌握及生产过程中能否自觉遵守国家、企业相关法律、规程和制度；客观因素就是现有的安全技术和人们对生产过程规律的掌握程度。在以往的事故中往往主观因素是主要的，包括违章指挥和违章操作、隐患末排除、安全技术和措施不落实、管理不到位等。二、安全措施 安全措施就是事故预防措施，包括预防事故发生和防止事故扩
10、大的各种技术措施和管理措施。预防危险源发生事故，需要全面分析危险源的危险有害因素，进而在危险源的装置、设备、设施的设计、制造、安装、生产等过程中，针对各种危险有害因素预先采取相应的安全技术措施或管理措施，消除危险源发生事故的所有途径。防止危险源出现隐患，及时消除危险源出现的隐患，是事故预防和危险源监控的关键。第2章 压力容器安全 压力容器是指在化工和其他工业生产中用于完成反应、换热、分离和贮存等生产工艺过程，承受一定压力的设备，它属于承压类特种设备，广泛地应用于石油、化工、航空等工业部门的生产和人们生活中。在石油、化工等行业中，大多数的工艺过程都是在压力容器内进行的。由于各种化学生产工艺的要求
11、不尽相同，使得设备处在极其复杂的操作条件下运行。并且随着化工和石油化学工业的发展，压力容器的工作温度范围越来越宽，加之规模化生产的要求，许多工艺装置越来越大，压力容器的容量也随之不断增大，这对压力容器提出了更高的安全和技术要求。2.1 压力容器概念及其分类1、压力容器的概念压力容器就是承受压力载荷的密闭容器，主要包括压力锅、各类贮罐、压缩机、航天器、核反应罐、锅炉和有机热载体炉等。一般来说，压力容器发生爆炸事故及其危害程度与容器的工作介质、工作压力和容积的大小有关。压力容器广泛用于石油、化工、冶金、医药，以及人民生活的各个领域，尤其在石油化工使用更为普遍.2 、 压力容器的分类1、按用途分类(
12、1)反应压力容器(代号R)。主要用来完成工作介质的物理、化学反应的容器称为反应压力容器。 (2)换热压力容器(代号E)。主要用来完成工作介质热量交换的容器称为换热压力容器。(3)分离压力容器(代号S)。主要用来完成介质的流体压力平衡、气体净化、液体汽化、分离等的容器称为分离压力容器。(4)贮运压力容器(代号C，其中球罐代号B)。主要用来盛装生产和生活用的原料。2、按压力分类按照设计压力P的大小，压力容器可分为低压（0.1p1.6）、中压（1.6p10）、高压（10p100）和超高压（p100）4类2.2 压力容器的特点化工生产中的压力容器具有下列特点：（1）数量众多，分布范围广，外形简单，内部
13、构造和工艺用途多种多样。（2）在生产工艺过程中的压力容器几乎都是各工段生产的主要设备。（3）工作条件复杂，要求满足化工生产中的高温、高压或低温、低压，以及防漏、防腐的技术要求。因此，化工生产中的压力容器的结构和形式呈多样化，制造材料的种类繁多，性能不一，制造工艺也相当复杂，故而使用、维护和管理的难度很大。（4）一旦被破坏，危险性大2.3压力容器的破裂形式压力容器及其承压部件在使用过程中，其尺寸、形状或材料性能发生改变，完全失去或不能良好实现原定功能，继续使用会失去可靠性和安全性，需要立即停用修复或更换，这种情况称作压力容器及其承压部件的失效。压力容器最常见的失效形式是破裂失效，有韧性破裂、脆性
14、破裂、疲劳破裂、腐蚀破裂、蠕变破裂5种类型。1、韧性破裂韧性破裂又称延性破裂，是指容器壳体承受过高的内部应力，以致超过或远远超过其屈服极限和强度极限，使壳体产生较大的塑性变形，最终导致破裂。容器发生韧性破裂时，爆破压力一般超过容器剩余壁厚计算出的爆破压力。如化学反应过载破裂，一般产生粉碎性爆炸；物理性超载破裂，多从容器强度薄弱部分突破，一般无碎片抛出。韧性破裂的特征主要表现在断口有缩颈，其断面与主应力方向成45。角，有较大剪切唇，断面多呈暗灰色纤维状。当严重超载时，爆炸能量大、速度快，金属来不及变形，易产生快速撕裂现象，出现正压力断口。压力容器发生韧性破裂的主要原因是容器过压。2、脆性破裂脆性
15、破裂是指容器在断裂时没有宏观的塑性变形，器壁平均应力远没有达到材料的强度极限，有的甚至低于屈服极限，其断裂现象和脆性材料的破坏很相似，常发生在截面不连续处，并伴有表面缺陷或内部缺陷，即常发生在严重的应力集中处。因此，把容器未发生明显塑性变形就破坏的破裂形式称为脆性破裂。化工压力容器常发生低应力脆断，主要原因是热学环境、载荷作用和容器本身结构缺陷所致，所处理的介质易造成容器应力腐蚀、晶间腐蚀、氢损伤、高温腐蚀、热疲劳、腐蚀疲劳、机械疲劳等，使焊缝和母材原发缺陷易于扩展开裂，或在应力集中区易产生新的裂纹并扩展开裂，使容器承受的应力低于设计应力而破坏。3、疲劳破裂疲劳破裂是指压力容器由于受到反复作用
16、的交变应力(如反复加压、泄压)的作用，使容器壳体材料的某些应力集中部位在短时间由于疲劳而在低应力状态下突然发生的破裂形式。与脆性破裂一样，发生疲劳破裂时，容器外观没有明显的塑性变形，而且也是突发性的。疲劳破裂往往发生在应力较高或存在材料缺陷处，加之器壁总体应力不大，所以容器没有明显塑性变形。如果容器材料强度较低而韧性较好，不一定发生破裂，而是疲劳裂纹穿透器壁发生泄漏。如果容器材料强度偏高而韧性较差，则要发生爆破事故。疲劳破裂一般要经历疲劳裂纹成形、疲劳裂纹扩展和疲劳破裂三个阶段，断口也有三个区。由于裂纹始发部分占断口尺寸很小，观察到的较明显的是裂纹扩展区和最终断裂区两个区。前者有一个“磨亮”的
17、平滑表面，能看到贝壳状纹理，汇聚于破裂起源点，即应力集中或原始缺陷处；后者则呈放射及人字状花纹。容器发生疲劳破裂的先决条件是存在交变载荷，可以是开停车或间歇操作容器周期性的加压卸压，以及操作过程中较大的压力或温度波动等。其次，发生疲劳破坏的局部区域存在较大的应力变化幅度，因而具备疲劳裂纹扩展的载荷条件，即交变应力范围。此外，发生疲劳破裂也可能是因为该区域原来就存在裂纹性缺陷。4、腐蚀破裂腐蚀破裂是指容器壳体由于受到腐蚀介质的作用而产生破裂的一种破坏形式。腐蚀破裂的形式大致可分成均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀5类。腐蚀使金属表面局部损坏并促使疲劳裂纹的形成、扩展，而交变拉应力又破
18、坏金属表面的保护膜，促进表面腐蚀的产生，因此，腐蚀与疲劳是互相促进的。从腐蚀介质的不同来看，化肥、化工、炼油厂中经常发生的腐蚀破裂事故有6种，即渗碳腐蚀，氢脆，苛性脆化，硫化氢腐蚀，氯脆和CO、C0z气体腐蚀。5、蠕变破裂蠕变破裂指金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形，即产生蠕变积累，最后导致破裂的一种破坏。蠕变破裂有明显的塑性变形和蠕变小裂纹，断口元金属光泽呈粗糙颗粒状，表面有高温氧化层或腐蚀物。第3章 压力容器的安全防护在安全生产管理工作中，所有工作的中心就是预防事故的发生。预防事故的措施包括技术措和管理措施，技术措施又分为预防性技术措施和避免事故扩大的技术措施
19、，预防性技术措施义分为安全设计措施和安全操作(使崩)措施。防止危险物质发生火灾爆炸事故，通常采取三个方面的基本措施：一是排除发生火灾爆炸事故的物质条件；二是燃烧爆炸物质不可避免地出现时，要尽可能消除或隔离所有点火源；三是当某些点火源也不能完全避免时，采取上程设防措施，尽量减轻火灾爆炸争故后果的严重程度。本章主要介绍前两方面的技术措施。3.1 压力容器的安全装置压力容器的安全装置是指为了使压力容器能够安全运行而装设在设备上的一种附属机构，又称之为安全附件。安全装置有安全阀、爆破片、紧急放空阀、液位计、压力表、单向阀、限流阀、温度计、喷淋冷却装置、紧急切断装置、静电消除装置、防雷击装置等。压力容器
20、的安全装置，按其性能或用途分为以下4大类型：（1）安全泄压装置。指容器超压时能自动泄放压力的装置。（2）警报装置。指容器在运行过程中出现不安全因素致使容器处于危险状态时能自动发出声响或其他明显报警信号的仪器，如压力报警器，温度监测仪等。（3）计量装置。指能自动显示容器运行中与安全有关参数的工艺器具，如压力表、温度计等。（4）连锁装置。指为了防止操作失误而设置的控制机构，如连锁开关、联动阀等。选用安全装置应满足两个基本要求，即安全装置的压力等级和使用温度范围必须满足承压设备工作状况的要求，制造安全装置的材质必须适应承压设备介质的要求。3.2 压力容器安全隐患的预防1、压力容器的定期检验使用压力容
21、器的单位必须认真安排压力容器的定期检验工作，并将压力容器年度检修计划报主管部门和当地劳动部门锅炉压力容器安全监察机构，主管部门负责督促落实，劳动部门锅炉压力容器安全监察机构负责监督检查。定期检验的周期压力容器的检验周期应根据容器的制造和安装质量、使用条件、维护保养等情况由企业自行确定。压力容器每1年至少进行一次外部检查；每3年进行一次内、外部检查；每6年进行一次全面检验。装有触媒的反应容器，如果触媒的使用周期长于检验周期，经过验证容器内无腐蚀，可根据触媒的使用周期来确定检验问隔，不过应注册备查，根据具体情况来确定检验周期应予缩短或延长。1、检验周期的缩短遇有下列情况，检验周期应予缩短：（1）介
22、质具有强腐蚀性并在运行中发现有严重缺陷的容器，则每1年至少进行一次内部检验。（2）由于结构等原因无法作内部检验的容器，应每3年作一次耐压试验。（3）使用期满15年的容器，每2年至少进行一次内、外部检验；满20年的则每1年至少作一次内、外部检验，并根据检验结果确定全面检验的日期和作出能否使用的结论。（4）介质对容器材料的腐蚀情况不明或焊接性能差的容器或制造过程中曾发生过多次裂纹的容器，投产使用满1年后即应进行内、外部检验。2、检验周期的延长在情况明了、充分掌握容器运行规律、确保安全的前提下，有些容器的检验周期也允许适当延长，以节省人力、物力。例如，非金属衬里的容器，其衬里完好，外壳也无任何损坏，
23、全面检验的周期可适当延长，但最长不得超过8年；非腐蚀介质或有可靠金属衬里的容器，若通过12次内部检验，确认无腐蚀时，全面检验周期也可延长，但不能超过9年。延长检验周期应慎重分析、讨论，要有可靠的科学依据。3、特殊情况的检验周期压力容器停止使用满2年以上，需要恢复使用或外单位拆卸调入企业将安装的压力容器，或检修和改造中主要承压元件改动使强度受到影响以及衬里更换的容器，在投入使用前，都应作内部检验，必要时进行全面检验。4、锅炉的检验周期锅炉应每1年进行一次停炉作内、外部检验，每6年进行一次水压试验。设备状态和管理工作良好的锅炉，经劳动部门同意后可每2年作一次内、外部检验。对于新装、移装或停运1年以
24、上，以及承压元件经重大修理或改造过的、强度可能受到影响的锅炉，投入运行前应进行内、外部检验和水压试验。5、气瓶定期检验周期根据盛装介质腐蚀性的大小，气瓶的检验周期分别为2年、3年和5年。压缩空气、氧气、二氧化碳、氮气等一般气体气瓶为3年；氯、氨、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等腐蚀性介质的气瓶为2年；氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体的气瓶为5年。6、液化石油气汽车槽车定期检验每1年作一次内、外部检验，每5年进行一次全面检验。新槽车投入使用2年后，必须进行首次全面检验。年度检验如发现严重缺陷，应提前进行全面检验。2、定期检验的内容（1)外部检查外部检查的主要内容是：压力容器及其管道的保温层、防腐层、设备铭
25、牌是否完好；外表面有无裂纹、变形、腐蚀和局部鼓包；所有焊缝、承压元件及连接部位有无泄漏；安全附件是否齐全、可靠、灵活好用；承压设备的基础有无下沉、倾斜，地脚螺丝、螺母是否齐全、完好；有无振动和摩擦；运行参数是否符合安全技术操作规程；运行日志与检修记录是否保存完整。（2)内、外部检验除外部检查的全部项目外，还检查以下各项：腐蚀、磨损、裂纹、衬里状况、壁厚测量、金相检验、化学成分分析和硬度测定。（3)全面检验全面检验包括内、外部检验的全部项目，以及焊缝无损探伤和耐压试验。3、耐压试验耐压试验指压力容器停机检验时，所进行的超过最高工作压力的液压或气压试验。绝大多数承压设备一般用水作介质进行耐压试验，
26、又称为水压试验。对固定式压力容器，每两次内外部检验期间内，至少进行一次耐压试验；对移动式压力容器，每6年至少进行一次耐压试验。耐压试验是对承压设备定期检验的主要项目之一，目的是检查设备的整体强度和致密性。耐压试验对承压设备来说是一次超压，试验时有危险性，因此要严格按有关规程要求进行，以确保试验安全顺利。每次定期检验结束后，都要认真填写压力容器检验报告书，分别存档并上报。第4章 案例分析 4.1安全阀失灵，反应釜爆炸1998年8月23日，某石油化工厂由于F11号反应釜在聚合反应过程中超温超压，而两只安全阀失去自动泄压作用，釜内压力急剧上升，导致反应釜釜盖法兰严重变形，螺栓弯曲，观察孔视镜炸破，大
27、量可燃料从法兰缝隙处和观察孔喷出，散发在车间空气中，与空气形成爆炸性混合气体，遇明火引起二次爆炸燃烧，造成直接经济损失64万元，被迫停产8个多月，间接经济损失数百万元，死亡3人。4.2 事故调查和分析(1)安全阀失灵事故发生之前，由于两只安全阀均泄漏而将容器与安全阀之间的截止阀关闭(该厂规定在这种情况下允许运行24h)，使生产过程中安全阀失去作用，是造成这起事故的直接原因，也是主要原因。经委托有关单位鉴定，两只安全阀的泄漏均大大超过标准要求。导致安全阀泄漏的主要原因是：清洁度差、密封面受到损伤；密封面平整度、粗糙度均不符合要求；阀杆及垫块传递弹簧力的部位严重磨损，致使密封面受力状况不良，密封比
28、压分布不均匀。(2)设备的安全装置残缺不齐。由于设备的安全装置残缺不齐，致使现有泄压排放设施工人无法操作，不能确保安全，不具备安全生产的基本条件。(3)该厂工艺操作规程和管理制度不健全。所制定的安全操作规程和管理制度有的自相矛盾，有的比较笼统，仅是原则上的规定，操作工很难正确执行。4.3 存在的问题及整改措施1、存在的主要问题（1）聚合反应釜的温度或压力没有报警信号装置及自动紧急泄压排放设施。（2）根据化工企业安全管理制度、炼油化工企业设计防火规定等规范要求，可燃气体放空管“应接入火炬管道系统或安全放空”且“应采取静电接地”、“紧靠建筑物、构造物2m以内”。而该厂气相放空管的装置均不符合上述要
29、求，不能安全地放空。（3）现有液相紧急泄料装置、泄料管口直接暴露在底层车间外(原有的回收系统在1996年检修时被拆除)，卸料阀在底楼，与二楼操作岗位的操作连杆于1996年12月份断裂后未进行修复，加之无静电消除装置，在紧急情况下工人无法操作、排除险情。（4）反应釜上没有爆破片装置，也没有采取防止二次爆炸的措施。（5）聚醚工段内的电动机、仪表柜上的电器是非防爆的，电线的铺设不符合防爆要求，设备及管道没有防静电接地装置。2、 改进措施通过这些事故相关企业应认真吸取这起重大恶性事故的教训，严格执行压力容器安全监察规程的有关规定，防止类似事故的重复发生。（1）容器使用前要有验收制度，并建立设备档案，改
30、造修理要履行审批手续，不能保证安全运行的设备不得投入使用。（2）设备上相应的安全技术装置应配齐全。因反应物料爆聚分锯造成超温超压可能引起火灾、爆炸危险的设备，应设置超温超压的自动报警信号装置和自动或手动紧急泄压排放设施。（3）对安全阀、爆破片、压力表等应定期校验或更换，做到安全附件在运行状态下保持灵敏可靠。（4）应根据生产工艺要求和容器的技术性能，制定工艺操作规程和管理制度，在危急情况下应有安全可靠的应急措施。（5）消防灭火设备应经常维修检查。（6）适当配置气体检测报警设备及维修管理。(8)制定动力电缆的敷设标准。综上所述我们针对其存在的问题提出了响应的整改意见，同时也引发了我们一系列思考，安全防护事业任重道远，我们需要做的还有很多。参考文献1 魏振枢 主编.化工安全技术概论.北京.化学工业出版社. 2006.72 张顺泽，吕清海，俞莉编.化工安全概论.河南.河南大学出版社. 2006.123 董文庚，苏昭桂编.化工安全工程. 煤炭工业出版社. 2007.102 厉玉鸣.化工仪表及自动化M.北京 化学工业出版社，2004(5). 14