压力容器的隔热管托使用范围广、数量多、工作条件复杂,发生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度与多种因素有关,如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。危害程度愈高,压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此,需要对压力容器进行合理分类。
1.介质危害性
介质危害性指介质的隔热管托、毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等,其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。
(1)毒性
毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力,用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量来表示。气态毒物,以空气中该物质的浓度表示。所需剂量的浓度愈低,表示毒性愈大。
设计压力容器时,依据化学介质的最高容许浓度,中国将化学介质分为极度危害(Ⅰ
级)、高度危害(Ⅱ级)、中度危害(Ⅲ级)、轻度危害(Ⅳ级)等四个级别。隔热管托所谓最高容许浓度是指从医学水平上,认为对人体不会发生危害作用的最高浓度,以每立方米的空气中含毒物的毫克数来表示,单位是mg/m3。一般划分标准为:
极度危害(Ⅰ级) 最高容许质量浓度<0.1mg/m3;
高度危害(Ⅱ级) 最高容许质量浓度0.1~<1.0mg/m3;
中度危害(Ⅲ级) 最高容许质量浓度1.0~<10mg/m3;
轻度危害(Ⅳ级) 最高容许质量浓度≥10mg/m3。
介质毒性程度愈高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重,对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。如Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器;盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时隔热管托,碳素钢和低合金钢板应逐张进行超声检测,整体必须进行焊后热处理,容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测,且液压试验合格后还得进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器,其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大,主要体现在法兰的公称压力等级上,如内部介质为中度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa;内部介质为高度或极度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于1.6MPa,且还应尽量选用带颈对焊法兰等。
(2)易燃性
可燃气体或蒸气与空气组成的混合物,并不是在任何比例下都可以燃烧或爆炸的,而是有严格的数量比例,且因条件的变化而改变。研究表明,当混合物中可燃气体含量满足完全燃烧条件时,则其燃烧反应最为剧烈。若其含量减少或增加,火焰燃烧速度则会降低,而当浓度低于或高于某一限度值时,就不再燃烧和爆炸。隔热管托可燃气体或蒸气与空气的混合物遇着火源或者一定的引爆能量就立即发生爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限,爆炸时的最低浓度称为爆炸下限,最高浓度称为爆炸上限。
爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合物中的体积分数来表示。爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的介质,一般称为易燃介质,如隔热管托、甲烷、乙烷、乙烯、氢气、丙烷、丁烷等。易燃介质包括易燃气体、液体和固体。压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。易燃介质压力容器的所有焊缝(包括角焊缝)均应采用全焊透结构等。
2. 压力容器分类
世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同,本节着重介绍中国《固定式压力容器安全技术监察规程》中的分类方法。
(1)按压力等级分类
按承压方式分类,压力容器可分为内压容器与外压容器。隔热管托及内压容器又可按设计压力(p)大小分为四个压力等级,具体划分如下:
低压(代号L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa;
中压(代号M)容器 1.6MPa≤p<10.0MPa;
高压(代号H)容器 10MPa≤p<100MPa;
超高压(代号U)容器 p≥100MPa。
外压容器中,当容器的内压力小于一个绝对大气压(约0.1MPa)时又称为真空容器。
(2)按容器在生产中的作用分类
根据压力容器在生产工艺过程中的作用,可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器4种。具体划分如下。
① 反应压力容器(代号R) 主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器,如隔热管托、反应器、反应釜、聚合釜、高压釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。
② 换热压力容器(代号E) 主要是用于完成介质热量交换的压力容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。
③ 分离压力容器(代号S) 主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器。如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、干燥塔等。
④ 储存压力容器(代号C,其中球罐代号B) 主要是用于储存、盛装气体、液体、液
化气体等介质的压力容器。如隔热管托、液氨储罐、液化石油气储罐等。
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
根据安装方式可分为固定式压力容器和移动式压力容器。
① 固定式压力容器 指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。如生产车间内的隔热管托、卧式储罐、球罐、塔器、反应釜等。
② 移动式压力容器 指由罐体或者大容积气瓶与行走装置或者框架采用永久性连接组成的运输设备,包括铁路罐车、汽车罐车、长管拖车、罐式集装箱和管束式集装箱等。移动式压力容器需要考虑运输时的惯性力、液体的晃动,因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。
具有装卸介质功能,仅在装置或者场区内移动使用,不参与铁路、公路或者水路运输的压力容器不属于移动式压力容器。
(4)按安全技术管理分类
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面临的整体危害水平。例如储存易燃或毒性程度中度及以上危害介质的压力容器,隔热管托其危害性要比相同几何尺寸、储存毒性程度轻度或非易燃介质的压力容器大得多。
压力容器的危害性还与其设计压力p 和全容积V 的乘积有关,pV 值愈大,则容器破裂时爆炸能量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。
为此,综合考虑设计压力、容积、介质危害程度、容器在生产中的作用、材料强度、容器结构等因素,《压力容器安全技术监察规程》将所适用范围内的压力容器分为三类,即第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。
使用过程中发现,该分类方法重点不突出,对于多功能压力容器,由于难以界定哪个功能在生产中起主要作用,易造成类别划分时意见不统一。同时,隔热管托随着材料科学、制造技术的进步,材料强度、容器结构等已不再是影响容器危险程度高低的主要因素。
针对上述问题,为使分类简单唯一,中国《固定式压力容器安全技术监察规程》根据介质、设计压力和容积等三个因素进行压力容器分类,将所适用范围内的压力容器分为第Ⅰ类压力容器、第Ⅱ类压力容器和第Ⅲ类压力容器,现介绍其分类方法。
① 介质分组 压力容器的介质为气体、液化气体、介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体,按其毒性危害程度和爆炸危险程度分为两组。
ⅰ. 第一组介质:毒性危害程度为极度危害、高度危害的化学介质,易爆介质,液化气体。
ⅱ. 第二组介质:除第一组介质以外的介质。
介质毒性危害程度和爆炸危险程度按GBZ230 《职业性接触毒物危害程度分级》、HG20660 《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》两个标准确定。两者不一致时,以危害(危险)程度高的为准。
② 压力容器分类 压力容器分类应当先按照介质特性,隔热管托选择相应的分类图,再根据设
计压力p (单位MPa)和容积V (单位m3),标出坐标点,确定容器类别。
ⅰ. 对于第一组介质,压力容器的分类见图1-2。
坐标点位于图1-2或者图1-3的分类线上时,按较高的类别划分;容积小于25L或者内直径(对非圆形截面,指宽度、高度或者对角线,如矩形为对角线、椭圆为长轴)小于150mm的小容积压力容器,都划为第Ⅰ类压力容器;GBZ230和HG20660两个标准中没有规定的介质,应当按其化学性质、危害程度和含量综合考虑,由隔热管托及压力容器设计单位决定介质组别。
由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异,压力容器的分类方法也互不相同。采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时,应采用相应的分类方法。
例如,欧盟97/23/EC 《承压设备指令》,根据允许工作压力、最大允许工作温度下的蒸气压力、介质危害性、几何容积或公称尺寸、用途等因素,综合确定承压设备的危害程度,将承压设备分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类,并给出相应的材料、设计、制造和检验要求。
又如1993年颁布的日本JISB8270 《压力容器(基础标准)》,依据设计压力和介质危害性将压力容器分成3个等级:第三类压力容器的等级最低,适用范围为设计温度不低于0℃,设计压力小于1MPa;第二类压力容器的设计压力小于30MPa;而第一类压力容器的设计压力一般应小于100MPa。但是,如果对隔热管托材料、制造、检验等提出特殊要求,设计压力高于100MPa的压力容器也可归入第一类容器。
沧州五森管道设备有限公司 隔热管托
