压力容器制造单位工艺责任工程师培训讲义

第1章 概述
1.1压力容器的定义及分类
从广义上说，凡承受流体介质压力的密闭壳体都可称 作压力容器。
按GB150《钢制压力容器》的规定，设计压力低于 0.1MPa的容器属于常压容器，而设计压力大于或等于 0.1MPa的容器则属于压力容器。
从安全角度看，单纯以压力高低定义压力容器不够全 面，因为压力不是表征安全性能的唯一指标。在相同压力 下，容器的容积越大，其积蓄的能量就越多，一旦发生破
6mm； Ⅱ.有2×4mm大气孔一处和三处夹渣，最大尺寸
为8×10mm； Ⅲ.焊缝中发现超出规范规定的硅酸盐夹渣，局
部有增碳引起的小裂纹。 Ⅳ.埋弧自动焊缝的裂口靠管板一侧，断裂起源
于焊缝根部未焊透处，并靠管板一侧沿着与轴成 为60°方向在焊缝中扩展，直至失效破环。
压力容器制造质量的重要性
从氨冷凝器的制造工艺和解剖发现的问 题，可以看出其焊接工艺是不合理的，在施 工中没有采用单面焊双面成型的特殊焊接工 艺和焊接方法，如氩弧焊封底等工艺方法来 防止末焊透，而采用了一般的焊接方法，并 用Ø4—5mm焊条进行封底，如此粗的焊条 作封底施焊必将发生未焊透。
- 中国机械工程学会压力容器制造分 委会----副主任委员
- 全国化学工业机械设备标准化技术 委员会委员----副主任委员
第1章 概述 第2章 压力容器法规、安全技术规范、标准 第3章 压力容器制造质量保证体系的建立及运行 第4章 压力容器制造的主要工序及装备 第5章 压力容器的检验及竣工资料 第6章 计算机技术在压力容器制造及工艺编制中的应用 第7章 压力容器制造专题 第8章 压力容器制造案例
压力容器制造单位工艺责任工程师
培训讲义
二0一四年五月
自我介绍
郝文生
Email:haowensheng@
Tel: ++86 429 2980488 Fax: ++86 429 2980610
- 中航黎明锦西化工机械（集团）有 限责任公司----总工程师/副总经理
- 全国全国锅炉压力容器标准化技术 委员会移动式压力容器分技术委员 会委员兼副秘书长
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（2）.爆炸事故原因分析：氨冷凝器的爆炸 原因，主要是设计不当，制造时焊接工艺 不当产生的根部未焊透等缺陷，在实际运 行中存在的疲劳循环载荷(压力、温度波动、 频繁启停等)的作用下，导致疲劳裂纹萌生 和扩展，以致引起设备疲劳断裂，即低周 循环应力下的疲劳断裂。
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• 然而该氨冷凝器中的管板与封头的焊接连 接采用的单面焊结构型式，未明确提出必 须全焊透的技术要求。这种易于发生根部 未焊透的角焊透，在我国标准和美国ASME 等规范中，都明确不允许。
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• ②制造质量差，通过爆破断口解剖观察到： Ⅰ.根部未焊透严重，占周长的80％，最深达
这是对压力容器作出的最权威的定义，其设计、制造、安 装、使用、检验、修理、改造和管理都必须接受安全监察。
第1章 概述
压力容器的形式、品种繁多，其分类方法有很多种： ①按材质分类: 分为钢制压力容器、铝制焊接容器、钛制 焊接容器和非金属容器等； ②按制造方法分类：分为板焊容器、锻焊容器、铸造容 器、包扎式容器、绕带式容器等； ③按壳体承压方式分类：分为内压容器、外压容器； ④按壁厚分类：分为薄壁容器(容器外径与内径之比小于 或等于1.2)和厚壁容器(容器外径与内径之比大于1.2)；
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• 氨冷凝器的封头与管板联接采用平面焊结构。几 起事故的爆破断口都发生在管板与封头联接处的 环焊缝上。从断口上可清楚地看到：焊缝根部未 焊透，长度占80％，深度一般2~4mm，最深达 6mm。断口检查：这种氨冷凝器的爆炸断口中部 表面平滑平坦，经电镜观察有明显的疲劳断裂特 征，断口外部表面租糙，则属强度不足而塑性撕 裂。
第1章 概述
裂，造成的损失和危害也就越大。此外，容器内的介质特 性对安全的影响也很大，气体的危害程度大于液体，尤其 易爆的气体或液化气体。如果容器发生事故，除了爆炸造 成的损失外，由于介质泄漏或扩散而引起的化学爆炸、起 火燃烧、中毒污染，导致的后果极其严重。因此，压力、 容积、介质特性是与安全相关的三个重要参数。
• ①设计时技术要求不严：氨冷凝器管板与 封头焊接连接属角焊缝结构，这种结构上 的不连续性使环缝根部表面应力很高，所 以在设计此种结构时必须慎重对待。
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我国《钢制压力容器》管板与壳体、封头的连 接应采用全焊透结构。美国ASME《锅炉及压力容器 规范》D—4焊接接头章节中规定了全焊透的角焊缝 接头；英国BS5500《非直接火压力容器》附录E“推 荐用于压力容器的焊接连接”其中管板与壳体、封 头的角焊缝推荐双面焊结构，当壳体、封头壁厚超 过16mm时必须采用全焊的焊缝；联邦德国AD《压 力容器规范》也规定，当采用平面焊根部有未焊透 结构时，能够承受的疲劳循环次数只有全焊透结构 的五分之一的次数，考虑变动载荷时焊缝结构则必 须是全焊透的。
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• 此外，焊接工艺管理也是不健全的。如没 有焊接工艺评定，焊条管理也是欠妥的， 以至采用了Ø4—5mm的封底焊条，出现了 超出常规的硅酸盐夹渣等现象。
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• ③．制造质量检验不严：该氨冷凝器的制 造单位擅自将超声波探伤灵敏度从Ø2mm 平底孔降低到Ø3mm平底孔，以致未能有 效地查出焊缝中存在的缺陷。 综上所述，该氨冷凝器在设计上有缺陷， 在制造上没有可靠的焊接工艺，加之使用 压力、温度波动频繁，因此氨冷凝器的爆 炸事故是不可避免的。
③盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于 或者等于其标准沸点的液体（容器内介质为最高工作温度低 于其标准沸点的液体时，如果气相空间的容积与工作压力的 乘积大于或者等于2.5MPa·L时,也属于本规程的适用范围。
第1章 概述
2003年3月颁布的《特种设备安全监察条例》附则中规定， 压力容器的含义是：盛装气体或液体，承载一定压力的密闭设 备，其范围规定为最高工作压力(pw)大于或等于0.1MPa(表压)， 且压力与容积的乘积大于或等于2.5Mpa·L的气体或液化气体和 最高工作温度高于或等于标准沸点的液体的固定式容器和移动 式容器，盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa(表压)，且压力 与容积的乘积大于或等于10MPa·L的气体、液化气体和标准沸 点等于或低于60℃液体的气瓶；医用氧舱等。
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• 二0一0年三月事故
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原因： 1.焊条用错 2.焊前预热存在问题 3.焊后消氢处理存在问题
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印度尼西亚PT Petro Widada公司 时间：2004年１月２０日
第1章 概述
⑤按压力容器的设计压力(p)分类：
a)低压(代号L) 容器 0.lMPa≤p＜ 1.6MPa b)中压(代号M) 容器 1.6MPa≤p＜ 10MPa； c)高压(代号H) 容器 10MPa≤p＜ 100MPa；
d)超高压(代号U)容器 p ≥100MPa。
⑥按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分类：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。
第1章 概述
随着英国君主立宪制的确立，加速了圈地运动，产生 了大批无产者。同时海外贸易和殖民地的开发，使大量财 富集中到英国资产阶级手中。 经典力学、热力学等学科
的理论创新也为工业革命带来了契机。
第1章 概述
1769年詹姆斯·瓦特根据前人的成果，成功发明了单向 蒸汽机。
• 1782年又制造出双向蒸汽机。蒸汽机的出现推动 了工业革命的发展。1800年，英国拥有蒸汽机321 台、5210匹马力。1825年猛增到15000台、375000 匹马力。
《固定式压力容器安全技术监察规程》(以下简称： 《容规》)从安全管理角度出发，将同时具备下列三个条件 的容器称为压力容器：
第1章 概述
①工作压力大于或等于0.1MPa(工作压力，是指压力容器 在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力)；
②工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L (容积， 是指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算 （不考虑制造公差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在压 力容器内部的内件的体积。)；
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对于高压容器封头一侧的环焊缝焊前 应采取预热，高压换热器的管箱焊后需要 进行消除应力的热处理。该设备在施工时， 没有进行焊前预热、焊后热处理的工艺措 施。这样，焊缝一侧为32mm的封头，另一 侧为45mm厚的管板，刚性大，散热快，焊 接时焊接残余应力较大，且容易在管板一 侧出现未焊透、未熔合乃至微裂纹等缺陷。
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地点：印度尼西亚东爪哇省锦石镇 后果：至少５４人受伤，150多人吸入有害气
体而住院，7000多人逃离家园。 原因：焊缝断裂
第1章 概述
压力容器的诞生是随着动力装备的诞生而诞生的 十七世纪的英国资产阶级革命，推翻了英国的封建专制
制度，建立了以资产阶级和土地贵族联盟为基础的君主立宪 制度，从而成为世界上第一个确立资产阶级政治统治的国家。 资产阶级利用国家政权加速推行发展资本主义的政策和措施， 促进了工业革命各种前提条件的迅速形成。
864292980610中航黎明锦西化工机械集团有限责任公司总工程师副总经理全国全国锅炉压力容器标准化技术委员会移动式压力容器分技术委员会委员兼副秘书长中国机械工程学会压力容器制造分委会副主任委员全国化学工业机械设备标准化技术委员会委员副主任委员201177qualityassurancesystempressureequipmentmanufacturer18第1章概述第2章压力容器法规安全技术规范标准第3章压力容器制造质量保证体系的建立及运行第4章压力容器制造的主要工序及装备第5章压力容器的检验及竣工资料第6章计算机技术在压力容器制造及工艺编制中的应用第7章压力容器制造专题第8章压力容器制造案例201177qualityassurancesystempressureequipmentmanufacturer18日程安排第一天上午第一部分下午第二部分第二天上午第三部分下午第四部分第三天上午第五部分下午第六七部分201177qualityassurancesystempressureequipmentmanufacturer18压力容器制造质量的重要性液氨贮槽爆炸事故发生日期
压力容器是具有爆炸危险性的承压类特种设备，它承载 着高压、高温、低温、易爆、剧毒或腐蚀介质的作用，一且 发生爆炸或泄漏往往并发火灾、中毒等灾难性事故，造成严 重的环境污染，会给社会经济、企业生产和人民生活带来损 失和危害，直接影响社会安定。
第1章 概述
压力容器承受各种静、动载荷或交变载荷，有些还有 附加的机械或温度载荷。其运行温度和压力变化范围相当 宽广：从-196℃的低温到1000℃以上的高温；从真空到 300MPa的超高压。上述因素使压力容器从设计、制造到 使用都不同于一般机械设备。因此，压力容器比一般的机 械设备有着更高的安全要求。
• 瓦特发明蒸汽机后，人们知道了锅炉的作用，工业上开始大量使用锅炉作为动力源。压力容器的 诞生是随着动力装备的诞生而诞生的。
第1章 概述
从此，压力容器广泛地应用于石油、化工、机械、冶金、 轻工、航空、航天、国防等工业部门的生产以及人民的生活。 在化肥、炼油、化工、农药、医药、有机合成等行业，压力 容器都是主要的生产设备。
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制造质量不良引起的氨冷凝器爆炸事故 (1).设备情况：
300000吨／年化肥厂氨冷凝器是列管式高压 冷凝设备，管程设计压力为20Mpa，壳程设计压 力为1.6Mpa，工作温度为—25~25℃。管程介质 为氨、氮气，壳程介质为液氨，壳体内径420mm， 壁厚8mm，封头内径350mm，壁厚32mm，管板 厚45mm，管板和封头材质为20g。
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原因分析----液氨贮罐质量低劣。 ①该贮罐全部焊缝均未开坡口，焊缝熔合面极小，
焊接质量极差，X光探伤表明，焊缝全部未焊透； ②封头冲刷问题严重，无直边，封头直径与焊体直
径不相等，平均错边7.5mm，最大错边15mm； ③集油筒与筒体焊接角焊缝不合要求，开孔无加强，
焊后未进行整体退火处理和探伤；
日程安排
第一天 上午第一部分
第二天 上午第三部分
第三天 上午第五部分
下午第二部分 下午第四部分 下午第六七部分
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液氨贮槽爆炸事故
发生日期： 1987年6月22日 发生单位：安徽省毫州市化肥厂 事故经过： 5月31日停车检修，至6月20日开车时，发现液氨
数量不足，即向市蛋品厂借用液氨贮槽去太和化肥厂求援液 氨。21日运回740Kg，22日又去装790Kg，在返回途中，路 经某乡农贸市场时，氨罐尾部冒出白烟，随后发生爆炸，把 重74.4kg的后封头向后推出64.4m，直径0.8m、重约770Kg 的罐体挣断4股八号铅丝组成的加固绳，冲断氨罐支架及卡 车龙门架，摧毁驾驶室，挤死驾驶员，途中撞死3人后停在 97m远处。喷出的大量白色氨雾，87位农民灼伤中毒，汽车 后部200棵树和约7000m2的庄稼被烧毁。最后造成10人死 亡19人有后遗症，47人中毒。