压力容器安全事故分析及控制措施

【摘 要】在压力容器从设计、制造、安装、运行、检验、修理和改造，直至报废的整个生命周期中，运用系统工程的观点，进行严格的监察和管理，对压力容器运行过程中的危险因素进行分析，以指导压力容器的设计、制造、安装、运行管理，确保压力容器的安全可靠，防止事故的发生。

【关键词】危险因素分析；安全设计；安全运行管理；定期检验

1 压力容器事故原因分析

由于压力容器工作条件的特殊性，如高温、高压、介质具有强腐蚀性、毒性及易燃、易爆性等，必然增大事故的发生概率，且事故一旦发生，具有很强的破坏性，给人民的生命财产安全构成重大威胁。因此压力容器从设计、制造、安装、运行、检验、修理和改造，直至报废整个生命周期中，运用系统工程的观点，进行严格的监察和管理，对压力容器在运行过程中的危险因素进行分析，以指导压力容器的设计、制造、运行管理，确保压力容器的安全可靠，防止事故的发生。运用安全学原理的相关理论，我们知道压力容器发生事故的直接原因一般有两种：即容器本身的不安全性因素和操作人员的不安全行为以及管理上的失误。容器本身的不安全因素主要来源于设计和制造过程的缺陷；人的不安全行为则体现在压力容器的运行过程中人的主观操作；管理缺陷则表现为压力容器的安全技术管理、运行管理、定期检验和安全等级评定等。综合分析，压力容器发生事故的主要原因包括：设计错误，结构不合理，选材不当，强度不足，制造缺陷，安装不符合技术要求，安全附件选型错误，以及运行中的超压、超温、超负荷和操作不当，没有执行在用压力容器定期检验和安全等级评定，导致压力容器失效，从而引发事故。压力容器的操作条件的频繁波动，对容器的抗疲劳破坏性能不利，过高的加载速度会降低材料的断裂韧性，即使容器存在微小缺陷，也可能在压力的快速冲击而发生脆性断裂。压力容器运行过程中如果发生误操作、过量充载且安全保护装置失效，都会导致压力容器的压力升高，以至于超载，进而可能引发爆炸事故。

2 压力容器各环节的安全措施

2.1 压力容器安全设计

压力容器的设计是否安全可靠，主要取决于设计过程的材料选择、结构设计和容器壁厚确定是否合理。另外还要考虑适应生产能力，保证强度和稳定性、密封性，以及制造、运行、安装、检修的方便性和总体设计的经济性。

压力容器的安全设计主要包括以下三个方面：

1）合理选用材料。合理选用材料，是保证压力容器安全运行的一个重要措施，如果材料选择不当，即使具有较大的强度裕度，也可能在运行中发生破坏事故。选择压力容器用钢材，不仅要从操作条件和使用环境方面来考虑，即要求材料对工作介质、压力、温度、载荷特性等操作条件和气温、湿度等使用环境具有必需的适应能力；还要从压力容器的制造方面来考虑，即要求所选用的材料容易加工成形，在工艺加工过程中不易产生缺陷。因此，在压力容器的选材上，应充分考虑材料的力学性能（强度、韧性、塑性、硬度）、物理性能、耐腐蚀性、制造工艺性能（可焊性、可锻性、切削加工性以及研磨性、冲压性、热处理性等）。压力容器选材的一般原则是：在保证塑性指标和其它性能指标的要求下，尽量选用强度指标较高的材料。

2）选择合适的结构形式。在压力容器的破坏事故中，有相当一部分是由于结构不合理引起的，结构不合理，往往使得压力容器在制造和使用过程中容易产生缺陷。因此，首先要求结构便于制造，以利于保证制造质量和避免、减少制造缺陷；其次是要求结构便于检验，使制造和使用中产生的缺陷能及时、准确地检查出来；第三是结构设计中要考虑尽量降低局部附加应力和应力集中。

3）满足强度的要求。为保证压力容器安全运行，其承压部件必须具有足够的强度，即具有适当的壁厚以抵抗外加载荷的作用。在结构设计中除了结构特殊、使用条件复杂或特别重要的压力容器需要以应力分析进行设计外，一般的是以薄膜应力来确定所需的壁厚。至于压力容器结构不连续部位的附加应力和应力集中，则从结构形式或尺寸上加以限制。

2.2 压力容器的制造管理

为了确保压力容器的安全使用，制造过程应严格控制制造工艺质量和产品质量。如焊工考核、材料可焊性鉴定、焊接工艺评定、材料标记及标记移植材料、复验、零部件冷热加工成型、焊接试板、筒节施焊、焊缝外观及无损检测、焊接返修、容器组装、容器整体或局部热处理、强度试验、气密性试验、包装等工作质量及产品质量控制等。

压力容器的制造质量在很大程度上取决于制造单位的技术能力和制造过程中的质量管理水平。制造过程的质量管理包括质量控制、质量检验和质量分析三个方面。

质量控制要求容器的制造单位应建立一套完整的质量管理制度，保证从原材料到产品出厂的各个环节严格按照规程和有关标准的规定执行，严格按照设计图样制造和组焊压力容器，发现问题及时解决。

2.3 压力容器的安全运行

压力容器的安全运行首先要求其安全可靠，合理使用和严格管理是提高压力容器的安全可靠性，保证其安全运行的重要条件。安全使用包括正确的操作，维护保养和定期检修等方面。

2.4 压力容器的定期检验

压力容器在运行和使用过程中，要受到反复升压、卸压等疲劳荷载的影响，又经常受到外部环境的影响，还要受到有腐蚀性介质的腐蚀，或在高温深冷等工艺条件下工作，其力学性能会随之发生变化，容器制造过程中的小缺陷也会随之扩展增大，对压力容器进行定期的全面地技术检验，是及早发现容器存在的缺陷，消除隐患，从而保证压力容器安全运行，避免发生事故的一项行之有效的措施。

压力容器的定期检验的主要检验项目应包括：材质检验（材质不符、材质劣化）、结构检验、缺陷检验。检验的方法主要有：宏观检查、测厚检查、壁温检查、腐蚀介质含量测定、表面探伤、射线探伤、超声波探伤、硬度测定、金相检验、应力测定、声发射检测、耐压试验、气密性试验、强度校核、化学分析、光谱分析。

压力容器经过定期检验以后，应根据检验结果对其安全状况进行评定，并以安全等级形式反映出来。对安全等级级别较低的、缺陷严重、难于或无法修复的压力容器设备应坚决予以报废。

3 结语

鉴于压力容器设备具有发生爆炸或泄漏、造成人身伤害、环境污染、设备建筑物毁坏事故的危险性，因此从压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造直至报废，应该依据相关的法律法规及标准规范，引入可靠性设计、优化设计、质量管理、模糊综合评价等现代安全设计和安全管理技术，结合以往事故统计数据资料，对压力容器生命周期的危险因素进行全面的分析，制定有效的预防和控制措施，确保压力容器的安全运行和系统功能的正常发挥。

【参考文献】

[1]海峰.压力容器用钢疲劳可靠性研究[D].北京工业大学，2001.

[2]杨文安，王文杰，仇艳丽.压力容器事故原因分析及控制[J].中国石油和化工标准与质，2013（14）.