1.壓力容器生命周期危險因素分析。

　　由于壓力容器工作條件的特殊性，如高溫、高壓、介質具有強腐蝕性、毒性及易燃、易爆性等，必然增大事故的發生概率，且事故一旦發生，就具有很強的破壞性，給人民的生命財產安全構成重大威脅。因此壓力容器從設計、制造、安裝、運行、檢驗、修理和改造，直至報廢，在壓力容器整個生命周期中，運用系統工程的觀點，進行嚴格的監察和管理，對壓力容器在運行過程中的危險因素進行分析，以指導壓力容器的設計、制造、運行管理，確保壓力容器的安全可靠，防止事故的發生。

　　1.1壓力容器事故原因分析。

　　運用安全學原理的相關理論，我們知道壓力容器發生事故的直接原因一般有兩種：即容器本身的不安全性因素和操作人員的不安全行為以及管理上的失誤。容器本身的不安全因素主要來源于設計和制造過程的缺陷；人的不安全行為則體現在壓力容器的運行過程中人的主觀操作；管理缺陷則表現為壓力容器的安全技術管理、安全運行管理、壓力容器定期檢驗和安全等級評定等。綜合分析，壓力容器發生事故的主要原因包括：設計錯誤，容器結構不合理，選材不當，強度不足，制造缺陷，安裝不符合技術要求，安全附件規格不符，以及運行中的超壓、超溫、超負荷和操作不當，沒有執行在用壓力容器定期檢驗和安全等級評定，導致壓力容器失效，從而引發事故。壓力容器的操作條件的頻繁波動，對容器的抗疲勞破壞性能不利，過高的加載速度會降低材料的斷裂韌性，即使容器存在微小缺陷，也可能在壓力的快速沖擊而發生脆性斷裂。壓力容器運行過程中如果發生誤操作、過量沖載且安全保護裝置失效，都會導致壓力容器的壓力升高，以至于超載，進而可能引發爆炸事故。

　　1.2壓力容器失效形式分析。

　　壓力容器失效是指壓力容器在規定的使用環境和壽命期限內，因結構尺寸、形狀和材料性能發生變化，完全失去原設計功能或未能達到原設計要求，而不能正常使用的現象。常見的壓力容器失效形式大致可以分為強度失效、剛度失效、失穩失效和泄漏失效四大類。

　　①、壓力容器強度失效：壓力容器在壓力等荷載的作用下，因材料屈服或斷裂而引起的失效形式，稱為強度失效。通常包括：

　　a、韌性斷裂：在壓力等荷載作用下，產生的應力值達到或接近器壁材料的強度極限而發生的斷裂。通常壓力容器的韌性斷裂的主要原因是壁厚過薄(設計壁厚不足和厚度因腐蝕而變薄)、內壓過高或選材不當、安裝不符合安全要求。

　　b、脆性斷裂：容器沒有明顯的塑性變形，且器壁中的應力值遠遠小于材料的強度極限甚至低于材料的屈服極限而發生的斷裂。脆性斷裂的主要原因在于材料的脆化(材料選擇不當、材料加工工藝不當、應變時效、運行環境惡劣)和材料本身的缺陷。

　　c、疲勞斷裂：壓力容器受到交變荷載的長期作用，材料本身含有裂紋或經一定循環次數后產生裂紋，裂紋擴展使容器沒有經過明顯的塑性變形而突然發生的斷裂。疲勞斷裂過程可分為裂紋萌生、擴展和斷裂三個階段。

　　d、蠕變斷裂：壓力容器在高溫下長期受載，隨著時間增加材料發生緩慢的塑性變形，塑性變形經長期積累而造成厚度明顯減薄或鼓脹變形，最終導致容器斷裂。壓力容器發生蠕變時，一般壁溫達到或超過其材料熔化溫度的25%～35%。蠕變斷裂的變形量取決于材料的韌性，斷裂時的應力值低于材料使用溫度下的強度極限。

　　e、腐蝕斷裂：壓力容器材料在腐蝕介質作用下，因均勻腐蝕導致壁厚減薄及材料組織結構改變或局部腐蝕造成的凹坑，使材料力學性能降低，容器承載能力不足而發生的斷裂。壓力容器腐蝕機理有化學腐蝕和電化學腐蝕。腐蝕形態有均勻腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕、氫腐蝕、雙金屬腐蝕等。

　　②、壓力容器剛度失效：由于壓力容器過渡的彈性變形而引起的失效。

　　③、在壓力作用下，容器突然失去其原有的規則幾何形狀而引起的失效。壓力容器失穩失效的重要特征是彈性撓度和荷載不成比例，且臨界壓力與材料的強度無關，而主要取決于容器的尺寸和材料的彈性性質。

　　④、壓力容器泄漏失效:容器的各種接口密封面失效或器壁出現穿透性裂紋發生泄漏而引起的失效.泄漏介質可能引起燃燒,爆炸和中毒事故,并造成嚴重的環境污染。壓力容器泄漏的原因是多方面的,受壓部件受到頻繁的振動而產生裂紋,脹接管口松動,器壁局部腐蝕變薄穿孔,局部鼓包變形及密封面失效等,都會造成壓力容器因泄漏而失效。

　　1.3壓力容器的爆炸能量分析。

　　壓力容器之所以作為一種特種設備,是因為運行中的壓力容器一旦發生爆炸破裂,不但設備本身遭到嚴重破壞,而且往往波及很大的范圍,毀壞周圍的設備或建筑,造成人員打擊傷害,中毒,燒傷等,甚至會引發更大范圍的爆炸事故。

　　壓力容器發生爆炸事故而破裂時,容器內的高壓流體介質突然解除器壁的約束,瞬間膨脹卸壓,以極高的速度釋放出內在的大量能量,發生所謂的物理爆炸。如果容器內充裝的是可爆性混合氣體,遇到明火,碎片撞擊火花,或高速氣流所產生的靜電作用,會立即發生化學爆炸,即通常所說的二次爆炸。因此,壓力容器爆炸破裂時,其爆炸能量的大小不但與原有的壓力和容器的容積有關,而且還與介質的化學性質及在容器內的物性集態有關。

　　壓力容器爆炸所造成的危害主要有爆炸沖擊波及碎片的破壞作用,有毒介質容器破裂后造成的毒害作用,以及可燃氣體介質容器破裂后造成的火災等。

　　2.壓力容器生命周期各階段安全措施。

　　2.1壓力容器安全設計。

　　壓力容器的設計是否安全可靠，主要取決于設計過程的材料選擇、結構設計和容器壁厚確定是否合理。另外還要考慮適應生產能力，保證強度和穩定性、密封性，以及制造、運行、安裝、檢修的方便性和總體設計的經濟性。

　　壓力容器的安全設計主要包括以下三個方面：

　　(1)合理選用材料。合理選用材料，是保證壓力容器安全運行的一個重要措施，如果材料選擇不當，即使具有較大的強度裕度，也可能在運行中發生破壞事故。選擇壓力容器用鋼材，不僅要從操作條件和使用環境方面來考慮，即要求材料對工作介質、壓力、溫度、載荷特性等操作條件和氣溫、濕度等使用環境具有必需的適應能力；還要從鍋爐、壓力容器的制造方面來考慮，即要求所選用的材料容易加工成形，在工藝加工過程中不易產生缺陷。因此，在壓力容器的選材上，應充分考慮材料的力學性能(強度、韌性、塑性、硬度)、物理性能、耐腐蝕性、制造工藝性能(可焊性、可鍛性、切削加工性以及研磨性、沖壓性、熱處理性等)。壓力容器選材的一般原則是:在保證塑性指標和其它性能指標的要求下,盡量選用強度指標較高的材料。

　　(2)選擇合適的結構形式。在壓力容器的破壞事故中，有相當一部分是由于結構不合理引起的，結構不合理，往往使得鍋爐、壓力容器在制造和使用過程中容易產生缺陷。因此首先要求結構便于制造，以利于保證制造質量和避免、減少制造缺陷；其次是要求結構便于無損檢驗，使制造和使用中產生的缺陷能及時、準確地檢查出來；第三是結構設計中要考慮盡量降低局部附加應力和應力集中。

　　(3)滿足強度的要求。為保證壓力容器安全運行，其承壓部件必須具有足夠的強度，即具有適當的壁厚以抵抗外加載荷的作用。在結構設計中除了結構特殊、使用條件復雜或特別重要的壓力容器需要以應力分析進行設計外，一般的是以薄膜應力來確定所需的壁厚。至于壓力容器結構不連續部位的附加應力和應力集中，則從結構形式或尺寸上加以限制。

　　壓力容器的結構比較簡單，基本上都是由筒體、封頭、接管、法蘭、支座等零部件組成。壓力的機構設計應該遵循以下基本原則：

　　①、結構不連續處應該平滑過渡。受壓器件在幾何結構突變和不連續過渡區域會產生較高的不連續應力，并可能導致應力集中，致使壓力容器的疲勞破壞，因此應該避免這種情況的出現。

　　②、引起應力集中或削弱強度的結構應相互錯開，避免高應力的疊加。

　　③、避免采用剛性過大的焊接結構。剛性大的焊接結構不僅使焊接構件因施焊時的膨脹和收縮受到約束而產生較大的焊接應力，而且使殼體在操作條件波動時的變形受到約束而產生附加的彎曲應力。

　　④、受熱系統及部件的脹縮不要受限制。受熱部件的熱膨脹如果受到外部或自身的限制，在部件內部就會產生熱效應。

　　壓力容器的結構設計主要應包括容器的整體結構設計、零部件結構設計(焊縫結構結構設計、容器各部位開孔設計等)，應符合以下技術要求：

　　①、各受壓部件應有足夠的強度，并裝有可靠的安全保護設施，防止超壓。

　　②、受壓元件、部件結構的形式、開孔和焊縫的布置應盡量避免或減小復合應力和集中應力。

　　③、承重結構在承受設計荷載時應具有足夠的強度、剛度、穩定性以及防腐蝕性。

　　④、容器的整體結構應便于安裝、檢修和清洗。

　　用常規的方法進行壓力容器設計時,總是把各種有關參數,如材料的強度指標,零部件的尺寸,所造成的荷載看成是確定量,忽略了由于各種條件的變化而使這些參數發生變化的隨機因素,因而所設計的壓力容器及零部件結構尺寸就不能準確適應實際工作的要求。此外,由于對設計參數的統計規律缺乏了解,在確定材料系數時,為了“保險”起見,總是取值偏大,使所設計的壓力容器及零部件的結構尺寸偏大,引起不必要的浪費。運用可靠性設計,是在設計中,考慮到各種隨機因素的影響,將全部或部分設計參數作為隨即變量處理,對其進行統計并建立統計模型,運用概率統計方法進行計算,能夠全面的描述設計對象。所得的結果更符合實際情況。壓力容器的可靠性設計可以分為兩個方面進行:第一,根據事先給定的可靠度要求,計算壓力容器及零部件的有關尺寸或應力;第二,根據已有的容器或零部件校核其可靠性。

　　2.2壓力容器的制造管理。

　　壓力容器通用的制造工藝和程序包括:準備工序,零部件的制造,整體組對,焊接,無損探傷,焊接后熱處理,壓力試驗,油漆包裝,出廠證明文件的整理等.對于特殊材料或特別的用途的壓力容器還需要進行特殊工藝處理。

　　為了確保壓力容器的安全使用,制造過程應嚴格控制制造工藝質量和產品質量。如焊工考核、材料可焊性鑒定、焊接工藝評定、材料標記及標記移植材料、復驗、零部件冷熱加工成型、焊接試板、筒節施焊、焊縫外觀及無損檢測、焊接返修、容器組裝、容器整體或局部熱處理、強度試驗、氣密性試驗、包裝等工作質量及產品質量控制等。

　　壓力容器的制造質量在很大程度上取決于制造單位的技術能力和制造過程中的質量管理水平。制造過程的質量管理包括質量控制、質量檢驗和質量分析三個方面。

　　質量控制要求容器的制造單位應建立一套完整的質量管理制度，保證從原材料到產品出廠的各個環節嚴格按照《壓力容器安全技術規程》和有關標準的規定執行，嚴格按照設計圖樣制造和組焊壓力容器，發現問題及時解決。

　　質量檢驗運用各種檢驗方法(如無損檢測)對壓力容器的每個零部件的制造，每道工序的設置是否符合工藝設計要求，組焊及整體結構都進行嚴格檢查，不合格的零部件不能進入下道工序，不合格的產品不能出廠。

　　質量分析是質量管理部門理解質量控制和質量檢驗的情況，收集并系統整理產品質量的各種信息和數據，認真總結和分析，從而提出改進措施，挖掘提高產品的質量潛力。

　　壓力容器產品的質量監督，可以采用定期監督檢驗、批量性或逐臺出產監督檢查的方式，引入質量管理體系認證，分加工過程檢驗和設備最終檢驗兩個階段進行，將質量監督檢驗貫穿容器制造的全過程。

　　2.3壓力容器的安全運行。

　　壓力容器的安全運行管理的目的是為了達到正常,滿負荷開車,生產合格產品,是壓力容器的工藝參數、生產負荷、操作周期、檢修、安全等方面具有良好的技術性能,促使壓力容器處于最佳工作狀態。壓力容器的運行首先要求其安全可靠,合理使用和嚴格管理是提高壓力容器的安全可靠性,保證其安全運行的重要條件。

　　壓力容器的安全使用包括正確的操作,維護保養和定期檢修等方面。在具體的操作過程中,應做到以下幾點:

　　①、平穩操作:在操作過程中盡量保持壓力容器的操作條件(如工作壓力和工作溫度)相對穩定。

　　②、防止過載：防止壓力容器過載主要是防止超壓。

　　③、發現故障，立即停車：壓力容器在運行過程中如果發生故障，嚴重威脅設備及人身安全時，操作人員應該馬上采取緊急措施，停止容器運行，并報告上級主管部門。

　　④、制定合理的安全操作規程：為保證壓力容器的安全運行，切實避免盲目或誤操作引起事故，容器使用單位應根據生產工藝需求和容器的技術性能制定各種容器的安全操作規程，并對操作人員進行教育培訓。壓力容器的安全操作規程至少應包括：

　　a、容器的正確操作方法。

　　b、容器的操作工藝指標及最高工作壓力、最高或最低工作溫度。

　　c、容器開車、停車的操作程序和注意事項。

　　d、容器運行中應重點檢查的項目和部位，以及運行中可能出現的異常現象和防止措施。

　　e、容器停止運行時的維護和保養。

　　f、異常狀態下的緊急措施及事故應急處理。

　　⑤、嚴格實行崗位責任制。

　　2.4壓力容器的定期檢驗。

　　壓力容器在運行和使用過程中，要受到反復升壓、卸壓等疲勞荷載的影響，又經常受到外部環境的影響，還要受到有腐蝕性介質的腐蝕，或在高溫深冷等工藝條件下工作，其力學性能會隨之發生變化，容器制造過程中的小缺陷也會隨之擴展增大，對壓力容器進行定期的全面地技術檢驗，是及早發現容器存在的缺陷，消除隱患，從而保證壓力容器安全運行，避免發生事故的一項行之有效的措施。

　　壓力容器的定期檢驗的主要檢驗項目應包括：材質檢驗(材質不符、材質劣化)、結構檢驗、缺陷檢驗。檢驗的方法主要有：宏觀檢查、測厚檢查、壁溫檢查、腐蝕介質含量測定、表面探傷、射線探傷、超聲波探傷、硬度測定、金相檢驗、應力測定、聲發射檢測、耐壓試驗、氣密性試驗、強度校核、化學分析、光譜分析。

　　壓力容器經過定期檢驗以后，應根據檢驗結果對其安全狀況進行評定，并以安全等級形式反映出來。對安全等級級別較低的、缺陷嚴重、難于或無法修復的壓力容器設備應堅決予以報廢。

　　3.結語

　　鑒于鍋爐壓力容器等特種設備具有發生爆炸或泄漏、造成人身傷害、環境污染、設備建筑物毀壞事故的危險性，因此從壓力容器的設計、制造、安裝、使用、檢驗、修理、改造直至報廢，應該依據《壓力容器安全技術監察規程》、《特種設備安全監察條例》、《壓力容器產品安全質量監督檢驗規則》、《在用壓力容器檢驗規程》等相關的法律法規及標準規范，引入可靠性設計、優化設計、質量管理、模糊綜合評價等現代安全設計和安全管理技術，結合以往事故統計數據資料，對壓力容器生命周期的危險因素進行全面的分析，制定有效的預防和控制措施，確保壓力容器的安全運行和系統功能的正常發揮。

　　[參考文獻]：

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　　2中國勞動社會保障部.壓力容器安全技術監察規程.1991.1

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