压力容器常用介质及其特性

第四章：压力容器常用介质及其特性,第一节 压力容器常用介质基础知识1、状态与相气态、液态、固态气相、液相、固相,2、状态的变化与相图,2.1各种状态变化举例,熔化：冰雪融化、高热病人利用冰袋降温、消融的冰凌、“保险丝”烧断、饮料中的冰块体积减小；凝固：雹、河水结冰、岩浆变成岩石、寒冬用手摸室外的金属发生“粘手”的现象 、铜水浇铸铜像；汽化：夏天洒在地上的水很快变干、湿衣服晒干、墨汁变干、太阳出来雾散了 ；液化：露、雾、冰棍冒“白汽”、火箭发射时水池上的“白汽”、秋天窗户玻璃上的水雾、夏天从冰箱里拿出的鸡蛋过一会儿会变湿、烧开水时水壶上方的白汽、冬天室外人讲话时呼出的白汽、夏天装冰水的杯子外壁“出汗”、冬天人口中呼出“白气”、夏天，自来水管“出汗”。升华：冰冻的衣服晒干、用久的灯泡钨丝变细、 凝华：冬天窗户玻璃上的冰花、霜、雾凇、用久的灯泡变黑、棒冰包装袋内的“白粉”,2.2、各种状态变化中的能量转化,1、熔化：熔化是通过对物质加热，使物质从固态变成液态的相变过程。熔化要吸收热量，是吸热过程；2、凝固：凝固就是液态变为固态，在转变过程中会放热是与熔化相反的过程；3、汽化：物体由液态变为气体，有蒸发、沸腾两种方式要吸热。蒸发与物体的表面积、表面空气的流速、物体的温度有关；4、液化：物体由气体变为液体，要放热与汽化相对；5、升华：物体直接由固态变为气态，需要吸热；6、凝华：物体直接由气态变为固态，需要放热，与升华相对；,3、临界温度与临界压力,每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。因此要使物质液化；首先要设法达到它自身的临界温度。有些物质如氨、二氧化碳等，它们的临界温度高于或接近室温，对这样的物质在常温下很容易压缩成液体。有些物质如氧、氮、氢、氦等的临界温度很低，其中氦气的临界温度为零下268 。在临界温度下，使气体液化所必需的压力叫做临界压力。,4、燃烧速度,燃烧速度及火焰传播速度另一种解释：燃烧速度反映单位时间烧去可燃物的数量,5、闪点和燃点,闪点：蒸汽发生闪燃的最低温度燃点：蒸汽与明火接触能发生连续燃烧的温度,第二节 压力容器常用气体的分类及特性,一、气体的分类按燃烧性分：易燃、助燃、不可燃按毒性分：剧毒、有毒、无毒按临界温度：临界温度小于-10的为永久气体；临界温度大于或等于-10，且小于或等于70的为高压液化气体；临界温度大于70的为低压液化气体。补充：高清版-TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程中介质的分类（附件A1、46页）,二、常用气体的特性,1、永久气体1）氧气O ：氧气是空气的组分之一，无色、无臭、无味。氧气比空气重，在标准状况（0和大气压强101325帕）下密度为1.429克/升，能溶于水，但溶解度很小。在压强为101kPa时，氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体，在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。,氧气分子：,2）氢气（H2）,氢气（Hydrogen）是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小，只有空气的1/14，即在标准大气压,0下,氢气的密度为0.0899g/L。所以氢气可作为飞艇的填充气体（由于氢气具有可燃性，安全性不高，飞艇现多用氦气填充）。灌好的氢气球，往往过一夜，第二天就飞不起来了。这是因为氢气能钻过橡胶上人眼看不见的小细孔，溜之大吉。不仅如此,在高温、高压下,氢气甚至可以穿过很厚的钢板。氢气主要用作还原剂。,3）氮气(N2),氮气，常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份。常温下为气体，在标准大气压下，冷却至-165.30时，变成没有颜色的液体，冷却至-210.1时，液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质很稳定，常温下很难跟其他物质发生反应，但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化，用来制取对人类有用的新物质。,4)惰性气体,主要指氦、氖、氩、氪、氙、氡 ，因为它们在元素周期表上位于最右侧的零族，因此亦称零族元素。稀有气体单质都是由单个原子构成的分子组成的，所以其固态时都是分子晶体。,5）一氧化碳（CO）,一氧化碳 (carbon monoxide, CO)纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。 分子量28.01，密度0.967g/L， 冰点为-207，沸点-190。在水中的溶解度甚低，但易溶于氨水。空气混合爆炸极限为12.5%75%。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而使血红蛋白不能与氧气结合，从而引起机体组织出现缺氧，导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。,6）甲烷（CH4）,甲烷在自然界分布很广，是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。它可用作燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。,2.液化气体,1）二氧化碳（CO2）二氧化碳是空气中常见的化合物，其分子式为CO，由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成，常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，能溶于水，并生成碳酸。固态二氧化碳俗称干冰。二氧化碳认为是造成温室效应的主要来源。,2）氯（Cl2）,氯单质由两个氯原子构成，化学式为Cl2。气态氯单质俗称氯气，液态氯单质俗称液氯。 在常温下，氯气是一种黄绿色、刺激性气味、有毒的气体。压力为1.0110Pa时，氯单质的沸点为-34.4，熔点为-101.5。氯气可溶于水和碱性溶液，易溶于二硫化碳和四氯化碳等有机溶剂，饱和时1体积水溶解2体积氯气。 密度3.214克/升。熔点-100.98，沸点为零下34.6摄氏度。化合价-1、+1、+3、+5和+7。有毒，剧烈窒息性臭味。电离能12.967电子伏特，具有强的氧化能力，能与有机物和无机物进行取代和加成反应；同许多金属和非金属能直接起反应。氯是卤族的一种普遍非金属一价和高价元素，其最熟知的形式是重的、绿黄色、难闻的刺激性有毒气体。 氯是一种化学性质非常活泼的元素。它几乎能跟一切普通金属以及许多非金属直接化合。氯多储存在钢筒中，这是因为干燥的氯恰恰不与铁发生反应。 在常温和6个大气压下，人们可以将氯液化为一种黄绿色的液体，叫做“液氯”。 应当注意的是，氯有较强的毒性。如果空气中含有万分之一的氯气，就会严重影响人的健康。一般认为，空气中游离氯气的最高含量也不得超过1毫克/立方米。 氯气对人类的生产生活也有很大的价值。,3）氨（NH3）,氨（Ammonia，即阿摩尼亚），或称“氨气”，分子式为NH3，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨。氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。由于氨可以提供孤对电子，所以它也是一种路易斯碱。,4）氟利昂,又名氟里昂，氟氯烃 英文：freon 几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称 。氟里昂在常温下都是无色气体或易挥发液体，略有香味，低毒，化学性质稳定。其中最重要的是二氯二氟甲烷CCl2F2（F-12）。二氯二氟甲烷在常温常压下为无色气体；熔点158 ，沸点29.8，密度1.486克厘米（30）；稍溶于水，易溶于乙醇、乙醚；与酸、碱不反应。,5）氟化氢,氟化氢（化学式：HF）是一种极强的腐蚀剂，有剧毒。它是无色的气体，但是在空气中，只要超过3ppm就会产生刺激的味道。氢氟酸可以透过皮肤黏膜、呼吸道及肠胃道吸收，若不慎发生氢氟酸暴露，应立即用大量清水冲洗20至30分钟，然后以葡萄酸钙软膏或药水涂抹；若不小心误饮，则要立即喝下大量的高钙牛奶，然后紧急送医处理。,6）氯甲烷,氯甲烷 (methyl chloride，choromethane，CH3Cl)，又名甲基氯，为无色易液化的气体，加压液化贮存于钢瓶中。具乙醚气味和甜味。分子量50.49，液体密度0.92g/cm3(20/4)，气体密度1.785g/L，沸点-23.76。微溶于水，易溶于氯仿、乙醚、乙醇、丙酮。不易燃烧和爆炸。无腐蚀性。高温时 (400以上)和强光下分解成甲醇和盐酸，加热或遇火焰生成光气。,7）氮的氧化物,氮氧化物(NOX)种类很多，包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮 (NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等多种化合物， 但主要是NO和NO2，它们是常见的大气污染物。,8)硫化氢（H2S）,硫化氢(H2S)是硫的氢化物中最简单的一种。常温时硫化氢是一种无色有臭鸡蛋气味的剧毒气体，应在通风处进行使用必须采取防护措施。,9)氯化氢（HCl）,氯化氢分子是由一个氯原子和一个氢原子组成的。分子式为HCl。氯化氢是无色而有刺激性气味的气体。氯化氢水溶液为盐酸，纯盐酸为无色液体，在空气中冒雾（由于盐酸有强挥发性），有刺鼻酸味。粗盐酸因含杂质氯化铁而带黄色。它易溶于水，在0时，1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。氯化氢的水溶液呈酸性，叫做氯化酸，习惯上叫盐酸。主要用于制染料、香料、药物、各种氯化物及腐蚀抑制剂。盐酸为氯化氢的水溶液，是无色或微黄色的液体。,11)液化石油气,液化石油气是多种烃类气体，如丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等组成的混合物。液化石油气的性质：挥发性、易燃性、易爆性、微毒性、腐蚀性、相对密度大、热值高、蒸发潜热高、,3、溶解气体,乙炔（C2H2）乙炔，俗称风煤、电石气，是炔烃化合物系列中体积最小的一员，主要作工业用途，特别是烧焊金属方面。乙炔在室温下是一种无色、极易燃的气体。纯乙炔是无臭的，但工业用乙炔由于含有硫化氢、磷化氢等杂质，而有一股大蒜的气味。,第三节 压力容器常用气体的危险性及其预防措施,工业气体的危险性是指易燃烧性、毒性、腐蚀性和爆炸性及可能发生分解、氧化、聚合的倾向及性质。,一、介质的燃烧特性和防火技术,1、燃烧条件及种类1.1燃烧一般性化学定义：燃烧是可燃物跟助燃物（氧化剂）发生的剧烈的一种发光、发热的氧化反应。燃烧的广义定义：燃烧是指任何发光发热的剧烈的反应，不一定要有氧气参加，比如金属钠（Na）和氯气（Cl2）反应生成氯化钠（NaCl），该反应没有氧气参加，但是是剧烈的发光发热的化学反应，同样属于燃烧范畴。同时也不一定是化学反应，比如核燃料燃烧。 放热、发光、生成新物质是燃烧的三个基本特征燃烧的三个必要条件：可燃物、助燃物和引种火源1.2燃烧的种类：闪燃、着火、自燃、爆燃,一、介质的燃烧特性和防火技术,2、预防易燃介质燃烧的措施防止可燃物、助燃物形成燃烧爆炸系统，清除和严格控制一切足以导致着火爆炸的引火源。2.1、控制或消除燃烧条件的形成：严防超温超压、控制原料纯度、控制加料速度、加料比例和加料顺序、严禁超量储存，超量充装。2.2、组织火势蔓延措施2.3、加强引火源的控制和管理,二、介质的毒性及其对人体的危害,1、工业毒物与中毒 生产性毒物常以气体、蒸汽、雾、烟尘或粉尘的形式污染生产环境。2、工业毒物的分类 1）按化学结构：有机和无机 2）按形态：气体类、液体类、固体类、雾状类 3）按作用：刺激性、窒息性、麻醉性、致热源性、腐蚀性、致敏性 4）按损害器官或系统：神经毒性、血液毒性、肝脏毒性、全身毒性。,二、介质的毒性及其对人体的危害,3、工业毒物的毒性和分级剧毒、高毒、中毒、低毒、微毒五级。4、毒物侵入人体的途径1）经呼吸道2）经皮肤3）经消化道5、急性中毒的现场抢救1）救护者应做好个人防护2）切断毒物来源,二、介质的毒性及其对人体的危害,3）防止毒物继续侵入身体4）促进生命器官功能恢复5）尽早使用解毒剂,三、介质的腐蚀性及其防护,1、腐蚀的分类按腐蚀机理：化学腐蚀和电化腐蚀按腐蚀部位：全面腐蚀和局部腐蚀2、腐蚀的危险性2.1对人体的伤害2.2对金属的腐蚀2.3腐蚀性介质的火灾危险性3、腐蚀介质的防护措施3.1正确的选材3.2合理设计、合理施工3.3注意设备维护3.4钝化法3.5加入缓蚀剂法,三、介质的腐蚀性及其防护,缓蚀剂种类3.5.1氧化膜型缓蚀剂3.5.2沉淀膜型缓蚀剂3.5.3吸附膜型缓蚀剂3.6电化学保护法3.6.1阳极保护法3.6.2牺牲阳极法3.6.3外加电流法,三、介质的腐蚀性及其防护,3.7防腐涂料3.7.1防腐涂料的作用a、屏蔽作用b、缓蚀作用c、阴极保护作用3.7.2防腐涂料的主要类型,四、介质的爆炸性及预防爆炸的措施,爆炸：物质从一种状态迅速转变为另一种状态，并在瞬间放出大量能量，同时产生巨大声响的现象。1.爆炸分类1.1物理性爆炸1.2化学性爆炸2.1简单分解爆炸2.2复分解爆炸2.3爆炸性混合物爆炸,四、介质的爆炸性及预防爆炸的措施,2、爆炸极限2.1爆炸极限的概念 3、影响爆炸极限的因素4、爆炸极限的实用意义5、预防易燃介质燃烧爆炸的措施,第五章 压力容器带压密封,第一节 泄露与密封一、概述 带压密封技术起源于19世纪20年代初。我国的压力容器带压密封技术起步较晚，但发展迅速。,二、泄漏,定义：隔离的物体上或部位上出现的介质传递现象。1、泄漏的形式：穿漏、渗漏、扩散2、泄漏的原因：A、设计选型不合理B、制造、安装、维修不正确C、操作不当3、泄漏检查的方法,二、泄漏,A、直观检漏法B、涂皂检漏法C、辅助工具检漏法D、仪器检漏法,三、密封,定义：能防止或切断介质间传递过程的有效方法统称为密封。1、密封的原理彻底切断、堵塞隔离、增加介质泄漏流动阻力2、影响密封的因素A、螺栓预紧力B、密封垫的特征C、压紧面的影响D、法兰的刚度F、使用工况的影响,三、密封,3、密封结构的选择A、密封可靠B、结构简单C、加工制造方便D、抗腐蚀、能重复使用E、简单轻巧4、密封结构4、1密封结构的分类A、强制密封,三、密封,B、自紧密封C、半自紧密封,4.2常用的密封结构,4.2.1平垫密封,4.2常用的密封结构,4.2.2外螺纹卡扎里密封,内螺纹卡扎里密封,4.2常用的密封结构,改良型卡扎里密封,4.2常用的密封结构,4.2.3双锥密封,4.2常用的密封结构,4.2.4 伍德密封结构,4.2常用的密封结构,4.2.5、O形环密封,第二节、带压密封技术,概念：带压密封技术也称为不停车带压堵漏技术，它是先进的设备维修技术、主要用于流程工业各类装置和系统、公用和长输管道上，可以在保持生产、运行连续的情况下将泄漏部位密封止漏，避免停车损失。带压密封操作简便、安全、迅速、经济，且社会效益高。,1、带压密封原理及操作示意图,1.1密封原理1.2带压密封操作示意图,2、技术总成与机具总成,2.1 技术总成：密封剂、夹具、专用工具、带压密封操作技术2.2 机具总成,3、带压密封的技术特点,3.1经济效益3.2安全可靠3.3适应面广3.4消除漏点快,4、带压密封需具备的条件,4.1 从事带压密封的单位须取得省级质量技术监督部门颁发的压力容器维修许可资格证书4.2从事带压密封人员应具备相应的条件,5、带压密封作业分类,5.1一类带压密封作业5.2二类带压密封作业,二、密封剂,1.密封剂的作用,2、密封剂的基本性能指标,2.1注射工艺性能2.2使用温度2.3固化时间2.4耐介质性能2.5使用寿命2.6耐压问题,3.密封剂的分类,3.1 热固化密封剂3.2非热固化密封剂,4、密封剂选用原则,4.1 按泄漏介质的化学性质选用4.2按泄漏介质温度选用,三 夹具设计,夹具是加装在泄漏缺陷外部与泄漏部件外表面共同组成新密封空腔的金属构件,1、夹具的作用,1.1 密封保证1.2强度保证1.3提供注剂通道,2.夹具的设计准则,2.1良好的吻合性2.2足够的强度2.3足够的刚度2.4足够的密封空腔2.5与泄漏部件外边面接触间隙严格限制2.6应有带螺纹的注剂孔2.7分块合理,3.夹具的材料选择,4、典型夹具的基本结构,4.1法兰密封垫片泄漏用固定夹具,4.2直管泄漏用固定夹具,4.3弯管泄漏用固定夹具,5、非典型结构的应用,5.1法兰直径不同及措施5.2管道泄漏5.3角焊缝泄漏5.4其它泄漏部位封堵夹具,6、简易夹具结构,四、专业工具,1、高压注射枪2、高压注射油泵3、辅助专用工具4