第二节 危险化学品设备
危险化学品设备是储存和输送危险化学品的设备，是提供强度保证的金属结构。
一、压力容器
容器按所承受的压力大小分为常压容器和压力容器两大类。压力容器和常压容器相比，不仅在结构上有较大的差别，而且在设计原理方面也不相同，应该指出的是，所谓压力容器和常压容器的划分是人为规定的。一般最高工作压力Pw≥0.1MPa（Pw不包括液体静压力），用于完成反应、换热、吸收、萃取、分离和储存等生产工艺过程，并能承受一定压力的密闭容器称为压力容器。另外，受外压（或负压）的容器和真空容器也属于压力容器。
（一）压力容器的分类
压力容器的分类方法有多种，归结起来，常用的分类方法有如下几种：
1.按制造方法分类
根据制造方法的不同，压力容器可分为焊接容器、铆接容器、铸造容器、锻造容器、热套容器、多层包扎容器和绕带容器等。
2.按承压方式分类
按承压方式，压力容器可分为内压容器和外压容器。
3.按设计压力（P）分类
①低压容器（代号L）：0.1MPa≤P<1.6MPa。
②中压容器（代号M）：1.6MPa≤P<10MPa。
③高压容器（代号H）：10MPa≤P<100MPa。
④超高压容器（代号U）：P≥100MPa。
4.按容器的设计温度（T设为壁温）分类
①低温容器：T设≤-20℃。
②常温容器：-20℃<T设<150℃。
③中温容器：150℃≤T设<400℃。
④高温容器：T设≥400℃。
5.按容器的制造材料分类
按制造材料，压力容器可分为钢制容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器等。
6.按容器外形分类
按外形，压力容器可分为圆筒形（或称圆柱形）容器、球形容器、矩（方）形容器和组合式容器等。
7.按容器在生产工艺过程中的作用原理分类
按作用原理，压力容器分为反应容器（代号为R）、换热容器（代号为E）、分离容器（代号为S）、储存容器（代号为C，其中球罐代号为B）。
8.按容器的使用方式分类
按使用方式，压力容器分为固定式容器和移动式容器。
（二）压力容器的基本结构
压力容器虽然种类繁多，形式多样，但其基本结构都是一个密闭的壳体，壳体内部大多数情况下都有内件，有的内件与壳体一样也承受一定压力，此时这些内件与壳体就都属于受压元件，在制造过程中都要按要求认真对待。常见的压力容器多为圆筒形壳体，其基本结构主要由以下几大部件组成。
1.筒体
一台容器的筒体通常由钢板卷焊而成的一个或多个筒节组焊而成，这时的筒体有纵环焊缝。也有些小直径容器筒体用无缝钢管制成。厚壁高压容器的筒体还经常采用数个锻造筒节通过环缝焊接连接而成，这种容器则称为锻焊结构的压力容器。
2.封头
按几何形状不同，有椭圆形封头、球形封头、碟形封头、锥形封头和平盖等各种形式。
封头和筒体组合在一起构成一台容器壳体的主要组成部分，也是最主要的受压元件之一。
3.接管和法兰
为使容器壳体与外部管线连接或供人进入容器内部，在一台容器上总是有一些大大小小的接管和法兰，这也是容器壳体的主要组成部分。
4.密封元件
密封元件是两法兰之间保证容器内部介质不发生泄漏的关键元件。对于不同的工作条件要求有不同的密封结构形式和不同材质及形式的密封垫片，在制造时密封垫的材料和形式不得随意更改。
5.容器内件
在容器壳体内部的所有构件统称为内件。
6.容器支座
压力容器是通过支座支撑设备本身自重加上介质的重量，支座还要承受风载地震载荷给容器造成的弯曲力矩载荷，它是容器的主要受力元件之一。支座的形式有多种，对于立式容器常见的有圆筒形支座、裙式支座、悬挂式支座等；卧式容器主要采用鞍式支座和悬挂式支座；球形容器大多采用柱式支座等。为了保证其受力安全性，往往对支座中的对接焊缝进行局部甚至全部的射线检测或超声检测。
（三）压力容器重大危险源辨识指标
根据压力容器重大危险源的特性，压力容器重大危险源可定义为：盛装易燃、易爆或有毒介质，且最高工作压力（或设计压力）、容器体积乘以最高工作压力（或设计压力）均超过临界值的单元。其中：①一台压力容器或一组压力容器构成一个单元；②辨识指标主要为介质的危险特性，另外考虑最高工作压力（或设计压力）、容器体积乘以最高工作压力（或设计压力）两个指标的临界值。
符合以下两个条件之一的为压力容器重大危险源：①介质毒性程度为极度、高度或中度危害的三类压力容器；②易燃介质，最高工作压力大于等于0.1MPa，且PV（压力×体积）大于等于100MPa·m3的压力容器（群）。
二、移动式压力容器
移动式压力容器是指行驶在铁路、公路及水路上的盛装介质为气体、液化气体、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体，承载最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L的密闭罐车或罐式集装箱。定义中最高工作压力是指在正常使用过程中，容器顶部可能出现的最高压力。
（一）移动式压力容器的分类
1.按车与罐体连接形式分类
按车与罐体的连接形式分类，罐车可分为固定式罐车和半挂式罐车。固定式罐车是由载重汽车改装而成的，即将罐体（包括附件）固定在载重汽车的底架上。这种罐车由于受汽车底架的限制，其装载量不大（一般最大可装载32m3左右），基本上保持原车型的主要技术性能。与半挂式罐车相比，固定式罐车的罐体与底架连接成一个整体，运行较平稳，且灵活轻便，行车速度较高。半挂式罐车将罐体固定在拖挂式汽车底架上。它比较充分地利用了汽车的承载能力及拖挂能力，又不受底架尺寸的限制，因而装载能力较大，运行稳定性较好。但这种罐车车身长，与固定式罐车相比整体性和灵活性较差。
2.按移动方式分类
按移动方式分类，移动式压力容器可分为铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车［液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车］、罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等。
3.按压力容器形式分类
按压力容器形式分类，移动式压力容器可分为裸式罐车、保温层或绝热层罐车。裸式罐车的设计温度为-20～50℃，也称为常温液化气体罐车（简称“常温罐车”）；保温层或绝热层罐车也统称为低温液化气体罐车（简称“低温罐车”），其设计温度为介质可能出现的最高工作温度或最低工作温度。罐体设计温度的最低值应考虑环境温度对其的影响，其最高值应考虑加热抽空时可能达到的最高温度。
4.按设计温度分类
移动式压力容器按设计温度可划分为：①常温型，罐体为裸式，设计温度为-20～50℃；②低温型，罐体采用堆积绝热式，设计温度为-70～20℃；③深冷型，罐体采用真空粉末绝热式或真空多层绝热式，设计温度低于-150℃。
5.按移动式压力容器的用途分类
根据压力容器用途的不同，移动式压力容器可分为运输罐车和分配罐车两种。运输罐车主要是给工厂和储配站运输液化气体，车上不装设卸液泵，可以将液化气体直接供应给自设卸液泵的大型用户，以减少倒运工作。分配罐车适用于直接供应有单独液化气储罐或钢瓶的用户，容积偏小，车上装有卸液泵，可自卸液化气体。
（二）盛装的介质、压力及充装量
移动式压力容器罐体常见介质、设计压力及充装量如表2-3所示。当移动式压力容器（常温型）装运表2-3以外的介质时，其设计压力和单位容积充装量的确定，必须由设计单位提供介质的主要物理、化学性质数据和设计说明及依据，报国家安全监察机构批准。
表2-3 常见介质、设计压力及充装量
（三）常见类型罐车结构
1.常温罐车
常温罐车，按车与储液罐的连接形式，分为固定式常温罐车、半挂式常温罐车。
固定式常温罐车是指储液罐永久地牢牢固定在载重汽车的底盘梁上，一般都采用螺栓连接结构使储液罐与汽车底盘成为一个整体，它具有坚固、牢固、美观、稳定、安全等特性。由于固定式常温罐车是专车（指汽车底盘）专用，所以在设计与制造中可以根据汽车底盘的技术特点（如载重量、车梁长度、轴距、重心位置和外形尺寸等）进行整体设计，附件和有关装置能够得到比较合理的安排，外形也比较协调美观。更重要的是由于罐体直接落在大梁上，可以大大降低重心高度，具有较高的运行稳定性，提高了安全行驶速度，使整车具有较高的通过性和较高的经济性。为防止罐车在装卸过程中因管道破坏造成事故，在管路系统上增设了紧急切断装置。当管路系统发生事故时，可用手摇泵上的卸压阀或装在罐车尾部的卸压阀卸掉油路压力，从而将紧急切断阀关闭。固定式常温罐车外形结构如图2-1所示。
图2-1 固定式常温罐车结构
1—驾驶室；2—气路系统；3—梯子；4—阀门；5—支架；6—挡泥板；7—罐体；8—固定架；9—围栏；10—后保险杠；11—接地链；12—旋转式液面计；13—铭牌；14—内装式压力表；15—人孔
半挂式常温罐车将罐体固定在拖挂式汽车底架上，它比较充分地利用了汽车的承载能力及拖挂性能，又不受底架尺寸的限制，因而具有装载能力大、稳定性好的优点。
由于半挂式常温罐车的运载结构特点能充分利用汽车的牵引性能，可以用功率相对小的汽车来牵引载重量较大的拖挂车，并能充分地利用汽车的剩余功率。根据汽车理论，拖挂运输不但能提高牵引车的利用率，更重要的是大大提高了运载量，降低了运送液化气体的燃料消耗量，运输成本能显著下降。由于拖挂车对道路的通过性要求高，所以不是任何地方都可以采用的。半挂式常温罐车外形结构如图2-2所示。
图2-2 半挂式常温罐车结构
1—人孔、液位计；2—罐体；3—接地链；4—排污管；5—后支座；6—液相阀；7—温度计；8—压力表；9—气相管；10—梯子；11—安全阀；12—前支座；13—备用胎；14—驾驶室；15—消音器
2.低温罐车
低温罐车，按车与储液罐的连接形式，分为固定式低温罐车、半挂式低温罐车。低温罐车的储液罐一般做成圆筒形，容积通常为4～30m3，少数可到200m3。目前，由于受公路运输最大运载量的限制，液氧、液氮车的容积一般只能到25m3左右。容量较小的储液罐可直接装在汽车的车架上，即为固定式低温罐车；容量较大的大型的储液罐则制成专门的半挂车，即为半挂式低温罐车。
固定式低温罐车由汽车底盘、车载低温液体储罐及附件等构成。低温液体储罐由罐体、安全附件、管路系统和操作箱组成。整车外形尺寸为9650mm×2500mm×3325mm（长×宽×高），整车后双桥两侧挡泥板上设置了自增压汽化器和工具箱，工具箱内存放装卸液体用的金属软管。整车两侧设置安全防护栏杆，同时在储罐前部左侧设置灭火器支架，车后部设置安全防护装置，兼作操作踏板。在大梁尾部配导静电接地装置。固定式低温罐车外形结构见图2-3。
图2-3 高真空多层绝热固定式低温罐车
按储罐绝热形式，低温罐车分为堆积绝热低温罐车、高真空绝热低温罐车、真空粉末（纤维）绝热低温罐车和高真空多层绝热（含多屏绝热）低温罐车。从理论上分析，临界温度大于50℃的气体用罐车运输时，罐体都需要包覆保温层；在广义上，这类罐车都是低温液体罐车。半挂式低温罐车的外形结构如图2-4所示。
图2-4 高真空多层绝热半挂式低温罐车
高真空多层绝热半挂式低温罐车主要由罐体、阀门仪表箱、增压器、输液管和车架等组成。罐体由内胆和外套两大部件组成。内胆材质为低碳或超低碳不锈钢，外套材质为容器专用钢板。内胆封头的一侧设有吸附室，外筒上部设有一防爆装置，夹层为高真空多层绝热。阀门仪表箱为箱式结构，设置在罐体外套封头的一侧（汽车尾部），内装设压力表、液位计、安全阀、放空阀、增压阀、液体进出口阀及真空检测和封结阀等。增压器为翅片管式结构，安装在阀门仪表箱底或车体的左侧，排放液体时作内胆升压之用。
3.罐式集装箱
罐式集装箱具有装卸方便、灵活、可运，可以方便地利用汽车、火车和船舶等运输工具实现公路、铁路和水路等联运，使货物快速便捷运输至用户等特点，在国际贸易中的需求不断增加。
罐式集装箱也分为常温罐式集装箱、低温罐式集装箱两种。罐式集装箱有两个基本部分，即单个罐体或多个罐体以及框架。液氦罐式集装箱外形结构如图2-5所示。
图2-5 41.5m3液氦罐式集装箱外形结构
三、气瓶
气瓶是指在正常环境（-40～60℃）下可重复充气使用的，公称工作压力为1.0～30MPa（表压），公称容积为0.4～1000L的盛装永久气体、液化气体或溶解气体等的移动式压力容器。
（一）气瓶的分类
1.按充装介质的性质分类
①永久气体气瓶。永久气体（压缩气体）因其临界温度小于-10℃，常温下呈气态，所以称为永久气体，如氢气、氧气、氮气、空气、煤气及氩气、氦气、氖气、氪气等。这类气瓶一般都以较高的压力充装气体，目的是增加气瓶的单位容积充气量，提高气瓶利用率和运输效率。常见的充装压力为15MPa，也有充装20～30MPa的。
②液化气体气瓶。液化气体气瓶充装时都以低温液态灌装。有些液化气体因临界温度较低装入瓶内后受环境温度的影响而全部汽化。有些液化气体的临界温度较高，装瓶后在瓶内始终保持气液平衡状态。根据所装液化气体的这种特性，液化气体还可以分为高压液化气体和低压液化气体。高压液化气体是指临界温度高于或等于-10℃，且低于或等于70℃的液化气体。常见的有乙烯、乙烷、二氧化碳、六氟化硫、氯化氢、三氟氯甲烷（F-13）、三氟甲烷（F-23）、六氟乙烷（F-116）、氟己烯等。常见的充装压力有15MPa和12.5MPa等。低压液化气体是指临界温度高于70℃的液化气体。如溴化氢、硫化氢、氨、丙烷、丙烯、异丁烯、1，3-丁二烯、1-丁烯、环氧乙烷、液化石油气等。
③溶解气体气瓶。溶解气体气瓶主要是指专供盛装乙炔气的气瓶。由于乙炔气体不稳定，不能像其他气体那样以压缩状态装入瓶内，必须把它溶解在溶剂（常用的是丙酮）中。这种气瓶的内部装满了多孔性物质，用以吸收溶剂。充装时，将乙炔气体加压灌装入瓶内，乙炔即被溶剂溶解从而储存在瓶中。一般情况下，溶解气体气瓶的最高工作压力不超过3MPa。
2.按制造方法分类
①钢制无缝气瓶。钢制无缝气瓶是以钢坯为原料，经冲压拉伸制造，或以无缝钢管为材料，经热旋压收口收底制造的钢瓶。瓶体材料为采用碱性平炉、电炉或吹氧碱性转炉冶炼的镇静钢，如优质碳钢、锰钢、铬钼钢或其他合金钢。这类气瓶用于盛装永久气体（压缩气体）和高压液化气体。
②钢制焊接气瓶。钢制焊接气瓶是以钢板为原料，经冲压卷焊制造的钢瓶。瓶体及受压元件材料为采用平炉、电炉或氧化转炉冶炼的镇静钢，要求有良好的冲压和焊接性能。这类气瓶用于盛装低压液化气体。
③缠绕玻璃纤维气瓶。缠绕玻璃纤维气瓶是以玻璃纤维加黏结剂缠绕或碳纤维制造的气瓶。一般有一个铝制内筒，其作用是保证气瓶的气密性，承压强度则依靠玻璃纤维缠绕的外筒。这类气瓶由于绝热性能好、质量轻，多用于盛装呼吸用压缩空气，供消防、毒区或缺氧区域作业人员随身背挎并配以面罩使用，一般容积较小（1～10L），充气压力多为15～30MPa。
3.按公称压力分类
气瓶按公称压力分为高压气瓶和低压气瓶。
①高压气瓶公称压力（MPa）有：30、20、15、12.5、8。
②低压气瓶公称压力（MPa）有：5、3、2、1.6、1.0。
（二）几种常见气瓶的结构
1.氧气瓶
氧气瓶是一种储存和运输氧气的高压容器，瓶内要灌入150atm（1atm=101325Pa）的氧气，还要承受搬运时的震动、撞击、滚动等外界作用力。因此，对气瓶制造的质量要求严，材质要求高，出厂前必须经过严格检验，以保证合格。
氧气瓶通常是用优质碳素钢或低合金钢轧制成的无缝圆柱形容器，如图2-6所示。瓶体的上部瓶口内壁攻有螺纹，用以旋上瓶阀，瓶口外部还套有瓶箍，用以旋装瓶帽，以保护瓶阀不受意外的碰撞而损坏。防震圈（橡胶制品）用来减轻震动冲击，瓶体的底部呈凹面形状或套有方形底座，使气瓶直立时保持平稳。瓶壁厚约为5～8mm。
图2-6 氧气瓶
1—瓶帽；2—瓶阀；3—瓶箍；4—防震圈；5—瓶体；6—标志
2.乙炔瓶
乙炔瓶是一种储存和运输乙炔的容器，其外形与氧气瓶相似，如图2-7所示。但它的构造比氧气瓶复杂，主要是因为乙炔不能以较高的压力压入普通钢瓶内，必须利用乙炔的特性，采用必要的措施，才能将乙炔压入钢瓶内。
图2-7 乙炔瓶
1—瓶帽；2—瓶阀；3—石棉；4—瓶口；5—瓶体；6—多孔性填料；7—瓶座；8—瓶底
乙炔瓶是由钢质气瓶浸满丙酮的多孔性填料、溶剂及附件等组成。钢瓶的主体材料必须采用平炉或电炉冶炼的镇静钢，必须是具有良好可焊性的优质碳素钢或低合金钢，其碳、硫、磷含量及抗拉强度、伸长率、冷弯试验必须符合相应技术标准的有关规定。乙炔瓶内多孔性填料能使乙炔稳定且安全地储存在乙炔瓶内，当使用时溶解在丙酮内的乙炔分解出来，通过乙炔瓶阀流出，而丙酮仍留在瓶内，以便溶解再次压入的乙炔。乙炔瓶阀下面的填料中心部分的长孔内放着石棉，其作用是帮助乙炔从多孔填料中分解出来。乙炔瓶的工作压力为1.5MPa，设计压力为3MPa。
3.液化石油气瓶
液化石油气瓶的外形如图2-8所示。按用户用量及使用方式，气瓶的储存量分为10kg、20kg、30kg、40kg、50kg等多种。一般民用气瓶大多为10kg；工业上目前常采用20kg、30kg的气瓶；如果工厂用量较大，还可以制造1.5t、3.5t等大型储气罐。液化石油气瓶的最大工作压力为1.6MPa，水压试验为303MPa。气瓶的外表为银灰色，并标明“液化石油气”字样。常用液化石油气瓶的规格见表2-4。
表2-4 常用液化石油气气瓶的规格
图2-8 液化石油气瓶
4.氢气瓶
氢气瓶是用来储存和运输氢气的高压容器。氢气瓶的盛装压力为15MPa，其结构与氧气瓶相似。由于氢气瓶用于储存和运输可燃气体，根据我国《气瓶安全监察规程》的规定，其瓶阀应向左旋（用于非可燃气体的气瓶的瓶阀应向右旋）。氢气瓶应涂有深绿色油漆及红色的横条，还必须用红漆写上“氢气”的字样及所属单位的名称。
（三）气瓶的安全附件
气瓶附件包括气瓶专用爆破片、安全阀、易熔合金塞、瓶阀、瓶帽、液位计、防震圈、紧急切断和充装限位装置等。
气瓶的安全泄压装置，是为了防止气瓶在遇到火灾等高温时，瓶内气体受热膨胀而发生破裂爆炸。
气瓶常见的泄压附件有爆破片和易熔合金塞。其中，爆破片装在瓶阀上，其爆破压力略高于瓶内气体的最高温升压力。爆破片多用于高压气瓶上，有的气瓶不装爆破片。《气瓶安全监察规程》对是否必须装设爆破片，未做明确规定。气瓶装设爆破片有利有弊，一些国家的气瓶不采用爆破片这种安全泄压装置。易熔合金塞一般装在低压气瓶的瓶肩上，当周围环境温度超过气瓶的最高使用温度时，易熔塞的易熔合金熔化，瓶内气体排出，避免气瓶爆炸。
气瓶装的两个防震圈是气瓶瓶体的保护装置。气瓶在充装、使用、搬运过程中，常常会因滚动、震动、碰撞而损伤瓶壁，以致发生脆性破坏。这是气瓶发生爆炸事故常见的一种直接原因。
瓶帽是瓶阀的防护装置，它可避免气瓶在搬运过程中因碰撞而损坏瓶阀，保护出气口螺纹不被损坏，防止灰尘、水分或油脂等杂物落入阀内。要求瓶帽有良好的抗撞击性，不得用灰口铸铁制造；无特殊要求的，应配带固定式瓶帽，同一工厂制造的同一规格的固定式瓶帽，质量允差不超过5%。
瓶阀是控制气体出入的装置，一般是用黄铜或钢制造。充装可燃气体的钢瓶的瓶阀，其出气口螺纹为左旋，盛装助燃气体的气瓶，其出气口螺纹为右旋。
四、压力管道
（一）管道的分类
①管道工程按其服务对象的不同，可大体分为两大类：一类是在工业生产中输送介质的管道，称为工业管道；另一类是在设施中或为改变劳动、工作或生活条件而输送介质的管道，主要指暖卫管道或水暖管道，有时统称为卫生工程管道。
②工业管道有些则是按照产品生产工艺流程的要求，把生产设备连接成完整的生产工艺系统，成为生产工艺过程中不可分割的组成部分。因此，通常有些又可称为工艺管道。
③输送的介质是生产设备的动力媒介（动力源）的，这类工业管道又叫作动力管道。生产或供应这些动力媒介物的站房，称为动力站。
④工业管道和水暖管道在企业生产区里有时很难区分，常常既为生活服务，又承担输送生产过程中的介质。例如上水管，它既输送饮用水和卫生用水，又是表面处理用水和冷却水供应系统。
⑤根据我国TSG D3001—2009《压力管道安装许可规则》，压力管道的类别和级别划分见表2-5。
表2-5 压力管道的类别和级别划分
（二）管道元件的公称尺寸
1.管道元件公称尺寸（DN）术语定义
DN：用于管道元件的字母和数字组合的尺寸标识。它由字母DN和后跟的无量纲的整数数字组成。这个数字与端部连接件的孔径或外径（用mm表示）等特征尺寸直接相关。
一般情况下公称尺寸的数值既不是管道元件的内径，也不是管道元件的外径，而是与管道元件的外径相接近的一个整数值。
应当注意的是并非所有的管道元件均须用公称尺寸标记，例如钢管就可用外径和壁厚进行标记。
2.标记方法
公称尺寸的标记由字母“DN”和后跟的一个无量纲的整数数字组成，如：外径为80mm的无缝钢管的公称尺寸标记为DN80。
（三）管道元件公称压力
1.管道元件公称压力（PN）术语定义
PN：与管道元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识。它由字母PN和后跟的无量纲的数字组成。字母PN后跟的数字不代表测量值，不应用于计算目的，除非在有关标准中另有规定。除与相关的管道元件标准有关联外，术语PN不具有意义。管道元件允许压力取决于元件的PN数值、材料和设计以及允许工作温度等，允许压力在相应标准的压力温度等级中给出。具有同样PN数值的所有管道元件同与其相配的法兰应具有相同的配合尺寸。
2.标记方法
公称压力的标记由字母“PN”和后跟的一个数字组成，如：公称压力为1.6MPa的管道元件，标记为PN16。