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壓力容器種類構造簡介

稱壓力容器(Pressure Vessel)者,係指保有超過大氣壓力之容器,內存可 發生壓力之流體(氣體、液體)之容器,或受外壓之容器之謂。就廣義而言,鍋 爐等也為壓力容器。

在產業界廣泛使用之壓力容器,以鋼瓶、熱交換器、反應器為始,甚至有原子 能容器等,其種類不勝枚舉,壓力、溫度條件方面也有極大差異,在實際使用之壓 力有高至 1Gpa 之高壓,溫度也有高達 600℃之壓力容器。

壓力容器為進代產業所不可或缺者。隨著產業之發展,其設置數目惟有增多之 勢。又其容量也隨之大型化,構造也趨於複雜化。使用材料之性能不斷提升,新 材料也不斷地開發。工作方法也從鉚接接合時代發展至熔接,熔接也自以往之電 弧熔接,發展至電子渣電弧熔接(electro slag welding)、電子束熔接(electro beam welding)等。

2-1-1 壓力容器於我國之法規體制及分類:

為確保壓力之安全,我國以法律制定壓力容器之技術基準或檢查制度,由此確 保其使用安全;依其特性分為:第一種壓力容器、高壓氣體特定設備、高壓氣體 容器等;其檢查程序如附圖1 及附圖 2。

法規之分類:

1.第一種壓力容器(2)

合於下列規定之一,且 P(最高使用壓力㎏/㎝2)×V(內容積 m3)>0.2 者。

(1) 接受外來蒸氣、熱媒等或產生蒸氣以供加熱固體或液體進行加熱作用。

(2) 在容器內進行反應作用者。

(3) 欲在容器內分離液體而進行蒸氣作用者。

(4) 儲存溫度超過一大氣壓下之液體者。

2. 第二種壓力容器(2):係指內存超過大氣壓氣體之容器而合於內存壓力在 2 以

上未滿 10 ㎏/㎝2(壓縮空氣為 50 ㎏/㎝2),且內容積在 0.04m3以上者;如烘 乾機、二重鍋等。

3. 高壓氣體特定設備(3):係指內存有高壓氣體供製造高壓氣體狀態或儲存者,

其 P(設計壓力壓力㎏/㎝2)×V(內容積 m3)>0.04 者;如液化石油氣儲槽、

CE 儲槽及低溫平底儲槽等。

4. 高壓氣體容器(3):係指內存有高壓氣體(壓縮空氣超過 50 ㎏/㎝2者)之 容器(指相對地面可移動者),其內容積超過 0.5 m3者;如 LPG 槽車、液氧 槽車等。

2-1-2 檢查程序(3)

表1 檢查流程

表2 檢查種類及流程(3)

檢查別 危險性

設備別

型式檢查 熔接檢查 構造檢查 竣工檢查 定期檢查 變更檢查 重新檢查 效期限證最長有檢查合格

鍋爐 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 年※

壓力容器 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 年

高壓氣體特定設備 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 1 年

高壓氣體容器 ○ ○ ○ ○ ○ 5 年※

設計

製造 製造 安 裝 使 用

大 部 修 改

停用 廢 用

國外進口 或 恢 復 使 用 等

型式檢查 熔接檢查 構造檢查 竣工檢查 定期檢查 變更檢查 報 備 不得恢復使用繳回合格證, 重新檢查

2-2 CNS9788 系列(4)與日、美、德標準(5)之關連性

有關各等級壓力容器之設計壓力範圍,圓筒胴之強度計算式、材料之基本 容許應力設定基準、應力解析及疲勞解析、胴體、端板之縱向接頭所使用之 熔接接頭之形式與其作非破壞試驗、對接熔接接頭之機械試驗、耐壓試驗、

氣密試驗項目等之慨要與日、美、德等國之比較附表1(6)(7)

ASME 標準為眾人所熟習,但對美國壓力容器相關法規則較鮮知。此由於 ASME 標準訂定於 1915 年,但規範壓力容器等之美國勞動安全衛生法則遲至 1970。

我國更遲至 1974 年。

美國對壓力容器、儲槽及配管相關之法律,分別列示如下。

(1)Tank Vessel Act………..1936 年制定,勞動部 (2)Natural Gas Pipeline Safety act……1968 年制定,運輸部

(3)Hazardous Materials Transportation Act….1974 年制定,運輸部 (4)Hazardous Liquid Pipeline Safety Act…..1979 年制定,運輸部 (5)Occupational Safety and Health Act……..1970 年制定,勞動部

美國對壓力容器之規範法律,大致可區分為勞動部主管之壓力容器及運輸部 主管之移動式容器、液罐車、管線相關法律。(如附表 3 及 4)(8)

2-3 薄膜儲槽簡介

1.低溫儲槽(9):係將大氣壓時沸點為0℃以下之氣體於攝氏零度以下或以該氣 體氣相部分之常用壓力於1 ㎏/㎝2以下液態下儲存,並使用絕熱材被覆或利 用冷凍設備冷卻,使槽內氣體溫度不致上升至常用溫度之儲槽。

2. 地下式儲槽(10):係指液化天然氣儲槽中,儲槽內液化氣體之最高液面在填 土之頂端面以下,且其埋設部分與四周之地盤接觸之槽體、槽頂、隔膜、保 冷及其他所構成者之謂。

3. 側璧:係指圓筒形之供為支持土石等之水平方向荷重之混凝土製構造部分。

4. 底部:係指供為支持垂直方向之構造部分。

5. 槽體:係指側璧及底部之總稱。

6. 槽頂:係指設置在側臂頂部,供為保持內壓之構造部分。

7. 保冷:係指為絕熱儲槽內液體所設之構成部分。

8. 填土:以填與側璧接觸之穩定之土質構造。

9 平底圓筒形儲槽(10):高壓氣體製造相關之儲存設備中,具平底圓筒形狀之 設備,而該設備係供高壓氣體之製造(含與製造相關之儲存),其容器以「每 平方公分之公斤數」單位所表示之設計壓力數值與其「立方公尺」單位所表 示之內容積數值之值,超過0.04 者。

10 隔膜:隔膜為供作用於該隔膜之氣體壓力及液體壓力介由保冷材傳達至軀體 之金屬製薄膜,雖不被要求應具有耐壓部之機能,惟對儲槽內液體及氣體應 具有液密性及氣密性,據以設計、製作等如圖3。至於膈膜之種類或受力情 況如下:

(1) 波紋部隔膜:供為因溫度變化致使隔膜之熱收縮或熱膨脹所設幾何性 凹凸形狀之部分。

(2) 實物大模型:因應目的,自實際材料、實際尺度之隔膜截取供為確認 對象之部份。

(3) 膜應力:與斷面之垂直應力之平均值相等之垂直於該斷面之應力成 份。

(4) 應力強度:在設定之點之最大主應力與最小主應力之差(抗拉應力之 符號為正,壓縮應力之符號為負。)

(5) 應變範圍:反復應變波之最大值與最小值之差。

(6) 應變振幅:應變範圍之 1/2。

(7) 不安定崩塌:波紋部隔膜之形狀對靜荷重成為不定形變形之過程為不 明確之現象。

(8) 進行性變形:隔膜各部之變形對反復荷重為進行性增大,成為不定形 收束之現象。

11 材質種別:隔膜應使用 JIS G 4305(冷軋壓延不锈鋼鋼板)規定之 SUS/304、

SUS/304L 或具有與此同等以上性質之材料;而槽頂之耐壓部及球殼架以及 低溫配管使用之材料,為0℃以上使用之鋼鐵材料。

2-3 安全裝置應(11)

1 警戒標識:儲槽或設置儲槽群區域之必要場所應設警戒標識。

2 遮斷閥:為運轉時、檢點、檢查時或異常時遮斷儲槽與其他設備,在流通有 LNG 或氣化氣體配管之儲槽近接側應設遮斷閥。遮斷閥為手動或遙控操作 (以為手動操作者為限。)者。與 LNG 接收配管相關之遮斷閥應能遙控操作,

為防止溢流應採高液位警報與連鎖裝置。

3 伸縮吸收措施:

(1)與儲槽連經之配管,應採取能吸收發生在儲槽與配管間有害之相對位移 之伸縮吸收措施。

(2) 配管系應持有充份之撓性,使其不發生下列問題者。

因過大應力或應變所生配管之固定支持部之破損。

自接頭之漏洩;加諸在管口部之過大反作用力或力矩。

伸縮吸收措施應採取下列之一方法:自體可撓之方法、配管環置之方法、

可撓形伸縮接頭之方法。

使用可撓形伸縮接頭時應考慮安裝時之氣溫及使用溫度等,在事前調整 後安裝。

4 計測、警報裝置:液面計測及警報裝置,在儲槽應設可計測儲槽內液之自最 低液位是最高液位範圍之液面計2 個以上。種類有移位式液面計、浮筒式 液面計、靜電容量式液面計等;另應於高液位、高高液位作動之緊報裝置。

而設置減壓泄水設備時,應設可計測底部地下水位液面計。

5 壓力計測及警報裝置:在儲槽應設可計測儲槽內氣相部之壓力之壓力表 2 個 以上。壓力表應為下列列示之種類,其中1 個測定範圍應在最高使用壓力 之1.5 倍以上、3 倍以下者。又使用於壓力監視及控制用者,其測定範圍為

最高使用壓力之1.5 倍以下。且應設氣相部之壓力異常上升時可警告意旨之

◎ 在通風豎管或與通風豎管有關之配管內,應採取防止排泄物及雨水滯留之 措施。

◎ 應使用可耐所處理之氣體溫度之材料。

9 燃燒塔:為完全燃燒處理之燃燒塔之設置,應依下列之規定。

◎ 燃燒塔之高度,應能保有使其正上方地表面之輻射熱在4000kcal/m2h 以下。

但有禁止進入超過4000kcal/m2h 區域之措施者不在此限。

◎ 應設引燃噴嘴或時常作之自動點火裝置。

◎ 空採取送火防止裝置。

◎ 應使用可耐氣體溫度之材料,且燃燒塔前端之燃燒部,應使用可耐在該燃 燒塔發生之最大熱量之材質者。

10 負壓防止措施:儲槽應採取儲槽內氣相部壓力低於外部壓力異常下降致破 壞儲槽之措施。

11 誤操作防止措施:為安全且確實操作儲槽,應採取下列之誤操作防止措施。

◎ 在中央控制儀表室內,對操作盤之配置及照明,應顧慮不損及操作者之判 斷力及動作之靈敏性者。

◎ 現場之操作部份,應採取固定照明設備獲得必要之照度之措施。

◎ 在保安上有重大影響之遮斷閥有關之配管,於其 接部份,應明示流體之 種別及流動方向。

◎ 在閥應明示閥之開閉方向(對保安上有重大影響者,應包括閥之開閉狀 態)。

◎ 對保安上有重大影響之閥中不經常使用者(除供緊急使用者外。),應在 閥施鎖或鉛封等,採取無法擅動之措施。

◎ 在中央控制儀表室,應採取容易掌握儲槽或儲槽群之運轉形態之措施。

12 滾翻防止措施:儲槽應採取防止滾翻之措施。

13 靜電消防措施:儲槽及附屬設備,應採取靜電消除措施。接地電阻值之總

合應在100Ω(共用避雷措施用接地極時為10Ω)以下。此外,接地連接線之 斷面積應在14mm2以上者(除單線者外)。

14 避雷措施:為防止雷掔引起之災害,儲槽應採取下列之措施。接地電阻值 線全在10Ω以下、不設避雷針時,得將安全閥之凸緣連接於接地用連接線。

14 避雷措施:為防止雷掔引起之災害,儲槽應採取下列之措施。接地電阻值 線全在10Ω以下、不設避雷針時,得將安全閥之凸緣連接於接地用連接線。

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