第八章容器第一节压力容器定义在石油化工领域，容器是指储存设备和其它各种设备的外壳。
按容器所承受压力的高低又可分为常压容器和压力容器两大类，但两者之间的压力分界是人为规定的，因此在不同规范中其数值可能略有差异。
一般压力容器是指同时具备下列三个条件的容器：最高工作压力≥0.1MPa（不含液体静压力，下同）；内直径（非圆形截面指其最大尺寸）≥0.15m，且容积≥0.025m3；盛装介质为气体、液化气体和最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
第二节压力容器分类按压力容器的设计压力分为：低压、中压、高压、超高压四个压力等级，具体划分如下：（1）低压 0.1MPa≤P＜1.6MPa，代号为“L”（2）中压 1.6MPa≤P＜10MPa，代号为“M”（3）高压 10MPa≤P＜100MPa，代号为“H”（4）超高压 P≥100Mpa，代号为“U”按压力容器的压力等级、品种、介质毒性程度和易燃介质的划分，压力容器划分为三类：1.下列情况之一的，为第三类压力容器：高压容器；中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于10MPa•m3）；中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于等于0.5MPa•m3）；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPa•m3）；高压、中压管壳式余热锅炉；中压搪玻璃压力容器；使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540 Mpa）的材料制造的压力容器；移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车和罐式集装箱等；球形储罐（容积大于等于50 m3）；低温液体储存容器（容积大于等于5 m3）。
2.下列情况之一的，为第二类压力容器：中压容器；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；低压反应容器和低压存储容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；低压管壳式余热锅炉；低压搪玻璃压力容器。
3.低压容器为第一类压力容器（1、2规定的情况除外）。
按压力容器在生产工艺过程中的作用原理，分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。
具体划分如下：反应压力容器(代号R)：主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、发生器、反应釜、分解塔、聚合釜、合成塔、高压釜、交换炉等；换热压力容器(代号E)：要是用于完成介质的热量交换的压力容器，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、蒸发器、加热器、消毒锅、溶剂预热器等；分离压力容器(代号S)：主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，如缓冲器、分离器、过滤器、吸收塔、洗涤器、干燥塔、集油器等；储存压力容器(代号C)：主要是用于存储、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐。
在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分标准。
压力容器中化学介质毒性程度和易燃介质的划分参照HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》的规定。
无规定时，按下述原则确定毒性程度：极度危害（Ⅰ级）最高容许浓度＜0.1mg/m3；高度危害（Ⅱ级）最高容许浓度0.1—＜1.0mg/m3；中度危害（Ⅲ级）最高容许浓度1.0—＜10mg/m3；轻度危害（Ⅳ级）最高容许浓度≥10mg/m3。
第三节压力容器常用钢材1.常用钢材（1）碳钢在压力容器中常用的是碳素结构钢，包括普通碳素钢与优质碳素钢。
普通普通碳钢按供货时保证指标的不同，又可分为甲类、乙类、特类三种。
甲类钢即A类钢，在供应时只保证机械性能（最常用的Q235就属于此类钢），乙类钢即B类钢，只保证化学成分，特类钢即C 类钢既保证机械性能又保证化学成分。
优质碳钢与普通碳钢相比，硫磷含量较少，机械性能较高。
压力容器用钢，首先要求保证足够的机械强度，因此甲类普通碳钢及普通低合金钢应用较多，优质碳钢多用在无缝钢管中。
（2）通低合金钢普通低合金钢是指钢中合金元素总容量在2—3％以下的钢种。
与碳钢相比它的机械强度提高较多，同时也提高了耐热性、耐蚀性和耐磨性。
因此普通低合金钢在压力容器制造中应用很广。
普通低合金钢按特性可以分为强度钢、耐蚀钢、高温用钢及低温用钢几类。
（见表8.1）高温用钢具有较高的抗蠕变性能；低温用钢在较低的温度下仍保持良好的冲击韧性。
表8.1 普通低合金钢的性能举例（3）锈耐酸钢化学工业压力容器中使用最多的是奥氏体18-8型（Cr18Ni9）铬镍不锈钢。
这种钢经高温淬火处理后得到稳定的奥氏组织。
18-8型钢在常温和低温下有很高的塑性与韧性，不具磁性。
由于这种钢是单相奥氏体组织，因此在许多介质中有很高的耐腐蚀性。
不锈钢中Cr、Ni合金含量大，价格昂贵，所以要尽量节省不锈钢，不与腐蚀介质接触的材料尽量采用普通碳钢。
（4）复合钢板不锈复合钢板是由碳钢或普通低合金钢为基层，不锈钢为复层组成的钢板。
一般复层厚度仅为其厚度的1/3—1/10/。
基层的作用是承受强度，复层则用作防腐层与介质接触。
应用不锈复合钢板，不仅节约了不锈钢，而且它的导热系数为单一不锈钢的1.5—2倍，因此特别适用于制造既要耐蚀又要传热的设备。
2.常用钢材牌号表示方法碳素结构钢牌号的表示方法：根据我国现行标准的规定，我国的碳素结构钢牌号以屈服点符号（Q）、屈服点公称数值（单位为MPa）、质量等级符号（A、B、C、D）和脱氧方法符号（F—沸腾钢、B—半镇静钢、Z—镇静钢、TZ—特殊镇静钢，其中Z、TZ在牌号中可省略表示）。
例如：Q235A.F 表示采用沸腾脱氧方法制造的屈服点为235Mpa的A级碳素结构钢。
优质碳素结构钢牌号的表示方法：根据我国现行标准的规定，我国优质碳素结构钢的牌号以下列顺序的方法表示：①以平均碳含量万分之几表示；②沸腾钢、半镇静钢必须在牌号尾部分别加注符号F、B；③较高锰含量钢，在阿拉伯数字后面加注Mn；④高级优质钢，在牌号尾部加注符号A；⑤专门用途钢，在牌号尾部加注代表产品用途的符号。
合金钢牌号的表示方法：根据我国现行标准的规定，我国合金钢的牌号以钢中平均碳含量和合金元素平均含量的组合方法来表示，其中：①碳含量一般在牌号的头部用阿拉伯数字表示；低合金钢、合金结构钢、合金弹簧钢，用二位数字表示碳含量万分之几；不锈钢、耐热钢等一般用一位数字表示平均碳含量千分之几，当平均碳含量小于千分之一时，用0，不大于0.03％时用00表示；②合金元素含量表示方法为，凡平均合金含量小于1.5％时，牌号中仅标示元素符号，不标含量；平均合金含量为1.5％—2.49％、2.5％—3.49％、…、22.5％—23.49％时，相应写成2、3、…23；③高级优质合金钢和弹簧钢等，在牌号尾部加注符号A4,专门用途的低合金钢、合金结构钢，在牌号头部或者尾部加注代表该种用途的符号。
第四节压力容器结构化工压力容器由于其用途各不相同，结构也不一样。
但一般均具有筒体、封头、支座、法兰（包括管法兰和设备法兰），有些容器则还有人孔、手孔、夹层、视镜、液面计、内部冷却（或加热）管、搅拌器等等。
此外，容器上还要安装必不可少的安全附件。
图8.1为带有进料均布器的卧式容器。
图8.1 压力容器结构示意图现在简单的介绍一下容器的各主要部件：1.筒体：筒体是压力容器的最主要组成部分，贮存物料或完成化学反应所需要的压力空间，大部分由它构成。
筒体的形状一般为圆柱形，随工作压力、温度、介质等条件不同而取不同的壁厚。
筒体除整体锻造式（用于高压容器）外，绝大多数都是由钢板卷焊而成。
因此焊接后的温度、气密性及焊缝质量指标要求十分严格，在制造或焊接修理时均需执行相应的焊接规范和程序，并进行严格检验，不允许有任何疏忽大意，以保证筒体质量。
单层卷焊式。
这种结构是采用钢板在卷板机上卷成圆筒，然后焊接纵缝成为筒节，再加工与焊接各筒节环缎成为筒体。
单层卷焊式结构简单，制造方便，常用于中低压薄壁容器。
当用于制造高压厚壁容器时，由于简体直径比较大，弯卷成形有困难，故需要大型卷扳机及热处理设备。
整体锻造式。
它是用整体钢锭穿孔后在大型水压机上锻造成筒体，然后进行机械加工和热处理，这种筒体经锻压后组织致密，强度较高，但需要大型的冶炼、锻造和热处理设备，金屑切削量也很大。
超高压容器，例如加氢反应器等，可采用这种结构形式，并选用高强钢制造。
热套式。
如图8.2所示，热套圆筒采用中厚钢板制成的圆筒加热套合而成。
例如，用中厚钢板卷焊成内、外简，使外筒的内径稍小于内筒的外径，即具有一定的过盈量，然后将外筒加热到预定温度，套到内筒上去，冷却后紧箍在内筒上形成一个筒节。
若要增加厚度，可用同样的方法，套合第三、四层，一般不超过五层。
套好的筒节两端加工深环焊继再组焊成筒身。
这种结构生产周期短，材料利用率高，安全可靠。
但有深环焊缝问题，焊缝质量不易保证。
我国制造的双层热套式加氢反应器，内径Φ2.1m，全长24.8m，总重240 t，内简材料20CrMo9，厚85mm，外简村料18MnMoNb，厚75mm。
外筒上每个筒节开有Φ8.5mm的排气孔4个，已使渗透到筒体中的氢气排出以减轻氢腐蚀。
图8.2 多层筒体结构形式层板包扎式(见图8.3)。
它是用14~20 mm厚的钢板卷焊成内筒，再将卷成半圆形(或瓦片形)的厚度为4~12mm的薄钢板(层板)包扎在内筒上后焊接纵缝，利用焊缝的收缩紧箍在内筒上，再用同样的方法逐层包扎，直到所需的厚皮。
最后将包扎好的筒节用深环焊缝焊成筒身。
为保证设备安全，在多层壁上要设置排气孔及集气层(见图8.3)，使内筒渗透出来的氢气可沿钢板的网路集中，再从排气孔排掉。
层板包扎式容器所用薄板质量好，设备安全性高、但制造工艺繁琐，深环焊缝无法热处理。
绕板式(见图8.3)。
绕板式容器的内筒与层板包扎容器相同，先用钢板卷成内筒，焊纵焊缝，并经100%的X射线探伤。
再将宽度与筒节长度一样的薄钢板连续缠绕在内筒上，直到所需厚度，其特点是材料利用率高，生产效率高，机械化程度高，但深环焊缝的焊接问题仍存在。
型槽钢带缠绕式。
将内筒筒节及容器端部焊接为筒身，并在内筒外壁加工出螺旋槽，将型槽钢带(断面见图8.4)以一定预拉力螺旋缠绕在筒身上。
第一层缠满后，再缠第二层，第三层……，直到要求的厚度尺寸为止。
钢带两端焊接固定，每层钢带相互啮合，且相邻层钢带相搭接，以承受轴向力。
此种结构避免了深环焊缝，但钢带尺寸要求严格，轧制较困难，内筒需机加工，因此这种筒体已很少应用。
扁平钢带缠绕式(见图8.5)。
它是在内筒筒身上以一定的预拉应力缠绕多层普通扁平钢带而成。
由于相邻层钢带采取左、右螺旋方向缠绕，因而钢带可以与内简一起承受由内压引起的轴向力。
这种结构制造工艺较简单，生产效率高，没有深环焊缝，多用于制造小型化肥高压容器及压力机蓄能器。
