第二章压力容器基本知识

第⼆章压⼒容器基本知识

第⼆章压⼒容器基本知识

第⼀节压⼒容器类别划分

【学习⽬标】学习TSG R0004-2009《固定式压⼒容器安全技术监察规程》，掌握压⼒容器类别划分原则。学习HG20660-2000《压⼒容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》，了解常见的化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类。

⼀、压⼒容器类别划分TSG R0004-2009《固定式压⼒容器安全技术监察规程》1.7条款规定：根据危险程度，本规程适⽤范围内的压⼒容器划分为三类，以利于进⾏分类监督管理。

压⼒容器类别划分与三个因素有关：介质特性（组别）、设计压⼒（MPa）、容积（L）。压⼒容器类别划分的意义是有利于压⼒容器的分类监督和管理，如压⼒容器设计许可证、压⼒容器制造许可证等都与压⼒容器类别有关。A1 压⼒容器类别划分

A1.1 介质分组

压⼒容器的介质分为以下两组：

（1）第⼀组介质，毒性程度为极度危害、⾼度危害的化学介质，易爆介质，液化⽓体。

（2）第⼆组介质，除第⼀组以外的介质。A1.2 介质危害性

介质危害性指压⼒容器在⽣产过程中因事故致使介质与⼈体⼤量接触，发⽣爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，⽤介质毒性程度和爆炸危害程度表⽰。A1.2.3 介质毒性危害程度和爆炸危害程度的确定

按照HG20660-2000《压⼒容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》确定。A1.3 压⼒容器类别划分⽅法

A1.3.1 基本划分

压⼒容器类别的划分应当根据介质特性，按照以下要求选择类别划分图，再根据设计压⼒p（单位MPa）和容积V（单位L），标出坐标点，确定压⼒容器类别：

（1）第⼀组介质，压⼒容器类别的划分见图A-1；

（2）第⼆组介质，压⼒容器类别的划分见图A-2。A1.3.2 多腔压⼒容器类别划分

按照类别⾼的压⼒腔作为该容器的类别并且按照该类别进⾏使⽤管理。A1.3.3 同腔多种介质压⼒容器类别划分

⼀个压⼒腔内有多种介质时，按照组别⾼的介质划分类别。A1.3.4 介质含量极⼩的压⼒容器类别划分

当某⼀危害性物质在介质中含量极⼩时，应当根据其危害程度及其含量综合考虑，按照压⼒容器设计单位决定的介质组别划分类别。

图A-1 压⼒容器类别划分图——第⼀组介质

图A-2 压⼒容器类别划分图——第⼆组介质A1.3.5 特殊情况的类别划分

（1）坐标点位于图A-1或者图A-2的分类线上时，按照较⾼的类别划分其类别；（2）本规程1.4范围内的压⼒容器统⼀划分为第Ι类压⼒容器。A2 压⼒等级划分

按压⼒容器的设计压⼒（p）划分为低压、中压、⾼压和超⾼压四个压⼒等级：

（1）低压（代号Ｌ），0.1MPa≤p＜1.6MPa；

（2）中压（代号M），1.6MPa≤p＜10.0MPa；

（3）⾼压（代号Ｈ），10.0MPa≤p＜100.0MPa；

（4）超⾼压（代号Ｕ），p≥100.0MPa。A3 压⼒容器品种划分

压⼒容器按照在⽣产⼯艺过程中的作⽤原理，划分为反应压⼒容器、换热压⼒容器、分离压⼒容器、储存压⼒容器。具体划分如下：

（1）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，例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、变换炉、煤⽓发⽣炉等；

（2）换热压⼒容器（代号Ｅ），主要是⽤于完成介质的热量交换的压⼒容器，例如各种热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器等；

（3）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，例如各种分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、⼲燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等；

（4）储存压⼒容器（代号Ｃ，其中球罐代号Ｂ），主要是⽤于储存、盛装⽓体、液体、液化⽓体等介质的压⼒容器，例如各种型式的储罐、缓冲罐、消毒锅、印染机、烘缸、蒸锅等。

⼆、介质毒性程度的分级和易燃介质的划分

压⼒容器类别划分需要根据化学介质的特性确定介质组别，以选择压⼒容器类别划分图。TSG R0004-2009《固定式压⼒容器安全技术监察规程》规定，介质毒性危害程度和爆炸危害程度的确定，按照HG20660-2000《压⼒容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》确定。

第⼆节设计的⼀般规定

【学习⽬标】学习GB150.1《通⽤要求》，熟悉压⼒、温度、厚度、许⽤应⼒等相关定义，并参考其他相关标准，掌握和运⽤这些定义。

⼀、术语和定义GB150.1《通⽤要求》第3章“术语与符号”规定了15个压⼒容器的术语和定义，其他关于压⼒容器的术语和定义可以查阅GB/T26929-2011《压⼒容器术语》。

以下内容摘选⾃GB150.1《通⽤要求》第3章“术语与符号”。3.1 术语和定义

GB/T26929界定的以及下列术语和定义适⽤于本⽂件。

3.1.1 压⼒ pressure

垂直作⽤在容器单位表⾯积上的⼒。在本标准中，除注明者外，压⼒均指表压⼒。3.1.2 ⼯作压⼒ operating pressure

在正常⼯作情况下，容器顶部可能达到的最⾼压⼒。3.1.3 设计压⼒ design pressure

设定的容器顶部的最⾼压⼒，与相应的设计温度⼀起作为容器的基本设计载荷条件，其值不低于⼯作压⼒。3.1.4 计算压⼒ calculation pressure在相应设计温度下，⽤以确定元件厚度的压⼒，包括液柱静压⼒等附加载荷。3.1.5 试验压⼒ test pressure

进⾏耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压⼒。3.1.6 最⾼允许⼯作压⼒ maximum allowable working pressure（MAWP）

在指定的相应温度下，容器顶部所允许承受的最⼤压⼒。该压⼒是根据容器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷⽽计算得到的，且取最⼩值。

注：当压⼒容器的设计⽂件没有给出最⾼允许⼯作压⼒时，则可以认为该容器的设计压⼒即是最⾼允许⼯作压⼒。3.1.7 设计温度 design temperature

容器在正常⼯作情况下，设定的元件的⾦属温度（沿元件⾦属截⾯的温度平均值）。设计温度与设计压⼒⼀起作为设计载荷条件。3.1.8 试验温度 test temperature

进⾏耐压试验或泄漏试验时，容器壳体的⾦属温度。3.1.9 最低设计⾦属温度 minimum design metal temperature

设计时，容器在运⾏过程中预期的各种可能条件下各元件⾦属温度的最低值。3.1.10 计算厚度 required thickness

按本标准相应公式计算得到的厚度。需要时，尚应计⼊其他载荷（见4.3.2）所需厚度。对于外压元件，系指满⾜稳定性要求的最⼩厚度。3.1.11 设计厚度 design thickness

计算厚度与腐蚀裕量之和。3.1.12 名义厚度 nominal thickness

设计厚度加上材料厚度负偏差后向上圆整⾄材料标准规格的厚度。3.1.13 有效厚度 effective thickness

名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。3.1.14 最⼩成形厚度 minimum required fabrication thickness

受压元件成形后保证设计要求的最⼩厚度。3.1.15 低温容器 low-temperature pressure vessel

设计温度低于-20℃的碳素钢、低合⾦钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器；以及设计温度低于-196℃的奥⽒体不锈钢制容器。

⼆、设计的⼀般规定1、设计依据

容器设计单位（设计⼈员）应严格依据⽤户或设计委托⽅所提供的容器设计条件进⾏容器设计，应考虑容器在使⽤中可能出现的所有失效模式，提出防⽌失效的措施。容器受压

元件的强度、刚度和稳定性计算按GB150.3或规范性引⽤⽂件的规定。

对于有成功使⽤经验的承受循环载荷的容器，经设计单位技术负责⼈批准，可按本标准进⾏设计，并按JB4732附录C补充疲劳分析和评定，同时满⾜其相关制造要求。2、设计载荷

设计时应考虑以下载荷：a）内压、外压或最⼤压差；b）液体静压⼒，当液柱静压⼒⼩于设计压⼒的5%时，可忽略不计；

需要时，还应考虑下列载荷：c）容器的⾃重（包括内件和填料等），以及正常⼯作条件下或耐压实验状态下内装介质的重⼒载荷；

d）附属设备及隔热材料、衬⾥、管道、扶梯、平台的的重⼒载荷；

e）风载荷、地震⼒、雪载荷；

f）⽀座、底座圈、⽀⽿及其他型式⽀承件的反作⽤⼒；

g）连接管道和其他部件的作⽤⼒；

h）温度梯度或热膨胀量不同引起的作⽤⼒；

i）冲击载荷，包括压⼒急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反⼒等；

j）运输或吊装时的作⽤⼒。

3、设计压⼒

①确定设计压⼒或计算压⼒时，应考虑：

a）容器上装有超压泄放装置时，应按GB150.1《通⽤要求》附录B的规定确定设计压⼒；

b）对于盛装液化⽓体的容器，如果具有可靠的保冷设施，在规定的装量系数范围内，设计压⼒应根据⼯作条件下容器内介质可能达到的最⾼⾦属温度确定；否则按相关法规确定；c）对于外压容器（例如真空容器、液下容器和埋地容器），确定计算压⼒时应考虑在正常⼯作情况下可能出现的最⼤内外压⼒差；d）确定真空容器的壳体厚度时，设计压⼒按承受外压考虑；当装有安全控制装置（如真空泄放阀）时，设计压⼒取1.25倍最⼤内外压⼒差或0.1MPa两者中的低值；当⽆安全控制装置时，取0.1MPa；e）由2个或2个以上压⼒室组成的容器，如夹套容器，应分别确定各压⼒室的设计压⼒；确定公⽤元件的计算压⼒时，应考虑相邻室之间的最⼤压⼒差。

②HG/T20580-2011《钢制化⼯容器设计基础规定》是GB150.1《通⽤要求》的⾏业性补充标准，在符合GB150.1《通⽤要求》标准的前提下，对于压⼒容器载荷、设计压⼒或计算压⼒、设计温度、厚度附加量等设计参数的选择，更具有操作性。

表2-5内压容器设计压⼒选取表中的内容摘选⾃HG/T20580-2011《钢制化⼯容器设计基础规定》。

表2-5 内压容器设计压⼒选取表（摘选⾃HG/T20580）

《钢制化⼯容器设计基础规定》⾏业推荐标准中，设计压⼒⼀般取1.0～1.10倍⼯作压⼒。在⾏业内，设计⼈员⼀般都在⼯作压⼒的基础上加10%左右的裕量，以保证⽣产系统压⼒波动、安全附件失灵等特殊情况下压⼒容器的安全。

在容器上装有超压泄放装置（安全阀、爆破⽚等）的情况下，设计压⼒不能低于超压泄放装置的开启或爆破压⼒。4、设计温度

①设计温度的确定

a）设计温度不得低于元件⾦属在⼯作状态可能达到的最⾼温度。对于0℃以下的⾦属温度，设计温度不得⾼于元件⾦属可能达到的最低温度。b）容器各部分在⼯作状态下的⾦属温度不同时，可分别设定每部分的设计温度。

c）元件的⾦属温度通过以下⽅法确定：

——传热计算求得；

——在已使⽤的同类容器上测定；