压力容器基础知识(邓)

压力容器基础知识 第一节 压力容器及安全的重要性 一、 压力的概念 压力容器中压力的一个概念是垂直作用于物体单位面积上的力。确切名称应叫压力强度，只不过习惯上都叫压力。压力的单位一般用大气压，在工程单位制中用公斤力/厘米2表示，压力较低时也用水柱或水银柱表示。国际上所采用的压力单位不尽相同，有用“巴”（bar）、“帕”（Pa）、牛顿（N）或磅等。 受压容器中的压力是用压力表来测量的，压力表上所指示的压力叫做表压，它是表示容器内部介质超过大气压力的压力值。容器内的绝对压力应是压力表指示的压力加上周围的大气压力。 二、 容器与压力容器 （一） 容器 容器是由曲面构成用于盛装物料的空间构件，它是化工、炼油、医药、食品等生产所用的各种设备外部壳体的总称。容器大体上由筒体、封头（端盖）、法兰、支座、接管、人孔、手孔及视镜等组成。 （二） 压力容器 压力容器泛指在工业生产中用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程，并能承受压力的密闭容器。即盛装压力介质的密闭容器统称为压力容器。 三、 压力容器安全的重要性 由于压力容器是承压设备，是在各种介质和环境条件下操作，所以一旦发生事故其破坏性往往是很严重的。为了安全生产，许多工业国家都把锅炉和压力容器作为一种特殊设备，设专门机构进行安全监督，并要求严格按规定的规范进行设计、制造和使用、运行。我国涉及压力容器的基本法规和标准有： （1）《特种设备安全监察条例》（2）《压力容器安全技术监察规程》 （3）《压力容器、压力管道设计单位资格许可与管理规则》 （4）《锅炉压力容器制造监督管理办法》 （5）GB150《钢制压力容器》（6）GB151《管壳式换热器》

（7）JB4732《钢制压力容器—分析设计标准》 第二节 压力容器的主要技术参数和基本要求 一、压力容器的主要技术参数 压力容器的技术参数是它在设计、制造、使用和检验等方面的主要依据。这些参数主要为设计压力、设计温度、工程直径等。 1、 设计压力 压力容器的设计压力指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。 2、 设计温度 设计温度 指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。标 志在 铬 牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。 3、 公称直径 压力容器的公称直径是按容器零部件标准化系列而选定的壳体直径。焊接的圆筒形容器公称直径指它的内径，无缝钢管制作的圆筒形容器公称直径指它的外径。 4、 另外介绍几个相关的概念： ①工作压力 指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力． ②计算压力 指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5％设计压力时，可忽略不计。 ③试验压力 指在压力试验时，容器顶部的压力。 ④试验温度 指压力试验时，壳体的金属温度。 ⑤最高工作压力是在工作过程中容器顶部可能产生的最高表压。 二、压力容器的基本要求 对压力容器最主要、最基本的要求必须最大限度地保证工艺生产有效、安全地实施，换句话说，压力容器必需具备工艺要求的特定使用性能，安全可靠；制造安装简单；结构先进，维修方便和经济合理等方面的特点。因此，压力容器必须满足以下要求： （1） 强度 强度是指容器在确定的压力或其他外部载荷作用下抵抗破裂或过量塑性变形的能力。例如反应器或分离器的筒体会因强度设计不足，在压力作用下产生塑性变形，使其直径增大，壁厚变薄，最后导致容器破裂失效。 （2） 刚度 容器或容器的受压部件虽然不会因强度不足而发生破裂和过量的塑性变形，但由于弹性变形过大也会使其丧失正常的工作能力。如压力容器设备法兰和接管法兰，由于刚度不足而变形可能导致密封垫片发生泄露，使密封结构失效。 （3） 稳定性 稳定性问题的主要特征是容器在外载荷的作用下，其形状发生突然性改变，使容器丧失工作能力。例如薄壁圆筒在外压作用下，其形状可能会突然被压瘪。 （4） 耐久性 耐久性就是容器的使用寿命。它和强度、刚度及稳定性一样，是评定容器性能的重要标志。一般压力容器的设计使用年限可按10~12年考虑，对重要的化工容器可以按20年考虑。如果检验维护和保养的好，实际使用年限可以比设计使用年限长得多。压力容器的使用年限取决于容器的疲劳寿命和腐蚀速率等。 （5） 密封性 从广义上讲，压力容器的密封不但指可拆连接处，如反应釜搅拌轴密封处的密封，而且也包括各种铆、焊连接处的密封。对处理易燃、毒性程度为高度危害和极度危害介质的压力容器，其密封性能要求就更加严格。对盛装这类介质的容器不但要求采用可靠的密封结构和进行气密性试验，而且对制造和检验提出了更高的要求。 三、压力容器的划定范围 1、受压元件 指在容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部件。 2、非受压元件 指为满足使用要求与受压元件直接焊接成为整体而不承受压力载荷的零部件。 3、划定范围 GB150和《压力容器安全技术监察规程》明确规定了压力容器的范围是指壳体及其连为整体的受压元件，具体为： （1） 容器与外部管道连接时：焊接连接的第一道环向接头坡口端面；法兰连接的第一个法兰面密封面；螺纹连接的第一个螺纹接头端面；专用连接件或管件连接的第一个密封面。 （2） 受压元件 （3） 非受压元件与受压元件的焊接接头 第三节 压力容器的分类 1、 按制造方法分：铆接容器、焊接容器、铸造容器、锻造容器、热套容器、多层包扎式容器、绕带式容器等。 2、 按制造材料分：钢制容器、铸造容器、有色金属容器、非金属容器等。 3、 按壁厚分：薄壁容器（K=DO/Di≤1.1~1.2）；厚壁容器（K=DO/Di＞1.1~1.2） 4、 按形状分：圆柱（筒）形容器，矩（方）型容器，组合型容器等。 5、 按照安装方式分：立式容器、卧式容器等。 6、 按结构分：可拆结构容器，不可拆结构容器。 7、 按容器的操作温度（壁温）分：低温容器（≤-20℃），常温容器（＞-20℃~150℃），中温容器（＞150℃~400℃），高温容器（≥400℃）。 8、 按受压情况分：内压容器、外压容器。 9、 按压力容器的设计压力分： （1） 低压0.1MPa≤P＜1.6MPa （2） 中压1.6MPa≤P＜10MPa （3） 高压10MPa≤P＜100MPa （4） 超高压P≥100MPa （5） 常压容器-0.02 MPa＜P＜0.1 MPa 10、 按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分为反应容器、换热容器、分离容器、储存容器。 11、 为有利于安全技术监察和管理，“容规”将压力容器划分为三类： （1） 低压容器［（2）、（3）规定的除外］为第一类压力容器。 （2） 下列情况之一为第二类压力容器 ① 中压容器［（1）、（3）规定的除外］； ② 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器； ③ 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； ④ 低压管壳式余热锅炉。 （3） 下列情况之一为第三类压力容器 ① 毒性程度为极度和高度危害介质的中压且P*V大于等于0.2MPa*m3的低压容器； ② 易燃或毒性程度为中度危害介质P*V大于等于0.5MPa*m3的中压反应容器和P*V大于等于0.5MPa*m3的中压储存容器； ③ 高压、中压管壳式预热锅炉； ④ 高压容器 12、 压力容器还可划分为固定式容器和移动式容器。 （1） 固定式容器是指包括除作运输用的盛装容器以外的所有容器。 （2） 移动式容器是专作运输气体、液化气体用的容器。按容积及结构形状分为气瓶、气桶和槽车。 第四节 压力容器的工作条件及特点 压力容器广泛地应用于国民经济各个领域，随着科学技术的发展，在各应用领域内，承压设备在日趋大型化的同时，其工作条件也越来越苛刻如工作温度、压力变化，各种各样腐蚀条件等。这些条件不但在设备结构、材料、设计技术方面，而且在制造技术和使用管理方面提出了更加苛刻的、同时也应该更加安全可靠的要求。 1、 温度条件 例如：液氢装置 -253℃ 液态空气及其他气体的制取 -196℃ 乙烯生产装置深冷分离中的脱甲烷系统 -160℃ 乙烯低温存贮 -104℃ 石油精炼中二氧化硫脱蜡 -60℃ 液态乙烯的存贮 -40℃ 蒸汽锅炉中的汽包 350℃ 炼油行业中的热壁加氢裂化反应器 450℃ 炼油行业中的催化重整反应器 540℃ 乙烯生产装置中的管式裂解炉 1100℃ 2、 压力条件 例如：加氢裂化反应器 ~18MPa 氨、甲醇合成塔 ~32MPa 聚乙烯反应器 ~300MPa 3、 介质腐蚀条件 常见的腐蚀情况有：均匀腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、高温氧化、氢脆等。 第五节 压力容器基本结构 压力容器的结构形式与工艺过程等许多因素有关，它取决于所负担的生产任务以及进行化工过程的条件（如压力、温度、物料、浓度等）和方法。各部件的具体结构及尺寸，不仅决定于结