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第一章压力容器基础知识总述压力容器在工业中应用非常广泛，而且已经深入到千家万户之中。作为压力容器操作人员，保证压力容器安全运行，是自己应尽的职责。为了提高操作人员的理论知识和实际操作水平，本章将详细讲解压力容器的基本知识。第一节压力容器简介一、压力垂直作用在物体表面的力，叫做压力，用F表示。当人们在烂泥路上行走时，两脚常会陷得很深，如果在路面上铺一块木板，从木板上走，就不会下陷。所以是否会陷入路面，不仅与路面承受的压力大小有关，而且与受力面积（S）有关。单位面积上承受的力，叫做压强，用P表示。P=F/S，计量单位“帕斯卡”，简称“帕”，用“Pa”表示。1帕=1牛顿/1米21Pa=1N/1m2其他压力的单位：KPa、MPa、kgf/cm2、bar、psi几种换算关系：1kgf/cm2=0.098MPa≈0.1MPa；1bar=0.1MPa;1psi=0.006895MPa；KPa=103Pa；MPa=106Pa从上述分析可知，压力与压强是两个概念不同的物理量，但是在一般工程技术上，人们习惯于将压强称为压力。（一）大气压力概念：地球表面覆盖一层厚厚的大气，受地心的吸引产生重力，所以地球表面的大气层对地表及其上的物体产生大气压力，即所谓的大气压。大气压随着高度升高而减小，所以高山上的大气压比海平面上的小。为了使计算有个基准点，将海平面的大气压1.033kgf/cm2称做一个标准大气压（物理大气压）。相当于0.1MPa。1工程大气压=1千克力/厘米2=0.098MPa（二）绝对压力、表压力与负压力正压力，当容器内介质压力高于大气压时；负压力，相反。绝对压力，压力容器内的实际压力。表压力，压力表的读数，容器内介质压力超出大气压力的部分。负压力，当容器内的压力低于大气压力时，称负压或真空。绝对压力、表压力两者关系：P绝=P表+P大气。通常所说的压力均指表压力。压力表、真空压力表二、压力容器的定义《特种设备安全监察条例》2009版，第九十九条第（二）款：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为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的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa*L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。液化气体：介质在最高使用温度下的饱和蒸气压力不小于0.1MPa,且临界温度大于或等于－10℃的气体，是高压液化气体和低压液化气体的统称。三、压力容器的压力源（1）来自外部，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。容积型压缩机，通过压缩气体体积，增加气体密度来提高提起压力。速度型压缩机，通过增加气体流速，使气体的动能转变为势能来提高压力。蒸汽锅炉，是利用燃烧放出的热量将水加热蒸发而产生水蒸汽的设备。（2）来自内部，容器内介质的聚集状态发生改变；气体介质在容器内受热，温度急剧升高；介质在容器内发生体积增大的化学反应等。四、压力容器界限（一）划分压力容器界限应考虑的因素主要从两个方面，事故发生的可能性与事故危害性的大小。压力容器发生爆炸时，其危害性大小与工作介质的状态、工作压力及容器的容积等因素有关。盛装液体介质时，由于液体压缩性小，因此爆炸时其膨胀功，所释放的能量很小，危害性也小。盛装气体介质时，气体的压缩性很大，爆炸时释放的能量巨大，危害性就非常大。（二）我国压力容器的界限范围主要是指条例中的规定的压力容器定义五、压力容器在工业生产中的应用应用非常广泛，特别是石油化工行业，约占压力容器总数的50%。除工业外，广泛用于基本建设、医疗卫生、地质勘探、文体教育等国民经济各部门。第二节压力容器工艺参数一、压力压力容器工作时所承受的主要载荷。（一）工作压力也称操作压力，系指容器顶部在正常工艺操作时的压力（不包括液体静压力）。（二）最高工作压力，容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大表压力。（三）设计压力，在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。二、温度温度表示方法：摄氏温标℃华氏温标℉开氏温标K（一）介质温度，容器内工作介质的温度，用测温仪表测量。（二）设计温度，容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，表面或金属元件可能达到的最高或最低温度。第三节压力容器的分类一、按压力分类（1）低压容器：0.1MPa≤P＜1.6MPa；（2）中压容器：1.6MPa≤P＜10MPa；（3）高压容器：10MPa≤P＜100MPa；（4）超高压容器：100MPa≤P。二、按壳体承压方式分类内压容器，主要考虑强度指标；外压容器，主要考虑稳定性。内外压三、按设计温度分类低温容器：t≤-20℃；常温容器：-20℃＜t＜450℃；高温容器：t≥450℃。四、从安全技术管理角度分类（一）固定式容器，固定的安装和使用地点，工艺条件和使用操作人员也比较固定，一般不单独装设，而是用管道与其他设备连接的容器。（二）移动式容器，无固定地点，环境经常变化，管理比较复杂，容易发生事故。如气瓶、汽车槽车等。移动式压力容器五、按在生产工艺过程中的作用原理分类（一）反应容器（代号R）（二）换热容器（代号E）（三）分离容器（代号S）（四）储存容器（代号C，其中球罐代号B）六、《固定式压力容器安全技术监察规程》分类（一）III类容器（二）II类容器（三）I类容器目前在用的压力容器，依然按原来的出厂资料分类；新生产的压力容器，根据其依据的标准来分类。《固定式压力容器安全技术监察规程》，于2009.12.01起施行，所有新生产的容器均按附件A分类。储存容器、分离容器换热容器、反应容器压力容器类别划分一：压力容器类别划分1：介质分组压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体：（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。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。（1）毒性程度：综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素，极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m³~1.0mg/m³；中度危害最高容许浓度1.0mg/m³~10.0mg/m³；轻度危害最高容许浓度大于或者等于10.00mg/m³。（2）易爆介质：指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介质。（3）介质毒性危害程度和爆炸危险程度的确定：按照HG20660-2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》确定。HG20660没有规定的，由压力容器设计单位参照GB5044-85《职业性接触毒物危害程度分级》的原则，决定介质组别。压力容器类别划分3：压力容器类别划分方法（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。（2）多腔压力容器类别划分：多腔压力容器（如换热器的管程和壳程、夹套容器等）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。但是应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划定时，设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔的几何容积。（3）同腔多咱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。（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。（5）特殊情况的类别划分二：压力等级划分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),1.61MPa≤p＜10.0MPa；(3)高压(代号H),10.0MPa≤p＜100.0；(4)超高压(代号U),p≥100.0MPa。压力容器类别划分三：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、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，例如各种形式的储罐、缓冲罐、消毒锅、印染机、烘缸、蒸锅等。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，应当按照工艺过程中的主要作用来划分品种。第四节压力容器常用的钢材一、对选用钢材的要求重点考虑钢材的机械性能、工艺性能和耐腐蚀性。（一）机械性能1、强度2、塑性3、韧性（二）工艺性能（冲压性能、可焊性、热处理性能）（三）耐腐蚀性（三级标准）拉伸试验机产生应力腐蚀开裂的材料和环境组合材料环境碳钢及低合金钢NaOH溶液、NaOH-Na2SiO3溶液，硝酸盐溶液，HCN溶液，CO+CO2+H2O溶液，CO2+HCN+H2S+NH3，液氧，H2S溶液，海水，混酸（H2SO4+HNO3）CO3-2+HCO3奥氏体不锈钢氯化物溶液，海水，高温水，NaOH溶液连多硫酸，HCl，H2SO4+NaClH2S溶液马氏体不锈钢海水、NaCl溶液，NaCl+H2O2溶液，NaOH溶液、NH3溶液，硝酸、硫酸，H2SO4+HNO3溶液，H2S溶液，高温和高压水，高温碱蒙乃尔75%NaOH的沸腾溶液，有机氯化物，汞化合物，大于427℃蒸汽，HF镍基合金熔融NaOH，HCN+杂质，260℃以上的硫，427℃以上的蒸汽因科乃尔合金HF，NaOH溶液（260～427℃）水蒸气+SO2，高浓度Na2S水溶液，浓缩的锅炉水钛、钛合金海水、盐水、有机酸、熔融NaOH，盐酸、硫化铀，三氯乙烯，红色硝酸管束和管板之间的碱浓缩造成的锅炉管板开裂和管板裂纹碱洗涤器下游的吸鼓中未经PWHT的管线的碳钢承插焊缝I.D.上起始的碱开裂某一苛性碱夹带异常条件下的蒸汽透平的不锈钢膨胀波纹管管内裂纹形态碱应力腐蚀开裂(碱性脆化)232℃蒸汽环境下操作的316L管束的壳程侧开裂，蜘蛛网状的开裂外观细小的分支裂纹穿晶开裂模式连多硫酸应力腐蚀开裂染色渗透检验表明焊缝周围存在大量的裂纹晶间开裂和晶粒脱落304不锈钢催化剂回收管线和法兰的PT检查靠近法兰的催化剂回收线的横截面显示在焊缝HAZ区有裂纹，碳酸盐应力腐蚀开裂FCC气体装置的一条未经PWHT的管线焊缝在服务15年后在焊缝和相临的地方发生碳酸盐开裂基体金属碳酸盐开裂的横截面显微照片。从I.D.表面（左侧）起始基体金属碳酸盐开裂的横截面显微照片，在ID表面的腐蚀坑起始基体金属碳酸盐开裂的横截面显微照片，显示了裂纹的分支性质二、压力容器常用钢材及使用范围压力容器常用材料有金属材料和非金属材料金属材料又可以分为黑色金属、有色金属（铜、铝等）黑色金属是一种铁碳合金，根据C含量不同可以分为：C0.02%工业纯铁0.02=C=2.11%碳钢（其中0.25%称为低碳钢）C2.11%铸铁（一）低碳钢应用最广泛Q235B，