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压力容器检验员培训压力容器基础知识济南市锅炉压力容器检验研究所毛文帮2008年10月压力容器简介一、广义压力容器的定义所谓容器，通常的说法是：由物体构成用于盛装物料的空间构件。通俗地讲，就是化工、炼油，医药，食品等生产所用的各种设备外部的壳体都属于容器。不言而喻，所有承受压力的密闭容器称为压力容器，或者称为受压容器。二、压力容器的压力源容器所盛装的，或在容器内参加反应的物质，称之为工作介质。常用压力容器的工作介质是各种气体、水蒸汽或液体，所以我们这里主要讲气体介质的压力来源。压力来源可以分为气体压力的产生或增大，它来自容器内或容器外二类。容器的气体压力产生于器外时，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。气体压缩机主要有容积型(活塞式、螺杆式、转子式，滑片式等)和速度型(离心式、轴流式、混流式等)两类。容积型气体压缩机是通过缩小气体的体积，增加气体的密度来提高气体压力的。而速度型气体压缩机则是通过增加气体的流速，使气体的动能转变为势能来提高气体压力的。工作介质为压缩气体的压力容器，其可能达到的最高压力为气体压缩机出口的气体压力(当然，气体在容器内温度大幅度升高或产生其他物理化学变化使压力升高的情况除外）。蒸汽锅炉是利用燃料燃烧放出的热量将水加热蒸发而产生水蒸汽的一种设备。由于在相同压力下水蒸汽的体积是饱和水的1000多倍，2．容器的气体压力产生于容器内时，其原因有：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。由于介质的聚集状态发生改变而产生或增加压力的，一般是由于液态或固态物质在容器内受热(如周围环境温度升高，容器内其他物料发生放热化学反应等)、蒸发或分解为气体，体积剧烈膨胀，但因受到容器容积的限制，气体密度大为增加，因而在器内产生压力或使原有的气体压力增加。例如二氧化硫，当温度低于—10.1℃(标准沸点)时，它在密闭容器内的蒸气压力低于大气压力，而当温度升高至60℃时，呈液态的二氧化硫便大量蒸发，其蒸气压力即升高到11.25绝对大气压。又如高分子聚合物固态聚甲醛，受热后“解聚’变为气态，体积约增大1065倍，在密闭容器内也会产生很高的气体压力。由于气体介质在容器内受热而产生或显著增加压力的情况一般是少见的。只有因特殊原因，气体在容器内吸收了大量的热量，温度大幅度升高时压力显著增加的情况才会发生。例如有些贮装易于发生聚合反应的气体容器(如某些碳氢化合物贮罐)，在合适条件下单分子气体可以局部发生聚合反应，产生大量的聚合热，使容器内的气体受热，温度大幅度上升，使压力剧烈增高，有时还会因此而发生容器超压爆破事故。由于介质在容器内发生体积增大的化学反应而压力升高的例子较多，例如用碳化钙加水经化学反应生成乙炔气体，体积大为增加，在密闭的容器内会产生较高的压力。又如电解水制取氢和氧的反应，因为1米3的水可以分解成1240米3的氢气和620米3的氧气，体积约增大2000倍，在密闭的容器内也会产生很高的压力。常用的压力容器中，气体压力在容器外增大的较多，在容器内增大的较少。但后者危险性较大，对压力控制的要求也更严格。三、压力容器界限在此讨论的压力容器，主要是指那些容易发生事故，而且事故的危害性较大，须由专门机构进行监督，并按规定的技术管理规范进行制造和使用的压力容器。也就是对压力容器划个界限，哪些按一般设备对待，哪些按特殊设备对待。因而所讲得的系指按特殊设备对待的压力容器。1．划分压力容器的界限应考虑的因素，主要是事故发生的可能性与事故危害性的大小两个方面。目前国际上对压力容器的界限范围尚无完全统一的规定。一般说来，压力容器发生爆炸事故时，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。工作介质是液体的压力容器，由于液体的压缩性极小，因此在容器爆破时其膨胀功，即所释放的能量很小，危害性也小。而工作介质是气体的压力容器，因气体具有很大的压缩性，容器爆破时膨胀功，即瞬时所释放的能量很大，危害性也就大。由此可见，工作介质为液体时，即使容器爆破，其危害性也是比较小的，所以一般都不把这类介质为液体的压力容器列入作为特殊设备的压力容器范围内。值得注意的是，这里所说的液体，是指常温下的液体，不包括最高工作温度高于其标准沸点(即标准大气压下的沸点)。2、《特种设备安全监察条例》、《容规》对压力容器有相应的界定四、压力容器的基本要求1．强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。强度是在压力的作用下不允许产生塑性(永久)变形,是涉及安全的主要问题。2．刚度：刚性是在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；3．稳定性：在外力作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如外压及真空容器。4．耐久性5．密封性五、压力容器的工艺参数压力容器的工艺参数是由生产的工艺要求确定的，是进行压力容器设计和安全操作的主要依据。压力容器的主要工艺参数为压力和温度。（一）压力这里主要讨论压力容器工作介质的压力，即压力容器工作时所承受的主要载荷。压力容器运行时的压力是用压力表来测量的，表上所显示的压力值为表压力。在各种压力容器的规范中，经常出现工作压力、最高工作压力和设计压力等概念，观将其定义分述如下。1．工作压力。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(即不包括液体静压力)。2．最高工作压力。系指容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大表压力(即不包括液体静压力)。压力超过此值时，容器上的安全装置就要动作。容器最高工作压力的确定与工作介质有关。3．设计压力。系指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。一般不小于最高工作压力，由于考虑问题的角度不一样，不同规范对设计压力的选取原则可能会略有差异。《容规》规定容器的设计压力，应略高于容器在使用过程中的最高工作压力。装有安全装置的容器，其设计压力不得小于安全装置的开启压力或爆破压力。（二）温度1．介质温度，系指容器内工作介质的温度，可以用测温仪表测得．2.设计温度；压力容器的设计温度不同于其内部介质可能达到的温度，系容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。《设计规定》，对设计温度的选取有如下规定：(1)当容器的各个部位在工作过程中可能产生不同温度时，可取预计的不同温度作为各相应部位的设计温度。(2)对有内保温的容器，应作壁温计算或以工作条件相似容器的实测壁温作为设计温度。六、压力容器的分类压力容器的型式繁多。根据不同压力容器可有许多分类方法，常用的有以下几种．（一）按压力分类按所承受压力(P)的高低，压力容器可分为低压，中压，高压，超高压四个等级。具体划分如下：1．低压容器，0.]≤P1.6MPa;2．中压容器：1.6≤P10MPa;3．高压容器，10≤P100MPa;4．超高压容器：100MPa。（二）按壳体承压方式分类按壳体承压方式不同，压力容器可分为内压(壳体内部承受介质压力)容器和外压(壳体外部承受介质压力)容器两大类。这两类容器是截然不同的，其差别首先反映在设计原理上，内压容器的壁厚是根据强度计算确定的，而外压容器的设计则主要考虑稳定性问题。其次，反映在安全性上，外压容器相对内压容器安全。（三）按设计温度分类按设计温度(t)的高低，压力容器可分为低温容器(t≤20℃)，常温容器(—20℃t450℃)和高温容器(t≥450℃)．（四）从安全技术管理角度分类按安全技术管理分类，压力容器可分为固定式容器和移动式容器两大类。1．固定式容器系指有固定的安装和使用地点，工艺条件和使用操作人员也比较田定，一般不是单独装设，而是用管道与其他设备相连接的容器。如合成塔、蒸球，管壳式余热锅炉，热交换器，分离器等。2.移动式容器，系指一种贮装容器，如气瓶，汽车槽车，铁路槽车等。其主要用途是装运有压力的气体。这类容器无固定使用地点，一般也没有专职的使用操作人员，使用环境经常变迁，管理比较复杂，较易发生事故。（五）按在生产工艺过程中的作用原理分类压力容器可分为反应容器、换热容器，分离容器和贮运容器。1．反应容器，系指主要用来完成介质的物理，化学反应的容器。如反应器，反应釜、发生器、分解锅、分解塔、聚合釜，高压釜，合成塔，变换炉，蒸煮锅，蒸球等。2．换热容器，系指主要用来完成介质的热量交换的容器。如管壳式废热锅炉、热交换器、冷却器，冷凝器，蒸发锅、加热器，硫化锅，消毒锅，蒸压釜，蒸煮器，染色器等。3．分离容器，系指主要用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等的容器。如分离器，过滤器、集油器，缓冲器，贮能器，洗涤器，吸收塔，铜洗塔，干燥塔等。4．贮运容器，系指主要用来盛装生产和生活用的原料气体，液体、液化气体等的容器。如各种型式的贮槽，槽车(铁路槽车、公路槽车)。在一种容器中，如同时具有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。（六）《容规》对压力容器的分类为有利于安全技术管理和监督检查，根据容器的压力高低，介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用等，《容规》将其适用范围的容器划分为三类。现将上述分类中所提及的废热锅炉名词解释如下：废热锅炉——一种利用化学反应热、烟气余热等废热来生产蒸汽的设备。按照热源不同，前者主要是利用化学反应热，后者则利用烟气余热。上述分类中的废热锅炉为管壳式，管壳式废热锅炉按《压力容器安全技术监察规程》的规定进行管理，而烟道式的则按照《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的规定进行管理。（七）其他分类方法1．按容器的壁厚有薄壁容器和厚壁容器之分。a.薄壁容器：K＝（Do／Di）≤1.2;厚壁容器：K＝（Do／Di）＞1.22．按壳体的几何形状有球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器之分。3．按制造方法有焊接容器、锻造容器，铆接容器、铸造容器及各式组合制造容器之分。4．按结构材料可有钢制容器，铸铁容器，有色金属容器和非金属容器之分。5．按容器的安放形式则有立式容器，卧式容器等之分另外按制造许可级别分类,一般考虑如下一些因素(1)按压力、品种、介质及易燃介质分类A按压力分为低、中、高及超高压，前三种在材料、失效判据（准则）、计算方法、制造要求上基本一致，而超高压则截然不同。B按介质毒性及易燃性分类，主要出自安全考虑，即一旦发生事故（爆炸、泄漏等）的危害程度。(2)按制造许可级别分类A按制造许可级别分类,一般考虑如下一些因素安全性及制造难易程度的不同,这里涉及P、P·V、介质特性、材料强度级别等;工作(安放)位置分为固定与移动,移动的安全要求高于固定,且应对减轻自重、防冲击、各类仪表的装设做特殊考虑;材料,金属与非金属制容器在制造与检验方法上有很大不同;考虑制造特点,利于专业化生产,如球罐.B对不同制造许可级别的企业,提出不同的资源条件与安全质量要求.《许可条件》压力容器一般结构济南市锅炉压力容器检验研究所毛文帮2008年10月压力容器一般结构一、压力容器结构概述1、压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。其典型过程设备有换热器、反应器、塔式容器、储存容器等。浮头式换热器浮头式换热器反应器结构示意板式塔的结构示意图球形容器结构示意图987654321储存容器结构示意图固定管板式换热器U形管式换热器2.填料函双壳程换热器釜式重沸器2、压力容器的结构形状压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、和组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。3、压力容器的主要受压元件压力容器的元件主要有筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件。上述的元件在“容规”中称之为主要受压元件二、压力容器零部件1、压力容