1、压力容器基础知识

1本章主要內容：压力、压力容器、工艺参数、基本要求、分类、常用材料、应力及其影响。本章重点内容：压力容器、工艺参数、基本要求及分类。第一章压力容器基本知识2第一节压力容器简介一、压力容器的定义：1、容器：是由几何体或曲面构成用于盛装物料的空间。2、压力容器：是指所有盛装流体物料承受压力的密闭容器,在工业生产中用于完成储运、分离、交换、传热、反应等生产工艺过程。压力容器又称受压容器。压力容器是具有爆炸危险的特种设备，是工业生产和人民生活中不可缺少的一种设备。第一章压力容器基本知识3第一节压力容器简介第一章压力容器基本知识4第一节压力容器简介3、《压力容器安全监察规程》对压力容器的定义：①最高工作压力Pw≥0.1MPa（不包括液体静压力）；②内径≥15cm,容器体积V≥25L，且Pw·V≥2.5L·MPa；③介质为气体、液化气体和最高工作温度高于标准沸点的液体。符号说明：P－容器的设计压力，单位：MPaV-容积，单位：LPw－容器的最高工作压力，单位：MPaPw·V－容器最高工作压力与容积的乘积L·MPa第一章压力容器基本知识5第一节压力容器简介二、压力容器的压力来源：（有四种）1、由各种类型的气体压缩机或泵产生的压力。2、由蒸汽锅炉、废热锅炉产生的压力。3、液化气体在容器内受热而产生的蒸发压力。4、由化学反应体积增大产生的压力。前面两种压力来自容器外部压力（外压），后面两种属于容器内压。第一章压力容器基本知识6第一节压力容器简介三、对压力容器的要求：1、足够的强度，指抵抗塑性变形的能力。2、足够的刚度，指抵抗外力作用下发生弹性变性的能力。3、稳定性，保持原有平衡形式的能力。也就是抗外部载荷引起形状改变的能力。4、耐久性，指容器具有足够的使用寿命。使用年限一般为10～20年。5、密封性，容器连接处保持介质不泄漏的能力。第一章压力容器基本知识7第二节压力容器工艺参数一、压力1、压力（压强）：流体介质垂直作用于物体单位面积上的力，也叫压强。压力用“P”表示,压力的单位“帕斯卡”,1帕斯卡=1牛顿﹙Ｎ﹚/平方米﹙㎡﹚。2、大气压：地球表面大气层受地心的吸引力所产生的重力。标准大气压：1.003kg/c㎡(相当于0.1Mpa。Mpa读作兆帕。1兆=100万。)3、绝对压力：流体相对于真空的自身实际压力，与大气压无关。用“P绝”表示。第一章压力容器基本知识8第二节压力容器工艺参数4、表压力：以当时当地的大气压力为基准测得压力，也就是各种压力表测得的压力数值，用“P表”表示，P表＝P绝－P大气。5、真空度：绝对压力不小于大气压力时，表压力的绝对值，用“P真”表示。6、工程大气压与标准大气压的换算关系：1工程大气压＝0.968标准大气压＝735.6毫米汞柱。第一章压力容器基本知识9第二节压力容器工艺参数7、工作压力：在正常工艺操作时的压力（不包括液体静压）。8、最高工作压力：容器顶部在工艺操作过程中，可能产生的最大压力。压力超过此值时，容器上的安全泄放装置就要开启动作。9、设计压力：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。设计压力应高于或略高于最高工作压力。确定设计压力的几种方法见书第六页。第一章压力容器基本知识10第二节压力容器工艺参数二、温度温度是表示物体冷热程度的物理量。温度的表示方法：温度的表示方法有摄氏温度，华氏温度和开氏温度（绝对温度）三种。1、摄氏温度：是指在标准大气压下水的结冰温度（冰点）为0度，把水的沸腾温度（沸点）为100度，在两者之间等分成100格，每一格即为1度，故又称百分温度，用符号“℃”表示。第一章压力容器基本知识11第二节压力容器工艺参数2、华氏温度：是指在标准大气压下水的冰点定为32度，沸点定为212度，两者之间等分成180格，每格作为1度，用符号“F”表示。3、开氏温度：是指水的三相点（平衡共存时的温度）定为273.16K，其分度法与摄氏温度相同，即在摄氏温度相差1度时，开氏温度也相差1度，用符号“K”（开尔文）表示。开氏温度又称为热力学温度或绝对温度。第一章压力容器基本知识12第二节压力容器工艺参数4、常用几种温度：（1）使用温度：指容器运行时测得的工作介质温度。（2）设计温度：正常情况下，高温容器的设计温度不得低于金属元件可能达到的最高金属温度；低温容器的设计温度不得高于可能达到的最低金属温度。（3）试验温度：进行压力试验时，容器壳体的金属温度。第一章压力容器基本知识13第二节压力容器工艺参数三、介质介质是指压力容器内盛装的物料，有液态，气态或气液混合态。工作介质：容器所盛装的或在容器内参加反应、热交换的物质。1、介质的分类：（1）易燃介质：是指与空气混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体。第一章压力容器基本知识14第二节压力容器工艺参数（2）毒性介质：按国家有关规定毒性介质分为四级。Ⅰ级极度危害允许浓度0.1mg/m3Ⅱ级高度危害允许浓度0.1~1.0mg/m3Ⅲ级中度危害允许浓度1.0~10mg/m3Ⅳ级轻度危害允许浓度≥10mg/m3（3）腐蚀介质:如硝酸，盐酸，硫酸，强碱等都具有强腐蚀性。第一章压力容器基本知识15第二节压力容器工艺参数（4）混合介质：压力容器中的介质为混合介质时一般按照介质的组分、毒性程度和易燃性质，由设计单位或使用单位的技术部门决定介质毒性的或是否属于易燃介质。第一章压力容器基本知识16第三节压力容器的分类一、按压力分类：按其承受压力的高低，压力容器可分为低压容器，中压容器，高压容器，超高压容器四个等级，具体划分如下：低压容器：0.1MPa≤P＜1.6MPa中压容器：1.6MPa≤P＜10MPa高压容器：10MPa≤P＜100MPa超高压容器：P≥100MPa第一章压力容器基本知识17第三节压力容器的分类二、按温度分类：低温容器：t≤－20℃常温容器：－20℃＜t＜450℃高温容器：t≥450℃三、按安装方式分类:1、固定式：热交换器，分离器，合成塔等。有固定的安装和使用的地点。2、移动式：气瓶，槽车等。可移动的压力容器，无固定使用的地点。第一章压力容器基本知识18第三节压力容器的分类四、按在生产工艺过程中的作用原理分类：反应容器：主要用来完成介质的物理化学反应的容器。换热容器：主要用来完成介质的热量交换的容器。分离容器：主要用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的容器。储运容器：主要用来盛装生产和生活用的原料、气体、液化气体的容器。第一章压力容器基本知识19第三节压力容器的分类五、《容规》的分类：（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类）符号说明：R-反应容器E-换热容器S-分离容器C-储运容器Ⅰ类非易燃或无毒的反应容器R易燃或有毒的换热容器E易燃或有毒的分离容器S非易燃或无毒的储运容器C第一章压力容器基本知识20第三节压力容器的分类符号说明：P·V－压力与容积的乘积L·MPaPw·V－容器最高工作压力与容积的乘积L·MPaⅡ类中压容器低压容器（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储存容器（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、搪瓷压力容器。第一章压力容器基本知识21第三节压力容器的分类Ⅲ类高压容器高压、中压管壳式余热锅炉；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P·V≥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P·V≥0.5Mpa·m3）中压搪玻璃压力容器；低压容器（仅限毒性程度为极度和高危害介质，且P·V乘积≥0.2Mpa·m3）使用强度级别较高的材料制造的压力容器；球形储罐(容积大于等于50立方米)移动式压力容器低温液体储存容器（容积大于5立方米）第一章压力容器基本知识22第三节压力容器的分类相关专业术语：废热锅炉：利用化学反应热，烟气余热等废热来生产蒸汽的设备。按热源不同分为管壳式和烟道式。剧毒介质：是指进入人体量50g即可导致人的肌体严重损伤或死亡的介质。如氟，氢氟酸等。有毒介质：是指进入人体量≥50g即可导致人体正常功能损伤的介质，如二氧化硫SO2,CO,H2S,氨NH3，乙炔等。易燃介质：是指与空气混合的爆炸下限10%，或爆炸上限与下限之差值20%的气体。第一章压力容器基本知识23第四节压力容器的常用钢材对选用钢材的要求能够适应容器德操作条件（主要从温度，压力，介质特性等考虑），重点考虑钢材的机械性能、工艺性能和耐腐蚀性。机械性能工艺性能耐腐蚀性第一章压力容器基本知识24第四节压力容器的常用钢材1、机械性能主要强调：塑性是指金属材料发生塑性变形的性能。塑性指标包括伸长率和断面收缩率。韧性指金属材料发生塑形变形的性能。指标包括伸长率和断面收缩率。硬度表示材料抵抗局部变形的能力。一般情况下材料的硬度和强度呈正比关系。强度是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。第一章压力容器基本知识25第四节压力容器的常用钢材1、机械性能主要强调：强度是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。抗拉强度蠕变极限屈服极限持久强度•对于钢材的强度来说，以常温及工作温度下的抗拉强度和屈服极限表示其短期强度性能；以蠕变极限和持久强度来表示其长时间高温性能。第一章压力容器基本知识26第四节压力容器的常用钢材1、机械性能主要强调：强度是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。抗拉强度在拉伸试验中，拉断前所能承受的最大应力。蠕变极限屈服极限持久强度第一章压力容器基本知识27第四节压力容器的常用钢材1、机械性能主要强调：强度是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。抗拉强度蠕变极限屈服极限即屈服强度,在拉伸过程中，拉力不断增加或减小，还继续变形时的最小应力（个别材料，无明显临界屈服点时，则规定其发生0.2%残余伸长的应力为“条件屈服极限”。持久强度第一章压力容器基本知识28第四节压力容器的常用钢材1、机械性能主要强调：强度是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。抗拉强度屈服极限蠕变极限在一定温度和恒定拉力下，试样在规定时间间隔内的蠕变变形量或蠕变速度不超过某规定值时的最大应力。在高温条件下，金属材料即使受到了小于屈服极限的应力,也会随时间增长而缓慢地产生塑形变形,且时间越长,累积的塑性变形量愈大,这种现象称“蠕变”。持久强度第一章压力容器基本知识29第四节压力容器的常用钢材1、机械性能主要强调：强度是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。抗拉强度屈服极限持久强度试样在给定温度下,经过规定时间发生断裂的应力。蠕变极限第一章压力容器基本知识30第四节压力容器的常用钢材2、工艺性能主要强调：良好的焊接性能良好冷塑性变形能力压力容器用钢要选用不易发生裂纹、焊接性好的钢材，碳钢的碳含量小于0.3%，低合金钢碳含量小于0.25%时，一般都有较好的焊接性。通常认为，碳含量低于0.45%的合金钢焊接性能良好。第一章压力容器基本知识31第四节压力容器的常用钢材3、耐腐蚀性：材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀的能力。•由材料的成分、化学性能、组织形态等决定的。•钢中加入可以形成保护膜的铬、镍、铝、钛；•改变电极电位的铜以及改善晶间腐蚀的钛、铌等，都可以提高耐腐蚀性。•金属耐腐蚀性通常按照腐蚀速度评定（毫米/年）。第一章压力容器基本知识32第四节压力容器的常用钢材4、压力容器的常用钢一般使用范围（书12～13页）碳钢普通低合金钢特殊条件下的容器用钢第一章压力容器基本知识33第一章压力容器基本知识第五节压力容器的应力一、应力与压力：应力是构件截面上的内力的集度，或者叫构件截面单位面积上的内力，单位是MPa。它的量纲和压力相等，但它们是两个不同的概念，压力是垂直作用于物体表面上单位面积的力，它是外力。而应力是外力的作用，引起构件单位面积上的内力。34第五节压力容器的应力二、应力是如何产生的？压力容器运行过程中，可能承受着各种形式的载荷。这些载荷会使容器壁产生整体的或局部的变形同时形成各种应力。常见的载荷