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第一章压力容器基础知识1.1概述压力容器广泛地应用于石油、化工、冶金、机械、航空等工业生产（如换热器、塔设备）以及人民生活（如液化气钢瓶）。由于压力容器属于承压类特种设备（特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施。其中锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道为承压类特种设备；电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施为机电类特种设备。），内部压力要高于大气压许多，内部的介质又具有特殊性（有毒、易燃易爆）一旦发生事故，就会造成人员的伤亡和财产的损失。《特种设备作业人员监督管理办法》对压力容器操作人员的要求《特种设备作业人员监督管理办法》要求包括压力容器操作人员在内的特种作业人员，应有使用单位对其进行定期专业培训和安全教育，参加由地、市级安全监察机构或授权的使用单位的培训考核，在取得资格证后持证上岗、按章操作。1.2压力容器的定义1广义上说：凡承受一定压力（大于一个标准大气压0.1MPa）的密闭容器称为压力容器GB150－1998《钢制压力容器》的规定：设计压力低于0.1MPa的容器常压容器设计压力高于0.1MPa的容器压力容器2压力容器：盛装气体或液体，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等于0.1MPa，且压力与容积的乘积大于或等于2.5MPaL的气体或液化气体和最高工作温度高于或等于标准沸点的液体的固定容器和移动容器；盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa，且压力与容积的乘积大于或等于1.0MPaL的气体，液化气体和标准沸点等于或低于60℃的液体气瓶；医用氧仓等。3《压力容器安全技术监察规程》从安全管理角度出发，压力容器应具备以下三条规定1）最高工作压力大于或等于0.1MPa2）内直径大于或等于0.15m，且容积大于或等于0.025m33）盛装介质为气体，液化气体或最高工作压力高于或等于标准沸点的液体1.3压力容器分类1按材质分类：钢制压力容器，铝制压力容器，钛制压力容器和非金属容器等2按制造方式分类：板焊式容器，锻焊式容器，铸造容器等3按壳体承压方式分类：内压容器，外压容器4按壁厚分类：薄壁容器（容器外径D0与内经Di之比小于等于1.2），厚壁容器（容器外径D0与内经Di之比大于等于1.2）5按压力容器设计压力分类1）低压容器（L）0.1MPa≤P＜1.6MPa2）中压容器(M)1.6MPa≤P＜10MPa3）高压容器(H)10MPa≤P＜100MPa4）超高压容器(U)P≥100MPa6按压力容器的作用原理分类反应压力容器（R）主要用于完成介质物理、化学反应的压力容器，如反应器、合成塔等换热压力容器(E)主要用于完成介质的热量交换的压力容器，如冷凝器、加热器等分离压力容器（S）主要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，如分离器、过滤器等储存压力容器（C，其中球罐B）主要用于存储、盛装气体、液体等介质的压力容器，如储罐7按《压力容器安全技术监察规程》的规定1）第三类压力容器高压容器中压容器（极度或高度危害介质）中压储存容器（中度危害或易燃介质，且PV≥10MPa·m3）中压反应容器（中度危害或易燃介质，且PV≥0.5MPa·m3）低压容器（极度或高度危害介质，且PV≥0.2MPa·m3）高压、中压管壳式余热锅炉中压搪玻璃压力容器使用强度级别较高（抗拉强度σb≥540MPa）的材料制造的压力容器移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等球形容器（大于50m3）低温液体储存容器（大于5m3）2）第二类压力容器中压容器低压容器（极度或高度危害介质）低压储存容器和低压反应容器（中度危害或易燃介质）低压管壳式余热锅炉低压搪玻璃压力容器3）第一类压力容器除上述规定以外的低压容器例《压力容器安全技术监察规程》将压力容器划分为第三类压力容器、第二类压力容器和第一类压力容器3类。以下正确选项是_____A只要是高压容器就是第三类压力容器B只要是中压容器就是第二类压力容器C只要是低压容器就是第一类压力容器D低温液体运输(半挂)罐式汽车是第三类压力容器E盛装极度危害介质，且PV乘积为0．2MPa的低压容器是第三类压力容器1.4压力容器运行特性压力容器是在特殊条件（介质的物理性质，如压力、温度，及介质的化学性质）下运行的设备1介质的物理特性1）压力来源a来自容器外部工作介质为压缩气体的气体压缩机，泵供给的压力，工作介质为水蒸气的蒸汽锅炉，沸热锅炉供给的压力，b容器内部气体介质，由于温度升高导致体积膨胀，产生压力液体介质，工作温度高于标准沸点时，液体沸腾汽化，体积膨胀，压力增加液化气体介质，容器内的压力就是随温度变化的饱和蒸汽压，液体在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压化学反应产生压力2介质的化学特性主要是易燃易爆性质和毒性按易燃易爆分类：可燃，易燃，惰性和助燃按毒性分类：极度危害（Ⅰ）＜0.1mg／m3，高度危害（Ⅱ）0.1－1.0mg／m3，中度危害（Ⅲ）1.0－10mg／m3，轻度危害（Ⅳ）＞10mg／m3例生产工艺过程所涉及的压力容器工艺介质品种繁多，按它们对人类毒害程度，可分为极度危害(I)、高度危害(II)、中度危害(Ⅲ)、轻度危害(Ⅳ)四级。当最高允许浓度为0．1～1．0mg／m3时，该介质的毒性程度为_____A极度危害B高度危害C中度危害D轻度危害《压力容器安全技术监察规程》规定：关于介质的易燃，易爆，毒性程度的分类执行HG20660-1991的规定，轻度危害未列入规定。介质毒性的六项指标分别：急性毒性，急性中毒发病状况，慢性中毒发病状况，慢性中毒后果，致癌性，最高允许浓度。易燃介质（爆炸危险介质）：气体或液体蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，且爆炸下限小于10％，或爆炸上限与下限的差值大于、等于20％的介质）1.5压力容器工艺参数一压力1工作压力操作压力，容器顶部在正常工艺操作时的压力2最高工作压力内压容器，容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最高压力；外压容器，容器可能出现的最大内外压差《压力容器安全技术监察规程》对最高工作压力的规定：1）盛装临界温度高于50℃的液体气体的容器，如有保冷措施，其最高工作压力为所盛装气体在可能达到的最高温度下的饱和蒸汽压；如无保冷措施，其作高工作压力不得低于50℃的饱和蒸汽压2）盛装临界温度低于50℃的液化气体的容器，如有保冷措施，其最高工作压力不得低于试验的最高温度下的饱和蒸汽压；没有保冷措施，其最高工作压力不得低于所装介质在规定的最大充装量和50℃的气体压力3）盛装混合液化石油气的容器，其50℃时的饱和蒸汽压低于异丁烷在50℃的饱和蒸汽压，取50℃异丁烷的饱和蒸汽压为最高工作压力；如高于50℃异丁烷的饱和蒸汽压，取50℃丙烷的饱和蒸汽压为最高工作压力，如高于50℃丙烷饱和蒸汽压，取50℃丙烯的饱和蒸汽压为最高工作压力3设计压力指在相应的设计温度下用以确定容器壁厚及其元件尺寸的压力，一般等于或略高于最高工作压力。例容器的设计压力可以不大于使用过程中的最高工作压力。4安全阀的开启压力安全阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力5爆破片的标定爆破压力爆破片铭牌上标明的爆破压力《钢制压力容器》提出几种确定设计压力方法1）有安全泄放装置，取安全泄放装置的开启压力2）单个容器上无安全泄放装置，工艺系统中有安全泄放装置，取最高工作压力的1.05－1.1倍3）爆炸性介质，取最高工作压力的1.15－1.34）液化气体根据充装系数和达到的最高温度5）外压容器，大于或等于最大内外压差6）真空容器，有安全控制装置时，取最大内外压差的1.25倍或0.1MPa两者中的较小值；未装安全控制装置时，取0.1MPa二温度1介质温度容器内工作介质的温度2设计温度容器在正常的工作过程中，在相应的设计压力下，器壁或元件金属可能达到的最高或最低温度《钢制压力容器》规定1）容器的各个部位在工作过程中产生不同的温度，可取不同的温度为设计温度2）内保温的容器，壁温为设计温度注意：只有当壳壁或元件金属的温度低于－20℃时，按最低温度设计；此外按最高温度设计例压力容器的工艺参数是由生产工艺要求确定的，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是_____和_____A压力B液位C温度D介质1.6对压力容器的基本要求保证安全的前提下，有效运行，长期稳定。压力容器必须具备使用性能：安全可靠，易制造安装，结构先进，维修方便，经济合理等保证以下性能1强度指容器在限定的压力条件下抵抗破裂或过量塑性变形的能力2刚度容器或容器的承压部件在限定的载荷条件下抵抗弹性变形的能力。3稳定性容器在外载荷的作用下保持其几何形状不发生突然改变的性能4耐久性容器的使用寿命。一般来说容器设计使用年限为10年5密封性可拆连接处，母材和焊缝的致密度1.7压力容器的失效压力容器在规定的使用期内，因结构不合理，制造质量不良，使用维护不当或其他原因而失去按原设计参数正常工作的效能称为压力容器失效（强度失效、刚度失效、失稳失效和泄漏失效）1强度失效1）韧性断裂（塑性断裂）压力容器在载荷作用下，产生的应力达到或接近所用材料的强度极限，引发的断裂a厚度未经设计或强度计算错误b制造时用材料错误c使用过程中壁厚减薄d操作失误e液体受热膨胀，化学反应2）脆性断裂应力值低于材料的强度极限时发生的断裂，断裂时不发生明显的塑性变形。a材料选用不当b焊接与热处理不当c长期在高温下运行，引起材料的脆化d存在严重的原始缺陷，制造缺陷，使用过程中产生缺陷等3）疲劳断裂在交变载荷的作用下，经过一定的循环次数后产生裂纹和突然发生断裂失效的过程a结构设计不良b不正常操作4）蠕变断裂压力容器在高温下长期受载，随时间的增加持续发生蠕变变形，造成厚度明显减薄与鼓胀变形，最终导致压力容器断裂的现象5）腐蚀断裂均匀腐蚀导致的厚度减薄，或局部腐蚀造成的大面积凹坑，引起的断裂2其他形式的失效1）刚度失效构件弹性变形过渡引起的失效2）失稳失效在压应力作用下，压力容器突然失去原有的规则几何形状引起的失效3）泄漏失效由于泄漏而引起的失效1.8压力容器的法规标准体系一法律由全国人民大表大会或省人民代表大会通过和批准的，《安全生产法》二行政法规国务院颁布，《特种设备安全监察条例》三部门规章国家质检总局局长令形式发布的《特种设备事故处理规定》四安全技术规范总局领导签署《压力容器安全技术监察规程》五技术标准行业提出的，由国家标准，行业标准和企业标准例《特种设备安全监察条例》是由（）颁布实施的A国务院B国家质量技术监督检验检疫总局C全国人大《特种设备安全监察条例》是一部（）A安全技术规范B法律C技术标准D部门规章E行政法第二章压力容器的结构压力容器一般由筒体（壳体）、封头（端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。主要承压（受压）元件：筒体、封头、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以上的主螺栓和公称直径大于250mm的接管和管法兰1.1壳体1圆筒壳体1）筒体a整体式：单层卷焊式整体锻造式锻焊式铸－锻－焊式电渣重熔筒体b组合式：多层板式：多层包扎式多层热套式多层绕板式螺旋包扎式绕制式：型槽绕带式扁平钢带式2）封头与端盖与筒体焊接连接不可拆的为封头半球形椭圆形碟形：碟形封头球面部分的内半径小于封头的内直径碟形封头过渡区的半径大于内直径的10％和封头厚度的3倍封头的壁厚大于封头内直径的0.30％锥形：无折边锥形封头适用于锥体的半顶角α≤30°无折边锥形封头连接处的对接焊缝必须采用圈焊透结构折边锥形封头2球形壳体球罐球形壳体受力最小，相同壁厚下，承载能力最高；相同内压下，壁厚最薄；相同容积下表面积最小。例在相同的壁厚条件下，球形容器的承载能力最高；在相同的内压下，圆筒形壳体所需要的壁厚最薄；在相同的容积下，球形壳体的表面积最小。1.2连接件法兰螺栓连接结构1用于管道连接和密封的法兰为管法兰2用于容器端盖和筒体连接后的密封法兰为容器法兰法兰连接结构连接型式：整体法兰活套法兰任意式法兰活套法兰任意式法兰连接的紧固型式: