压力容器基本知识

第一章压力容器基本知识

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），且压力与容积的成绩大于或者等于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摄氏度液体的气瓶、氧舱等。

压力容器是一种广泛使用且具有爆炸危险的特种设备，是工业生产过程中不可缺少的设备。如：聚合釜、反应器等。

垂直作用在物体表面单位面积上的力叫做压力。1Pa=1N/m2。

1工程大气压=0.968标准大气压=735.6毫米汞柱。

容器内介质的实际压力称为绝对压力。P绝=P表+P大气。P负=P大气-P绝

压力来源可以分为气体压力的产生或增大来自容器内或容器外两类。

容器的气体压力产生于容器外时，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。

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。

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。

划分压力容器的界限应考虑的因素。主要有事故发生的可能性与事故危害性的大小两个方面。

压力容器的主要工艺参数为压力和温度及介质。为什么说压力与温度是容器运行的重要参数？因为是进行压力容器设计和安全操作的主要依据。

压力分为：工作压力；最高工作压力；设计压力。

温度分为：使用温度，系指容器运行时，用测温仪表测得工作介质的温度。

设计温度，系指容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度，其值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度。

试验温度，压力试验时，容器壳体的金属温度。

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。压力容器的安全性与其内部盛装的介质密切相关，介质性质不同，对容器的材料、制造和使用的要求也不同。

易燃介质：氢、甲烷、乙烷、环氧乙烷、环丙烷、乙烯、丙烯。

毒性介质：极度危害（I级）<0．1 mg/m3；高度危害（Ⅱ级）0. 1 ～<1．0 mg/m3；中度危害（Ⅲ级）1．0 ～<10 mg/m3；轻度危害（1V级）≥10 mg/m3。

压力容器中的介质为混合物质时应以介质的组成并按毒性程度和易燃介质的划分原则。

腐蚀介质：硝酸、硫酸、盐酸、环烷酸、强碱等具有强腐蚀性。种类和性质不同，加上工艺条件不同，介质的腐蚀性也不同。

压力容器必须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。

压力容器的设计必须满足以下要求：强度，刚度，稳定性，耐久性，密封性。

压力容器七大分类：按压力、按壳体承压方式、按设计温度、按安装方式、按生产工艺过程中的作用原理、《容规》对压力容器的分类、其他分类

按压力：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) 1.6MPa≤p<10.0MPa；

(3)高压(代号H) 10.0MPa≤p<100.0MPa；

(4)超高压(代号U) p≥100.0MPa。

按壳体承压方式：内压（壳体内部承受介质压力）容器、外压（壳体外部承受介质压力）容器。

按设计温度：低温容器（t小于等于-20摄氏度）、常温容器（-20摄氏度小于t小于450摄氏度）、高温容器（t大于等于450摄氏度）

-10摄氏度小于等于t小于等于70摄氏度的是永久性气体。

按安装方式：固定式容器、移动式容器。

按生产工艺过程中的作用原理：(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，如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、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，如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。

(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，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。

(4)贮运压力容器（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，如各种型式的储罐。

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，应当按工艺过程中的主要作用来划分品种。

按《容规》分类：第三类压力容器

具有下列情况之一的，为第三类压力容器：

高压容器；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pV乘积大于等于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pV乘积大于等于0.5MPa·m3）；

低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于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（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；

移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车[液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车]和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；

球形储罐（容积大于等于50m3）；低温液体储存容器（容积大于5m3）。

低温液体储存容器（容积大于5m3）

第二类压力容器

具有下列情况之一的，为第二类压力容器：

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；

低压搪玻璃压力容器。

第一类压力容器

除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。

其他分类：1.按容器的壁厚分为薄壁容器和厚壁容器2.按壳体的几何形状分为球形容器、圆筒形容器、异形容器。3.按制造方法分为焊接、锻造容器、机加工容器。4.按结构材料分为钢结构容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器。5.按容器的安放形式分为立式容器、卧式容器。

压力容器常用钢材：金属材料、非金属材料、黑色金属、有色金属，但目前绝大多数的压力容器是钢制的。

在制造压力容器时，为了获得所需的几何形状，钢材还需弯卷、冲压、焊接等冷热成形加工，可能产生加工残余应力及缺陷。

用来制造压力容器的钢材应能适应容器的操作条件（如温度、压力、介质特性等），并有利于容器的加工制造和质量保证。重点应考虑钢材的机械性能、工艺性能和耐腐蚀性。

对选用钢材的要求：机械性能；塑性；韧性，表征材料韧性的性能指标冲击功和断裂韧性两种；硬度，表示材料抵抗局部变形的能力；工艺性能，压力容器用钢要具有良好的工艺性能，具有冷塑性变形能力和焊接性能。碳钢和普通低合金钢其含碳量分别小于0.3%和0.25%；耐腐蚀性。

压力容器厂用刚才及其使用范围：碳钢，含碳量小于2.06%的铁碳合金为碳钢；普通低合金钢，其机械性能和工艺性能都较好，常用的普通低合金钢是16MnR（16MnR比Q235钢多含约1%的锰，但强度却高得多）。低于200摄氏度时可用优质碳钢，如10号钢，低于350摄氏度时可用低合金钢，如15Mo、30Mo。

压力容器在运行过程中，可能承受着各种形式的载荷，其中比较常见的是压力载荷、重力载荷、温度载荷、风载荷和地震载荷等。

第二章压力容器基本结构

球形容器：球形容器所需的计算壁厚仅为圆筒形容器的二分之一，相同的容积，球形的表面积最小。综合面积及厚度的因素，故球形容器与相同容积工作压力、材料的圆筒形容器相比，可节省材料30%~40%。

球形容器制造复杂、拼焊要求高，而且作为传质、传热或反应的容器时，因工艺附件难以安装，介质流动困难，广泛用作大型贮罐。有时也用作蒸汽直接加热的容器，可以节省隔热材料，减少热量损失，如造纸行业用于蒸煮纸浆的蒸球。

圆筒形容器：构成是由封头、筒体、支座、接管组成。

特点是轴对称，受力状态虽然不如球形容器，但制造方便，质量易得到保证，工艺内件易于安排装拆，可用作任何用途的容器。受力状态要理想的多，圆筒形容器是目前使用最广泛的一种。

箱型容器:应力分布不均，转角处局部应力较高，较少使用，一般仅用作压力较低的容器，如蒸汽消毒柜及化纤设备的加热箱体。

锥形容器：这类容器通常因生产工艺有特殊要求时采用，锥形体作为收缩器或扩大器以逐渐改变流体介质的流速，或者作为锥底便于粘稠、结晶或固体物料排出。

压力容器的组成：由一个能承受一定压力的壳体及必要的连接件、密封件和内件构成。

常见压力容器一般由筒体、封头（管板）、法兰、接管、人（手）孔、支座等部分组成。

封头与端盖：凡与简体焊接连接而不可拆的，称为封头。

封头分为三类：凸形封头有半球形、蝶形、椭圆形和无折边球形封头；锥形封头；平板封头。法兰：是由法兰、螺栓、螺母及密封元件所组成的密封连接件。

法兰按照所连接的部件可分为容器法兰及管道法兰。

法兰按其整体性程度，分成三种：整体法兰、松式法兰、任意式法兰。

法兰按其密封面形式又可分为平面法兰、凹凸面法兰及

密封元件按其截面形状又可分为平垫片、三角形垫片、八角形垫片、透镜式垫片等。

不同的密封结构：强制密封是通过紧固端盖与筒体法兰之间的联结螺栓或接管与管道法兰之间的联结螺栓等强制方式将密封面压紧，从而到达密封目的；自紧密封随着介质压力的增大而增大，从而在较高的压力下页能保证可靠的密封性能；半自紧密封。

接管：常用的接管有三种形式，螺纹短管、法兰短管、平法兰接管。

平法兰接管与容器的连接有贴合式和插入式两种。

人孔和手孔：按其形状可分为圆形及椭圆形两种，按其封闭形式可分为外闭式及内闭式两种。支座：一般分为三大类，立式容器支座、卧式容器支座、球形容器支座。