RQ-1 压力容器基础知识

压力容器基础知识

第一节压力容器的定义与管辖边界

一、弄清“压力容器”的概念需要区分

＞＞容器

盛装、容纳物品的器皿或设备。一般具有固定形状。

如：箱、罐、坛，油轮、原油储罐

各种常压容器、压力容器等

＞＞压力容器

承受一定压力的封闭设备。

此处压力是容器内部的绝对压力与所处环境或外部绝对压力的压力差。

如：压力锅，汽车轮胎，压缩机气缸，深海潜水器，以及各种需要强制安全管理的压力容器（即“法规意义的压力容器”）

＞＞法规意义的压力容器

压力差的存在会造成危险性，失效后会带来人员伤亡和/或财产损失。因此，危险性较大的压力容器需要进行强制安全管理，由此国家出台了系列法律法规和安全技术规范、标准。按照特种设备安全法的规定，采用目录管理。

目前执行：

质检总局2014.10.30公布的《特种设备目录》（2014年第114号）

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）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、容积大于或者等于30L且内直径（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）大于或者等于150mm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。

二、五个要点

·要点1：涵盖的种类(均具有单独的安全技术监察规程)

固定式压力容器示例

移动式压力容器示例

气瓶示例

氧舱示例

·要点2：压力限定

固定式容器：最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）

移动式容器：最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）

气瓶：公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表压）

氧舱：未限定

所述“压力”指内压力。

·要点3：尺寸/体积限定

固定式容器：容积大于或者等于30L且内直径大于或者等于150mm（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）

移动式容器：（同上）

气瓶：压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa·L

氧舱：未限定

·要点4：盛装介质限定

固定式容器：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

移动式容器：（同上）

气瓶：气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体

氧舱：未限定

要点5：同时满足

同时满足压力、介质、几何尺寸要求的固定式压力容器、移动式压力容器和气瓶，才属于“法规意义的压力容器”范畴。

未对氧舱的压力、介质、几何尺寸进行限定。

“法规意义的压力容器”通常简称为“压力容器”

三、几个概念

最高工作压力：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。（表压力）

最高工作温度：在正常工作情况下，容器介质的最高温度。

公称工作压力：对压缩气体，是指在基准温度（20 ℃）下，气瓶内压缩气体达到完全均匀状态时的限定压力（表压力）。对高（低）压液化气体、溶解气体、低温液化气体、混合气体的公称工作压力在“瓶规”中均有界定。

标准沸点：在一个标准大气压下（101325Pa）的沸点称为该液体的“标准沸点”，例如水的标准沸点为100℃。

液化气体：指临界温度高于等于－50 ℃的高（低）压液化气体（常温），临界温度低于－50 ℃的低温液化气体。

四、《特种设备安全监察条例》对压力容器的界定

（一）从压力、介质、几何尺寸等方面对压力容器管辖边界的界定

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。

1.TSG21-2016 大固容规对固定式压力容器的界定

固定式压力容器是指安装在固定位置使用的压力容器。

本规程适用于特种设备目录所定义的、同时具备以下条件的压力容器：

（1）工作压力大于或者等于0.1 MPa；

（2）容积大于或者等于0.03 m3并且内直径（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）

大于或者等于150 mm；

（3）盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。

不适用：移动式压力容器、气瓶、氧舱以及军事、核设施、海上设施、船舶、航空航天器、矿山井下等特殊行业使用的压力容器。

2.TSG R0005-2011移动规对移动式压力容器的界定

移动式压力容器是指由罐体或者大容积钢制无缝气瓶与走行装置或框架采用永久性连接组成的运输装备，包括铁路罐车、汽车罐车、长管拖车、罐式集装箱和管束式集装箱等。本规程适用于同时具备下列条件的移动式压力容器：

（1）具有充装与卸载介质功能，并且参与铁路、公路或者水路运输；

（2）罐体工作压力≥0.1MPa，气瓶公称工作压力≥0.2MPa；

（3）罐体容积≥450L，气瓶容积≥1000L；

（4）充装介质为气体或最高工作温度≥其标准沸点的液体。

3.TSG R0006-2014气瓶安全技术监察规程对气瓶的界定

本规程适用于正常环境温度（-40℃～60℃）下使用、公称容积为0.4L～3000L、公称工作压力为0.2MPa～30MPa（表压）且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa·L、盛装压缩气体、高（低）压液化气体、低温液化气体、溶解气体、吸附气体、标准沸点等于或者低于60℃液体以及混合气体（两种或者两种以上气体）的无缝气瓶、焊接气瓶、焊接绝热气瓶、缠绕气瓶、内部装有填料的气瓶以及气瓶附件。

4.TSG 24-2015氧舱安全技术监察规程对氧舱的界定

氧舱是指采用空气、氧气或者混合气体（氧气与其它气体按比例配置的可呼吸气体）为压力介质，用于人员在舱内进行治疗、适应性训练的载人压力容器。包括：医用氧舱和高气压舱。

适用于固定式氧舱和移动式氧舱。

不适用于军事装备、核设施、海上设施、船舶、水下装备、潜水装备、矿山井下等的载人容器；保健用途的载人容器；施工机械用载人过渡舱。

（二）固定式压力容器和移动式压力容器的空间尺度的管辖边界

1.TSG21-2016 “固容规”规定的管辖边界

本规程适用范围内的压力容器，其范围包括：

压力容器本体；

压力容器的安全附件；

压力容器的仪表。

固定式压力容器本体界定在以下范围内：

（1）压力容器与外部管道或者装置焊接（粘接）连接的第一道环向接头的坡口面、螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或者管件连接的第一个密封面；

（2）压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件；

（3）非受压元件与受压元件的连接焊缝。

固定式压力容器的安全附件：

直接连接在压力容器上的安全阀、爆破片装置、易熔塞、紧急切断装置、安全联锁装置。

固定式压力容器的仪表：

包括直接连接在压力容器上的压力、温度、液位等测量仪表。

2.TSG R0005-2011 “移动规”规定的管辖边界

其适用范围内的移动式压力容器，其范围包括：

罐体或者气瓶；

管路；

安全附件、装卸附件；

走行装置或框架。

（1）罐体或者气瓶，下述范围内：

＞＞罐体与管路焊接连接的第一道环向接头的坡口面，罐体或者气瓶与管路、安全附件螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰连接的第一个法兰密封面；

＞＞罐体或者气瓶开孔部分的端盖、端塞及其紧固件；

＞＞罐体与非受压元件的连接焊缝。

（所述为“内部边界”，用于界定“罐体或者气瓶”）

（2）管路：

＞＞移动式压力容器的管路包括所有与罐体或者气瓶相连接的管子与管件。

（3）安全附件、装卸附件：

＞＞移动式压力容器的安全附件包括安全泄放装置、紧急切断装置、压力/温度/液位的测量装置、阻火器、导静电装置等

＞＞移动式压力容器的装卸附件包括装卸阀门、装卸软管和快速装卸接头等

（4）走行装置或框架：

＞＞走行装置：

＞＞框架：将长管组或瓶组固定并与走行装置连接的构架；罐式集装箱、管束式集装箱的“箱体”

（移动式压力容器安全技术监察规程将走行装置纳入，但监督检验和定期检验中没有给出相应要求）

第二节压力容器的常用术语

1.压力系列术语

压力：垂直作用在容器单位表面上的力。除非特别注明，一般采用表压力。单位：MPa 工作压力pw：在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。

设计压力p：设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件，其值不低于工作压力。

计算压力pc：指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力等附加载荷。（当元件所承受的液柱静压力小于5%设计压力时，可忽略不计）试验压力pT：进行耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力。

最大允许工作压力[pw]：在指定的相应温度下，容器顶部所允许承受的最大压力。该压力是根据容器各受压元件的有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷而计算得到的，且取最小值。

安全阀的开启压力pz：安全阀阀瓣开始离开阀座，介质呈连续排出状态时，在安全阀进口测得的压力，也称整定压力。

爆破片的标定爆破压力pb：爆破片铭牌上标明的爆破压力。

动作压力：系指安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。

固定式压力容器压力关系示意图

2.温度系列术语

工作温度：容器在正常工作情况下，容器元件的金属温度。在实际工程设计中，标注在图样上的工作温度一般指介质温度。

设计温度：指压力容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属截面的温度平均值），与设计压力一起作为设计载荷条件。

试验温度：进行耐压试验或泄漏试验时，容器壳体的金属温度。

最低设计金属温度：在压力容器设计中，预期该容器在运行过程中各种可能条件下的金属温度的最低值。

注1：“各种可能条件”不但包括正常工作情况，还应考虑可能出现的最低工作温度、工作中的不正常、自动制冷、大气环境温度以及其他制冷因素。

注2：是设计选材依据之一，材料的选用除应满足容器各设计工况条件下的使用要求外，还应确保在最低设计金属温度下对材料及其焊接接头的冲击功要求。

3.厚度系列术语

计算厚度：按标准公式计算得到的厚度。需要时,尚应计入其他载荷所需厚度。对于外压元件，指满足稳定性要求的最小厚度。

设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和。

名义厚度：设计厚度加上钢材负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。（标注在图样上的厚度）

有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和材料厚度负偏差。

最小成形厚度：受压元件成形后保证设计要求的最小厚度。（设计者在设计图样上标明）钢材厚度：直接构成容器的钢板、钢管或锻件等元件厚度。

最小厚度：考虑制造、运输、安装等因素影响的厚度最小值。GB150.1-2011的4.3.7规定不包括腐蚀裕量的最小厚度，对碳素钢和低合金钢制容器为3mm，对高合金钢容器为

2mm。但JB4732-1995为6mm和3mm。

厚度关系图

4.低温容器

设计温度低于-20℃的碳素钢、低合金钢、双相不锈钢和铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于－196℃的奥氏体不锈钢制容器。

第三节压力容器的分类和分级

为了便于安全管理和交流，按照压力、用途、温度、结构、材料、安装形式等单独或组合进行分类、分级。本节主要介绍常见固定式压力容器的分类、分级方法。

1.按照压力分类

按照压力容器的设计压力（p）分为：

低压容器（代号L）：0.1MPa ≤ p＜1.6MPa

中压容器（代号M）：1.6MPa ≤ p＜10MPa

高压容器（代号H）：10MPa ≤ p＜100MPa

超高压容器（代号U）：p ≥ 100MPa

代号：L－ Low pressure M－Middle pressure

H－High pressure U－Ultra-high pressure

2.按照用途分类

按照压力容器在生产工艺过程中的作用原理，划分为：

（1）反应压力容器（代号R，Reactor），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，heat Exchanger），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，Separator），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、洗涤器、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。Container, Ball），主要是用于储存或者盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，例如各种型式的储罐。

3.按照温度分类

低温压力容器、常温压力容器、高温压力容器

4.按照结构分类：

单腔压力容器，如：普通圆筒型、球形等

多腔压力容器，如：夹套压力容器、管壳式换热器等

5.按照安装形式分类

卧式压力容器、立式压力容器

6.按照材料分类

钢制压力容器、有色金属（铝、钛、镍、锆）压力容器、非金属压力容器、衬里压力容器、铸钢压力容器、铸铁压力容器等

安全监察分类（TSG 21-2016）

7.按照危险程度（介质分组、设计压力、容器体积、压力体积的乘积）分为第I类、第II 类、第III类压力容器。

介质分组：

第一组介质：毒性危害程度为极度、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体；

第二组介质：除第一组以外的介质。

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》确定介质毒性危害程度和爆炸危险程度。

压力容器分类图——第一组介质

压力容器分类图——第二组介质

特别说明

（1）超高压容器为第III类压力容器（与目录中的“品种”不一致）。

（2）多腔压力容器，各腔单独划分，取最高级别。

（3）介质为混合物时，按照组别高组分的介质分类。

（4）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确定的介质组别分类。

（5）坐标点位于图中的分类线上时，按照较高的类别划分。

（6）简单压力容器统一划分为第I类压力容器。

简单压力容器

同时满足以下条件的压力容器称为简单压力容器：

（1）压力容器由筒体和平盖、凸形封头（不包括球冠形封头），或者由两个凸形封头组成；

（2）筒体、封头和接管等主要受压元件的材料为碳素钢、奥氏体不锈钢或者Q345R；

（3）设计压力小于或者等于1.6MPa；

（4）容积小于或者等于1m3；

（5）工作压力与容积的乘积小于或者等于1MPa·m3；

（6）介质为空气、氮气、二氧化碳、惰性气体、医用蒸馏水蒸发而成的蒸汽或者上述气（汽）体的混和气体；允许介质中含有不足以改变介质特性的油等成分，并且不影响介质与材料的相容性；

（7）设计温度大于或者等于-20℃，最高工作温度小于或者等于150℃；

（8）非直接火焰的焊接压力容器（当内直径小于或者等于550mm时允许采用平盖螺栓连接）。

危险化学品包装物、灭火器、快开门式压力容器不在简单压力容器范围内。

8.安全监察分类（按照制造许可级别：锅炉压力容器制造监督管理办法）

压力容器制造许可级别划分

级

别

制造压力容器范围代表产品

A 超高压容器、高压容器

（A1）

第三类低、中压容器

（A2）

球形储罐现场组焊或

球壳板制造（A3）

非金属压力容器（A4）

医用氧舱（A5）

A1应注明单层、锻焊、多层包扎、绕带、热套、绕板、

无缝、锻造、管制等结构形式

B 无缝气瓶（B1）

焊接气瓶（B2）

特种气瓶（B3）

B2注明含（限）溶解乙炔气瓶或液化石油气瓶。B3注明

机动车用、缠绕、非重复充装、真空绝热低温气瓶等

C 铁路罐车（C1）

汽车罐车或长管拖车（C2）

罐式集装箱（C3）

D 第一类压力容器（D1）第二类低、中压容器（D2）

9.安全监察分类（按照特种设备目录）

代码种类类别品种

2000 压力容

器

2100 固定式压力容器

2110 超高压容器2130 第三类压力容器2150 第二类压力容器2170 第一类压力容器

2200 移动式压力容器

2210 铁路罐车2220 汽车罐车2230 长管拖车2240 罐式集装箱2250 管束式集装箱2300 气瓶

2310 无缝气瓶2320 焊接气瓶

23T0 特种气瓶（内装填料气瓶、纤维缠绕气瓶、低温绝热气瓶）

2400 氧舱

2410 医用氧舱

2420 高气压舱

第四节典型压力容器和部件的结构

除气瓶外，绝大多数压力容器均为“非标设备”。为完成不同的工艺需求，容器的承载本体与部件、附件的结构表现出不同的特征。

本节将介绍典型压力容器的结构形式。对于某些“专用”部件/附件与容器一同介绍，“通用”部件/附件则在最后统一介绍。

1.卧式储罐包括本体和附件

地下储罐

1-牺牲阳极 2-浮子液面计 3-金属导线 4-电线保护测试点5-压力表 6-护罩 7-安全阀 8-罐装气相阀门9-罐装液相阀门 10-排污和倒空管阀门 11-罐间气相连接管

12-罐体 13-罐间液相连接管 14-支座

2.球形储罐

1-球壳；2-液位计导管；3-避雷针；4-安全泄放阀；5-操作平台；

6-盘梯；7-喷淋水管；8-支柱；9-拉杆

球壳板的布置

现场组焊安装

支柱

3.管壳式换热器

（1）固定管板式换热器

（2）浮头式换热器

（3）U形管换热器

（4）填料函式换热器

（5）釜式重沸器

（6）绕管式换热器

（7）薄管板换热器

（8）其它管板换热器

管板与壳体、管箱的连接

管子管板的连接

保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度

4.其它换热器

5.塔设备

板式塔

填料塔

6.夹套式压力容器

实物图

真空绝热深冷压力容器

本体＝储存深冷液体的内容器+维持真空绝热的外壳

绝热方式包括：

真空多层绝热：绝热层空间内设置多层由绝热材料间隔的防热辐射屏，并抽高真空。

真空粉末绝热：绝热层空间内充填多孔颗粒绝热材料，并抽真空。

真空纤维绝热：绝热层空间内充填纤维绝热材料，并抽真空。

7.储气井

8.快开门压力容器

对一些间歇操作的蒸压釜、消毒柜等压力容器，在完成一个操作循环后，需要以较快的

速度，方便地打开（或关闭）容器端部，需要加装快开门装置。装有快开门的压力容器，叫做快开门压力容器。

按照结构特征，快开门装置通常包括：

＞＞齿啮式快开装置

＞＞压紧式快开装置

＞＞卡箍式快开装置

＞＞剖分环式快开装置

其它快开装置

图示容器顶盖与筒体采用活接螺栓连接，不属于快开门压力容器。

活接螺栓也称花篮螺栓。

9.多层厚壁压力容器

（1）多层包扎压力容器

（2）钢带错绕压力容器

（3）热套压力容器

（4）密封结构示例

10.移动式压力容器（1）常温汽车罐车

导静电装置（2）低温汽车罐车

（3）铁路罐车