压力容器基本知识培训讲义

一、基本知识1.压力容器是危害到生命安全、危险性较大的特种设备。

我们所要讲的压力容器是指安装在固定位置使用的压力容器。

本讲不涉及到移动式压力容器、气瓶、高压氧舱；锅规适用范围内余热锅炉；非金属材料制造的压力容器；核压力容器等。

2.压力容器范围界定；a.压力容器本体、容器与外部管道或者装置焊接连接第一道环向接头坡口面，螺纹连接第一个螺纹接头端面、法兰连接第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面；压力容器开孔部分的承压盖极其紧固件；非受压元件与压力容器的连接焊缝。

b.安全附件。

包括压力容器上的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、压力表、液位计、测温仪表。

3.压力容器类别划分；a.介质分组：第一组介质，毒性程度为极度危害、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。

b.介质危害性，是指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。

c.介质毒性危害程度和爆炸危害程度的确定按照HG2066—2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》和GB5044—85《职业性接触毒性危害程度分级》决定介质级别。

4.压力容器类别划分；a.基本划分：根据介质特性，设计压力p和容积v确定类别；b.多腔压力容器；c.同腔多种介质压力容器；d.介质含量极小的压力容器；5.压力等级划分。

低压（代号L）：0.1Mpa≤p＜1.6Mpa 中压（代号M）：1.6Mpa≤p＜10.0Mpa高压（代号H）：10.0Mpa ≤p＜100.0Mpa 超高压（代号U）：p≥100.0Mpa 但我们所讲的压力容器是设计压力不大于35.0Mpa的压力容器。

6.压力容器品种划分；按照在生产工艺过程中的作用原理，划分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储运压力容器。

a.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，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；b.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，例如各种热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器等；c.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，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；d.储运压力容器（代号C球罐代号B）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，例如各种形式的储罐。

•二、基本理论知识1.压力容器的设计法，GB150《固定压力容器》采用的设计方法：有常规设计法和按应力分类设计法两种方法。

常规设计法是以弹性失效为准侧，以薄膜应力为基础，限定最大薄膜应力强度不超过规定的许用应力值。

此设计方法简明，但不及应力分类设计法合理，且偏保守。

应力分类设计法对容器的各种应力进行精确计算和分类，根据对容器安全性的危害大小，应用极限分析法和安定性概念，分别建立不同的强度条件加以限制，同时还考虑循环载荷下的疲劳分析。

2.压力容器失效，其表现形式有哪几种？压力容器由于载荷或温度过高而失去正常工作能力称为失效。

其表现形式有：强度不足，容器发生过量塑性变形或破裂；刚度不足，由于弹性变形过大而导致运输、安装困难或丧失正常工作能力；失稳，在压应力作用下容器形状突然改变而不能正常工作。

3.椭圆和蝶形等封头，为什么均带有直边端？是防止封头与筒体连接环焊缝与边缘应力作用区重合。

若无直边，与筒体间的连接环焊缝就成为不同几何形状壳体间的连接点，不但产生焊接残余应力和各种焊接缺陷，同时还产生边缘应力，使受力状况恶化。

4.容器开孔后，需要补强，对补强的要求？由于开孔去掉了容器部分承压金属，不但削弱容器壁的强度，而且还会因结构连续性收到破坏，造成开孔边缘较高的局部应力集中，再加上开孔接管受到各种外载荷、温度等影响，制造上的一些缺陷和检验上的不便等综合作用，所以要进行补强计算，适当补强。

补强应选择适当的补强方法和结构；具有足够的补强金属；确保补在开孔周围应力峰值区内。

5.低温压力容器用材料的要求。

材料选择应有足够的韧性，在低温下有一定的冲击值。

低温容器材料主要有：铁素体型材料专用钢；奥氏体型高合金钢；镍钢；铝合金；铜合金；镍合金6种。

6.钢板低温冲击试验的试样的切取方向。

钢锭浇铸时会形成偏析或含有杂质，在轧制钢板的过程中，这些不均匀部分和杂会顺着金属延伸方向形成纤维状带状组织，从而使钢板平行于纤维状组织方向（纵向）机械性能高于垂直方向（横向），尤其韧性和塑性指标更突出。

为提高材料的安全使用和压力容器的可靠性，GB150规定低温冲击试验要取横向作为最低冲击供的规定值。

7.应力腐蚀破裂。

哪些介质可引起金属的应力腐蚀破裂？应力腐蚀破坏是金属在应力（拉应力）和腐蚀的共同作用下（并有一定的温度条件）所引起的破裂。

应力腐蚀现象较为复杂，当应力不存在时，腐蚀甚微；当有应力后，金属会在腐蚀不严重的情况下发生破裂；由于破坏是脆性的，没有明显预兆，容易造成灾难性事故。

a.碳钢及低合金钢，介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氧、湿硫化氢、醋酸等；b.奥氏体不锈钢，氯离子、氯化物＋蒸汽、硫化氢、碱液等；c.含钼奥氏体不锈钢；碱液、氯化物水溶液、硫酸＋硫酸铜的水溶液等。

d.钛。

发烟硝酸、含盐酸的甲醇或乙醇、二硫化碳及干氯气等。

三、铝制焊接容器：JB/ T 4734—20021.范围：适用于常压容器和设计压力不大于8Mpa的压力容器。

适用的设计温度范围按铝材允许的使用温度确定。

最低设计温度－269℃，最高设计温度≤200 ℃。

2.材料：板材选用材料标准，GB/T 3880《铝及铝合金轧制板材》；管材选用材料标准，GB/T 4437.1《铝及铝合金热挤压管》； GB/T 6893《铝及铝合金拉(轧）制无缝管；棒材选用材料标准，GB/T 3191《铝及铝合金挤压棒材》；焊材选用材料标准，GB/T 10858《铝及铝合金焊丝》。

3.冷热加工成形。

a.下料及坡口加工一般采用机械方法，厚度较大时也允许采用等离子切割法、电弧切割法；坡口采用热切割法制备应用机械方法去除氧化层；b.热成形应在中性或氧化性气氛中加热，加热温度不应超过500 ℃，当温度降到低于300 ℃时，不宜继续成型。

c.当冷成形变形度较大时，变形后应进行热处理。

d.铝封头热成形后，在图样要求的情况下可进行退火热处理，当热成形的终压温度超过350 ℃并随后空冷时可免于退火热处理。

c.焊接方法应采用钨板氩弧焊、熔化极氩弧焊、等离子焊；不用焊条电弧焊和气焊。

•四、钛制焊接容器：JB/ T 4745—20021.范围：适用于钛制焊接常压容器及设计压力不大于35Mpa的钛制焊接压力容器。

适用的设计温度范围按钛材及钛复合板允许的使用温度确定，衬钛容器适用的设计温度范围还要考虑钛和钢的线膨胀系数的差别。

钛合金容器设计温度范围最低－269℃（低于－60 ℃时则加试伸长率）最高300 ℃。

铸钛容器设计许用温度最高不超过250 ℃。

钛衬里结构容器设计许用温度最高不超过250 ℃。

钛复合板容器设计许用温度最高不超过350 ℃。

2.材质板材选用标准： GB/T 3621《钛及钛合金轧制板材》GB/T 14845《板式换热器用钛板》管材选用标准： GB/T 3624《钛及钛合金管》GB/T 3625《换热器及冷凝器用钛及钛合金管》棒材选用标准： GB/T 2965《钛及钛合金棒材》锻件选用标准： GB/T 16598《钛及钛合金饼和环》铸件选用标准： GB/T 15073和GB/T 6614《钛及钛合金铸件》焊丝选用标准： GB/T3623 《钛及钛合金丝》3.压力加工a.加工特性：屈服强度较高；屈服比大，因此允许的塑性变形范围很窄；伸长率和断面收缩率较低，对冷变形不利，当变形量大时，应分段压制并进行中间退火。

对变形速度敏感，因此复杂的冲压工序在低速下进行。

对切口及表面缺陷的敏感性高，所以在加工前清除料坯划痕、裂纹等缺陷。

有冷加工硬化倾向，压制成型后的残余应力，要进行最终退火处理。

加热成型时具有高塑性，但在高温下易与空气中气体（氧、氮、氢）起反应，使钛材被污染而降低力学性能。

b.冲压成型对钛材进行冲压成形是比较困难的，所以模具的研制国内外都很重视。

目前采用的冲压成型方法有三种：冷成型、热成型和预成型后热校形。

1）冷成型后应尽量采用热校形，温度可在100℃～350℃；低温热成型温度可在300℃～400℃，高温热成型的加热温度可提高到650 ℃（不应超过800 ℃）。

2）对加热到600 ℃以上热成型的钛工件表面应采用耐高温涂料或其他高温防护措施，以防止表面氧化污染，加热炉应保持微氧化性气氛。

3）钛复合板封头的热成型温度与热处理温度应兼顾基层与钛层的具体要求而定，但加热温度不应超过850 ℃。

4.胀管由于钛的压力加工性能较差，变形速率敏感性高，为避免胀管时产生裂纹，应以慢速进行，液压胀管施力均匀、稳定、易控且效率高，适于钛管胀接，胀度在1% 1.6%。

计算：d=[(da － df) －(di － do ) ]/di×100%式中： da——胀管后的管子内径，mm ； df ——胀管前的管子内径，mmdi ——胀管前管板上的孔径，mm ； do ——胀管前管子的外径，mm为不使管子内径扩得太大而产生裂纹，管板孔径di和管子外径do之差必须愈小愈好。

5.焊接a.钛及钛合金与常用金属一样具有良好的可焊性。

但值得重视，在焊接过程中焊缝的污染和热影响区问题。

焊缝只要受到小量的有害杂质污染，就会严重影响焊缝质量。

钛热导率小，熔点较高，焊接时易出现热量集中，高温停留时间长，导致熔合区晶粒粗大，降低接头综合性能。

b.焊接质量对焊缝质量影响因素，除杂质元素影响外，合金元素及热循环等也影响到焊缝质量，在焊接过程中必须加以重视。

1）杂质元素主要有铁、氢、氧、氮铁的影响——使接头的综合力学性能降低，耐腐蚀性能减弱；氢的影响——降低焊缝的冲击韧性，在外应力作用下，微裂纹会扩展为裂纹；氧的影响——使塑性降低，容易导致焊缝形成气孔；氮的影响——使塑性降低，也会促使钛的氢脆断裂。

2）合金元素的影响钛合金中的合金元素对焊接也有影响，由于在焊缝金属和钛合金近焊缝区域的结晶与组织转变时，不均匀性往往加剧亚稳定相的形成和分解，造成焊缝脆化趋势。

3）热循环的影响钛的熔化温度高，热导率小，使高温β相晶粒易过热而长大，导致塑性降低，适当加快焊缝冷却是有利的。

4）焊接缺陷气孔；未焊透；烧穿多发生在薄板焊接；咬边即焊缝金属与母材交界处形成凹下的沟槽；断裂主要原因是氢、氧、氮等杂质的污染；焊接腐蚀是受铁污染严重时，出现稳定的富铁相区与铁基形成腐蚀电池而发生电化腐蚀。