16压力容器基础知识

讲座目录•一、压力容器的定义•二、压力容器应用情况•三、压力容器的形式及主要参数•四、压力容器分类•五、压力容器的制造材料•六、压力容器管理法规压力容器一般是指在工业生产中用来完成反应、传热、传质、分离、贮存等工艺过程，并承受0．1MPa表压以上压力的密闭容器。《特种设备安全监察条例》中明确指出压力容器的定义为：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。一、压力容器的定义压力容器早期主要应用于化学工业，压力多在10兆帕以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后，要求压力容器承受的压力提高到100兆帕以上。随着化工和石油化学工业的发展，压力容器的工作温度范围也越来越宽；新工作介质的出现，还要求压力容器能耐介质腐蚀；许多工艺装置规模越来越大，压力容器的容量也随之不断增大。20世纪60年代开始，核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求，这进一步促进了压力容器的发展。如：煤转化工业的发展，需要单台重量达数千吨的高温压力容器；快中子增殖反应堆的应用，需要解决高温耐液态钠腐蚀的压力容器；海洋工程的发展，需要能在水下几百至几千米工作的外压容器。二、压力容器应用情况压力容器在使用中如果发生爆炸，会造成灾难性事故。历史上曾多次发生过使成百人伤亡的压力容器爆炸事故，就是小型液化石油气瓶的爆炸也会造成人身伤亡；核电站用反应堆压力容器如发生事故，就会使放射性物质外逸，造成更为严重的后果。二、压力容器应用情况三、压力容器的形式及主要参数1、压力容器的结构压力容器一般由筒体(又称壳体)、封头(又称端盖)、法兰、密封元件、开孔与接管(人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管、液位计、流量计、测温管、安全阀等)和支座以及其他各种内件所组成。压力表安全阀筒体封头法兰及密封件支座铭牌压力容器的基本结构三、压力容器的形式及主要参数压力容器的形式通常有以下划分方法：(一)按制造方法分分为焊接容器、锻造容器、热套容器、多层包扎式容器、绕带式容器、组合容器等。(二)按制造材料分分为钢制容器、有色金属容器、非金属容器等。(三)按几何形状分分为圆筒形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器等。三、压力容器的形式及主要参数(四)按安装方式分分为立式容器、卧式容器等。(五)按受压情况分分为内压容器、外压容器等。(六)按壁厚分分为薄壁容器、厚壁容器几种压力容器结构三、压力容器的形式及主要参数(七)按工艺过程中作用原理分分为反应容器(代号R)、换热容器(代号E)、分离容器(代号S)、贮存容器(代号C)，其中球罐(代号B)。(八)按操作温度分(1)低温容器(t≤－20℃)。(2)常温容器(t＞－20～150℃)。(3)中温容器(t≥150～450℃)。(4)高温容器(t≥450℃)。三、压力容器的形式及主要参数(九)按设计压力分(1)低压容器(代号L)0．1MPa≤P＜1．6MPa。(2)中压容器(代号M)1．6MPa≤P＜10MPa。(3)高压容器(代号H)10MPa≤P100MPa。(4)超高压容器(代号U)p≥100MPa。另外，按使用方式可分为固定式和移动式压力容器；按结构分为可拆结构和不可拆结构容器。三、压力容器的形式及主要参数2、主要参数1)设计压力：是指在相应设计温度下用以确定容器壳壁计算壁厚及其元件尺寸压力。压力容器的设计压力不得低于最高工作压力，装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。2)最高工作压力：是指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压力。3)工作压力：是指容器在满足工艺要求的条件下，所产生的表压力。4)试验压力：是指容器在压力试验时，容器顶部的压力。三、压力容器的形式及主要参数5)设计温度：是指容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度，标志在铭牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高值或最低值。6)试验温度：是指压力容器在压力试验时，壳体的金属温度。7)计算厚度：是指压力容器各部分元件按公式计算出的厚度。8)设计厚度：是指计算厚度与腐蚀裕量之和。9)名义厚度：是指设计厚度加钢材负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。三、压力容器的形式及主要参数10)有效厚度：是指名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕量之后的厚度。11)实测厚度：是指压力容器在检验时，用测厚仪所测出的实际厚度。12)外径：是指圆柱、球形压力容器外直径。13)内径：是指圆柱形、球形压力容器内直径。14)容器规格的表示：内径X壁厚X长度(高度)，单位：mm，用符号表示：ф，&L。三、压力容器的形式及主要参数3、压力容器的安全附件压力容器的安全附件是为防止容器超温、超压、超负荷而装设在设备上的一种安全装置。压力容器的安全附件较多，但最常用的安全附件有安全泄压装置（安全阀、爆破片、防爆帽）、压力表、液位计等。三、压力容器的形式及主要参数①安全泄压装置安全泄压装置是为保证压力容器安全运行，防止它超压的一种器具。常见的安全泄压装置有安全阀、爆破片和防爆帽。三、压力容器的形式及主要参数功能：当容器在正常工作压力下运行时，保持严密不漏，若容器内压力一旦超过规定，则能自动地、迅速地排泄出器内的介质，使设备的压力始终保持在许用压力范围以内。一般情况下，安全泄压装置除了具有自动泄压这一主要功能外，还有自动报警的作用。因为当它启动排放气体时，由于介质以高速喷出，常常发出较大的响声，这就相当于发出了设备压力过高的报警音响讯号。三、压力容器的形式及主要参数Ａ、安全阀安全阀按其整体结构及加载机构形式来分，常用的有杠杆式和弹簧式两种。安全阀要定期检验，每年至少检验一次。定期检验工作包括清洗、研磨、试验和校正。三、压力容器的形式及主要参数弹簧式安全阀的加载装置是一个弹簧，通过调节螺母，可以改变弹簧的压缩量，调整阀瓣对阀座的压紧力，从而确定其开启压力的大小。弹簧式安全阀结构紧凑，体积小，动作灵敏，对震动不太敏感，可以装在移动式容器上。缺点是阀内弹簧受高温影响时，弹性有所降低。杠杆式安全阀靠移动重锤的位置或改变重锤的质量来调节安全阀的开启压力。它具有结构简单、调整方便、比较准确以及适用较高温度的优点。但杠杆式安全阀结构比较笨重，难以用于高压容器之上。三、压力容器的形式及主要参数三、压力容器的形式及主要参数主要用于蒸汽锅炉三、压力容器的形式及主要参数Ｂ、防爆片防爆片又称防爆膜、防爆板，是一种断裂型的安全泄压装置。防爆片具有密封性能好、反应动作快以及不易受介质中粘污物的影响等优点。但它是通过膜片的断裂来泄压的，所以泄后不能继续使用，容器也被迫停止运行。因此它只是在不宜装设安全阀的压力容器上使用。三、压力容器的形式及主要参数三、压力容器的形式及主要参数Ｃ、防爆帽防爆帽又称爆破帽，也是一种断裂型安全泄压装置。它的样式较多，但基本作用原理一样，它的主要元件是一个一端封闭、中间具有一薄弱断面的厚壁短管。当容器的压力超过规定时，防爆帽即从薄弱断面处断裂，气体从管孔中排出。为了防止防爆帽断裂后飞出伤人，在它的外面应装有保护装置。三、压力容器的形式及主要参数②压力表压力表是测量压力容器中介质压力的一种计量仪表。压力表的种类较多，有液柱式、弹性元件式、活塞式和电量式四大类。压力容器大多使用弹性元件式的单弹簧管压力表。三、压力容器的形式及主要参数装在锅炉、压力容器上的压力表，其最大量程（表盘上刻度极限值）应与设备的工作压力相适应。压力表的量程一般为设备工作压力的1.5～3倍，最好取2倍。压力表一般每半年校验一次，校验后的压力表应加铅封，并注明下次校验日期或校验有效期。在容器运行期间，如发现压力表指示失灵，刻度不清，表盘玻璃破裂，泄压后指针不回零位，铅封损坏等情况，应立即校正或更换。三、压力容器的形式及主要参数三、压力容器的形式及主要参数③液面计液面计又称液位计，是用来测量容器内液面变化情况的一种计量仪表。操作人员根据其指示的液面高低来调节或控制充装量，从而保证容器内介质的液而始终在正常范围内。主要有：伺服液位计、钢带液位计、浮筒液位计、磁翻板液位计、超声波液位计、磁致伸缩液位计、雷达液位计、电容液位计、玻璃板液位计、玻璃管液位计、吹气液位计、差压液位计、激光液位计和γ射线料位计等，用得最多的是差压液位计和浮筒液位计。三、压力容器的形式及主要参数磁翻板式液位计磁翻板式液位计原理浮筒式液位计原理四、压力容器分类国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》(质技监局发[1999]154号，以下简称《容规》)根据压力容器操作压力、介质危害程度、容器功能、结构特性、材料和对容器安全性能的综合影响程度等，将压力容器分为三类。四、压力容器分类(一)第一类压力容器低压容器(第(二)、(三)款规定的除外)。(二)第二类压力容器(下列情况之一，第(三)款规定的除外)：(1)中压容器；(2)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；(3)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)；(4)低压管壳式余热锅炉；(5)低压搪玻璃压力容器。四、压力容器分类(三)第三类压力容器(下列情况之一)：(1)高压容器。(2)中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；(3)中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV大于或等于10MPa·m3)；(4)中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV大于或等于0．5MPa·m3)；(5)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV大于或等于0．2MPa·m3)；四、压力容器分类(6)高压、中压管壳式余热锅炉；(7)中压搪玻璃钢容器；(8)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；(9)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)；(10)球形储罐(容积大于等于50m3)；(11)低温液体储存容器(容积大于5m3)。五、压力容器的制造材料石油化工装置的压力容器绝大多数为钢制的。制造材料多种多样，比较常用的有如下几种。(一)Q235—A0235—A钢，含硅量多，脱氧完全，因而质量较好。限定的使用范围为：设计压力≤1．0MPa，设计温度0～350℃，用于制造壳体时，钢板厚度不得大于16mm。不得用于盛装液化石油气体、毒性程度为极度、高度危害介质及直接受火焰加热的压力容器。(二)20g20g锅炉钢板与一般20号优质钢相同，含硫量较Q235—A钢低，具有较高的强度，使用温度范围为－20～475℃，常用于制造温度较高的中压容器。五、压力容器的制造材料(三)16MnR16MnR普通低合金容器钢板，制造中、低压容器可减轻温度较高的容器重量，使用温度范围为－20～475℃。(四)低温容器(低于－20℃)材料主要是要求在低温条件下有较好的韧性以防脆裂，一般低温容器用钢多采用锰钒钢。(五)高温容器用钢温度＜400、可用普通碳钢，使用温度400～500℃可用15MnVR、14MnMoVg，使用温度500～600℃可采用15CrMo、12Cr2Mol，使用温度600～700℃应采用0Cr13Ni9和1Cr18Ni9Ti等高合金钢。六、压力容器管理法规压力容器属危险性大的生产设备，为了确保压力容器安全运行，2003年3月11日朱镕基签署国务院第373号令公布，并颁发的《特种设备安全监察条例》(以下简称《条例》于2003年6月1日起施行)，质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)。《条例》和《容规》都是强制执行的压力容器管理法规，凡是从事各种压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理