压力容器结构

压力容器结构•项目一压力容器结构认识•项目二内压薄壁容器•项目三外压容器•项目四压力容器附件项目一压力容器结构认识•【项目目标】•知识目标：掌握压力容器的定义；掌握压力容器的结构及各部件名称、作用；掌握压力容器类型；掌握易燃介质概念及介质毒性程度划分等级。•技能目标：能准确判断盛装不同化学物品的压力容器的类型，并能灵活运用于生产。压力容器定义压力容器大多都是能承受一定压力且具有一定容积的密闭容器。按照《压力容器安全技术监察规程》的有关规定，若密闭容器同时具备以下条件即可视为压力容器。⑴最高工作压力大于或等于0.1MPa（不含液柱压力）；⑵内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积大于或等于0.025m3。⑶介质为气体、液化气体或最高工作温度等于标准沸点的液体。压力容器的形状有圆筒形、球形和方形三种。圆筒形容器介于球形和方形容器之间，加工比较简单，承压能力较好，又易于安装内构件，所以应用广泛。一、压力容器结构圆筒形压力容器通常由筒体、封头、法兰、支座、人（手）孔、接管等构成。人孔补强圈液面计封头支座筒体接管管法兰二、压力容器类型•1．按承压性质分内压容器和外压容器。当作用于器壁内部的压力高于容器外表面所承受的压力，这类压力容器称为内压容器，反之，称为外压容器。•内压容器按其所能承受的工作压力可分四个等级•⑴低压：0.1MPa≤P1.6MPa•⑵中压：1.6MPa≤P10MPa•⑶高压：10MPa≤P100MPa•⑷超高压：P≥100MPa•2．按结构材料分按照结构材料划分，可分为金属材料和非金属材料。•3．按容器的壁厚分•按容器厚度可分为•⑴薄壁容器k≤1.2k=D0/DiD0是容器外径，Di是内径。•⑵厚壁容器k＞1.2的容器。•通常情况下，高压容器都视为厚壁容器。•4．按工作温度分类按照容器工作温度的高低可分为四个等级•⑴低温容器设计温度≤-20℃•⑵常温容器设计温度＞-20~200℃•⑶中温容器设计温度＞200~450℃•⑷高温容器设计温度＞450℃•5．按工艺用途分•⑴反应压力容器主要用于完成介质的物理、化学反应。如反应器、聚合釜、合成塔等。•⑵换热压力容器主要用于完成介质的热量交换。如冷凝器、加热器、蒸发器等•⑶分离压力容器主要用于完成介质的净化、分离。如分离器、过滤器、洗涤器等•⑷储存压力容器主要用于完成介质的储存，盛装气体、液体、固体的各种储罐。•6．按安全技术监察规程分类•⑴第一类压力容器•除第二类压力容器、第三类压力容器外的所有低压容器。•⑵第二类压力容器•①除第三类压力容器外的所有中压容器；•②易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；•③毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；•④低压管壳式余热锅炉；•⑤搪玻璃压力容器。•⑶第三类压力容器•①毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和p.v≥0.2MPa.m3的低压容器，p为设计压力，v为容积；•②易燃介质或毒性程度为中度危害介质且p.v≥0.5MPa.m3的中压反应容器或p.v≥10MPa.m3的中压储存容器；•③高压、中压管壳式余热锅炉；•④高压容器。•介质毒性程度的分类是参照GB5044《职业毒性危害程度分级》的规定，按介质毒性最高允许的浓度值划分四个等级•①极度危害介质(Ⅰ级)最高允许浓度0.1mg/m3，如氟、氢氟酸、光气等介质；•②高度危害介质(Ⅱ级)允许浓度0.1~1.0mg/m3，如氟化氢、氯、碳酰氟等介质；•③中度危害介质(Ⅲ级)允许浓度1.0~10mg/m3;，二氧化硫、氨、一氧化碳、甲醇等介质；•④轻度危害介质(Ⅳ级）允许浓度≥10mg/m3，氢氧化钠、四氟乙烯、丙酮等介质。•易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10%或爆炸上限和下限之差值大于或等于20%的气体，如：一甲胺、乙烷、乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷等。【项目实训】•某钢瓶盛有氯气，压力在2MPa，温度-40~+60℃，材料是碳钢，试说明该钢瓶的类型，并简要说明在储存、运输过程中应注意的问题。•分析：氯气有强烈的刺激性气味，黄绿色气体，能使人窒息，有毒，属于高度危害介质(Ⅱ级)，所以盛装液氯的钢瓶，属于第三类压力容器，中压、低温、金属薄壁储存容器。•储存、运输时应注意堆放整齐，装卸要轻取轻放，应放于通风遮阳、不易起火处，应随时观察钢瓶表面是否有腐蚀，瓶嘴是否漏气。【项目练习】•1.针对压力容器实物说明各部件结构及作用。•2.压力容器按不同的方法有哪些分类方法？•3.什么是压力容器？•4.什么是易燃介质？•5.按介质毒性最高允许的浓度值划分哪几个等级？项目二内压薄壁容器子项目2内压薄壁容器壁厚确定•【项目目标】•知识目标：掌握内压薄壁容器的设计依据；掌握圆筒和球壳厚度计算公式；掌握内压圆筒封头的结构、特点及应用场合；掌握椭圆形封头厚度计算公式。•技能目标：能校核压力容器的强度。一、内压圆筒及球壳厚度确定•1.圆筒计算厚度确定•第一强度理论（最大主应力理论）————筒体上的最大应力小于或等于材料的许用应力，才能保证安全可靠。σmax≤［σ］t公式：•根据GB150-1998的规定，确定筒体厚度的压力为计算压力，故计算壁厚δ=pcDi/(2［σ］tφ-pc）式中：δ—筒体壁厚，mmpc—计算压力，MpaDi—筒体内径，mm［σ］t—设计温度下材料的许用应力Mpaφ—焊接接头系数。2、球体的强度计算公式•δ=pcDi/(4［σ］tφ-pc)公式中字母的意义同前圆筒和球体厚度公式比较•在相同内压和直径的情况下，球形容器的壁厚是圆筒形的一半，因此球形容器消耗的材料少。例如一个内压为0.5MPa，容积为5000m3的球形容器，比相同内压和容积的圆筒形容器可节省钢材45%，同时球形占地面积小，因此保温材料，防腐涂料等用量均少，维护保养等也比较简单。•目前石油化工企业广泛采用球形容器来贮存氧气、石油液化气、乙烯、液氨、天然气等。但球形容器制造和安装比圆筒形容器复杂，技术要求比较高，所以目前球形容器主要用容积在50m3以上的中压贮罐。二、内压容器封头壁厚确定常用封头类型半球形封头椭圆形封头碟形封头锥形封头平板形封头结构组成设计公式特点适用范围半球形封头半个球δ=在同样的容积下其表面积最小，在相同的直径与压力下，它所需的壁厚最薄，因此可节省钢材。加工困难适用于大直径的容器椭圆形封头半个椭球和具有一定高度的圆筒壳体组成（或直边部分）δ=受力好，计算厚度与筒体相同，可以做到等厚度连接，加工较易。应用广泛碟形封头三部分组成，一是以Ri为半径的球面部分，二是高度为h的直边部分(圆筒部分)，三是连接两部分的过渡区。δ=封头在连接处造成突然转折，将会产生很大的横推力和边缘力很少采用锥形封头折边锥形封头，有三部分组成，即锥体部分、圆弧过渡部分和高度为h的圆筒部分。无折边封头只有锥体部分δc=受力情况比较差，原因是因为锥形封头与圆筒连接处的转折较为厉害，曲率半径发生突变而产生边缘力的缘故。常用于粘度大或悬浮性的流体物料，有利于排料，平盖平板，有可拆和不可拆平盖两种δp=结构简单，制造方便。常用于可拆的人孔盖、换热器端盖等处tkPcDc[]tci4[]-cPDPtci2[]-0.5ckPDPtci2[]05cMPRP-.tc12[]-0.5ccosPDiP【项目实训】•某化工厂有一反应釜，已知釜体内径1400mm，工作温度5~150℃，工作压力1.5Pa，釜体上装有安全阀，其开启压力1.6MPa。釜体选用材料为0Cr18Ni10Ti，双面对接焊，全部无损检测。试确定釜体的厚度。若选用标准椭圆形封头，试确定釜体封头厚度。•已知Di=1400mm，设计温度t=150+20=170℃，釜体上装有安全阀，设计压力取1.6MPa，双面对接焊全部无损探伤，φ=1.00，查许用应力表［σ］t=134.2MPa（内插法），采用不锈钢材料，C2=0mm•圆筒部分厚度δ===8.40mm•设计厚度确定比较不锈钢的最小厚度δmin不小于2mm，所以取计算厚度8.40mm，•δd=δ+C2=8.4+0=8.4mm•假设名义厚度在8~25mm之间，查表C1=0.8mm，•δd+C1=8.4+0.8=9.2mm，圆整为整数取10mm。•即釜体的厚度为10mm。•封头部分厚度δ===8.37mm•假设名义厚度在8~25mm之间，查表C1=0.8mm•不锈钢的最小厚度δmin不小于2mm，所以取计算厚度8.40mm，•δd=δ+C2=8.37+0=8.37mm•δd+C1=8.37+0.8=9.17mm，圆整为整数取10mm。•即釜体封头的厚度为10mm。【项目练习】•⒈内压薄壁筒体、球壳厚度计算公式，比较其特点。•⒉简述内压薄壁封头结构、特点及适用范围。•⒊为了满足容器刚度要求，对容器最小厚度有哪些规定？•⒋有一长期闲置的压力容器，实测壁厚为8mm，内径为1000mm，材料是Q235-A，纵向焊缝为双面对接焊，是否做过无损探伤不清楚，现要求该容器承受1MPa的内压，工作温度为160℃，介质无腐蚀性，并装有安全阀，试判断该容器是否能用？子项目3内压薄壁容器压力试验•【项目目标】•知识目标掌握压力容器压力试验的目的；掌握压力试验的方法；掌握压力试验的步骤。•技能目标能对压力容器进行压力试验；能校核压力容器强度。一、压力试验目的及作用•新制造的容器或大检修后的容器，在交付使用前都必须进行压力试验。•检验容器在超过工作压力条件下密封结构的可靠性、焊缝的致密性以及容器的宏观强度。同时观测压力试验后受压元件的母材及焊接接头的残余变形量，还可以及时发现材料和制造过程中存在的缺陷。•二、试验过程及装置•1.按下图安装试验装置。•2.检查试验装置可靠性，注意禁锢螺栓，检查压力表量程。•3.试验过程：⑴在容器的顶部先打开出气阀，关闭排水阀，打开进水阀；•⑵开启水泵，直至试验容器出气口液体溢出，关闭出气阀；•⑶压力缓慢上升至设计压力，确认无泄漏后，继续升压至试验压力，保压时间一般不少于30分钟。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间（一般不少于30分钟），对所有焊接接头和连接部位进行检查，试验中，不得带压紧固螺栓。如有渗漏，修补后重新试验。•⑷液压试验合格的标准•①无渗漏；②无可见的异常变形；③试验中无异常的响声。•常用的压力试验方法有液压试验和气压试验。一般用液压试验，因为其危险性小。•属于以下情况不能做液压试验，应做气压试验。①容器内不允许残留微量液体；•②寒冷冬季容器内液体结冰可能胀破容器；•③液压试验时因液体重量超过基础承受能力，如高大的塔。三、常用的压力试验方法四、试验介质及要求•1.液压试验介质及要求•凡在压力试验时不会导致发生危险的液体，在低于其沸点温度下都可作为液压试验的介质，一般采用水。液压试验应注意问题：•⑴液压试验应采用清洁水。对于奥氏体不锈钢制造的容器，用水进行试验后，应采取措施将水渍去除干净，防止氯离子腐蚀。当无法达到这一要求时，就应当控制水的氯离子含量不超过25mg/L。•⑵当采用不会导致危险的其他液体作试验介质时，液体的温度应低于其闪点或沸点。•⑶对于碳钢或16MnR和正火15MnVR钢制造的容器,在液压试验时温度不低于5℃。低合金钢容器液体温度不得低于15℃。由于板厚等因素造成材料脆性转变温度升高时，还要相应提高试验液体的温度。其他钢种的容器液压试验温度按图样规定。•铁素体钢制低温压力容器，液体温度不得低于受压元件及焊接接头进行夏比（V形缺口）冲击试验的温度再加上20℃。•⑷新制造的容器液压试验后，应及时将试验介质排净，并用压缩空气或其他惰性气体将容器内表面吹干，以免腐蚀。•2.气压试验介质•气压试验时通常选用干燥洁净的空气、氮气或其他无毒的惰性气体。若容器内残留易燃气体存在，会导致爆炸，则不得使用空气作为试验介质。•气压试验有一定危险性，必须做好防护措施，在有关安全部门监督下进行。•在进行气压试验前，必须对容器主要焊缝进行100%无损探伤检查。五、应力校核•压力试验时的试验压力大于设计压力，故试验时容器壁内的应力值也必然相应增大，因此在对容