1压力容器基础知识

压力容器基本知识上海市松江区特种设备监督检验所余卫国提纲压力容器定义压力的概念受监管的压力容器的界定压力容器的主要工艺参数压力容器的分类压力容器常用的材料应力对压力容器安全的影响一、压力容器的定义一般压力容器的定义所谓容器，是指生产或生活中，由曲面构成用于盛装物料的空间构件。从广义上讲，所有承受压力的密闭容器称为压力容器，又称为受压容器。二、压力的概念1、压力均匀垂直作用在物体表面上的力称为压力。在国际单位中，压力的单位采用牛顿/米2，其定义为将1牛顿的力均匀垂直地作用在l平方米的面上所产生的压力，称为帕斯卡(Pa)，简称帕。1Pa＝1N/m2。由于“帕”这个单位太小，因而常用“兆帕”(MPa)作为压力的基本单位，即：1MPa=106Pa。过去工程上习惯用的压力单位是千克力/厘米2(kgf/cm2)。压力的工程单位与法定计量单位之间的换算关系为：1MPa=10.2kgf/cm2lkgf/cm2=0.098MPa。其它压力的单位还有巴（bar）、磅力/英寸2（1bf/in2）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）等。2、压强均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力称为压强。在工程技术与日常生活中，常把压强称为压力，并用符号“P”表示。P（压强）=F（压力）/S（受力面积）（1）标准大气压标准大气压又称为物理大气压，是地球引力对大气层作用的结果。1个标准大气压是在温度为0℃时1个标准大气压=760mmHg=1.0332kgf/cm23、大气压力工程大气压分为表压力和绝对压力。（2）工程大气压工程上为了计算方便，规定：1个工程大气压=1kgf/cm2=735.6mmHg以水柱高度计算压力，1kgf/cm2=10000mmH2O=10mH2O6、负压力介质压力低于大气压力的部分，称为负压力或真空。简称负压。5、绝对压力容器内介质的实际压力称为绝对压力。绝对压力就是实际作用在容器壁上的压力。其值应该是压力表上指示的压力再加上容器周围的大气压力。由于大气压力近似等于0.1MPa，故：P绝≈P表＋0.1MPa。4、表压力容器内压力的大小需用测量压力的仪表——压力表来测量。压力表上所指示的压力值是指容器内的压力与容器周围大气压力的差值，这个压力值称为表压力。表压力是一个相对值，表明容器内部的压力比容器周围的大气压力大多少。压力容器的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力及计算容器强度所用的压力都是指表压力。容器内的介质压力高于大气压力时，介质处于正压状态；介质压力低于大气压力时，介质处于负压状态。压力的来源容器外部产生或增大容器内部产生或增大（1）来自于容器内部由液化气体蒸发产生的压力（如液化气体储罐、液化气体钢瓶），此时压力容器中压力取决于储存温度下，液化气体的饱和蒸汽压。液化气体的类型不同、操作温度不同则其对应的饱和蒸汽压也不同。（2）来自于容器内部介质由于化学反应产生的压力，如果反应容器中存在二种或二种以上的单体化学物质，在一定的温度和压力条件下，进行化学反应，在反应过程中，反应物的体积和温度会发生急剧变化，同时引起容器内压力的变化（1）由压缩机或泵产生的压力，此时压力容器中的介质压力取决于压缩机或泵出口的压力。（2）由蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力，此时压力容器中的介质压力取决于蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力或减压后的蒸汽压力。三、受监管的压力容器的界定压力容器监察范围应该主要从发生事故的可能性和事故危害的严重性来考虑。一般来说，压力容器发生爆破事故时，其危害的严重程度与压力容器的工作介质、工作压力及容积等因素有关。工作压力越高，容积越大，储存能量越大，爆破释放能量越大，危害大。1.液体介质：压缩性极小，爆破膨胀功（即释放能量）小，危害小。2.气体介质：压缩性很大，爆破膨胀功（即释放能量）大，危害大。《特种设备安全监察条例》的规定2003年6月国务院颁发了第373号令，发布了《特种设备安全监察条例》2009年1月24日国务院第549号令修订并颁布了《特种设备安全监察条例》（2009年5月1日施行）压力容器（属承压类特种设备）：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：1.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；2.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3.氧舱等。《压力容器安全技术监察规程》的规定根据国家质量技术监督局1999年颁布，2000年1月1日开始实施的《压力容器安全技术监察规程》（以下简称《容规》）规定：只有同时具备下列三个条件的压力容器才属于其压力容器的监察范围：（1）最高工作压力大于等于0.1MPa（不包括液体静压力）；（2）内直径大于等于150mm，且容积大于等于0.025M3；（3）盛装介质为气体，液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。超高压容器、各类气瓶、非金属材料制造的压力容器、船舶和铁路机车上附属的压力容器、核能压力容器、国防和军事装备上压力容器、真空下压力容器（不含夹套压力容器），各项锅炉安全技术监察规范适用直接火焰加热的设备因另有专门监察规程进行安全监察，不属《压力容器安全监察规程》的监察范围。正常运行最高工作压力小于0.1MPa的压力容器（包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力大于等于0.1MPa的压力容器。但不包括消毒、冷却等工艺过程中需短时承受压力大于等于0.1MPa的压力容器）、机器上非独立的承压部件（包括压缩机、发电机、泵、柴油机的汽缸或承压壳体）、无壳体的套管换热器、波纹板换热器、空冷式换热器、冷却排管不属于《压力容器安全技术监察规程》的监察范围。《容规》管辖以外《简单压力容器安全技术监察规程》的规定根据国家质量技术监督局2007年1月颁布，2007年7月1日开始实施的《简单压力容器安全技术监察规程》（TSGR0003-2007）规定：简单压力容器是指结构简单、危险性较小的压力容器。同时满足以下条件的为简单压力容器：(一)容器由筒体和平封头、凸形封头（不包括球冠形封头），或者由两个凸形封头组成；(二)筒体、封头、接管等主要受压元件的材料为碳素钢、奥氏体不锈钢；(三)设计压力小于或者等于1.6MPa；(四)容积小于或者等于1000L；(五)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa•L，并且小于或者等于1000MPa•L；(六)介质为空气、氮气和医用蒸馏水蒸发而成的水蒸气；(七)设计温度大于或者等于-20℃，最高工作温度小于或者等于150℃；(八)非直接火焰的焊接容器。(一)军事装备、核设施、航空航天器、海上设施和船舶使用的压力容器；(二)机器上非独立的承压部件（如压缩机缸体等）；(三)危险化学品包装物；(四)灭火器；(五)快开门式压力容器；(六)移动式压力容器。TSGR0003-2007管辖以外规定：《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定根据国家质量技术监督局2009年8月颁布，2009年12月1日开始实施的《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSGR0004-2009）规定：固定式压力容器是指安装在固定位置使用的压力容器适用范围同时具备下列条件的压力容器：(一)最高工作压力大于或者者等于0.1MPa；(二)设计压力与容积的乘积大于或者者等于2.5MPa·L(注1-3)；(三)盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者者等于其标准沸点的液体。对于为了某一特定用途、仅在装置或者者场区内部搬动、使用的压力容器，以及移动式空气压缩机的储气罐按照固定式压力容器进行监督管理。工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）。容积，是指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算（不考虑制造公差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。容器内主要介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时，如果气相空间与工作压力的乘积大于等于2.5MPa·L时,也属于本规程的适用范围。不适用范围超高压容器应当符合《超高压压力容器安全技术监察规程》的规定；非金属压力容器应当符合《非金属压力容器安全技术监察规程》的规定；简单压力容器应当符合《简单压力容器安全技术监察规程》的规定。（1）移动式压力容器、气瓶、氧舱；（2）锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉；（3）正常运行工作压力小于0.1MPa的容器（包括在进料或者出料过程中需要瞬时承受压力大于或者者等于0.1MPa的容器）：（4）旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或者作为部件的受压器室（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）；（5）可拆卸式垫片式板式热交换器（包括半焊式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。四、压力容器的主要工艺参数1、压力2、温度3、介质工作压力最高允许工作压力设计压力计算压力毒性程度易燃易爆工作温度设计温度临界温度压力工作压力也称为操作压力，是指正常工艺操作情况下，容器顶部的最高压力（不包括液体静压力）。最高允许工作压力是根据容器的有效厚度计算得到的容器实际可承受压力。设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力（即：是指相应的设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力）。设计压力选取方法计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，并且应当考虑液柱静压力等附加载荷。各种压力之间的关系温度工作温度：容器在正常工作情况下介质温度。设计温度：是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），设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。临界温度是指当某气体的温度降低到某一温度以下时，对其施加压力才能使其液化。也就是说临界温度是气体以液态状态出现的最高温度。各种气体的临界温度是不同的，在此温度以上，它只能处于气体状态，不能单有压缩气体的方法使其液化。气体的临界温度越高，就越容易液化；其温度比临界温度越低，液化所需的压力就越小。对于已经液化的物质，一旦温度升至临界温度时，就必然会由液态迅速转变为气态。介质所谓介质是指容器所盛装的，或在容器中参与反应的物质。介质危害性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。工业毒物凡对人体产生有害作用，引起机体功能性或器质性病变的物质称为毒物。在工业生产过程中产生的毒物称为工业毒物。在作业过程中工业毒物引起的中毒称为职业中毒。在实际生产过程中，生产性毒物一般以气体、蒸汽、雾、烟、粉尘的形式污染环境，从而对人体产生毒害。工业毒物有三个途径侵入人体，即通过呼吸道、皮肤和消化道进入人体。在生产作业过程中，其中最主要的进入途径是呼吸道，其次是皮肤，较少的是通过消化道。指在常温下呈气态的物质是由液体蒸发或固体升华而形成是指悬浮在空气中的液滴，多为蒸汽冷凝或液体喷散所形成是能较长时间漂浮于空气中的固体是指悬浮在空气中烟状固体微粒工业毒物的分类工业毒物的分类方法主要有以下几种方法：（1）按毒物的化学结构分类，可以分为有机类和无机类。（2）按毒物的形态分类，可以分为气体类、（如硫化氢、二氧化硫等）、液体类（如苯类、硫酸等）、固体类（如矽尘等）、雾状类（如硫酸雾等）。（3）按毒物的致毒作用分类，可以分为刺激性（如氯气、氟化氢等）、窒息性（如氮气等）、麻醉性（如乙醚等）、致热源性（如氧化性）、腐蚀性（如硫酸二甲酯）、致敏性（如苯二胺）。（4）按介质的毒性程度分类，可以分为剧毒、高毒、中毒、低毒、微毒、基本无毒六种类型。国家标准GB5044按介质的危害程度分类（级）指标分级Ⅰ（极度危害）Ⅱ（高度危害）Ⅲ（中度危害）Ⅳ（轻度危害）急吸入LC50，mg/m3经皮LD50，mg/kg经口D50,mg/kg20010025200－100－25－2000－500－500－2000025005000性毒性急性中毒