压力容器基础知识

2021/8/91第一节、压力容器简介•一、压力容器的含义–为何要用容器？•气体、液体、液化气体等介质储存、盛装都需要各种型式的储罐。–压力容器从广义上讲应该包括所有承受压力的密闭容器。但我们所指的压力容器只是其中的一部分，即为《固定式压力容器安全技术监察规程》所辖范围内的压力容器。因为这部分压力容器事故率高，特别是事故破坏性大，损失严重。所以，各级锅炉压力容器安全监察机构应加强对压力容器设计，制造、销售、安装、使用、检验、修理、改造七个环节的监督检查，以确保压力容器安全运行。–按压力容器的安装使用位置可分为固定式容器、移动式容器；2021/8/92第一节、压力容器简介•一、压力容器的含义–压力容器的使用特征主要表现在生产工艺要求高、使用条件比较恶劣、承载多种载荷、操作要求高；–压力容器内介质危险特性主要表现在介质的燃烧性、爆炸性、毒性、腐蚀性；–焊接压力容器是应用最广泛的一种，因为应力分布较均匀、制造安装方便。–压力容器容积的大小，应满足生产工艺的需要。–压力容器在运行中，由于受到载荷作用，会产生变形。–压力容器按承压方法不同可分为内压、外压；–压力容器直径越小，承压也越高。2021/8/93第一节、压力容器简介•二、《固定式压力容器安全技术监察规程》管辖范围内的压力容器：–本规程适用于同时具备下列条件的压力容器：•(1)最高工作压力大于或者等于0.1MPa；（注1-2）•(2)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa•L；(注1-3)•(3)盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。–详见《固定式压力容器安全技术监察规程》»注1-2：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）。»注1-3：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压力容器内部的内件的体积。»注1-4：容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时，如果气相空间的容积与工作压力的乘积大于或者等于2.5MPa·L时，也属于本规程的适用范围。2021/8/94第一节、压力容器简介•《固定式压力容器安全技术监察规程》不适用下列压力容器：–（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）正常运行最高工作压力小于0.1MPa的容器（包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于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）可拆卸垫片式板式热交换器（包括半焊式板式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。•压力容器在进料或出料过程中，如舜时承压大于或等于0.1MPa时，不属于《固定容规》管辖范围。•移动式空气压缩机储气罐，属于安全监督管理范围。–详见《固定式压力容器安全技术监察规程》2021/8/95第一节、压力容器简介•三、《固容规》压力容器范围的界定：–《固容规》适用的压力容器，其范围包括压力容器本体和安全附件。2021/8/96第一节、压力容器简介•《固容规》压力容器本体界定在下述范围内：–（1）压力容器与外部管道或者装置焊接连接的第一道环向焊接接头的坡口面、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）非受压元件与压力容器的连接焊缝。2021/8/97第一节、压力容器简介•压力容器本体中的主要受压元件包括：–壳体、封头（端盖）、膨胀节、设备法兰；–球罐的球壳板；–换热器的管板和换热管；–M36以上（含M36）的设备主螺柱以及公称直径大于或者等于250mm的接管和管法兰。2021/8/98第一节、压力容器简介•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、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液位计、测温仪表等。2021/8/99第一节、压力容器简介（例题）•例：压力容器只应当承受内压。•（X）•例：压力容器直径越小，承压也越高。•（V）•例：压力容器直径越大，承压也越高。•（X）2021/8/910第二节、压力容器的工艺参数•压力容器的基本参数有：–压力、温度和容积。•压力容器公称直径系指标准化、系列化后的尺寸。2021/8/911第二节、压力容器的工艺参数（压力）•§压力：–垂直均匀作用在物体表面上的力，称为压力。——用符号F表示。常用单位Kgf。•§压强：–垂直均匀作用在物体单位面积上的压力，称为压强。——用符号P表示。常用单位MPa。–*压强一词一般在学术上应用，工程上我们习惯的把压强称为压力。工程上过去习惯用的压力单位是千克/厘米2（Kgf/cm2）。2021/8/912第二节、压力容器的工艺参数（压力）•压力容器的压力常用兆帕（MPa）来表示；–1MPa=106Pa；•§常用压力间的换算关系：–1kgf/cm2=0.098MPa≈0.1MPa；–1MPa＝10.2kgf/cm2≈10kgf/cm22021/8/913第二节、压力容器的工艺参数（压力）•压力的表示有两种方法：–一种是表压力，另一种是绝对压力；•§表压力：–以当时当地的大气压力作为测量起点，也就是用弹簧管式压力表测出的压力数值，故称为表压力或称为相对压力(P表)。•§绝对压力：–以压力等于零作为测量起点，称为绝对压力(P绝)。•人们通常所说的容器的压力是指表压力。压力容器上安装的压力表其显示值为表压力；2021/8/914第二节、压力容器的工艺参数（压力）•§绝对压力和相对压力的换算关系：–P绝=P表+P大气–因为我们地区大气压力近似等于0.1MPa。–故P绝≈P表+P大气–P绝＝P表＋0.098（0.1）MPa；–P表＝P绝—0.098（0.1）MPa•负压:–表压小于0时的压力。•正压：–压力容器上的表压力大于“0”时，表示这台压力容器的介质处于正压状态；•静压：–水在静止时产生的压力。2021/8/915第二节、压力容器的工艺参数（压力）•大气压力：–空气作用于地球和地球物体单位表面上的压力叫大气压力。•标准大气压：–在物理学中，把纬度为45度海平面（即海拔高度为零）上的常年平均大气压力规定为1标准大气压（atm）。此标准大气压为一定值。–1标准大气压=760毫米汞柱=1.033工程大气压=1.0133X105Pa=0.10133MPa2021/8/916第二节、压力容器的工艺参数（压力）•容器内的压力一般是通过提高气体温度、增大气体密度、加速气体分子运动速度，使气体压力增高。•当液态介质变为或部分变为气态时，容器内就会产生压力。气体压力不仅仅是作用于容器的顶部，而是作用于整个器壁上。2021/8/917第二节、压力容器的工艺参数（压力）•压力容器内的压力来源分为：–压力来自压力容器的外部和压力容器的内部；•1、压力源在器外产生–这类压力容器可能达到的最高压力一般限于压力源出口的压力、减压后的压力。•2、压力源在器内产生–液化石油气储罐内的压力随环境温度变化而变化。（1）泵、空压机、冷冻机（2）蒸汽锅炉（1）物理变化（2）化学反应2021/8/918第二节、压力容器的工艺参数（压力）•容器内的气体压力来源于容器外部的，一般由液化气体泵、各类气体压缩机、各类锅炉等产生；–压力容器的压力来源于外部时，这类容器内可能达到的压力一般取决于压力源出口的压力、减压后的压力；•容器内的气体压力来源于容器内部的，一般由于容器内介质的聚集状态发生改变、容器内介质随温度升高、介质在容器内发生体积增大的化学反应等产生。2021/8/919第二节、压力容器的工艺参数（压力）•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表压力。•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，其值不低于工作压力；–压力容器的工作压力应不得大于该容器的设计压力或最高允许工作压力。压力容器的设计压力应大于或等于工作压力。2021/8/920第二节、压力容器的工艺参数（压力）（例题）•例：垂直均匀作用在物体表面上的力叫压强。•（×）•例：压力表上所指示的压力值就是指容器内的真实压力。•（×）•例：某压力容器上的表压力为1.6MPa，此时该容器内的压力为1.7MPa。•（√）•例：空气储罐内的压力来源于储罐内部。•（×）•例：压力容器内的压力来源分为：来自压力容器内部、外部或其他。•（×）2021/8/921第二节、压力容器的工艺参数（压力）（例题）•例：压力容器的设计压力应不大于容器在使用过程中出现的工作压力。•（X）•例：压力容器的工作压力应不得大于该容器的设计压力或最高允许工作压力。•（V）•例：压力容器的工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的设计压力。•（X）•例：工作压力指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的绝对压力。•（X）•例：压力容器的设计压力，其值应小于工作压力。•（X）•例：工作压力是指压力容器在正常工艺条件操作下，其顶部出现的表压力。•（X）2021/8/922第二节、压力容器的工艺参数（温度）•温度是表示物体冷热程度的物理量。•温度的测量仪器，常见的有水银温度计、电阻温度计、热电偶温度计等；•温度的表示方法有三种；–1、摄氏温标；–2、华氏温标；–3、绝对温标。2021/8/923第二节、压力容器的工艺参数（温度）•摄氏温标–是将在标准大气压下水的结冰温度（冰点）定为0度，把水的沸腾（沸点）温度定为100度，在两者之间等分成100格，每一格即为1度，故月称百分温度，用符号“0C”来表示。•华氏温标–是将在标准大气压下水的冰点定为32度，沸点定为212度，两者等分成180格，每格作为1度，用符号“F”表示。•绝对温标（凯氏温标）–是以水的三相点（即冰、水和水蒸汽三相平衡共存时的温度定为273.16K，其分度法与摄氏温标相同，即在摄氏温标相差一度时凯氏温标也相差一度，用符号“K”（开尔文）表示，凯氏温度又称热力学温度或绝对温度。2021/8/924第二节、压力容器的工艺参数（温度）•三种温标之间的互换关系式：–摄氏温标=5/9×（华氏温标-32）–=凯氏温标–273.16–华氏温标=5/9×摄氏温标+32–=5/9（凯氏温标出-273.16）+32–凯氏温标=摄氏温标+273.16–=5/9（华氏温标-32）+273.162021/8/925第二节、压力容器的工艺参数（温度）•标志在压力容器产品铭牌上的设计温度应是壳体设计温度的最高（低）值。2021/8/926第二节、压力容器的工艺参数（温度）（例题）•例：压力容器产品铭牌上标注的设计温度系指容器内的介质温度的控制值。•（X）2021/8/927第三节、压力容器的基本要求•为了保证安全运行，压力容器应满足强度、刚度、稳定性、耐久性和密封性要求。•压力容器必须有足够的强度，如强度不够，受压元件在内部压力作用下，会发生塑性变形或发生爆炸事故。•压力容器受压元件用材应满足力学性能、工艺性能（物理性能、化学性能）的要求。•根据结构、介质等情况，压力容器上应开设必要的人孔、检查孔。2021/8/928第四节、压力容器的分类•按压力容器的安装使用位置可分成固定式和移动式两大类。•压力容器按承压方法不同可分为内压、外压；•按压力容器在生产过程中的作用原理可分为–A、反应压力容器；–B、换热压力容器；–C、分离压力容器；–D、储存压力容器。2021/8/929第四节、压力容器的分类•§(1)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。•§(2)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。2021/8/930第四节、压力容器的分类•§(3)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