壓力容器檢驗員培訓課件

1、壓力容器審核員培訓壓力容器基礎知識濟南市鍋爐壓力容器檢驗研究所毛文幫2009年12月壓力容器簡介一、廣義壓力容器的定義所謂容器，通常的說法是：由物體構成用于盛裝物料的空間構件。通俗地講，就是化工、煉油，醫(yī)藥，食品等生產(chǎn)所用的各種設備外部的殼體都屬于容器。 不言而喻，所有承受壓力的密閉容器稱為壓力容器，或者稱為受壓容器。二、壓力容器的壓力源 容器所盛裝的，或在容器內(nèi)參加反應的物質(zhì)，稱之為工作介質(zhì)。 常用壓力容器的工作介質(zhì)是各種氣體、水蒸汽或液體，我們這里主要講氣體介質(zhì)的壓力來源。壓力來源可以分為氣體壓力的產(chǎn)生或增大，它來自容器內(nèi)或容器外二類。 容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時，其壓力源一般是氣體壓縮機

2、或蒸汽鍋爐。氣體壓縮機主要有容積型和速度型兩類。容積型氣體壓縮機是通過縮小氣體的體積，增加氣體的密度來提高氣體壓力的。而速度型氣體壓縮機則是通過增加氣體的流速，使氣體的動能轉變?yōu)閯菽軄硖岣邭怏w壓力的。工作介質(zhì)為壓縮氣體的壓力容器，其可能達到的最高壓力為氣體壓縮機出口的氣體壓力. 蒸汽鍋爐是利用燃料燃燒放出的熱量將水加熱蒸發(fā)而產(chǎn)生水蒸汽的一種設備。由于在相同壓力下水蒸汽的體積是飽和水的1000多倍. 容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)時，其原因有：容器內(nèi)介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變；氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱，溫度急劇升高；介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學反應等。由于介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變而產(chǎn)生或增加壓力的，一般是由

3、于液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)在容器內(nèi)受熱(如周圍環(huán)境溫度升高，容器內(nèi)其他物料發(fā)生放熱化學反應等)、蒸發(fā)或分解為氣體，體積劇烈膨脹，但因受到容器容積的限制，氣體密度大為增加，因而在器內(nèi)產(chǎn)生壓力或使原有的氣體壓力增加。例如二氧化硫，當溫度低于10.1(標準沸點)時，它在密閉容器內(nèi)的蒸氣壓力低于大氣壓力，而當溫度升高至60時，呈液態(tài)的二氧化硫便大量蒸發(fā)，其蒸氣壓力即升高到11.25絕對大氣壓。又如高分子聚合物固態(tài)聚甲醛，受熱后“解聚變?yōu)闅鈶B(tài)，體積約增大1065倍，在密閉容器內(nèi)也會產(chǎn)生很高的氣體壓力。 由于氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力。例如有些貯裝易于發(fā)生聚合反應的氣體容器(如某些碳氫化合物貯罐)，在

4、合適條件下單分子氣體可以局部發(fā)生聚合反應，產(chǎn)生大量的聚合熱，使容器內(nèi)的氣體受熱，溫度大幅度上升，使壓力劇烈增高，有時還會因此而發(fā)生容器超壓爆破事故。由于介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學反應而壓力升高的例子較多，例如用碳化鈣加水經(jīng)化學反應生成乙炔氣體，體積大為增加，在密閉的容器內(nèi)會產(chǎn)生較高的壓力。又如電解水制取氫和氧的反應，因為1米3的水可以分解成1240米3的氫氣和620米3的氧氣，體積約增大2000倍，在密閉的容器內(nèi)也會產(chǎn)生很高的壓力。注意：常用的壓力容器中，氣體壓力在容器外增大的較多，在容器內(nèi)增大的較少。但后者危險性較大，對壓力控制的要求也更嚴格。三、壓力容器界限 在此討論的壓力容器，主要是

5、指那些容易發(fā)生事故。并按規(guī)定的技術管理規(guī)范進行制造和使用的壓力容器。也就是對壓力容器劃個界限，哪些按一般設備對待，哪些按特殊設備對待。因而所講得的系指按特殊設備對待的壓力容器。 1劃分壓力容器的界限應考慮的因素，主要是事故發(fā)生的可能性與事故危害性的大小兩個方面。目前國際上對壓力容器的界限范圍尚無完全統(tǒng)一的規(guī)定。一般說來，壓力容器發(fā)生爆炸事故時，其危害性大小與工作介質(zhì)的狀態(tài)、工作壓力及容器的容積等因素有關。工作介質(zhì)是液體的壓力容器，由于液體的壓縮性極小，容器爆破時其膨脹功，即所釋放的能量很小，危害性也小。而介質(zhì)是氣體的容器，因氣體具有很大的壓縮性，容器爆破時瞬時所釋放的能量很大，危害性也就大。所

6、以一般都不把介質(zhì)為液體的容器列入作為特殊設備的壓力容器范圍內(nèi)。值得注意的是，這里所說的液體，是指常溫下的液體，不包括最高工作溫度高于其標準沸點(即標準大氣壓下的沸點)。2、 特種設備安全監(jiān)察條例 、容規(guī)對壓力容器有相應的界定四、壓力容器的基本要求1強度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。常用的強度判據(jù)如屈服強度、抗拉強度。強度是是涉及安全的主要問題。2剛度：剛性是在外力作用（制造、運輸、安裝與使用）下產(chǎn) 生不允許的彈性變形，如法蘭（密封）、管板等；3穩(wěn)定性：在外力作用下防止突然失去原有形狀的穩(wěn)定性，如外壓及真空容器。4耐久性5密封性五、壓力容器的工藝參數(shù) 壓力容器的工藝參數(shù)是由生產(chǎn)的工藝要求確定的

7、，是進行壓力容器設計和安全操作的主要依據(jù)。壓力容器的主要工藝參數(shù)為壓力和溫度。 （一）壓力 這里主要討論壓力容器工作介質(zhì)的壓力，即壓力容器工作時所承受的主要載荷。壓力容器運行時的壓力是用壓力表來測量的，表上所顯示的壓力值為表壓力。在各種壓力容器的規(guī)范中，經(jīng)常出現(xiàn)工作壓力、最高工作壓力和設計壓力等概念，觀將其定義分述如下。 1工作壓力。工作壓力也稱操作壓力，系指容器頂部在正常工藝操作時的壓力(即不包括液體靜壓力)。 2最高工作壓力。系指容器頂部在工藝操作過程中可能產(chǎn)生的最大表壓力(即不包括液體靜壓力)。壓力超過此值時，容器上的安全裝置就要動作。容器最高工作壓力的確定與工作介質(zhì)有關。 3設計壓力

8、指在相應設計溫度下用以確定容器計算壁厚及其元件尺寸的壓力。一般不小于最高工作壓力，由于考慮問題的角度不一樣，不同規(guī)范對設計壓力的選取原則可能會略有差異。 容規(guī)規(guī)定容器的設計壓力，應略高于容器在使用過程中的最高工作壓力。裝有安全裝置的容器，其設計壓力不得小于安全裝置的開啟壓力或爆破壓力。（二）溫度 1介質(zhì)溫度，系指容器內(nèi)工作介質(zhì)的溫度，可以用測溫儀表測得 2.設計溫度；壓力容器的設計溫度不同于其內(nèi)部介質(zhì)可能達到的溫度，系容器在正常工作過程中，在相應設計壓力下，表壁或元件金屬可能達到的最高或最低溫度。設計規(guī)定，對設計溫度的選取有如下規(guī)定： (1)當容器的各個部位在工作過程中可能產(chǎn)生不同溫度時，可取

9、預計的不同溫度作為各相應部位的設計溫度。(2)對有內(nèi)保溫的容器，應作壁溫計算或以工作條件相似容器的實測壁溫作為設計溫度。六、壓力容器的分類 壓力容器的型式繁多。根據(jù)不同壓力容器可有許多分類方法，常用的有以下幾種（一）按壓力分類 按所承受壓力(P)的高低，壓力容器可分為低壓，中壓，高壓，超高壓四個等級。具體劃分如下：1低壓容器，0.P1.6MPa ;2中壓容器：1.6P10MPa;3高壓容器，10P100MPa。（二）按殼體承壓方式分類 按殼體承壓方式不同，壓力容器可分為內(nèi)壓(殼體內(nèi)部承受介質(zhì)壓力)容器和外壓(殼體外部承受介質(zhì)壓力)容器兩大類。 這兩類容器是截然不同的，其差別首先反映在設計原理上

10、，內(nèi)壓容器的壁厚是根據(jù)強度計算確定的，而外壓容器的設計則主要考慮穩(wěn)定性問題。其次，反映在安全性上，外壓容器相對內(nèi)壓容器安全。（三）按設計溫度分類 按設計溫度(t)的高低，壓力容器可分為低溫容器(t20)，常溫容器(20t1000m，且H/D30或D1000m，且H/D25； 基本風壓q0.5KN/m2或地震烈度8度時。圓錐形裙座的半錐角15。裙座上須開孔： 排氣孔 裙座頂部須開設80100的排氣孔，以排放可能聚結在裙座與封頭死區(qū)的有害氣體。對于有人孔的矮裙座或者頂部在封頭拼接焊縫處開有缺口的可以不開設排氣孔。 排液孔 裙座底部須開設80100的排液孔，一般孔徑50，中心高50mm的長圓孔。 人

11、孔裙 座上須開設人孔，以方便檢修；人孔一般為圓形，當截面削弱受到限制或為方便拆卸塔底附件（如接管等），可開長圓孔。 引出管通道孔 裙式支座 考慮到管子熱膨脹，在支承筋與引出管之間應保留一定間隙。裙座與塔體封頭連接 裙座直接焊接在塔底封頭上，可采用對接焊縫或搭接焊縫。在沒有風載荷或地震載荷時，對接焊縫承受容器重量產(chǎn)生的壓縮載荷，搭接焊縫則承受剪切載荷。相比而言，搭接焊縫受力情況較差，在一些小塔或受力較小的情況下采用。裙座與塔殼體過渡段 塔殼設計溫度低于-20或高于250時，裙座殼頂部分的材料應與塔下封頭材料相同，裙座殼體過渡段長度取4倍保溫層厚度，但不小于500mm；對奧氏不銹鋼塔，其裙座殼體過

12、渡段高度不小于300mm，材料同底封頭。裙座保護層 當塔內(nèi)或周圍容器內(nèi)有易燃、易爆介質(zhì)時，一旦發(fā)生火災，裙式支座型式會因溫度升高而喪失強度，故裙座應設防火層。當裙座D1500mm時，僅外面敷設防火層；當裙座D1500mm時，兩側均敷設50 mm石棉水泥層。當塔內(nèi)操作溫度很高，塔體與裙座的溫度差引起不均勻熱膨脹，會使裙座與塔底封頭連接焊縫受力情況惡化，此時須對裙座加以保溫。鞍式支座鞍式支座是由底板、腹板、筋板和墊板組焊而成。它適用于雙支點支承的鋼制臥式容器的支座。鞍式支座型式：按鞍座實際承載的大小分為輕型（A） 、重型（B）兩種。鞍座分固定式（F）和滑動式（S）兩種安裝形式。 鞍式支座 圖2.2

13、-5 鞍式支座鞍式支座 鞍式支座型式選擇： 重型鞍座可滿足臥式換熱器，介質(zhì)比重較大或L/D較大臥式容器的要求；輕型鞍座則滿足一般臥式容器的使用要求。 容器因溫度變化，固定側應采用固定鞍座；滑動側采用滑動鞍座。固定鞍座一般設在接管較多的一側。采用三個鞍座時，中間鞍座宜選固定鞍座，兩側鞍座可選滑動鞍座。 為改善容器的受力情況，將墊板四角倒圓；并在墊板中心開一通氣孔，以利于焊接或熱處理時氣體的排放；為使墊板按實際需要設置或與容器等厚，標準中墊板厚度允許改變。 對于DN900mm容器，鞍座分為帶墊板和不帶墊板兩種 考慮到封頭的加強作用，鞍座應盡可能靠近封頭，即A應小于或等于D0/4，從受力情況考慮，A

14、不宜大于0.2L。當需要時，A最大不得大于0.25L。 當容器基礎是鋼筋混凝土時，滑動鞍座底板下面必須安裝基礎墊板?；A墊板必須保持平整光滑。法蘭法蘭連接主要優(yōu)點是密封可靠和足夠的強度。缺點是不能快速拆卸、制造成本較高。法蘭分類主要有以下方法：（1）按其被連接的部件分為壓力容器法蘭和管法蘭。（2）按法蘭接觸面的寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭。 寬面法蘭是指墊片接觸面分布于法蘭螺栓中心圓內(nèi)外兩側的法蘭連接，一般用于壓力很低場合。 窄面法蘭是指墊片接觸面位于法蘭螺栓孔包圍的圓周內(nèi)的法蘭連接。(3)按整體性程度分為整體法蘭、松式法蘭和任意式法蘭。 整體法蘭：指法蘭環(huán)、頸部及圓筒三者有效地連接成一整體的

15、法蘭，共同承受法蘭力矩的作用。 松式法蘭：指法蘭與圓筒未能有效地連接成一整體的法蘭，計算中認為法蘭力矩完全由法蘭環(huán)本身來承擔。典型松式法蘭有活套法蘭。 任意式法蘭：指整體性程度介于上述二者間的法蘭。其圓筒與法蘭環(huán)雖未形成一整體結構，但可作為一個接構元件，共同承受法蘭力矩。 法蘭密封面:法蘭密封面分為平面密封面、凹凸面密封面、榫槽面密封面。平面法蘭密封面具有結構簡單，加工方便，且便于進行防腐襯里等的優(yōu)點，由于這種密封面和墊片的接觸面積較大，如預緊不當，墊片易被擠出密封面。也不宜壓緊，密封性能較差，適用于壓力不高的場合，一般使用在PN2.5MPa的壓力下。凹凸面法蘭密封面相配的兩個法蘭結合面是一個

16、凹面和一個凸面。安裝時易于對中，能有效地防止墊片被擠出密封面，密封效果優(yōu)于平面密封。榫槽面法蘭密封面相配的兩個法蘭結合面是一個榫面和一個槽面。密封面更窄。由于受槽面的阻擋，墊片不會被擠出壓緊面，且少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕。安裝時易于對中，墊片受力均勻，密封可靠，適用于易燃、易爆和有毒介質(zhì)的運用。只是由于墊片很窄，更換時較為困難。壓力容器法蘭 壓力容器法蘭標準為JB4701 4707-2000壓力容器法蘭。它包括法蘭、墊片及等長雙頭螺柱等8個標準。其中法蘭分三種：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭及長頸法蘭。其中長頸法蘭受力情況最好，甲型平焊法蘭受力最差，故長頸法蘭使用范圍最寬。甲型平焊法蘭一般采用鋼板制作

17、，由于其最大厚度有限，所以只能適用于低壓情況，為此只宜配用軟墊片，如石棉橡膠板，匹配螺柱、螺母材料可選用Q235-A。對于乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭，對PN1MPa的情況下，采用軟墊片所需螺栓載荷較小，因此配置螺柱材料為35鋼等；對PN1MPa的情況下，由于螺栓載荷逐步變成受操作壓力控制。壓緊墊片所需螺栓載荷相對為平衡內(nèi)壓軸向力所需的螺栓載荷為?。ㄓ绕湓诖笠?guī)格直徑螺栓規(guī)格時），因此采用不同墊片時，它們螺栓載荷相差不很大，標準中允許采用相同的螺柱配置并以要求較大螺栓載荷的墊片進行考慮，螺柱材料為40MnB或40Cr等，可供匹配墊片包括非金屬墊圈、纏繞墊和金屬包墊。壓力容器法蘭對于高應力和較大直徑

18、規(guī)格的法蘭，由于所需螺栓載荷很大，因此采用了高強度的螺柱材料，如40MnVB 和35CrMoA等，以保證法蘭有較緊湊的結構尺寸，受力合理。 法蘭的拼接焊縫須經(jīng)百分之百射線或超聲檢測。對長頸法蘭，當工作壓力大于或等于0.8倍本標準中規(guī)定的最大允許工作壓力時，法蘭與圓筒的對接焊縫必須進行100%射線或超聲檢測，檢測方法按JB4730。射線檢測II級合格，超聲波檢測I級合格。當法蘭所在容器圖樣對容器殼體的檢測要求未能滿足上述要求時，則該要求應在圖樣中標明。對甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭與圓筒或短節(jié)間的連接焊縫應進行磁粉或滲透檢測，檢測方法按JB4730，I級合格。容器法蘭墊片 容器法蘭墊片有非金屬軟墊

19、片（JB/T4704-2000）、纏繞墊片（JB/T4705-2000）、金屬包墊片（JB/T4706-2000）。纏繞墊分為四種形式：A型（基本型）不帶加強環(huán)，用于榫槽密封面；B型帶內(nèi)加強環(huán)，用于凹凸密封面；C型帶外加強環(huán)，用于平面密封面；D內(nèi)外均有加強環(huán)，用于光滑密封面 管法蘭國際管法蘭標準主要有兩個體系，即以德國DIN（包括原蘇聯(lián)）為代表的歐洲管法蘭體系和以美國ANSI管法蘭為代表的美洲管法蘭體系。除此之外，還有日本JIS管法蘭。標準HG20592-20635-97鋼制管法蘭、墊片、緊固件中HG20592-20614屬于歐洲體系，HG 2061520635-97屬于美洲體系。HG管法蘭（

20、歐洲體系）的公稱壓力等級按DIN標準，公稱壓力范圍：0.25 ，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0，6.3，10.0，16.0，25.0MPa 等10個壓力等級。公稱直徑范圍：102000mm。 法蘭型式有板式平焊、帶頸平焊、帶頸對焊、整體、承插焊、螺紋、對焊環(huán)松套、平焊環(huán)松套、法蘭蓋、襯里法蘭等10種。密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、環(huán)連接面、全平面等5種。人孔與手孔壓力容器檢查孔包括人孔與手孔，開設檢查孔的目的是為了檢查容器在使用過程中是否產(chǎn)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷。對壓力容器檢查孔的要求見容規(guī)不開設檢查孔壓力容器的條件。人孔和手孔均巳標準化，可根據(jù)設計需要和操作條件直接選用。選用時

21、應綜合考慮公稱壓力、公稱直徑、設計溫度以及人、手孔的結構和材料等諸方面的因素。 人、手孔的類型很多，選擇使用上有較大的靈活性。通?？梢愿鶕?jù)操作需要、壓力、重量大小、安裝位置以及開啟頻繁程度等方面確定人、手孔的類型。具體有以下考慮：（1）工作壓力較高時宜選用對焊法蘭人、手孔，反之多用平焊法蘭人、手孔（2）安裝位置較高，檢修不便的容器上宜選用回轉蓋或吊蓋型式的人、手孔；（3）若選擇吊蓋人孔時，當人孔筒節(jié)軸線水平安裝，應選垂直吊蓋人孔；當人孔筒節(jié)軸線垂直安裝，應選水平吊蓋人孔；（4）人、手孔需經(jīng)常打開時，可選用快開式的人、手孔結構。開孔與開孔補強 為了使壓力容器能正常操作，在筒體和封頭上常設置如進、出料口，壓力表、溫度計等接口及視鏡、液面計等附件。為了安全以及維修方便，因此，在容器上開孔是不可避免的，主要是要考慮開孔的位置，大小、連接結構和開孔補強問題。壓力容器開孔后，不但削弱器壁強度，而且，在開孔附近形成應力集中。 （1）應力集中系數(shù):容器的開孔集中程度是用應力集中系數(shù)K來表征的，“K”的定義是開孔處的最大應力值與開孔時最大薄膜應力之比。開孔接管處的應力集中系數(shù)主要受下列因素影響： 容器的形狀和應力狀態(tài)由于孔周