壓力容器基本知識(shí)課件

壓力容器基本知識(shí)山東特檢泰安分院2013.05壓力容器基本知識(shí)山東特檢泰安分院主要內(nèi)容1.壓力容器簡介2.壓力容器的工藝參數(shù)3.壓力容器的基本要求4.壓力容器的分類5.壓力容器常用的鋼材6.壓力容器的應(yīng)力及其對安全的影響主要內(nèi)容1.壓力容器簡介第一節(jié)壓力容器簡介壓力容器又稱受壓容器，是生產(chǎn)和人民生活中不可缺少的一種設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)和領(lǐng)域。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，壓力容器的使用越來越廣泛。壓力容器不僅數(shù)量多，增長速度快，而且結(jié)構(gòu)特殊，類型復(fù)雜，操作條件苛刻，發(fā)生事故的可能性較大。與其他生產(chǎn)裝置和設(shè)備不同，壓力容器發(fā)生事故時(shí)，不僅本身遭到破壞，往往還會(huì)誘發(fā)一系列惡性事故，會(huì)給國民經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)造成重大損失，因此它的安全問題就特別值得注意。我國和其他許多工業(yè)國家都設(shè)有專門的機(jī)構(gòu)，對壓力容器進(jìn)行安全管理和監(jiān)督檢查，并要求按規(guī)定的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和使用管理。作為壓力容器操作人員，正確使用和維護(hù)壓力容器，保證壓力容器安全運(yùn)行是應(yīng)盡的職責(zé)。為了幫助操作人員豐富理論知識(shí)和提高實(shí)際操作水平，本章將講解一些與壓力容器有關(guān)的基本知識(shí)。第一節(jié)壓力容器簡介壓力容器又稱受壓容器，是生產(chǎn)和人民生活中本節(jié)主要內(nèi)容1壓力2壓力容器的壓力源3壓力容器界限4壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用本節(jié)主要內(nèi)容1壓力1壓力1.1壓力的定義1.2大氣壓力1.3絕對壓力1.4絕對壓力、表壓力及大氣壓力之間的關(guān)系1壓力1.1壓力的定義

1.1壓力的定義壓力的單位是牛頓，用“N”表示，面積的單位是平方米，用“m2”表示，壓強(qiáng)的單位是帕斯卡，簡稱帕，用“Pa”表示。

1帕斯卡=1牛頓/平方米，即1Pa=1N/m2。從上述分析可知，壓力與壓強(qiáng)是兩個(gè)概念不同的物理量，但在壓力容器上或一般工程技術(shù)上，人們習(xí)慣于將壓強(qiáng)稱為壓力。因此，未加說明時(shí)，本書中以后所說的壓力實(shí)際上就是壓強(qiáng)。1.1壓力的定義

1.2大氣壓力大氣壓力。地球表面被一層很厚的大氣包裹著。大氣受地心的吸引產(chǎn)生重力，所以包圍在地球外面的大氣層對地球表面及其上的物體便產(chǎn)生了大氣壓力，即所謂大氣壓。大氣層越厚，密度越大，壓力就越大，反之壓力就越小。所以大氣壓力不是恒定不變的，高山上的大氣壓就比海平面上的小。工程上為了計(jì)算方便，把1千克力/厘米2（0.098MPa）的壓力稱為1個(gè)工程大氣壓，它與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之間的換算關(guān)系為：1工程大氣壓=0.968標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=735.6毫米汞柱如果以水柱高度來計(jì)算壓力時(shí)，其換算關(guān)系為：1千克力/米2（9.8Pa）=1毫米水柱1千克力/厘米2（0.098MPa）=10000毫米水柱=10米水柱1.2大氣壓力1.3絕對壓力絕對壓力（P絕）。容器內(nèi)介質(zhì)的實(shí)際壓力稱為絕對壓力，絕對壓力等于表壓力（又叫相對壓力）與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ?。表壓力與負(fù)壓力容器內(nèi)介質(zhì)（液體或或氣體）的壓力高于大氣壓時(shí)，介質(zhì)處于正壓狀態(tài)，如低于大氣壓時(shí)，則介質(zhì)處于負(fù)壓狀態(tài)。用各種壓力表測量容器介質(zhì)的壓力得到的壓力數(shù)值稱為表壓力或表壓（P表）。當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)的壓力等于大氣壓力時(shí)，壓力表的指針在零位，即表壓為零。當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)的壓力大于大氣壓時(shí)，壓力表的指針才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，表上才有讀數(shù)。此時(shí)壓力表的讀數(shù)就是容器內(nèi)介質(zhì)壓力超出大氣壓的部分，即表壓為正壓力。當(dāng)容器內(nèi)介質(zhì)的壓力低于外界大氣壓時(shí)，真空表的壓力值即為介質(zhì)的壓力低于大氣壓力的部分，表壓為負(fù)壓力或真空，簡稱負(fù)壓。1.3絕對壓力1.4絕對壓力、表壓力及大氣壓力三者之間的關(guān)系絕對壓力、表壓力及大氣壓力三者之間的關(guān)系為：P絕=P表+P大氣由上式可知，只有當(dāng)壓力表是負(fù)數(shù)時(shí)，絕對壓力才有可能小于大氣壓力，二出現(xiàn)負(fù)壓力P負(fù)。P負(fù)=P大氣-P絕人們通常所說的容器壓力或介質(zhì)壓力均指表壓力而言。1.4絕對壓力、表壓力及大氣壓力三者之間的關(guān)系2壓力容器的壓力源容器所盛裝的或在容器內(nèi)參加反應(yīng)的物質(zhì)被稱為工作介質(zhì)。常用壓力容器的工作介質(zhì)是各種壓縮氣體或蒸汽，所以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)生或增大來自容器內(nèi)或容器外兩類。2壓力容器的壓力源容器所盛裝的或在容器內(nèi)參加反應(yīng)的物質(zhì)被稱2.1容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器外容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器外時(shí)，其壓力源一般是氣體壓縮機(jī)或蒸汽鍋爐。其中，氣體壓縮機(jī)主要有容積型（活塞式、螺桿式、轉(zhuǎn)子式、滑片式等）和速度型（離心式、軸流式、淚流式等）兩類。容積型氣體壓縮機(jī)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(jī)則是通過增加氣體的流速，是氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)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(dá)到的最高壓力為壓縮機(jī)出口的氣體壓力（氣體在容器內(nèi)溫度大幅度升高或發(fā)生其他物理化學(xué)變化時(shí)壓力升高的情況除外）。2.1容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器外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)生水蒸氣的一種設(shè)備。在相同壓力下水蒸氣的體積是飽和水的1000多倍，汽包（或鍋筒）的體積有限，隨著水不斷受熱蒸發(fā)，蒸汽密度不斷增加，壓力也隨之增大。所以工作介質(zhì)為水蒸氣的壓力容器，其可能達(dá)到的最高壓力為鍋爐出口處的蒸汽壓力。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)生水蒸氣的一2.2容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)時(shí)，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(xué)反應(yīng)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，一般是由于液態(tài)或液態(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(xué)反應(yīng)等）。蒸發(fā)或分解的氣體，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，因而在容器內(nèi)產(chǎn)生壓力或使原有的氣體壓力增加。由于氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱而產(chǎn)生或顯著增加壓力的情況一般是少見的，只有特殊原因，氣體在容器內(nèi)吸收了大量的熱量，溫度大幅升高時(shí)壓力顯著增加的情況才會(huì)發(fā)生，有時(shí)還會(huì)因此而發(fā)生容器超壓爆炸事故。2.2容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)由于介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反應(yīng)而壓力升高的例子較多，例如用碳化鈣加水經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成乙炔氣體，體積大為增加，在密閉的容器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較高的壓力。又如電解水制取氫和氧的反應(yīng)，因?yàn)?立方米的水可以分解成1240立方米的氫氣和620立方米的氧氣，體積約增大2000倍，在密閉的容器內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生很高的壓力。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(xiǎn)性較大，對壓力控制的要求也更嚴(yán)格。由于介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反應(yīng)而壓力升高的例子較多，3壓力容器界限壓力容器定義的所謂容器，通常的說法是由曲面構(gòu)成用于盛裝物料的空間，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(shè)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均被稱為壓力容器，或者被稱為受壓容器。本書討論的壓力容器，主要是指那些容易發(fā)生事故，而且事故的危害性較大，須由專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)督，并按規(guī)定的技術(shù)管理規(guī)范進(jìn)行制造和使用的壓力容器。即按特殊設(shè)備對待的壓力容器。3壓力容器界限壓力容器定義的所謂容器，通常的說法是由曲面3.1劃分壓力容器界限應(yīng)考慮的因素劃分壓力容器的界限應(yīng)考慮的因素主要有事故發(fā)生的可能性與事故危害性的大小兩個(gè)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(shí)，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(guān)，工作介質(zhì)是液體的壓力容器，由于液體的壓縮性極小，因此在容器爆炸時(shí)其膨脹功，即所釋放的能量很小，危害性也小。而工作介質(zhì)是氣體的壓力容器，因氣體具有很大的壓縮性，容器爆炸時(shí)的膨脹功，即瞬時(shí)所釋放的能量很大，危害性也就大。3.1劃分壓力容器界限應(yīng)考慮的因素劃分壓力容器的界限，除了考慮工作介質(zhì)的狀態(tài)外，還應(yīng)考慮容器的工作壓力和容積這兩個(gè)因素。一般說來，工作壓力越高，容積越大，容器儲(chǔ)存的能量越大，爆炸時(shí)釋放出來的能量也越大，所以事故的危害性也就大。但壓力和容積的劃分不像工作介質(zhì)那樣有一個(gè)比較明確的界限，都是人為地規(guī)定一個(gè)比較合適的下限值，如工作壓力的下限值規(guī)定為1個(gè)大氣壓（0.098MPa，表壓）。至于壓力容器的容積下限值應(yīng)如何規(guī)定才合適卻很難說，所以有些國家不是單獨(dú)規(guī)定容積的下限值，而是以容器的工作壓力和容積的乘積達(dá)到某一規(guī)定數(shù)值作為下限條件。劃分壓力容器的界限，除了考慮工作介質(zhì)的狀態(tài)外，還應(yīng)考慮容器的3.2我國壓力容器的界限范圍國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒發(fā)的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定同時(shí)具備下列三個(gè)條件的容器作為特殊設(shè)備來管理：（1）最高工作壓力（Pw）大于等于0.1MPa（不包括液體靜壓力，下同）；（2）內(nèi)直徑大于等于0.15m，且容積（V）大于等于0.025m3；（3）介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（指在1個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)）的液體。3.2我國壓力容器的界限范圍《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》中壓力容器的定義為：壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5的氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的固定式容器和移動(dòng)式容器；盛裝公稱工作壓力大于或者等于1.0的氣體、液化氣體和標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)等于或者低于60℃液體的氣瓶；氧艙等?！短胤N設(shè)備安全監(jiān)察條例》中壓力容器的定義為：壓力容器，是指盛2009年8月31日由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局批準(zhǔn)頒布的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對我國壓力容器的界限范圍做了明確劃分。《固容規(guī)》適用于同時(shí)具備下列條件的壓力容器：（1）工作壓力大于或者等于0.1MPa（注1）；（2）工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5（注2）；（3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于或者等于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體（注3）。2009年8月31日由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)注1：工作壓力，是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達(dá)到的最高壓力（表壓力）。注2：容積，是指壓力容器的幾何容積，即由設(shè)計(jì)圖樣標(biāo)注的尺寸計(jì)算（不考慮制造公差）并且圓整。一般應(yīng)當(dāng)扣除永久連接在壓力容器內(nèi)部的內(nèi)件的體積。注3：容器內(nèi)介質(zhì)為最高工作溫度低于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體時(shí)，如果氣相空間的容積與工作壓力的乘積大于或者等于2.5時(shí)，也屬于本規(guī)程的使用范圍。注1：工作壓力，是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達(dá)到其中，超高壓容器應(yīng)當(dāng)符合《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，非金屬壓力容器應(yīng)當(dāng)符合《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，簡單壓力容器應(yīng)當(dāng)符合《簡單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定。其中，超高壓容器應(yīng)當(dāng)符合《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定4壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用壓力容器在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，如化學(xué)工業(yè)、石油化工、煉油、制藥、炸藥、化肥、食品工業(yè)、水泥、冶金、涂料、合成樹脂、合成橡膠、塑料、合成纖維、造紙、深海探測器、潛水艙、火力發(fā)電站、航空、深冷、運(yùn)輸貯罐、原子能發(fā)電等等。就當(dāng)前來說，以石油化學(xué)工業(yè)應(yīng)用的最為普遍。石油化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性大，產(chǎn)品品種多，與生產(chǎn)、人民生活及國防密切相關(guān)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。在石油化工企業(yè)中，壓力容器可以作為一種簡單的盛裝容器，用以貯存有壓力的氣體、蒸汽或液化氣體，如液氮貯罐、氫氣、氯氣貯罐4壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用壓力容器在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用等，這類容器內(nèi)部一般沒有其他的工藝裝置，可以單獨(dú)構(gòu)成一臺(tái)設(shè)備，或者作為其他裝置的一個(gè)獨(dú)立部件；壓力容器也可以作為其他石油化工設(shè)備的外殼，為各種化工單元操作（如化學(xué)反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、分離、蒸餾等）提供必要的壓力空間，并將該空間與外界大氣隔離，此時(shí)壓力容器不能作為一臺(tái)獨(dú)立設(shè)備存在，其內(nèi)部必須裝入某些工藝裝置（俗稱內(nèi)件）才能構(gòu)成一臺(tái)完整的設(shè)備，如氨合成塔、尿素合成塔、廢熱鍋爐、二氧化碳吸收塔、氮分離器等。壓力容器除了用于工業(yè)生產(chǎn)外，還用于基本建設(shè)、醫(yī)療衛(wèi)生、地址勘探、文教體育等國民經(jīng)濟(jì)各部門。等，這類容器內(nèi)部一般沒有其他的工藝裝置，可以單獨(dú)構(gòu)成一臺(tái)設(shè)備第二節(jié)壓力容器的工藝參數(shù)壓力容器的工藝參數(shù)是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求確定的，是進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)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、溫度和介質(zhì)。2.1壓力2.2溫度2.3介質(zhì)第二節(jié)壓力容器的工藝參數(shù)壓力容器的工藝參數(shù)是根據(jù)生產(chǎn)工藝的2.1壓力在各種壓力容器的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中，經(jīng)常出現(xiàn)工作壓力、最高允許工作壓力和設(shè)計(jì)壓力等概念，現(xiàn)依據(jù)GB150.1-2011《壓力容器》將其定義分述如下：1.工作壓力：在正常工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。2.最高允許工作壓力：在指定的相應(yīng)溫度下，容器頂部所允許承受的最大壓力。該壓力是根據(jù)容器各受壓元件的有效厚度，考慮了該元件承受的所有載荷而計(jì)算得到的，且取最小值。3.設(shè)計(jì)壓力：設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為容器的基本設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。4.試驗(yàn)壓力：進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或泄漏試驗(yàn)時(shí)，容器頂部的壓力。2.1壓力常溫儲(chǔ)存液化氣體壓力容器的設(shè)計(jì)壓力常溫儲(chǔ)存液化氣體壓力容器的設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)當(dāng)以規(guī)定溫度下的工作壓力為基礎(chǔ)確定：（1）常溫儲(chǔ)存液化氣體壓力容器規(guī)定溫度下的工作壓力按照表3-4確定：常溫儲(chǔ)存液化氣體壓力容器的設(shè)計(jì)壓力(2)常溫儲(chǔ)存液化石油氣壓力容器規(guī)定溫度下的工作壓力，按照不低于50℃時(shí)混合液化石油氣組分的實(shí)際飽和蒸氣壓來確定，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)圖樣上注明限定的組分和對應(yīng)的壓力；若無實(shí)際組分?jǐn)?shù)據(jù)或者不做組分分析，其規(guī)定溫度下的工作壓力不得低于表3-5的規(guī)定。(2)常溫儲(chǔ)存液化石油氣壓力容器規(guī)定溫度下的工作壓依據(jù)GB150《壓力容器》，設(shè)計(jì)壓力的值不低于工作壓力。確定設(shè)計(jì)壓力或計(jì)算壓力時(shí)，應(yīng)考慮：a)容器上裝有超壓泄放裝置時(shí)，應(yīng)按附錄B的規(guī)定確定設(shè)計(jì)壓力；b)對于盛裝液化氣體的容器，如果具有可靠地保冷設(shè)施，在規(guī)定的裝量系數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下容器介質(zhì)可能達(dá)到的最高溫度確定；否則按相關(guān)法規(guī)確定；c)確定真空容器的殼體厚度時(shí)，設(shè)計(jì)壓力按承受外壓考慮；當(dāng)裝有安全控制裝置（如真空泄放閥）時(shí)，設(shè)計(jì)壓力取1.25倍最大內(nèi)外壓力差或0.1MPa兩者中的低值；當(dāng)無安全控制裝置時(shí)，取0.1MPa；d)由2個(gè)或2個(gè)以上壓力室組成的容器，如夾套容器，應(yīng)分別確定各壓力室的設(shè)計(jì)壓力。依據(jù)GB150《壓力容器》，設(shè)計(jì)壓力的值不低于工作壓力。確定2.2溫度設(shè)計(jì)溫度：壓力容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。設(shè)計(jì)常溫儲(chǔ)存壓力容器時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮在正常工作狀態(tài)下大氣環(huán)境溫度條件對容器殼體金屬溫度的影響，其最低設(shè)計(jì)金屬溫度不得高于歷年來月平均最低氣溫（是指當(dāng)月各天的最低氣溫值相加后除以當(dāng)月的天數(shù)）的最低值。試驗(yàn)溫度：進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或泄漏試驗(yàn)時(shí)，容器殼體的金屬溫度。有關(guān)規(guī)程或規(guī)范規(guī)定，對容器的使用溫度或金屬壁溫要進(jìn)行控制，以免容器超溫運(yùn)行。2.2溫度GB150《壓力容器》提出了如下幾種確定設(shè)計(jì)溫度的方法：a)設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度。對于0℃以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。b)容器各部分在工作狀態(tài)下的金屬溫度不同時(shí)，可分別設(shè)定每部分的設(shè)計(jì)溫度。c)元件的金屬溫度通過以下方法確定：1)傳熱計(jì)算求得；2)在已使用的同類容器上測定；3)根據(jù)容器內(nèi)部介質(zhì)溫度并結(jié)合外部條件確定。d)在確定最低設(shè)計(jì)金屬溫度時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮在運(yùn)行過程中，大氣環(huán)境低溫條件對容器殼體金屬溫度的影響。大氣環(huán)境低溫條件系指歷年來月平均最低氣溫（指當(dāng)月各天的最低氣溫值之和除以當(dāng)月天數(shù)）的最低值。GB150《壓力容器》提出了如下幾種確定設(shè)計(jì)溫度的方法：2.3介質(zhì)介質(zhì)是指壓力容器內(nèi)盛裝的物料，由液態(tài)、氣態(tài)或氣液混合態(tài)。壓力容器的安全性與其內(nèi)部盛裝的介質(zhì)密切相關(guān)，介性質(zhì)不同，對容器的材料、制造和使用的要求也不同，介質(zhì)有易燃、易爆、腐蝕性和毒性的容器，在使用維護(hù)中應(yīng)特別注意。（1）介質(zhì)分組壓力容器的介質(zhì)分為以下兩組：第一組介質(zhì)，毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。第二組介質(zhì)，除第一組以外的介質(zhì)。2.3介質(zhì)（2）介質(zhì)危害性介質(zhì)危害性指壓力容器在生產(chǎn)過程中因事故致使介質(zhì)與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄漏引起職業(yè)性慢性危害的嚴(yán)重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示。①毒性程度綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業(yè)性慢性危害等因素，極度危害最高容許濃度小于0.1mg/m3；高度危害最高容許濃度0.1mg/m3~1.0mg/m3；中毒危害最高容許濃度1.0mg/m3~10.0mg/m3；輕度危害最高容許濃度大于10.0mg/m3。②易燃介質(zhì)指與空氣混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限與下限之差值大于等于20%的氣體，如氫、甲烷、乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)丙烷、乙烯、丙烯。（2）介質(zhì)危害性③易爆介質(zhì)指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質(zhì)。④介質(zhì)毒性危害程度和爆炸危險(xiǎn)程度的確定按照HG20660-2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危害程度分類》確定。HG20660沒有規(guī)定的，由壓力容器設(shè)計(jì)單位參照GB5044-85《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》的原則，決定介質(zhì)組別。③易爆介質(zhì)（3）壓力容器中的介質(zhì)為混合物質(zhì)時(shí)應(yīng)以介質(zhì)的組成并按毒性程度和易燃介質(zhì)的劃分原則，由設(shè)計(jì)單位的工藝設(shè)計(jì)或使用單位的生產(chǎn)技術(shù)部分，決定介質(zhì)毒性程度或是否屬于易燃介質(zhì)。（4）腐蝕介質(zhì)硝酸、硫酸、鹽酸、環(huán)烷酸、強(qiáng)堿等具有強(qiáng)腐蝕性，介質(zhì)的腐蝕性很復(fù)雜，介質(zhì)的種類和性質(zhì)不同，加上工藝條件不同，介質(zhì)的腐蝕性也不同。（3）壓力容器中的介質(zhì)為混合物質(zhì)時(shí)應(yīng)以介質(zhì)的組成并按毒性程第三節(jié)壓力容器的基本要求壓力容器必須具備工藝要求的特定使用性能，安全可靠；制造安裝簡單；結(jié)構(gòu)先進(jìn)，維修方便和經(jīng)濟(jì)合理等方面的特點(diǎn)。壓力容器的設(shè)計(jì)必須滿足以下要求：1.強(qiáng)度：指容器在確定的壓力或其他外部載荷作用下抵抗破裂或過量變形的能力。2.剛度：指容器抵抗彈性變形過大而造成失效的能力。3.穩(wěn)定性：指容器抵抗外部載荷引起的形狀改變的能力。4.耐久性：指容器具有足夠的使用壽命，容器維護(hù)得好，使用壽命可以比設(shè)計(jì)壽命長得多。5.密封性：指容器連接處保持介質(zhì)不泄露的能力。第三節(jié)壓力容器的基本要求壓力容器必須具備工藝要求的特定使用第四節(jié)壓力容器的分類壓力容器的型式繁多。壓力容器可有許多分類方法，常用的有以下幾種：4.1按壓力等級劃分壓力容器的設(shè)計(jì)壓力(p)劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個(gè)壓力等級：①低壓（代號(hào)L），0.1MPa≤p＜1.6MPa；②中壓（代號(hào)M），1.6MPa≤p＜10.0MPa；③高壓（代號(hào)H），10.0MPa≤p＜100.0MPa；④超高壓（代號(hào)U），p≥100.0MPa。第四節(jié)壓力容器的分類壓力容器的型式繁多。壓力容器可有許多分4.2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）容器和外壓容器（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(shè)計(jì)原理上，內(nèi)壓容器的壁厚是根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算確定的，而外壓容器的設(shè)計(jì)則主要考慮穩(wěn)定性問題。其次，反映在安全上，外壓容器一般較內(nèi)壓容器安全。4.3按設(shè)計(jì)溫度分類按設(shè)計(jì)溫度（t）的高低，壓力容器可以分為低溫容器（t≤-20℃），常溫容器（-20℃＜t＜450℃）和高溫容器（t≥450℃）。4.2按殼體承壓方式分類4.4從安裝方式分類按安裝方式分類，壓力容器可分為固定式容器和移動(dòng)式容器兩大類：①固定式容器。系指有固定的安裝和使用地點(diǎn)，工藝條件和使用操作人員也比較固定。一般不是單獨(dú)裝設(shè)，而是用管道與其他設(shè)備相連接的容器。如合成塔、蒸球、管殼式余熱鍋爐、熱交換器、分離器等。②移動(dòng)式容器。系指一種貯裝容器，如氣瓶、汽車槽車、鐵路槽車等。其主要用途是裝運(yùn)由壓力的氣體。這類容器無固定使用地點(diǎn)，一般也沒有專職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變遷，管理比較復(fù)雜，較易發(fā)生事故。4.4從安裝方式分類4.5按生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類壓力容器可以分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分類壓力容器、儲(chǔ)存壓力容器。具體劃分如下：①反應(yīng)壓力容器（代號(hào)R），主要是用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的壓力容器，例如各種反應(yīng)器、反應(yīng)釜、聚合釜、合成塔、變換爐、煤氣發(fā)生爐等；②換熱壓力容器（代號(hào)E），主要是用于完成介質(zhì)的熱量交換的壓力容器，例如各種熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等；③分離壓力容器（代號(hào)S），主要是用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分類的壓力容器，例如各種分離器、過濾器、集油器、洗滌器、吸收塔、銅洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等；④儲(chǔ)存壓力容器（代號(hào)C，其中球罐代號(hào)B），主要是用于儲(chǔ)存或者盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)的壓力容器，例如各種型式的儲(chǔ)罐。4.5按生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類4.6《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對壓力容器的分類根據(jù)危險(xiǎn)程度，《固容規(guī)》將壓力容器劃分為三類：第一類壓力容器、第二類壓力容器、第三類壓力容器。具體的類別劃分方法見《固容規(guī)》附件A。4.6《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對壓力容器的分類壓力容器基本知識(shí)ppt課件壓力容器基本知識(shí)ppt課件壓力容器基本知識(shí)ppt課件4.7其他分類方法（1）按容器的壁厚分：有薄壁容器（壁厚不大于容器內(nèi)徑的1/10）和厚壁容器之分。（2）按殼體的幾何形狀分：有球形容器、圓筒形容器、異形容器之分。（3）按制造方法分：有焊接、鍛造容器、機(jī)加工容器之分。（4）按結(jié)構(gòu)材料分：有鋼結(jié)構(gòu)容器、鑄鐵容器、有色金屬容器和非金屬容器之分。（5）按容器的安放形式分：有立式容器、臥式容器等之分。4.7其他分類方法第五節(jié)壓力容器常用的鋼材制造壓力容器的材料種類較多，有金屬材料和非金屬材料，黑色金屬和有色金屬等，但目前絕大多數(shù)的壓力容器是鋼制的。壓力容器是在承壓狀態(tài)下工作的，有些同時(shí)還要承受高溫或腐蝕介質(zhì)的作用，因此工作條件較差，易產(chǎn)生變形、腐蝕和疲勞等損壞，此外，在制造壓力容器時(shí)，為了獲得所需的幾何形狀，鋼材還需彎卷、沖壓、焊接等冷熱成形加工，可能產(chǎn)生加工殘余應(yīng)力及缺陷。由于這些原因，壓力容器比其他一般的機(jī)械設(shè)備容易損壞。為了保證壓力容器安全運(yùn)行，正確選用鋼材是一個(gè)重要的因素。第五節(jié)壓力容器常用的鋼材制造壓力容器的材料種類較多，有金屬5.1對選用鋼材的要求用來制造壓力容器的鋼材應(yīng)能適應(yīng)容器的操作條件（如溫度、壓力、介質(zhì)特性等），并有利于容器的加工制造和質(zhì)量保證。具體選用時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)考慮鋼材的力學(xué)性能、化學(xué)性能、物理性能和工藝性能。5.1對選用鋼材的要求1.力學(xué)性能。壓力容器的鋼材主要強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)度、塑性、韌性和硬度四個(gè)性能指標(biāo)。（1）強(qiáng)度。強(qiáng)度是材料承受外力和內(nèi)力作用而不被破壞的能力，對于壓力容器用鋼材的強(qiáng)度，以常溫及工作溫度下的抗拉強(qiáng)度和屈服極限表示其短時(shí)強(qiáng)度性能，而以蠕變極限和持久強(qiáng)度來表示其長時(shí)高溫強(qiáng)度性能。當(dāng)壓力容器在室溫和低于250℃下工作時(shí)，鋼材的短時(shí)強(qiáng)度以室溫下的抗拉強(qiáng)度和屈服極限來控制，當(dāng)壓力容器的工作溫度超過250℃時(shí)，則鋼材的短時(shí)強(qiáng)度以設(shè)計(jì)溫度下的抗拉強(qiáng)度和屈服極限來控制，當(dāng)壓力容器的工作溫度（或設(shè)計(jì)溫度）超過某一界限，在高溫下長期工作時(shí)，必須考慮鋼材的高溫持久強(qiáng)度和蠕變極限。1.力學(xué)性能。壓力容器的鋼材主要強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)度、塑性、韌性和硬度上述強(qiáng)度參數(shù)都是通過試驗(yàn)得出的，其含義分別解釋于下：①抗拉強(qiáng)度定義為，鋼材試樣在拉伸試驗(yàn)中，拉斷前所能承受的最大應(yīng)力。②屈服極限（又稱屈服強(qiáng)度）定義為，試樣在拉伸過程中，拉力不增加（甚至有所下降），還繼續(xù)顯著變形時(shí)的最小應(yīng)力（有些鋼材在拉伸試樣時(shí)，無明顯臨界屈服點(diǎn)，則規(guī)定其發(fā)生0.2%殘余伸長的應(yīng)力為“條件屈服極限”，以“ReL或Rp0.2”表示）。上述強(qiáng)度參數(shù)都是通過試驗(yàn)得出的，其含義分別解釋于下：③蠕變極限，首先應(yīng)知道何謂蠕變，常溫條件下金屬受外力作用時(shí)，如應(yīng)力小于屈服極限，僅會(huì)發(fā)生彈性變形（外力消除能恢復(fù)原狀的變形），如應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，除發(fā)生彈性變形外金屬還會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形（外力消除后不能恢復(fù)原狀），這些變形值只要受力不變就一直保持下去，不隨時(shí)間而改變。但在高溫條件下則不然，金屬材料即使受到小于屈服極限的應(yīng)力，也會(huì)隨著時(shí)間的增長而緩慢地產(chǎn)生蠕變極限，系指在一定溫度和恒定拉力負(fù)荷下，試樣在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)的蠕變變形量或蠕變速度不超過某規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力。③蠕變極限，首先應(yīng)知道何謂蠕變，常溫條件下金屬受外力作用時(shí)④持久強(qiáng)度，對于壓力容器來講，失效的形式主要是破壞而不是變形，所以要有一個(gè)能更好地反映高溫元件失效特點(diǎn)的強(qiáng)度指標(biāo)—持久強(qiáng)度，試樣在給定溫度下，經(jīng)過規(guī)定時(shí)間發(fā)生斷裂的應(yīng)力。在GB150《壓力容器》中用10萬hRD表示某溫度下10萬小時(shí)斷裂持久強(qiáng)度。④持久強(qiáng)度，對于壓力容器來講，失效的形式主要是破壞而不是變（2）塑性。系指金屬材料發(fā)生塑性變形的性能。壓力容器在制造過程中藥經(jīng)受彎卷、沖壓等成形加工，要求用于制造壓力容器的鋼材具有較好的塑性。以防止壓力容器在使用過程中因意外超載而導(dǎo)致破壞，以便與加工。這是因?yàn)樗苄院玫匿摬脑谄茐囊郧耙话愣紩?huì)產(chǎn)生較明顯的塑性變形，不但易于發(fā)現(xiàn)，且可松弛局部應(yīng)力而避免斷裂。塑性指標(biāo)包括伸長率和斷面收縮率，可通過制備拉伸試驗(yàn)試樣，按材料拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)得出。（2）塑性。系指金屬材料發(fā)生塑性變形的性能。壓力容器在制造過（3）韌性。為了防止或減少壓力容器發(fā)生脆性破壞（在較低的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生無顯著塑性變形的破壞），要求壓力容器用鋼材在使用溫度下有較好的韌性。表征材料韌性的性能指標(biāo)有沖擊功和斷裂韌性兩種。材料標(biāo)準(zhǔn)中一般給出了沖擊功指標(biāo)的要求，而斷裂韌性指標(biāo)則較少被提出要求，除非容器對材料斷裂性能要求特別嚴(yán)格。另外，當(dāng)對含缺陷壓力容器進(jìn)行安全評定時(shí)，往往用到斷裂韌性指標(biāo)。（3）韌性。為了防止或減少壓力容器發(fā)生脆性破壞（在較低的應(yīng)力（4）硬度。表示材料抵抗局部變形的能力，一般情況下材料的硬度與強(qiáng)度呈一定的正比關(guān)系，硬度高的材料對裂紋和裂紋擴(kuò)展的敏感性較強(qiáng)，故壓力容器不宜采用硬度太高的材料。（4）硬度。表示材料抵抗局部變形的能力，一般情況下材料的硬度2.化學(xué)性能。壓力容器用鋼材的化學(xué)性能主要強(qiáng)調(diào)其耐腐蝕性和抗氧化性兩個(gè)性能指標(biāo)。（1）耐腐蝕性。指材料在使用條件下抵抗工作介質(zhì)腐蝕的能力。壓力容器在使用過程中接觸腐蝕性介質(zhì)時(shí)會(huì)受到腐蝕，其用鋼要求具有良好的耐蝕性。金屬的耐蝕性通常按腐蝕速率（毫米/年）評定。有關(guān)各種腐蝕性介質(zhì)對常用材料的腐蝕速率可查閱防腐手冊。（2）抗氧化性。指金屬材料在高溫時(shí)抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性。熱力設(shè)備中的高溫部件，如鍋爐的過熱器、水冷壁管、汽輪機(jī)的汽缸、葉片等，易產(chǎn)生氧化腐蝕。一般用作過熱器管等材料的抗氧化腐蝕速度指標(biāo)控制在簇0.lmm/a。2.化學(xué)性能。壓力容器用鋼材的化學(xué)性能主要強(qiáng)調(diào)其耐腐蝕性和抗3.物理性能。壓力容器用鋼材的物理性能主要強(qiáng)調(diào)其比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、磁性等性能指標(biāo)。4.工藝性能。壓力容器大多數(shù)是用鋼板滾卷或沖壓后焊接制成的，所以要求壓力容器用鋼要具有良好的工藝性能，即具有冷塑性變形能力和焊接性能。前者可以通過控制塑性指標(biāo)得到保證，而焊接性是取決于鋼材的含碳量（對碳鋼）或碳當(dāng)量（對合金鋼）。焊接性是指鋼材在規(guī)定的焊接工藝條件下，能否得到質(zhì)量優(yōu)良的焊接接頭的性能，在焊接中或焊接后易發(fā)生裂紋的鋼材焊接性差，為了保證焊接質(zhì)量，壓力容器用鋼需選用不3.物理性能。壓力容器用鋼材的物理性能主要強(qiáng)調(diào)其比重、熔點(diǎn)、易發(fā)生裂紋、焊接性好的鋼材，碳鋼和普通低合金鋼其含碳量分別小于0.3%和0.25%時(shí)，一般都具有良好的焊接性。對合金鋼特別是高強(qiáng)度合金鋼，由于加入了較多的合金元素，其焊接性與含碳量和合金元素的含量有關(guān)，目前常用碳當(dāng)量Ccq（將鋼中的碳含量與合金元素含量折算成相當(dāng)?shù)奶己康目偤停┳鳛樵u價(jià)指標(biāo)。一般認(rèn)為，碳當(dāng)量不超過0.45%的合金鋼具有良好的焊接性。易發(fā)生裂紋、焊接性好的鋼材，碳鋼和普通低合金鋼其含碳量分別小為了保證壓力容器安全運(yùn)行，TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對壓力容器材料的選用做了明確的規(guī)定，在選用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵照執(zhí)行。為了保證壓力容器安全運(yùn)行，TSGR0004-2009《固定5.2壓力容器常用鋼材及其使用范圍1.碳鋼。碳鋼也叫碳素鋼，指含碳量Wc小于2.11%的鐵碳合金。依據(jù)含碳量的不同，碳鋼可以分為低碳鋼（含碳量≤0.25%）、中碳鋼（含碳量＞0.25%～0.60%）、高碳鋼（含碳量＞0.60%）。其中，低碳鋼具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和塑性，工藝性能良好，價(jià)格低廉，因而被廣泛用來制造一般的中、低壓容器。低碳鋼的焊接性能良好，對焊接熱輸入量一般沒有嚴(yán)格的限制。具有良好的抗熱裂紋能力，但隨著強(qiáng)度級別的增高，壁厚的增大，具有一定的冷裂紋傾向。一般情況下不必采取特殊的工藝措施。但對于厚度超過20mm的工件，或環(huán)境溫度較低（0℃以下）的情況下，需要預(yù)熱。低碳鋼常用的焊接工藝有焊條電弧焊，氬弧焊或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。常用的低碳鋼由Q235系列鋼板、Q245R等。5.2壓力容器常用鋼材及其使用范圍2.普通低合金鋼。普通低合金鋼添加少量合金元素既成，其機(jī)械性能和工藝性能都較好。制造壓力容器常用的普通低合金鋼是Q345R（Q345R比Q235鋼多含約1%的錳，但強(qiáng)度卻高得多），用這種鋼板制造的容器壁一般碳鋼減輕重量約30%~40%，使用溫度為-20~475℃。Q345R鋼是屈服強(qiáng)度為340MPa級的壓力容器專用板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。磷、硫含量略低于低合金高強(qiáng)度鋼板Q345(16Mn)鋼，除抗拉強(qiáng)度、延伸率要求比Q345(16Mn)鋼有所提高外，還要求保證沖擊韌性。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。2.普通低合金鋼。普通低合金鋼添加少量合金元素既成，其機(jī)械性3.特殊條件下使用的容器用鋼（1）低溫（＜-20℃）容器用鋼要求在最低使用溫度下仍具有較好的韌性，以防止容器在運(yùn)行中產(chǎn)生脆性破裂。深冷容器常采用高合金鋼制造，如0Cr18Ni9（新牌號(hào)為06Cr19Ni10，統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)為S30408）、0Cr18Ni9Ti（新牌號(hào)為06Cr18Ni11Ti，統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)為S32168），其使用溫度下限為-196℃。一般低溫容器常用錳鋼及錳釩鋼制造，如16MnDR、09Mn2VDR等，其下限使用溫度分別為-40℃和-70℃。Q345R鋼板用于低溫時(shí)，需要做低溫沖擊試驗(yàn)，如能保證鋼板在-40℃下的沖擊值ak≥34.3J/cm2，則可用到-40℃以上，此時(shí)可寫成16MnDR。3.特殊條件下使用的容器用鋼（2）高溫容器用鋼，使用溫度在400~500℃范圍內(nèi)的容器，一般可選用錳釩鋼、錳鉬鋼等低合金鋼，如15MnVR、14MnMoVg等；使用溫度為500~600℃時(shí)，可選用鉻鉬低合金鋼，如15CrMo、12Cr2Mo1等；使用溫度為600~700℃時(shí)，則可選用鎳鉻高合金鋼，如06Cr19Ni10、06Cr18Ni11Ti等。（2）高溫容器用鋼，使用溫度在400~500℃范圍內(nèi)的容器，（3）抗氫腐蝕用鋼，根據(jù)國內(nèi)外的使用經(jīng)驗(yàn)，工作壓力為300大氣壓、介質(zhì)含氫的壓力容器，可以根據(jù)不同的使用溫度選用下列一些鋼材，低于200℃時(shí)可用優(yōu)質(zhì)碳鋼，如10號(hào)鋼；低于350℃時(shí)可用低合金鋼，如15Mo、30Mo；低于450℃時(shí)可用鉻鉬鋁合金鋼，如Cr6Mo。在更高溫度下使用時(shí)，可選用含釩量0.5%的鉻鉬合金鋼。壓力容器常用的鋼種很多，上面所列舉的鋼種僅是其中用得最多的一部分。（3）抗氫腐蝕用鋼，根據(jù)國內(nèi)外的使用經(jīng)驗(yàn)，工作壓力為300大第六節(jié)壓力容器的應(yīng)力及其對安全的影響壓力容器在運(yùn)行過程中，可能承受著各種形式的載荷。其中比較常見的是壓力載荷、重力載荷、溫度載荷、風(fēng)載荷和地震載荷等。這些載荷都會(huì)使容器器壁產(chǎn)生整體的或局部的變形，并相應(yīng)的產(chǎn)生各種應(yīng)力。6.1各種載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力（1）由壓力而產(chǎn)生的應(yīng)力。壓力是壓力容器最主要的載荷，受內(nèi)壓的容器，由于殼體在壓力作用下要向外擴(kuò)張，所以在器壁上總是要產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，這一應(yīng)