壓力容器安全運行與管理1

第一節(jié)壓力的一般概念

二、壓力和壓力的單位

1、壓力

均勻垂直作用在表面上的力稱為壓力，均勻垂直作用在物體表面單位面積的

壓力稱為壓強。在工程技術(shù)與日常生活中，常把壓強稱為壓力，并用符號“P”

表示。

2、壓力的單位

壓力的單位是牛頓/米2（N/m2）,即表示將IN的力均勻垂直地作用在1IT?

的面上所產(chǎn)生的壓力，又稱為帕斯卡（Pa）,簡稱帕。

1帕=1牛頓/米2,或?qū)懽鳎簂Pa=lN/m2o

由于“帕”這個單位太小，因而常用“兆帕”（MPa）作為壓力的基本單位。

即：lMPa=l（）6pa。

2

工程上，過去習(xí)慣用的壓力單位是千克力/厘米2（kgf7cm）0壓力的工程單

位與法定計量單位之間的換算關(guān)系為：

1MPa=10.2kgf/cm2,或1kgf7cm2=O.O98MPa

壓力單位的換算詳見表l-lo

三、表壓力和絕對壓力

表壓力是指壓力表上直接指示的壓力值，而壓力表上所指示的壓力值又是指

容器內(nèi)的壓力與容器周圍大氣壓力的差值，這個壓力值稱為“表壓力”，用符號

“P表”表示，一般常簡寫為“p"。"P/'只是表明容器內(nèi)部的壓力比容器周

圍的大氣壓力大多少，所以是一個相對值。壓力容器的設(shè)計壓力、最高工作壓力、

最大允許工作壓力及計算容器強度時所用的壓力都是指表壓力。

四、氣體壓力的形成

在容器中，運動著的氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生沖擊力。雖然每一個分子碰撞器

壁是簡斷的，方向與沖擊力也不一定相同，但由于無數(shù)分子無規(guī)則運動的結(jié)果，

使各個方向的碰撞機會相等，由此產(chǎn)生一個持續(xù)而穩(wěn)定的作用力，而且總的作用

力總是垂直地作用與器壁。這樣便形成了氣體壓力。由此可知，氣體壓力不僅僅

是作用于容器的底部，而是作用與整個器壁上。

五、壓力容器的壓力來源

壓力容器的壓力來源可分為兩大類：第一類，氣體的壓力是在器外產(chǎn)生（增

大）的；第二類，氣體的壓力是在器內(nèi)產(chǎn)生（增大）的。

1、在器外產(chǎn)生（增大）壓力的情況

容器內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生與容器外，它的壓力源一般來源于氣體壓縮機或蒸汽

鍋爐等。這些壓力源一般通過縮小氣體的體積、增大氣體的密度、加速氣體的流

動速度來提高氣體的壓力。這類壓力容器可能達到的最高壓力一般只限于保持壓

力源出口的氣體壓力，除非氣體在器內(nèi)溫度大幅度升高或產(chǎn)生其他物理、化學(xué)變

化。

2、在器內(nèi)產(chǎn)生（增大）于器內(nèi)，-?般是由于器內(nèi)介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變,

或者介質(zhì)在器內(nèi)受熱而溫度劇烈升高；或者是介質(zhì)在器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學(xué)反

應(yīng)等。

器內(nèi)的氣體受熱（包括環(huán)境溫度的變化）時，壓力要增大，增大的幅度取決

于溫度增高的程度。壓力容器內(nèi)溫度小幅度的增加，一般使氣體壓力增大不明顯,

但當(dāng)壓力容器內(nèi)出現(xiàn)大量化學(xué)反應(yīng)熱時，可引起氣體壓力的急劇增大。如盛裝易

于發(fā)生聚合反應(yīng)的介質(zhì)的壓力容器（如某些碳氫化合物儲罐），在合適的條件下，

單分子氣體可以局部發(fā)生聚合反應(yīng)，產(chǎn)生大量聚合熱，使器內(nèi)其他氣體受熱，溫

度大幅度升高，氣體壓力急劇增大，在這種情況下，有時會導(dǎo)致容器超壓，發(fā)生

爆炸事故。如最常見的用碳化鈣（電石）加水生成乙煥的反映，在容器內(nèi)即產(chǎn)生

較高氣體壓力。

第二節(jié)溫度的一般概念

一、溫度及溫度的測量儀器

溫度是表示物體冷熱程度的物理量，它是對物質(zhì)分子平均動能的度量，溫度

越高則表示分子平均動能越大。溫度的測量儀器叫溫度計，常見的有水銀溫度計、

酒精溫度計、電阻溫度計、熱電偶溫度計等。

二、溫度的表示方法

溫度的表示方法有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)及絕對溫標(biāo)（開氏溫標(biāo)）三種。

第三節(jié)壓力容器的介質(zhì)分類及特性

一、介質(zhì)分類

1、易燃介質(zhì)

易燃介質(zhì)是指空氣混合的爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于

等于20%的氣體。

二、一些常見介質(zhì)的物理、化學(xué)特性

1、蒸汽

蒸林是水的氣態(tài)形式，其分子式為H2OO純凈的蒸汽無色無味。工業(yè)生產(chǎn)和

其他行業(yè)中常用蒸汽作為加熱介質(zhì)。

即一定的壓力對應(yīng)一定的飽和溫度（表1-3）。如在0.1MPa絕對壓力下水的

飽和溫度為99.09℃,在1.37MPa絕對壓力下水的飽和溫度為194.13℃,若繼續(xù)

對水加熱而壓力不變，則飽和溫度不變，水將陸續(xù)轉(zhuǎn)化為蒸汽，這種達到飽和溫

度的蒸汽稱為飽和蒸汽。

2、空氣

空氣是一種混合物，無色、無臭、無味、其分子量約為28.96；體積百分組

成為N78%,21%,惰性氣體0.94%,C020.03%。

空氣易壓縮，來源方便且使用安全，故常作為動力使用，如作為風(fēng)槍、風(fēng)鎬、

風(fēng)鏟、氣動夾具等的動力；可用于物料輸送和料液攪拌及管道吹靜等；在壓力容

器生產(chǎn)行業(yè)中用做氣密性試驗或氣壓試驗的介質(zhì)等。

3、氧氣（01

氧氣為無色無味的氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其密度為1.429kg/n?,對虧空器的

相對密度為1.105；在T82.98C時，變?yōu)樘焖{色透明液體，在-218.4℃時變?yōu)?/p>

藍色凝固體結(jié)晶；臨界溫度為T18.37C,臨界壓力為4.91MPa；氧微溶于水。

氧的化學(xué)性質(zhì)活潑，易和其他物質(zhì)生成氧化物。即發(fā)生氧化反應(yīng)，并放出熱

量。氧氣能助燃，它與可燃氣體（如4、C2H2,CH,、CO等）按一定比例混合，成

為可燃性的混合氣體，一旦有火源或產(chǎn)生引爆條件，能引起爆炸。各種油脂與壓

縮氧氣接觸可自燃。

4、氫氣（HD

氫氣是無色、無臭、無味和無毒的易燃氣體，但它同氮氣、僦氣、甲烷等氣

體一樣，都是窒息氣體，可使肺缺氧。氫氣的分子量為2.0158,是最輕的氣體。

黏度最小，導(dǎo)熱系數(shù)最高，化學(xué)性質(zhì)活潑，滲透性和擴散性強（擴散系數(shù)為

0.63cm7s,約為甲烷的三倍）。氫氣在生產(chǎn)、貯運和使用過程中易造成泄露。

由于氫氣具有很強的滲透性，所以當(dāng)鋼暴露于一定溫度和壓力的氫氣中時，

溶解于鋼的晶格中的氫原子，在緩慢的變形中將引起脆化作用。

5、氮氣（N2）

氮氣在自然界中分布很廣，在空氣中占78猊常溫下氮氣是無色無味的氣體。

6、惰性氣體

M（He）、M（Ne）、M（Ar）、氤（Xe）、氨（Rn）等氣體均為惰性氣體。

7、一氧化碳（CO）

一氧化碳是一種毒性很強的無色易燃氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為1.25kg/m3o

一氧化碳的毒性很大，但它對人體的危害又很不容易察覺，故在與一氧化碳

的接觸中必須引起注意?？諝庵凶罡呷菰S濃度為30mg/m3o

8、甲烷（CH,）

9、二氧化碳（C02）

二氧化碳（碳酸氣），又稱碳酸酎，為無色、無臭、有酸味的無毒性的窒息

性氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下其密度為L978kg/m\對空氣的相對密度為1.529o溶

于水生成碳酸。二氧化碳能壓縮成液體。液態(tài)時密度為1101kg/m：!（-37℃）o沸

點為-78.5℃。液態(tài)二氧化碳凝成固體，稱為“干冰”，其密度為1.56kg/L,熔

點為-56.6℃（0.51MPa）

10、氯氣（CI?）

氯氣是一種草綠色帶有刺激性臭味且毒性強的氣體。常溫下相對密度是水的

1.4倍，液氯密度和溫度變化有關(guān)，在一定溫度下，容器內(nèi)同時存在液態(tài)氯和氣

態(tài)氯，其飽和蒸汽壓隨溫度變化而變化。液氯汽化時吸收大量熱。因此，貯液罐

常因液氯汽化降溫，而出現(xiàn)表面結(jié)霜現(xiàn)象。

氯是活潑的化學(xué)元素，容易和其他化學(xué)元素結(jié)合；遇水生成鹽酸及次氯酸。

鹽酸對鋼制容器有很強的腐蝕性，直接影響容器的使用壽命。

氯的用途十分廣泛，如：自來水、游泳池用水的消毒；造紙工業(yè)及紡織業(yè)（如

棉織物）的漂白；制造無機氧化物，如漂白粉、氯化亞錫（還原劑）、氯化銀（照

相用）、合成鹽酸等；制造有機物，如聚氯議席塑料、溶劑（三氯甲烷、四氯化

碳等）、冷凍劑（氯甲烷、氯乙烷、二氯甲烷）等。

氯對人的呼吸道和皮膚以及為人體其他器官傷害很大，毒害程度見表l-5o

11、氨（NH3）

氨是一種無色有刺激性臭味的有毒氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為0.771kg/m3,

對空氣的相對密度為0.5971,沸點為-33.4C,熔點為-77.7C。氨在空氣中爆

炸極限為15%^28%,在氧氣中的爆炸極限為13.5%~79虬氨和氯接觸能發(fā)生低溫

自燃，并生成不穩(wěn)定極易爆炸的氯化氮。這就是氨和氯接觸引起爆炸的原因。

氨氣刺激鼻黏膜引起窒息，能使咽喉發(fā)生紅腫，引起咳嗽、聲音嘶啞、眼皮

紅腫；長期在高濃度氨氣作用下，會引起肺氣腫、肺炎，對神經(jīng)系統(tǒng)也有刺激作

用，并能破壞呼吸機能和血液循環(huán)；皮膚接觸液氨，會引起化學(xué)性灼傷，使皮膚

紅腫、起糜爛。氨氣在室內(nèi)的最高容許濃度為30mg/m3。

12、氟立昂（氟氯烷——烯類）

‘吊.見的氟立昂有F”、F12、F13、FM、F21、F22、F23、F|12>F|13>FIM>FM2、F|52等。

氟立昂在大氣壓力下的沸點與其種類有關(guān)，分子量大，絕熱指數(shù)低，壓縮終

點溫度和凝固點低，故用作制冷劑(件隹除外)。氟立昂與水接觸即行分解，本身

無毒、無臭，除F原(氟乙烷)易燃易爆外，其他不易著火，與空氣混合不爆炸,

200℃以下對金屬無腐蝕，能溶于水；與油脂可互相溶解。

15＞二氧化硫(S02)

二氧化硫氣體常用于制三氧化硫、硫酸和保險粉等。液態(tài)二氧化硫是良好的

有機溶劑，用于精制各種潤滑油，并用作冷凍劑等。

16、液化石油氣

液化石油氣是由丙烷、丙烯、正丁烷、異丁烷等為主要成分組成的混合物。

是一種易燃介質(zhì)，氣態(tài)時比空氣重，其密度為空氣的1.5~2倍。

(1)丙烷(CsHs)

(2)丙烯(C3H6)

(3)正丁烷(C,H10)

(4)異丁烷(C.H.O)

19、乙快(CH=CH)

乙快又稱電石氣，無色氣體。純乙快無臭、無毒，是單純的窒息性氣體。工

業(yè)乙煥常因含有雜質(zhì)而具有特殊的臭味，雜質(zhì)中的硫、磷及氟化物含量較多時能

引起中毒或其他病癥。它是目前唯一的溶解氣體。其密度為1.17kg/m3,對空氣

的相對密度為0.91,熔點為-81.8℃,升華點為-83.6℃。乙快易燃,燃點為330℃,

在氧氣中燃燒(氧快焰)的火焰溫度可高達3400K,并發(fā)出強光，易爆炸，爆炸

極限在空氣中為2.5%^81%(體積百分比71rl3%時爆炸能力最強)。在氧氣中為

2.8貯93%(體積百分比30%時爆炸能力最強)。乙快易溶于水和有機溶劑，與水

的溶解比在0℃時為1：1.7,15℃時為1：1.1；與丙酮的溶解比在15℃時為1：

25,在1.18MPa壓力下為1：300o乙快是一種重要的化工原料，還廣泛用于金

屬的焊接、切割、加熱等。

第四節(jié)壓力容器的含義及分類

一、壓力容器的含義

壓力容器又稱受壓容器。從廣義上講，它應(yīng)該包括所有承受壓力載荷的密閉

容器。但這里指的是其中一部分，即為《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》所轄范圍

內(nèi)的壓力容器。因為這部分壓力容器事故率較高，特別是事故的破壞性大，損失

嚴(yán)重，所以，各級特種設(shè)備安全監(jiān)督檢查管理部門應(yīng)加強對壓力容器的安全監(jiān)督

檢查，以確保壓力容器的安全運行。

二、屬《容規(guī)》管轄范圍內(nèi)的壓力容器

《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定：同時具備下列條件的壓力容器屬于《容

規(guī)》管轄范圍

[1]《容規(guī)》中所指壓力容器范圍劃定如下：

①壓力容器與外部管道或裝置焊接聯(lián)結(jié)的第一道環(huán)向焊縫坡口、螺紋連接的第一個螺

紋接頭、法蘭聯(lián)結(jié)的第一個法蘭密封面、專用連接件或管件連接的第一個密封面。

②壓力容器開孔部分的承壓蓋及其緊固件；

③非受壓元件與受壓元件連接的焊接接頭。

[2]下列一些特殊的壓力容器，可不按《容規(guī)》要求進行定期檢驗，但其他要求(如設(shè)

計、制造等)仍應(yīng)滿足《容規(guī)》要求；

①與移動壓縮機?體的非獨立的容積＜0.15in，的儲罐，鍋爐房內(nèi)的分氣缸；

②容積＜0.025n?的高壓容器；

③制冷裝置中非獨立的壓力容器、直燃型吸收式制冷裝置中的壓力容器、空分設(shè)備中

的冷箱；

④螺旋板換熱器；

⑤水力自動補氣氣壓給水（無塔上水）裝置中的氣壓罐，消防裝置中的氣體或氣壓給

水（泡沫）壓力罐；

⑥水處理設(shè)備中離子交換器或過濾用壓力容器，熱水鍋爐用膨脹水箱；

⑦電力行業(yè)專用的全封閉式組合電器（電容壓力容器）；

⑧橡膠行業(yè)使用的輪胎硫化機及承壓的橡膠模具。

13］《容規(guī)》適用的壓力容器所用的各種安全附件（如安全閥、爆破片裝置、緊急切斷

裝置、安全聯(lián)鎖裝置、壓力表、液面計、測溫儀表等）也屬《容規(guī)》管轄范圍。

14］容器內(nèi)主要介質(zhì)為最高工作溫度低于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體時，如氣相空間（非瞬時）》

0.025m3,且最高工作壓力20.1MPa時，也屬于《容規(guī)》管轄范圍。

15］下列情況的壓力容器不屬《容規(guī)》管轄范圍：

①核壓力容器、船舶和鐵路機車上的附屬壓力容器、國防或軍事裝備用的壓力容器、

真空下工作的壓力容器（不含夾套壓力容器）、鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程適用范圍內(nèi)的直

接受火焰加熱的設(shè)備（如煙道式余熱鍋爐等）；

②各類氣瓶；

③非金屬材料制造的壓力容器；

④無殼體的套管換熱器、冷卻排管等、波紋板換熱器、空冷式換熱器；

⑤機器上非獨立的承壓部件（包括壓縮機、發(fā)電機、泵、柴油機的承壓殼或汽缸等，

但不含造紙、紡織機械的烘缸和壓縮機的輔助壓力容器）；

⑥超身壓容器；

⑦正常運行最高壓力＜0」MPa的壓力容器（包括在進料或出料過程中需要瞬時承受壓

力20.1MPa的壓力容器，不包括消毒、冷卻等工藝過程中需要短時承受壓力NO.IMPa

的壓力容器）。

三、壓力容器的分類

1、按使用位置分類

按容器的使用位置可分成兩大類，即固定式容器及移動式容器。

2、按設(shè)計壓力分類

按設(shè)計壓力P的高低，容器可分為低壓、中壓、高壓及超高壓四個等級。其

劃分的范圍及代號見表l-6o

3、按壓力容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類

按壓力容器在生產(chǎn)過程中的作用原理，可分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、

分離壓力容器及儲存壓力容器四種。

4、按容器壁厚分類

按容器壁厚可分為薄壁容器及厚壁容器兩種。容器壁厚小于等于容器內(nèi)徑

1/10者為薄壁容器，容器壁厚大于容器內(nèi)徑1/10者為壁厚容器，或按下列公式

計算：

K-Do/Di

式中D。、Di分別為容器的外徑（mm）和內(nèi)徑（mm）。

當(dāng)K=l.2時為薄壁容器；當(dāng)K＞1.2時為壁厚容器。

5、按容器的制造材料分類

按容器的制造材料的劃分見表1-7。

6、按壓力容器工作溫度分類

按壓力容器工作溫度可分為低溫容器、常溫容器及高溫容器三種。

7、按壓力容器壓力等級、品種及介質(zhì)的毒性或易燃危害程度分類

為了便于安全技術(shù)監(jiān)督和管理，《榮規(guī)》按壓力容器壓力等級、品種、介質(zhì)

毒性程度和介質(zhì)易燃性將容器分為第一類壓力容器、第二類壓力容器及第三類壓

力容器，具體劃分如下：

第五節(jié)壓力容器的使用特征

壓力容器在各行各業(yè)廣泛使用，是具有爆炸危險的特種設(shè)備，生產(chǎn)工藝要求

高，使用條件比較惡劣，并承受多種載荷，操作要求也高，這就決定了壓力容器

的使用不同于其他設(shè)備?，F(xiàn)簡述如下：

一、生產(chǎn)工藝要求高

許多壓力容器使用單位，特別是石油、化工等行業(yè)，生產(chǎn)線長、容器種類多、

數(shù)量多、相互關(guān)聯(lián)，且多為連續(xù)性生產(chǎn)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展、科技的進步，集中控

制、自動調(diào)節(jié)日趨廣泛，對設(shè)備運行的可靠性要求愈來愈高。

二、使用條件比較惡劣

為適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，壓力容器要承受一定的壓力，甚至是較高壓力；還

由于間歇式操作或交替加入不同介質(zhì)的原因，承受的壓力大幅度波動；另外壓力

容器還要承受不同的溫度，有些需要在-20C以下的低溫狀態(tài)工作，有些需要在

450℃以上的高溫狀態(tài)下工作。間歇式操作的容器以及一些加熱、冷卻交替進行

的容器還要受到溫度大幅度變化的影響；止匕外，壓力容器還受到介質(zhì)對它的腐蝕

影響，壓力容器內(nèi)的介質(zhì)，有的具有一定的腐蝕性，腐蝕性介質(zhì)會對容器產(chǎn)生不

同程度的腐蝕；有的壓力容器內(nèi)介質(zhì)有易燃易爆性或毒性程度高，一旦泄漏或遇

到火源，就會造成人員中毒或引起燃燒、爆炸等。

三、承受多種載荷

（1）介質(zhì)的壓力（內(nèi)壓、外壓或壓差）和壓力波動，這里主要是載荷；

（2）液體的靜壓力；

（3）容器的自重（包括內(nèi)件和填料等）以及正常操作條件下或試驗狀態(tài)下,

內(nèi)裝物料的重力載荷；

（4）裝在容器上的附屬設(shè)備及隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺等的重

力載荷；

（5）風(fēng)載荷、雪載荷及地震載荷，尤其是室外安裝的高大塔類設(shè)備；

（6）其他因素的載荷；

①支座及支撐件的反作用力；

②連接管道及其他部件振動引起的載荷；

③溫差引起的載荷，特別是間歇操作的容器和交替使用冷熱的容器，各部位的溫度

不同，同時受鄰近部件的約束，不能自由伸縮造成的載荷；

④沖擊反力，如流體沖擊引起的反力等；

③運輸或吊裝時的作用力。

四、操作要求高

容器的運行主要依靠儀表監(jiān)視。容器內(nèi)的溫度、壓力的變化往往在瞬間發(fā)生,

且影響因素較多，一旦操作失誤，就會發(fā)生事故，嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備爆炸事故。

因此，這就要求壓力容器的操作人員有高度的責(zé)任心和一定的技術(shù)素質(zhì)，嚴(yán)格執(zhí)

行設(shè)備操作規(guī)程，遇到緊急情況時能及時排除，防止事故發(fā)生。

第六節(jié)壓力容器的參數(shù)及應(yīng)力來源

一、壓力容器的參數(shù)

1、壓力

（1）最高工作壓力：對承受內(nèi)壓的容器指在正常使用過程中，頂部可能出

現(xiàn)的最高壓力；對承受外壓的容器，指在正常使用過程中，可能出現(xiàn)的最高壓力

差值；對夾套容器指夾套頂部可能出現(xiàn)的最高壓力差值。最高工作壓力在容器出

廠時已做了規(guī)定，在出廠的《壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量證明書》中已明確，產(chǎn)品銘牌和

注冊銘牌中也有注明。在使用中有些容器經(jīng)檢驗后發(fā)現(xiàn)缺陷，檢驗單位又重新核

定其允許運行的壓力（簡稱P允），壓力容器操作人員操作壓力容器時，不得高于

上述壓力。壓力容器的最高工作壓力應(yīng)不大于該壓力容器的設(shè)計壓力或檢驗單位

核定的壓力標(biāo)準(zhǔn)。

（2）設(shè)計壓力：指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，并與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起

作為設(shè)計載荷條件，其值不低于最高工作壓力（即標(biāo)注在銘牌上的容器設(shè)計壓

力）。

壓力容器的“設(shè)計壓力”不得低于容器的“最高工作壓力”。對裝有安全泄

放裝置的壓力容器，其“設(shè)計壓力”不得低于安全泄放裝置的開啟壓力或爆破片

的爆破壓力。對盛裝液化氣體的固定式壓力容器的設(shè)計壓力，應(yīng)遵循《容規(guī)》等

有關(guān)規(guī)定。

（3）最大允許工作壓力：指在設(shè)計溫度下，容器頂部所允許承受的最大表

壓力。該壓力是根據(jù)容器受壓元件的有效厚度計算所得，且取其最小值。使用最

大允許工作壓力時，應(yīng)在圖樣和銘牌中注明。

（4）試驗壓力：指壓力容器在壓力試驗時，容器頂部的壓力。

2、溫度

（1）金屬溫度：指容器受壓元件沿截面厚度的平均溫度。任何情況下，元

件金屬的表面溫度不得超過鋼材的容許使用溫度。

（2）設(shè)計溫度：指容器在正常操作情況和在相應(yīng)設(shè)計壓力下，設(shè)定的受壓

元件的金屬溫度。容器設(shè)計溫度（即標(biāo)注在容器銘牌上的設(shè)計溫度）不得低于元

件金屬在工作狀態(tài)可能達到的最高溫度；對于0℃以下的金屬溫度，設(shè)計溫度不

得高于元件金屬可能達到的最低溫度。

（3）試驗溫度：指壓力試驗時，容器殼體的金屬溫度。

3、直徑

（1）直徑：一般指壓力容器的內(nèi)徑，是確定壓力容器容積的主要尺寸之一。

（2）公稱直徑：指經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化后的尺寸，以適應(yīng)容器標(biāo)準(zhǔn)化、系列

化的需要。

二、壓力容器的應(yīng)力來源

1、應(yīng)力與變形的基本概念

壓力容器在運行時，由于受到各種載荷作用，會改變原來的形狀即產(chǎn)生變形,

而且在其內(nèi)部要產(chǎn)生反抗外力作用的內(nèi)力，作用的外力與截面內(nèi)力的總和相等。

一般情況下內(nèi)力與變形隨外力的增大而增加。內(nèi)力在截面上的分布與一定均勻，

因此有必要求得截面上每一塊微小單位面積的內(nèi)力，作用在單位面積上的內(nèi)力即

稱為應(yīng)力。應(yīng)力的單位也為MPa。

2、壓力容器的應(yīng)力來源

壓力容器的應(yīng)力主要來源有：

（1）由壓力（內(nèi)壓或外壓）而產(chǎn)生的應(yīng)力，是壓力容器的最主要應(yīng)力，而

且是確定容器壁厚的主要因素。受內(nèi)壓的容器由于殼體在壓力作用下要向外擴

張，因而在器壁上總是產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。

另外，壓力容器在運行時，由于壓力的波動以及開停車、水壓試驗等都會產(chǎn)

生應(yīng)力。

（2）由重量而產(chǎn)生的應(yīng)力。壓力容器除容器本體具有一定的重量以外，器

內(nèi)的介質(zhì)、工藝裝置附件以及器外的其他附加裝置也常有較大的重量，所有這些

重量作用在器壁上也會使器壁產(chǎn)生應(yīng)力。

（3）其他外載荷引起的應(yīng)力。除上面江的壓力和重力等載荷以外，還有其

他一些載荷也會使殼壁產(chǎn)生應(yīng)力。如風(fēng)載荷、雪載荷、地震載荷等。另外還有接

管力矩等附加力矩產(chǎn)生的應(yīng)力等。

（4）由溫度而引起的應(yīng)力。由于溫度的變化使容器構(gòu)件受熱膨脹、遇冷收

縮，但它同時又會受到相鄰部分或其他構(gòu)件的牽制約束而不能按照熱脹冷縮的規(guī)

律產(chǎn)生變形，因此構(gòu)件內(nèi)部就要產(chǎn)生應(yīng)力。

（5）封頭與筒體連接時，在連接外邊界區(qū)域，附加彎矩也會引起軸向、環(huán)

向應(yīng)力。

第二章壓力容器的基本結(jié)構(gòu)及材料

第一節(jié)壓力容器的結(jié)構(gòu)形式及組成

壓力容器是為介質(zhì)的物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、換熱、儲存、分離等提供一個密

閉空間，其結(jié)構(gòu)一般比較簡單?，F(xiàn)將容器常見結(jié)構(gòu)形式介紹于下：

一、壓力容器的結(jié)構(gòu)形式

壓力容器根據(jù)其用途不同，結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。常見的結(jié)構(gòu)形式主要有球

形、圓筒形、箱形、錐形等。

二、壓力容器的組成

壓力容器一般由筒體、封頭（端蓋）、管板、球殼板、法蘭、接管、入（手）

孔、支座等部分組成，如圖2-5所示。

1、筒體

2、封頭（端蓋）

（1）凸形封頭

6、支座

一般分為三大類：機立式容器支座（圖2-10）、臥式容器支座（圖2-11）及

球形容器支座（圖2-12）。立式支座最常見的有懸掛式支座（耳式支座）、支承式

支座及裙式支座。

第二節(jié)幾種典型壓力容器結(jié)構(gòu)介紹

一、球形儲存器

球形容器通常用于儲存有壓力的氣體、液化氣體。這是因為球體與其他形狀

相比，同容積的條件下外表面積最小，加上球體受力均勻，同樣的設(shè)計壓力，需

用的厚度最小，故最節(jié)約材料?，這對于大型貯罐是相當(dāng)有利的。有的為減少熱損

失，一些用蒸汽直接加熱的容器也采用球形結(jié)構(gòu)，如造紙行業(yè)蒸煮紙漿的蒸球。

球形容器由球罐本體、支座及附屬設(shè)備組成。

1、求罐本體

球罐本體由預(yù)先按照一定集合形狀壓制而成的“球殼板”拼焊而成，目

前國內(nèi)多采用橘瓣式?！扒驓ぐ濉卑雌渌谖恢梅譃槌嗟腊濉貛О寮皹O地板等。

在罐體上焊接有接管、入孔等。制作球罐體要求盡量加大瓣片尺寸，減少焊縫長

度，同時規(guī)定瓣片不準(zhǔn)拼接。

1、支座

球形容器支座（圖2-16）常用的有四種形式：即赤道正切柱型、V形柱

式、三柱會一型及裙式支座。柱式支座的支柱數(shù)通常為赤道帶分瓣數(shù)目的一半。

（1）赤道正切柱型支座：各支柱正切于球罐的赤道帶，支柱間有拉桿。

由于支承力在赤道圈與球體相切，受力情況較好，也考慮了熱膨脹及承載變形的

可能性，同時便于組裝、操作和維修。

（2）V型柱式支座：支柱呈V形，等距離地和球體赤道圈相切，支承

力在赤道區(qū)域上分布均勻，受力也較好。支柱間無拉桿，安裝檢修也較方便。

（3）三柱會一型支座：三根支座在地基處會于一處，由于支柱與球體

接觸不均勻，故只適用于小直徑的球罐。

（4）裙式支座：由于支座較低，孤球體中心也低，較穩(wěn)定，支座耗鋼材少,

但操作、維修不便。

3、其他附屬設(shè)備

球罐的附屬設(shè)備還有外部扶梯（下部直梯、上部盤梯、中間平臺）、頂部操

作平臺、內(nèi)部盤梯或轉(zhuǎn)梯、保溫或保冷層、閥門、儀表和裝在球形容器上的安全

閥等。大容量球罐一般都安裝兩只相同型號、規(guī)格的安全閥。

五、氨油分離器

在氨壓縮過程中，壓縮機的部分潤滑油變成油霧夾帶在氨氣中，如果壓縮氣

體直接進入冷凝器和蒸發(fā)器，會污染傳熱面而導(dǎo)致傳熱效率降低。因此，氨壓縮

機后一般須設(shè)置氨油分離器。

氨油分離器是一種結(jié)構(gòu)較為簡單的立式分離容器，通常由上封頭（端蓋）、

下封頭、筒體、支座、接管等部分組成。按其工作原理有填料式（圖2-17）、離

心式（圖2-18）、洗滌式（圖2-19）等幾種。

1、填料式氨油分離器

填料式氨油分離器的下封頭與筒體焊接，筒內(nèi)裝有填料，上封頭采用端蓋結(jié)

構(gòu)，用法蘭與筒體連接。壓縮機排出的氣體由分離器筒體下部的進口管進入分離

器，與填料表面接觸，油霧附著于填料表面，氨氣由端蓋上部排氣接管排出，從

而達到氨、油分離的目的。

2、離心式氨油分離器

離心式氨油分離器的上、下風(fēng)頭均直接與筒體焊接，在分離器內(nèi)部焊有螺旋

狀隔板，并在器內(nèi)中間引出管的底部增設(shè)了多孔擋液板。自壓縮機排出來的帶有

油蒸氣及油滴微粒的氨氣，由于螺旋隔板的作用，首先在器內(nèi)自上而下作螺旋運

動，在運動過程中產(chǎn)生的離心力將油滴甩向器壁，并沿器壁流至分離器底部，達

到油、氣分離的目的。還有的在油分離器外部設(shè)有冷卻水套，使氣體受到冷卻，

油蒸氣變成油滴，然后流經(jīng)多孔擋液板，再一次進行分離，提高分離效果。

3、洗滌式氨油分離器

洗滌式氨油分離器外形結(jié)構(gòu)與離心式氨油分離器相似，其進氣管由上封頭中

心處伸入器內(nèi)，進氣管底端焊有底板，管端四周有四個放射狀出氣口，進氣管筒

內(nèi)部分的中上部外側(cè)焊有多孔的傘形擋液板，在筒體的中下部焊有進液管接頭，

出氣管伸入筒內(nèi)一段長度，引出口向上。分離器工作時，器內(nèi)保持一定高度的氨

液，從壓縮機來的混有油蒸氣、油滴氣體，由氨液進行洗滌、降溫，使油蒸氣凝

結(jié)并分離，由于油的相對密度大于氨液而沉積于器底，筒體內(nèi)氨液被混合氣體加

熱而部分汽化，隨分離后的氨氣經(jīng)傘形擋液板由出氣口引出，洗滌過程中尚未被

分離的油滴由傘形擋液板進行分離。這種分離器分離效率高，可分離出80%~85%

的油量。

第三節(jié)壓力容器的材料

壓力容器制造、修理或技術(shù)改造時，其受壓元件材料選用正確與否，直接關(guān)

系到壓力容器的安全運行。因而壓力容器的用材有一定的要求。由于常見的壓力

容器多數(shù)是鋼制的，故下面主要對鋼制壓力容器用鋼做一簡單介紹。

一、壓力容器材料選用要求

壓力容器受壓元件用材一般應(yīng)滿足機械性能、工藝性能及耐腐蝕性能的要

求。

1、機械性能

壓力容器用材要求有一定的強度指標(biāo)、塑性指標(biāo)及韌性指標(biāo)。

強度主要指屈服極限和強度極限。屈服極限表示材料開始塑性變形的抗力。

強度極限表示材料在拉伸條件下所能承受的最大載荷值。強度一方面與制成后的

容器尺寸有關(guān)，強度越大，材料的許用應(yīng)力也越大，在同樣條件（壓力、直徑等）

下所需的壁厚就越?。涣硪环矫?，它又與塑性有關(guān)，一般來說，種類相同的材料,

強度越高，塑性就越差。所以一般的考慮原則是在滿足規(guī)定的塑性指標(biāo)及其他性

能的要求下，盡量選用強度指標(biāo)較高的材.料，以減小容器的尺寸和重量。

塑性是指材料發(fā)生塑性變形的能力，常以斷裂后的塑性變形的大小（包括伸

長率和斷面收縮率）及屈強比來表示。制造壓力容器用的材料要求有較好的塑性,

不僅是為了適應(yīng)制造加工工藝的需要，更主要的是為了緩解高度集中的局部應(yīng)

力，避免容器因局部應(yīng)力過高而直接破裂。伸長率是指斷裂后伸長量與原長度比

值的百分數(shù)。斷面收縮率是指斷裂后截面收縮量與原始截面比值的百分數(shù)。仰長

率和斷面收縮率的值愈大，塑性愈好。屈強比是屈服極限與強度極限的比值，屈

強比越小，表示材料的塑性越好。

韌性目前多采用沖擊值來衡量。表示材料抵抗沖擊力的能力。壓力容器雖然

一般都不承受沖擊載荷，但沖擊值對材料的“脆性轉(zhuǎn)換”比較敏感，沖擊值也可

以反映鋼的低溫冷脆性能。因此，對使用溫度較低的壓力容器都用材料在使用溫

度下的沖擊值作為控制指標(biāo)。

2、工藝性能

工藝性能是材料的冷塑性與焊接性能的統(tǒng)稱。壓力容器大多是先用鋼板卷制

或沖壓成形，然后進行焊接而成，所以要求制造壓力容器的材料具有良好的冷塑

性與焊接性能。冷塑性一般可以由上述機械性能中的塑性指標(biāo)得到保證。焊接性

能是工藝性能中的主要控制指標(biāo)。鋼的焊接性能或稱可焊性，是指鋼材是否具有

在規(guī)定的焊接工藝條件獲得質(zhì)量優(yōu)良的焊接接頭的性能。鋼的可焊性主要決定于

它的化學(xué)成分，其中含碳量影響最大。含碳量增加，塑性下降，焊接后內(nèi)應(yīng)力較

大，易產(chǎn)生焊接裂紋，而裂紋是壓力容器中不允許存在的、最危險的缺陷。

3、耐腐蝕性能

耐腐蝕性能指材料在使用條件下抵抗工作介質(zhì)腐蝕的能力。由于壓力容器的

使用條件大多比較惡劣，介質(zhì)大多具有腐蝕性，再加上溫度、壓力等因素的影響，

可能造成腐蝕加劇，所以要求壓力容器的制造材料具有一定耐腐蝕性能。

二、對壓力容器選材的有關(guān)要求

（1）選用碳素鋼沸騰鋼板和碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板制造的壓力容器（搪玻璃壓力

容器除外）,應(yīng)符合GB150《鋼制壓力容器》的有關(guān)規(guī)定，碳素鋼沸騰鋼板和Q235A

鋼板不得用于直接受火焰加熱的壓力容器。

（2）用于焊接結(jié)構(gòu)壓力容器主要受壓元件的碳素鋼和低合金鋼，其含碳量

不應(yīng)大于0.25%,在特殊條件下，如選用含碳量超過0.25%的材料應(yīng)限定碳含量

不大于0.45%,由制造單位征求擁護意見，并經(jīng)制造單位壓力容器總技術(shù)負責(zé)人

批準(zhǔn)。制造單位提供材料抗裂性試驗報告和焊接工藝評定報告，報省級安全監(jiān)察

機構(gòu)審核，國家安全監(jiān)察機構(gòu)審批。

（3）鋼制壓力容器材料（鋼板、鍛件、鋼管、螺柱）的力學(xué)性能、彎曲性

能和沖擊試驗要求，應(yīng)符合GB150《鋼制壓力容器》中的有關(guān)章節(jié)和附錄中的

有關(guān)規(guī)定。

（4）選用鑄鐵材料，必須在相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)選用；設(shè)計壓力和設(shè)計

溫度應(yīng)符合《容規(guī)》有關(guān)規(guī)定，但不得用于盛裝毒性程度為極度、高度或中度危

害介質(zhì)以及設(shè)計壓力＞015MPa的易燃介質(zhì)壓力容器的受壓力元件，也不得用于

管殼式余熱鍋爐的受壓元件和移動式壓力容器的受壓元件。

（5）選用有色金屬制造壓力容器時，應(yīng)符合《容規(guī)》和國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)。

（6）壓力容器受壓元件采用國外材料時，應(yīng)選用國外壓力容器規(guī)范允許使

用且國外已有實例的材料，其使用范圍應(yīng)符合材料生產(chǎn)國相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)

定。

（7）用于壓力容器受壓元件的焊接材料應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

三、壓力容器的常用材料

用語制造壓力容器的材料較多。大多數(shù)壓力容器是碳鋼、低合金鋼、不銹鋼

制成的，此外還有用鑄鐵、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金制成的?，F(xiàn)將

常用鋼簡介于下：

1、碳鋼

壓力容器用的碳鋼指普通碳鋼。它雖然含有較多雜質(zhì)，但由于生產(chǎn)方便、成

本低、性能良好，故得到廣泛應(yīng)用。

（1）沸騰鋼：它是在不完全脫氧的情況下獲得的，含氧量較高，硫、磷雜

質(zhì)分布不均勻，鋼的組織較松，焊接裂紋傾向較大，厚板焊接時還有層狀撕裂傾

向，因而使用范圍受到限制。

（2）鎮(zhèn)靜鋼：它脫氧完全，雜質(zhì)較少，所以重要的焊接結(jié)構(gòu)都采用鎮(zhèn)靜鋼。

由于碳鋼的耐腐蝕性較差，故多用于介質(zhì)腐蝕性不大的壓力容器。

2、低合金鋼

低合金鋼是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼，其合金元素含量較少，但強度（尤其是屈服

極限Qs）比同等含碳量的碳鋼高得多，并且一般具有良好的焊接性能和拿蝕性

能。采用低合金鋼可減輕結(jié)構(gòu)重量，保證使用可靠、耐久，經(jīng)濟性好，相同載荷

時，可比普通碳鋼重量減少20%~30%o此外，低合金鋼具有優(yōu)良的塑性，且比

普通碳鋼有更低的脆性轉(zhuǎn)變溫度，因此它的應(yīng)用越來越廣泛。

但是，采用低合金鋼時，在工藝要求上普通碳鋼嚴(yán)格得多，特別是要求嚴(yán)格

控制焊接工藝規(guī)范。

制造壓力容器常用的低合金鋼主要有：16MnR、15MnR、15MnVNR、16MnDR

等。

3、不銹鋼

不銹鋼包括不銹鋼和不銹耐酸鋼兩種。在空氣中能抵抗腐蝕的鋼稱為不銹

鋼；在某些化學(xué)侵蝕介質(zhì)中能抵抗腐蝕的鋼稱不銹耐酸鋼。不銹鋼按其組織的不

同，可分為馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型及奧氏體一鐵素體型不銹鋼等。不銹

鋼的含碳量一般都很低，在鋼號中用千分之兒表示。

不銹鋼中最主要的合金元素是銘和銀，此外，根據(jù)性能要求還添加鉗、鈦、

鋸等合金元素。鋁和銀是不銹鋼獲得耐蝕性能的最主要合金元素。

通常，馬氏體型不銹鋼在淬火加回火狀態(tài)使用；鐵素體型不銹鋼在退火狀態(tài)

使用；奧氏體型及奧氏體一鐵素體型不銹鋼在固溶處理后使用。

鐵素體型耐酸不銹鋼有脆性傾向，冷成形性較差，使用受一定限制，一般僅

用于壓力低、腐蝕性不強的薄壁容器。

奧氏體型耐酸不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的一種耐酸不銹鋼，通常用于腐蝕性較強

的介質(zhì)中，具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕性能；含銅的奧氏體型不銹鋼在有機酸和某些

還原性介質(zhì)中有較好的耐蝕性。

奧氏體一鐵素體型耐酸不銹鋼在室溫下，鋼中存有奧氏體和鐵素體的復(fù)合組

織，有磁性，屈服強度比奧氏體鋼高。這類鋼的耐蝕性、抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力

一般優(yōu)于奧氏體鋼，可耐醋酸或硝酸的腐蝕，但加工性能較奧氏體鋼稍差。

不銹耐酸鋼雖在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，但就每種具體鋼號而言，其應(yīng)用有一定

局限性，選用時須根據(jù)介質(zhì)的種類、濃度、溫度等條件來決定。

4、低溫鋼

用于制造低溫容器（指設(shè)計溫度W-20C）的結(jié)構(gòu)專用鋼稱為低溫鋼。它主

要用于空氣和氫分設(shè)備、石油尾氣分離設(shè)備和制冷設(shè)備等。對低溫鋼除了要求強

度指標(biāo)外更要求其具備足夠的韌性，以防止低溫脆斷。

第三章常見生產(chǎn)工藝及安全操作要點

為惡劣確保壓力容器安全運行，就要求容器操作人員熟悉生產(chǎn)工藝流程，并

嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)工藝操作規(guī)程。為有助于容器操作人員了解生產(chǎn)工藝流程，掌握正

確操作壓力容器的方法，本章就兒種常見的生產(chǎn)工藝流程，所使用的壓力容器的

作用及安全操作要點介紹如下。

第一節(jié)幾種常見單元工藝及其壓力容器

任何生產(chǎn)工藝，特別是化工生產(chǎn)工藝，盡管其原料、產(chǎn)品、工藝條件、生產(chǎn)

工藝流程的長短等各不相同，但其生產(chǎn)工藝過程通常都可以劃分成若個單元工

藝。因而熟悉并掌握主要單元工藝的原理對加深各種工藝流程的理解大有益處。

下面就一些常見的單元工藝作一簡介。

一、力口熱

加熱是蔣用熱載體（熱流體）放出的顯熱或潛熱來提高物料的溫度，使之滿

足工藝需要的一種單元工藝。如食品、藥物的蒸煮，固體物料的熔融；為加速物

料的溶解和提高溶解度，或者為保證一些化學(xué)反應(yīng)的順利進行等，需對物料預(yù)熱

到一定溫度等都要采用加熱工藝。

常用的熱載體有熱水、蒸汽、煙道氣、聯(lián)笨、聯(lián)笨雄混合物（道生油）、導(dǎo)

熱油、礦物油、熔融金屬、熔鹽等。選用何種熱載體須視加熱溫度等具體情況而

定。有時為節(jié)約能源，將生產(chǎn)過程中的具有較高溫度的產(chǎn)品或中間產(chǎn)物作為熱載

體來加熱原料或其他中間產(chǎn)物，以回收其熱量。

按照加熱方式，加熱工藝分為直接加熱、間接加熱等。直接加熱是熱載體與

被加熱介質(zhì)直接接觸、混合進行換熱，如合成氨生產(chǎn)中的飽和塔就是半水煤氣與

熱水直接換熱；間接加熱其熱載體與被加熱介質(zhì)不直接接觸，這是最常用的一種

加熱方法，如各種類型的熱交換器都屬間接加熱，就是靠器壁或管壁與介質(zhì)的溫

度差實現(xiàn)加熱的。

用于加熱的常見壓力容器有夾層鍋、各種形式的管殼式熱交換器、板式熱交

換器、管殼式余熱鍋爐、夾套容器等。例如，食品行業(yè)普遍使用蒸炒鍋、夾層鍋

以蒸汽作熱載體進行食品的蒸煮、熬糖等作業(yè)；橡膠行業(yè)用蒸汽通入硫化鍋、硫

化罐內(nèi)加熱對橡膠制品進行硫化；印染行業(yè)用染色器、各種烘缸進行染色、織物

整理；化纖行業(yè)利用蒸汽、導(dǎo)熱油、道生油等熱載體在熔融罐內(nèi)間接加熱，完成

單體的熔融；化工生產(chǎn)中普遍使用預(yù)熱器、加熱器等對物料加熱以達到反應(yīng)工藝

所需的溫度，使反應(yīng)順利進行；合成氨生產(chǎn)中用變換氣作熱載體通過熱交換器對

原料半水煤氣加熱來回收變換氣的熱量，等等。

二、冷卻與冷凝

冷卻是利用冷載體（冷卻劑）吸收物料的熱量以降低物料溫度，使之滿足工

藝需要的一種單元工藝。冷凝是利用冷載體吸收氣體物料的熱量（包括顯熱和汽

化潛熱），使物料完成又氣態(tài)凝結(jié)成液態(tài)的過程。例如，氣體壓縮機各級排氣與

吸氣間采用冷卻減低壓縮氣體溫度，縮小氣體體積，以保證壓縮機正常工作，降

低電耗，并將水蒸氣、油蒸氣冷凝，使之便于分離；壓縮后的制冷劑氣體冷凝成

液態(tài)用于冷凍、空調(diào)。蒸發(fā)、蒸儲后的介質(zhì)組分冷凝收集等，都需要用到冷卻或

冷凝工藝。

常用的冷載體有空氣、河水、自來水、深井水、冷凍鹽水、液氨、液氮、液

態(tài)氟利昂等。有時采用較低溫度的物料作為冷載體來冷卻較高溫度的物料，以回

收冷量。

按冷卻、冷凝的方法不同，冷卻分為直接冷卻與間接冷卻；冷凝也分為直接

冷凝與間接冷凝。其中間接冷卻與間接冷凝在壓力容器中較為常用。

用于冷卻、冷凝工藝的壓力容器大多是各種形式的熱交換器，也有時使用夾

套結(jié)構(gòu)的容器。例如，氣體壓縮系統(tǒng)設(shè)置的中間冷卻器、后冷卻器，通常為管殼

式熱交換器。冷卻系統(tǒng)的冷凝器多為列管式交換器；用于化工產(chǎn)品蒸儲、精儲的

冷凝器也多為列管式熱交換器。氟利昂制冷工藝中的冷熱交換器是用蒸發(fā)后的氣

態(tài)氟利昂作冷載體對節(jié)流后的液態(tài)氟利昂進行冷卻，提高液態(tài)氟利昂的過冷度，

同時提高氣態(tài)氟利昂的過熱度以節(jié)約能量。夾套結(jié)構(gòu)的容器根據(jù)工藝需要有時交

替通入冷、熱載體對物料進行冷卻、加熱、以保證生產(chǎn)正常進行。

三、反應(yīng)

反應(yīng)指介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。物理反應(yīng)過程中沒有新物質(zhì)生成，物質(zhì)的化

學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化；化學(xué)反應(yīng)過程中有新物質(zhì)生成，物質(zhì)的組成和化學(xué)性質(zhì)都發(fā)

生改變，并伴隨著能的變化。生產(chǎn)中用壓力容器來完成反應(yīng)的大多是化學(xué)反應(yīng)，

如化合、聚合、分解、復(fù)分解、取代等反應(yīng)。

用于反應(yīng)工藝的壓力容器是各種形式的反應(yīng)器。例如，化工、醫(yī)藥等行業(yè)用

反應(yīng)釜、反應(yīng)鍋、分解鍋等完成各種化工產(chǎn)品、原料藥的化合、分解等；化工行

業(yè)樹脂的生產(chǎn)用高壓釜、聚合釜等完成氯乙烯單體的聚合；造紙行業(yè)用蒸球進行

紙漿蒸煮；合成氨行業(yè)用變換爐將一氧化碳、水蒸氣在一定壓力、溫度下變換為

氫氣及二氧化碳等。一些規(guī)模較大的連續(xù)性生產(chǎn)中常用塔類設(shè)備，如合成氨生產(chǎn)

中用合成塔完成氮氣與氫氣部分合成氨的反應(yīng)；在碳化塔內(nèi)氨水與二氧化碳反應(yīng)

生成碳酸氫錢，等等。由于化學(xué)反應(yīng)伴隨能的變化，為保證化學(xué)反應(yīng)順利進行、

提高反應(yīng)速率，所以相當(dāng)部分的反應(yīng)容器需設(shè)置夾套、盤管等，以根據(jù)工藝要求

進行加熱或冷卻。

四、蒸發(fā)

蒸發(fā)是液體表面發(fā)生的汽化現(xiàn)象。蒸發(fā)時液體需吸收汽化熱，所以液體的溫

度愈高，蒸發(fā)的速度愈快。蒸發(fā)可在沸點時或在低于沸點時進行，在沸點時的蒸

發(fā)速度要比低于沸點時的蒸發(fā)速度快得多。沸點時的蒸發(fā)稱之為沸騰蒸發(fā)。工業(yè)

生產(chǎn)中通常都采用沸騰蒸發(fā)。為保證蒸發(fā)順利進行，蒸發(fā)時需不斷供給熱能并不

斷排出發(fā)生的蒸汽。生產(chǎn)中料液的濃縮、脫水、萃取后溶劑的回收等都需要通過

蒸發(fā)；通過物態(tài)變化（通常是汽化）吸收熱量以降低溫度，也要利用蒸發(fā)工藝。

蒸發(fā)工藝常用的是蒸發(fā)器及夾套結(jié)構(gòu)的容器等。例如，食品、中藥行業(yè)的料

液、浸出液的濃縮，膏劑的脫水等采用夾層鍋或夾套容器；冷凍、空調(diào)系統(tǒng)常用

蒸發(fā)器制取冷凍鹽水等；化工行業(yè)的一些料液的濃縮常用蒸發(fā)器。常見的蒸發(fā)器

由加熱器與蒸發(fā)室組合而成。料液在加熱器中被熱載體加熱至沸點進入蒸發(fā)室蒸

發(fā)，溶劑蒸氣不斷排出，料液濃度在循環(huán)中不斷提高，最終達到工藝要求。較大

規(guī)模的生產(chǎn)中，為充分利用能源，常將二、三套乃至多套蒸發(fā)器串聯(lián)使用，稱之

為二效蒸發(fā)、三效蒸發(fā)及多效蒸發(fā)。為保證沸騰蒸發(fā)，通常三效以后都采取減壓

蒸發(fā)，所以效數(shù)不能無限增多。如氯堿行業(yè)中氫氧化納溶液的濃縮，“三廢”處

理中的廢水濃縮等，就常用三效或多效蒸發(fā)。

五、蒸饋與精儲

蒸儲是利用液體混合物中各組分沸點不同以分離組分的方法。當(dāng)液體混合物

加熱至沸騰時，生成的蒸汽與原混合物相比含較多的低沸點組分，二剩余的混合

物中則含較多的高沸點組分。這樣可使混合物的組分得到部分或完全分離。精儲

又稱分儲，是蒸儲方法的一種。精儲在一個設(shè)備內(nèi)同時進行多次部分汽化和部分

冷凝，以分離混合物中的組分，達到精制和提純的目的。

蒸儲與精儲常用的壓力容器是帶夾套的容器及分儲塔等塔類設(shè)備。規(guī)模較小

和間歇式操作的多采用夾套式容器。例如，醫(yī)藥、精細化工行業(yè)中為對成品或某

一中間成品提純，則需用相應(yīng)的溶劑溶解其中某一組分，然后將容器內(nèi)物質(zhì)加熱

至合適溫度使其蒸發(fā)，氣態(tài)物質(zhì)再經(jīng)冷凝器凝結(jié)成液體后收集。而在規(guī)模較大或

是多組分混合物分離的連續(xù)性操作中，則常用塔類設(shè)備，如輕工行業(yè)中酒精的分

離需用蒸儲塔；空分生產(chǎn)中，氧氣、氨氣、氮氣的分離常用分儲塔。塔內(nèi)有若

干塊塔板，通過部分微分回流。每塊塔板處溫度不同，物料組分也就不同。根據(jù)

各組分的沸點，可以確定在適當(dāng)?shù)乃逄幰鏊杞M分，達到分離、提純目的。

六、萃取

萃取是利用不同物質(zhì)在溶劑中的溶解度不同，達到分離混合物組分的一種工

藝。用溶劑分離固體混合物中組分的稱為浸取。因所需的組分溶于溶劑中，萃取

后需蒸發(fā)或蒸儲，再經(jīng)冷凝使溶劑與組分分離。

由于溶解一般需控制適當(dāng)?shù)臏囟龋释ǔＰ鑼ξ锪线M行加熱或冷卻。萃取工

藝常用的壓力容器也是帶夾套的容器或帶夾套的塔類設(shè)備。前者用于生產(chǎn)量較小

的間歇性生產(chǎn)，后者則常用于連續(xù)生產(chǎn)。例如，醫(yī)藥、精細化工行業(yè)中常用帶夾

套的容器進行萃取，而連續(xù)性的化纖生產(chǎn)行業(yè)則常在萃取塔內(nèi)用適當(dāng)?shù)娜軇瑢?/p>

未聚合的單體及低聚物進行萃取分離，以保證聚合物的質(zhì)量。

另外，物料的分離形式還有重力式分離、離心式分離、洗滌式分離及吸附、

過濾等。例如，用于壓縮系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)的油水分離，就是根據(jù)氣體與液滴的相

對密度不同，采用重力式或離心式氣液分離器將氣體與液滴分離的。洗滌式分離

器是利用液體將氣體中的固定顆粒、液滴及部分氣體雜質(zhì)洗滌、吸收。對于潔凈

程度要求高的，則需用多孔性材料或樹脂等在過濾器或吸附器內(nèi)對氣體進行機械

過濾或物理吸附。

七、儲存

儲存往往是生產(chǎn)工藝流程中不可缺少的部分。生產(chǎn)中為便于原料、產(chǎn)品或中

間產(chǎn)品的運輸、儲存、收集、添加等需使用各種儲存容器，如液化石油氣的運輸、

儲存必須用槽罐（車）、儲液罐等。用于生產(chǎn)中的各種加料罐、接收罐、中間儲

罐、成品接收罐等都是儲存容器。

第二節(jié)壓縮空氣生產(chǎn)、凈化工藝

壓縮空氣用途廣泛，主要可用來作為動力和動力源，如用于氣流輸送和作為

氣動裝置、氣動儀表的動力源。

一、工藝流程

空壓站的工藝流程（圖3-1）為：空氣一過濾器1（清除其中的機械雜質(zhì)）

一空壓機2（進行壓縮）f冷卻器3―油水分離器4（分離出其中的油和水）一

儲氣罐5。若對空氣品質(zhì)要求不高，此時的壓縮空氣就可以直接使用了。若對空

氣品質(zhì)要求高，則需進一步凈化，凈化流程為：壓縮空氣一干燥氣6（除去其中

剩余的油、水等雜質(zhì)）一過濾器7（進一步清除機械雜質(zhì)）一凈化空氣儲罐8f

供用戶使用。

二、壓縮空氣凈化系統(tǒng)的主要壓力容器

1、后冷卻器

（1）后冷卻器的作用是將經(jīng)壓縮機壓縮后的高溫氣體進行冷卻，并使壓縮

空氣中油霧和水汽的大部分凝結(jié)成液滴，以便通過油水分離器分離。

（2）后冷卻器（圖3-2）一般有列管式、盤管式、套管式、蛇管式等結(jié)構(gòu)，

現(xiàn)多為列管式冷卻器。它是由殼體、封頭、管板、列管等部分組成，并多用碳鋼

材料制作。

2、儲氣罐

（1）儲氣罐主要作用是儲存一定量的氣體，以減小氣流的脈動，調(diào)節(jié)空壓

機輸出氣量與用戶耗量之間的不平衡，保持連續(xù)穩(wěn)定的氣流輸出，并進一步分離

壓縮空氣中的油和水。

（2）儲氣罐（圖3-3）一般為圓筒形結(jié)構(gòu)，由筒體、封頭接管等部分組成，

多用碳鋼制造而成。

3、干燥器

（1）干燥器主要作用是進一步除去壓縮空氣中含有的水分、油分等雜質(zhì)，

使?jié)窨諝飧稍?，以供某些要求高質(zhì)量壓縮空氣的用戶使用。

（2）干燥器（圖3-4）一般是由筒體、封頭等部分組成的圓筒形容器，內(nèi)部

裝有吸附劑。常用的吸附劑有焦炭、硅膠和分子篩等。干燥器多用碳鋼制造而成。

第三節(jié)制冷工藝

制冷被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)或生活中的各種需要冷凍、冷藏、空調(diào)等場所。制冷

裝置有蒸氣壓縮式、蒸氣噴射式和吸收式等，目前應(yīng)用最廣泛的是蒸氣壓縮式。

制冷裝置中用以達到制冷目的的工作物質(zhì)稱為制冷劑。常用的制冷劑有氨、氟利

昂等。下面介紹以氨及氟利昂為制冷劑的制冷工藝。

一、工藝流程

1、直接供液氨制冷工藝

制冷工藝按向蒸發(fā)器供液方式的不同，可分為直接供液、重力供液及氨泵供

液等。

直接供液是指對蒸發(fā)器的供液只經(jīng)過膨脹閥（調(diào)節(jié)閥）直接進入蒸發(fā)器而不

經(jīng)過其他設(shè)備，如圖3-5所示。

直接制冷的工藝流程為：蒸發(fā)器6產(chǎn)生的低溫低壓氨蒸氣一壓縮機1（將其

吸入汽缸并壓縮為高溫高壓氨蒸氣）f氨油分離器2（分離出其中的潤滑油）一

冷凝器3（氨蒸氣經(jīng)其中冷卻水冷卻凝結(jié)為液氨）一儲液桶4。使用時，液氨經(jīng)

調(diào)節(jié)閥5（降壓）一蒸發(fā)器6（低壓液氨在其中不斷吸收被冷卻流體的熱量而汽

化）一壓縮機1（再次被吸入）。為了防止液氨被帶入壓縮機1,氨蒸氣有時■需經(jīng)

氨液分離器使氨液分離后，再進入壓縮機1。

為了將氨油分離器、冷凝器、儲液桶中的潤滑油定期排出，必須先將它們匯

集于集油器7,以便能在低壓下將潤滑油排出。冷凝器和儲液桶中如有不凝氣體

（主要是空氣），將會影響它們的正常工作，因此必須定期排出。為了不使氨蒸

氣同排出，排出前應(yīng)經(jīng)過空氣分離器8使不凝性氣體所攜帶的氨蒸氣冷卻液化并

分離出來，然后再將不凝性氣體排出。

儲液桶若設(shè)在冷凍機房內(nèi)，為防止機房發(fā)生火警等以外事故而造成儲氨容器

爆炸，一般在儲氨量較大的制冷系統(tǒng)中還裝有緊急泄氨器9（圖3-6）,它上面鉆

有許多小孔的進口管與高壓儲液桶、蒸發(fā)器等相連通。情況緊急時，可將氨液進

口閥與進水閥打開，讓氨液在器內(nèi)與水混合稀釋后，經(jīng)泄出口排入下水道中。但

在非緊急情況下嚴(yán)禁使用，以免造成氨的損失。

2、單級壓縮氟利昂制冷工藝

一般分散式小型空調(diào)系統(tǒng)和小型冷藏庫，常采用以氟利昂為制冷劑的小型制

冷裝置。它與氨制冷工藝顯著不同之處是采用熱力膨脹閥代替調(diào)節(jié)閥，并裝有氣

液熱交換器、干燥過濾器，氟利昂液體由蒸發(fā)器上部進入，蒸氣由下部排出。

氟利昂制冷的工藝流程（圖3-7）為：壓縮機1（將氟利昂蒸氣壓縮為高壓

氣體）一油分離器2（將所攜帶的潤滑油分離）一水冷式冷凝器3（將高壓氣體

冷凝為液體；液體制冷劑由其下部出液管排出）一干燥過濾器4f電磁閥5f氣

液熱交換器6（用來自蒸發(fā)器的低溫蒸氣使其進一步冷卻）一熱力膨脹閥7（節(jié)

流減壓）一分液頭8f蒸發(fā)器9（吸熱汽化）一氣液熱交換器6（使汽化后發(fā)氟

利昂提高溫度，即提高過熱度）~壓縮機1（重新加壓，進行下一個循環(huán)）。

為了保證制冷系統(tǒng)運行時高壓的壓力不致過高和低壓的壓力不致過低，在系

統(tǒng)中裝有高低壓繼電器10;氣液熱交換器6用來提高制冷劑蒸氣的過熱度和制

冷劑液體的過冷度。干燥過濾器4中裝有過濾網(wǎng)，用其中的硅膠或氯化鈣等吸濕

劑來吸收氟利昂中的水分。在冷凝器3與蒸發(fā)器9之間的管路上裝有電磁閥5,

它可控制液體管路的啟閉，當(dāng)壓縮機啟動口寸，電磁閥打開，液體進入蒸發(fā)器；當(dāng)

壓縮機停轉(zhuǎn)時，電磁閥自動關(guān)閉時，防止大量液體制冷劑流入蒸發(fā)器，以免壓縮

機再次啟動時將液體抽入造成沖缸事故。

二、氨制冷系統(tǒng)中主要壓力容器

1、臥式管殼式冷凝器

（1）臥式（或立式）冷凝器的作用是將制冷壓縮機排出的高溫、高壓制冷

劑蒸汽通過冷卻介質(zhì)（水和空氣）冷卻，使之凝結(jié)成液體的熱交換設(shè)備。

（2）臥式管殼式冷凝器（圖3-8）多為低合金鋼板卷焊而成的圓筒形容器,

有殼體、封頭、管板、列管等部分組成，列管材料常為碳鋼無縫管或紫銅管。

2、蒸發(fā)器

（1）蒸發(fā)器的作用是利用制冷劑液體在低壓、低溫下蒸發(fā)以吸收被冷卻介

質(zhì)（空氣、水、鹽水或其他冷媒）的熱量，以達到制冷目的。

（2）蒸發(fā)器可分為以下兩大類

1）冷卻液體（水或鹽水）的蒸發(fā)器，它有直接管式蒸發(fā)器、雙頭螺旋管

式蒸發(fā)器和臥式殼管式蒸發(fā)器（圖3-9）等兒種。其結(jié)構(gòu)與熱交換器基本相同，

多用合金鋼材料制成。

2）冷卻空氣的蒸發(fā)器，有冷卻排管和冷風(fēng)機。

3、氨油分離器

氨油分離器用于分離經(jīng)壓縮后的氨氣或氟利昂蒸汽中的潤滑油。其結(jié)構(gòu)見第

二章第四節(jié)中的有關(guān)內(nèi)容。

4、氨液分離器

氨液分離器用于分離來自蒸發(fā)器的氣態(tài)氨中的液氨，防止帶入壓縮機內(nèi)；按

外形可分為三種：立式、臥式和T式型。常用的為立式氨液分離器（圖3T0）,

多為低合金鋼板卷制的圓筒形結(jié)構(gòu)，由筒體、封頭接管等部分組成。

5、集油器

為了保證操作人員的安全，減小氨液的損失，當(dāng)系統(tǒng)中各有關(guān)容器放油時，

可將油先排至集油器，再從集油器中排出。集油器（圖3T1）多為低合金鋼板

焊制的立式圓筒形容器，由筒體、封頭等組成。

6、高壓儲液桶（儲氨器、儲氨罐）

高壓儲液桶用來儲存冷凝器內(nèi)所導(dǎo)出的液氨，并保證供應(yīng)個調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備的

液氨循環(huán)量，還起到液封的作用，以防止高壓氨氣竄到低壓管路中。以氨為制冷

劑的高壓儲液桶（圖3-12）為臥式圓筒形容器，由殼體、封頭等部分組成，多

為低合金鋼板卷焊而成。

第九節(jié)烘筒烘干工藝

一、烘筒烘干的原理

烘筒在"織、'印染、泡紙、橡膠及洗染等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。烘筒烘燥機是

一種干燥設(shè)備。烘燥過程是由進入烘筒內(nèi)部的高溫載熱體（如飽和蒸汽或過熱蒸

汽）通過烘筒表面散發(fā)熱量，使與之接觸的物質(zhì)（如布匹、紙張等）中的水分吸

熱汽化，散向空間，從而達到干燥的目的。

二、烘筒的分類

烘筒烘燥機的類型按烘筒排列方式分，有立式、臥式和橋式三中。其中以立

試應(yīng)用最為廣泛，在立式烘筒烘燥機中，可分為單柱、雙柱、三柱或四柱。每對

立