【正文】 壓力容器審核員培訓(xùn) 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí) 濟(jì)南市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所 毛文幫 2022年 12月 壓力容器簡(jiǎn)介 一、廣義壓力容器的定義 所謂容器，通常的說(shuō)法是：由物體構(gòu)成用于盛裝物料的空間構(gòu)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(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稱(chēng)為壓力容器，或者稱(chēng)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(yīng)的物質(zhì)，稱(chēng)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(lái)源。壓力來(lái)源可以分為氣體壓力的產(chǎn)生或增大，它來(lái)自容器內(nèi)或容器外二類(lèi)。 容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外時(shí)，其壓力源一般是氣體壓縮機(jī)或蒸汽鍋爐。氣體壓縮機(jī)主要有容積型和速度型兩類(lèi)。容積型氣體壓縮機(jī)是通過(guò)縮小氣體的體積，增加氣體的密度來(lái)提高氣體壓力的。而速度型氣體壓縮機(jī)則是通過(guò)增加氣體的流速，使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能來(lái)提高氣體壓力的。工作介質(zhì)為壓縮氣體的壓力容器，其可能達(dá)到的最高壓力為氣體壓縮機(jī)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(shè)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(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)或固態(tài)物質(zhì)在容器內(nèi)受熱 (如周?chē)h(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(dāng)溫度低于 —℃ (標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) )時(shí)，它在密閉容器內(nèi)的蒸氣壓力低于大氣壓力，而當(dāng)溫度升高至 60℃ 時(shí)，呈液態(tài)的二氧化硫便大量蒸發(fā)，其蒸氣壓力即升高到 。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(huì)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(yīng)的氣體容器 (如某些碳?xì)浠衔镔A罐 )，在合適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(shí)還會(huì)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(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)?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 2022倍，在密閉的容器內(nèi)也會(huì)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(xiǎn)性較大，對(duì)壓力控制的要求也更嚴(yán)格。 三、壓力容器界限 ? 在此討論的壓力容器，主要是指那些容易發(fā)生事故。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。也就是對(duì)壓力容器劃個(gè)界限，哪些按一般設(shè)備對(duì)待，哪些按特殊設(shè)備對(duì)待。因而所講得的系指按特殊設(shè)備對(duì)待的壓力容器。 ? 1．劃分壓力容器的界限應(yīng)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(gè)方面。目前國(guó)際上對(duì)壓力容器的界限范圍尚無(wú)完全統(tǒng)一的規(guī)定。 一般說(shuō)來(lái)，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，容器爆破時(shí)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(shí)瞬時(shí)所釋放的能量很大，危害性也就大。所以一般都不把介質(zhì)為液體的容器列入作為特殊設(shè)備的壓力容器范圍內(nèi)。 值得注意的是，這里所說(shuō)的液體，是指常溫下的液體，不包括最高工作溫度高于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn) (即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn) )。 ? 《 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例 》 、 《 容規(guī) 》 對(duì)壓力容器有相應(yīng)的界定 四、壓力容器的基本要求 1．強(qiáng)度：金屬抵抗永久變形和斷裂的能力。常用的強(qiáng)度判據(jù)如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。強(qiáng)度是是涉及安全的主要問(wèn)題。 2．剛度：剛性是在外力作用（制造、運(yùn)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，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(shí)所承受的主要載荷。壓力容器運(yùn)行時(shí)的壓力是用壓力表來(lái)測(cè)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(shè)計(jì)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(chēng)操作壓力，系指容器頂部在正常工藝操作時(shí)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(guò)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(guò)此值時(shí)，容器上的安全裝置就要?jiǎng)幼?。容器最高工作壓力的確定與工作介質(zhì)有關(guān)。 3． 設(shè)計(jì)壓力 指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器計(jì)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(wèn)題的角度不一樣，不同規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)壓力的選取原則可能會(huì)略有差異。 《 容規(guī) 》 規(guī)定容器的設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)略高于容器在使用過(guò)程中的最高工作壓力。裝有安全裝置的容器，其設(shè)計(jì)壓力不得小于安全裝置的開(kāi)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(cè)溫儀表測(cè)得． ? ；壓力容器的設(shè)計(jì)溫度不同于其內(nèi)部介質(zhì)可能達(dá)到的溫度，系容器在正常工作過(guò)程中，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，表壁或元件金屬可能達(dá)到的最高或最低溫度。 ? 《 設(shè)計(jì)規(guī)定 》 ，對(duì)設(shè)計(jì)溫度的選取有如下規(guī)定： ? (1)當(dāng)容器的各個(gè)部位在工作過(guò)程中可能產(chǎn)生不同溫度時(shí)，可取預(yù)計(jì)的不同溫度作為各相應(yīng)部位的設(shè)計(jì)溫度。 ? (2)對(duì)有內(nèi)保溫的容器，應(yīng)作壁溫計(jì)算或以工作條件相似容器的實(shí)測(cè)壁溫作為設(shè)計(jì)溫度。 六、壓力容器的分類(lèi) 壓力容器的型式繁多。根據(jù)不同壓力容器可有許多分類(lèi)方法，常用的有以下幾種． （一）按壓力分類(lèi) 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(gè)等級(jí)。具體劃分如下： ? 1．低壓容器， 0.]≤P 。 ? 2．中壓容器： ≤P10MPa。 ? 3．高壓容器， 10≤P100MPa。 ? 4．超高壓容器： 100MPa。 （二）按殼體承壓方式分類(lèi) 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(lèi)。 ? 這兩類(lèi)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(wèn)題。其次，反映在安全性上，外壓容器相對(duì)內(nèi)壓容器安全。 （三）按設(shè)計(jì)溫度分類(lèi) 按設(shè)計(jì)溫度 (t)的高低，壓力容器可分為低溫容器 (t≤20℃ )，常溫容器 (—20℃ t450℃ )和高溫容器 (t ≥ 450℃ )． （四）從安全技術(shù)管理角度分類(lèi) 按安全技術(shù)管理分類(lèi)，壓力容器可分為固定式容器和移動(dòng)式容器兩大類(lèi)。 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，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。 ，系指一種貯裝容器，如氣瓶，汽車(chē)槽車(chē)，鐵路槽車(chē)等。其主要用途是裝運(yùn)有壓力的氣體。這類(lèi)容器無(wú)固定使用地點(diǎn)，一般也沒(méi)有專(zhuān)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。 （五）按在生產(chǎn)工藝過(guò)程中的作用原理分類(lèi) 壓力容器可分為反應(yīng)容器、換熱容器，分離容器和貯運(yùn)容器。 1．反應(yīng)容器，系指主要用來(lái)完成介質(zhì)的物理，化學(xué)反應(yīng)的容器。如反應(yīng)器，反應(yīng)釜、發(fā)生器、分解鍋、分解塔、聚合釜，高壓釜，合成塔，變換爐，蒸煮鍋，蒸球等。 2．換熱容器，系指主要用來(lái)完成介質(zhì)的熱量交換的容器。如管殼式廢熱鍋爐、熱交換器、冷卻器，冷凝器，蒸發(fā)鍋、加熱器，硫化鍋，消毒鍋，蒸壓釜，蒸煮器，染色器等。 3．分離容器，系指主要用來(lái)完成介質(zhì)的流體壓力平衡和氣體凈化分離等的容器。如分離器，過(guò)濾器、集油器，緩沖器，貯能器，洗滌器，吸收塔，銅洗塔，干燥塔等。 4．貯運(yùn)容器，系指主要用來(lái)盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體，液體、液化氣體等的容器。如各種型式的貯槽，槽車(chē) (鐵路槽車(chē)、公路槽車(chē) )。 ? 在一種容器中，如同時(shí)具有兩個(gè)以上的工藝作用原理時(shí)，應(yīng)按工藝過(guò)程中的主要作用來(lái)劃分。 （ 六） 《 容規(guī) 》 對(duì)壓力容器的分類(lèi) ? 為有利于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器的壓力高低，介質(zhì)的危害程度等， 《 容規(guī) 》 將其適用范圍的容器劃分為三類(lèi)。 （七）其他分類(lèi)方法 1．按容器的壁厚有薄壁容器和厚壁容器之分。 容器： K＝（ Do／ Di） ≤ 。厚壁容器： K＝（ Do／ Di ）＞ 2．按殼體的幾何形狀有球形容器、圓筒形容器、圓錐形容器之分。 3．按制造方法有焊接容器、鍛造容器，鉚接容器、鑄造容器及各式組合制造容器之分。 4．按結(jié)構(gòu)材料可有鋼制容器，鑄鐵容器，有色金屬容器和非金屬容器之分。 5．按容器的安放形式則有立式容器，臥式容器等之分 壓力容器專(zhuān)業(yè)知識(shí) 一 .壓力容器設(shè)計(jì)、制造的主要特點(diǎn) 1. 壓力容器設(shè)計(jì)一般包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (選擇 )、 設(shè)計(jì)計(jì) 算與材料選擇 ． 其中結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ) ， 即 根據(jù)各類(lèi)承壓零部件不同的結(jié)構(gòu) 、 形狀 ,分別進(jìn) 行設(shè)計(jì)計(jì)算 . 一 .壓力容器設(shè)計(jì)、制造的主要特點(diǎn) : 強(qiáng)度 在外壓作用下不允許產(chǎn)生塑性 (永久 )變形