【文章內(nèi)容簡介】 、蝶形、錐形、錐殼和平蓋等幾種，其中橢圓形封頭是最常用的一種封頭形式。 （ 3） 密封裝置 壓力容器上需要很多密封裝置，如采用可拆式連接的封頭與通體之間。接管和外管道之間，人孔、手孔蓋的連接等。最常用的密封裝置是螺栓法蘭連接，即在一對法蘭間放置密封元件，通過擰緊螺栓使密封元件壓緊而保證密封。 （ 4） 開孔和接管 由于工藝過程的要求和檢修需要，在壓力容器的筒體和封頭上開設(shè)有不同尺寸的安裝孔和工藝接管，如圖 1— 1 所示的人孔、物料進(jìn)出口結(jié)以及安裝壓力表、液位計、安全閥和各類檢測儀表的接管等。 （ 5） 支座 支座是支承并固定壓力容器的一個基礎(chǔ)部件，通常由板材或型材組焊而成。根據(jù)壓力容器結(jié)構(gòu)和形式的不同，支座也有不同的形式。最常見的圓筒形容器支座有立式容器支座和臥式容器支座；球星容器多采用柱式和裙式支座。 （ 6） 安全附件 由于壓力容器的使用特點及其內(nèi)部介質(zhì)的化學(xué)工藝特點，往往需要在容器上設(shè)置一些安全裝置和測量、控制儀表來監(jiān)控工作介質(zhì)的參數(shù)，以保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進(jìn)行。壓力容器的安全附件主要有安全 閥、爆破片裝置、壓力表、液位計、測溫儀表等。 5 如上所述的幾大部件組成了壓力容器的殼體，對儲存設(shè)備來說，殼體即是設(shè)備，對傳熱、傳質(zhì)設(shè)備來說，還需裝入一些工藝要求的內(nèi)件，才能構(gòu)成一個完整的設(shè)備。 壓力容器的分類 壓力容器的使用范圍廣、數(shù)量多、工作條件復(fù)雜，發(fā)生事故的危害性程度各不相同。因此壓力容器的分類有很多種，一般是按照壓力、壁厚、形狀或者在生產(chǎn)中的作用等進(jìn)行分類。介紹以下兩種： （ 1） 按照在生產(chǎn)工藝的作用 反應(yīng)容器（ R）：主要用來完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)，例如制藥廠的攪拌反應(yīng)器，化肥廠中氨合成塔等。 換熱容 器（ E）：用于完成介質(zhì)的熱量交換的壓力容器。 分離壓力容器（ S）：完成介質(zhì)流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器，如分離器、干燥塔、過濾器等。 儲存壓力容器（ C，球罐代號為 B）：用于儲存和盛裝氣體、液體或者液化氣等介質(zhì)。 （ 2） 按照壓力分 外壓容器：容器內(nèi)的壓力小于外界壓力的容器。當(dāng)容器的內(nèi)壓小于一個絕對大氣壓時，稱之為真空容器。 內(nèi)壓容器：容器內(nèi)的壓力大于外界壓力的容器。 低壓容器（ L)： ≤ p； 中壓容器（ M）： ≤ p； 高壓容器（ H）： ≤ p； 超高壓容器（ U）： p≥ 。 6 壓力容器用鋼的介紹 化工設(shè)備用材料的種類很多，主要有金屬材料。非金屬材料和復(fù)合材料。壓力容器作為一種焊接結(jié)構(gòu)，運行條件苛刻，制造工藝復(fù)雜，因此必須保證其運行的安全可靠性。要保證壓力容器的安全可靠運行就必須對所選用的剛才有較為全面的，綜合的認(rèn)識。根據(jù)壓力容器的工作環(huán)境和操作條件，對鋼材的選用應(yīng)滿足以下條件： （ 1）壓力容器需要承受壓力或其他載荷，因此要求鋼材應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。材料強(qiáng)度過低，勢必使容器過厚，提高金屬消耗量的同時也給制造、安裝帶來 不便；如材料強(qiáng)度過高，則會使材料及制造成本的增加，同時材料的抗脆斷能力也隨之降低。 （ 2）壓力容器用鋼材除了要滿足強(qiáng)度要求外，也應(yīng)具有良好的韌性。 （ 3）從容器的制造方面看，大多數(shù)壓力容器是用冷卷、熱沖壓成型工藝和焊接連接的，因此，要求材料應(yīng)具有良好的塑性，冷熱加工性能和焊接性能。 （ 4）為滿足工藝條件要求，壓力容器用鋼一般應(yīng)具有較好的耐腐蝕性能。 Q345R 鋼板由于所制造的容器都要承受不同的壓力與強(qiáng)度。一般常壓為 或更高；工作溫度常于 20℃ 450℃之間，也有低于 20℃。根據(jù)容器的工作條件與加工工藝，要求容器用鋼板必須具有良好的冷彎和焊接性能；有良好的塑性和韌性；有高溫短時強(qiáng)度或長期強(qiáng)度性能。為了使容器能承受更高的壓力，減輕結(jié)構(gòu)自身重量，容器用鋼板材質(zhì)除用優(yōu)質(zhì)碳素鋼材之外，目前大多采用低合金結(jié)構(gòu)鋼作材質(zhì)。容器板分為壓力容器用碳素鋼和低合金鋼板、多層壓力容器用低合金鋼板等。 16Mn 是老國標(biāo)牌號，現(xiàn)在將其歸入了低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，現(xiàn)在的牌號稱為 Q345，但是 Q345 鋼是老牌號的 12MnV、 14MnNb、 18Nb、 16MnRE、 16Mn 等多個鋼種的替代，而并非僅替代 16Mn 鋼一種材料。 7 以下列出常用鋼材的性能特征： 表 11 力學(xué)性能和 牌號 交 貨 狀態(tài) 鋼板厚度 mm 拉伸試驗 沖擊試驗 彎曲試驗 抗拉強(qiáng)度 Rm N/mm2 屈服強(qiáng)度aReL N/mm2 伸長度 A, % 溫度℃ V型沖擊功Akv , J 180176。 b=2a 不小于 不小于 Q245R 熱軋 控軋 或 正火 3~16 400~520 245 25 0 31 d=1.5a ＞ 16~36 235 ＞ 36~60 225 ＞ 60~100 390~510 205 24 d=2a ＞ 100~150 380~500 185 Q345R 3~16 510~640 345 21 0 31 d=2a ＞ 16~36 500~630 325 d=3a ＞ 36~60 490~620 315 ＞ 60~100 490~620 305 20 ＞ 100~150 480~610 285 ＞ 150~200 470~600 265 Q370R 正火 加 回火 10~16 530~630 370 20 20 34 d=2a ＞ 16~36 360 d=3a ＞ 36~60 520~620 340 8 第 2 章 試驗爐的設(shè)計 設(shè)計參數(shù)的確定 壓力 （ 1） 工作壓力 工作壓力是指在正常的工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力。工作壓力的確定應(yīng)注意以下幾點： ?由于最大工作壓力是容器頂部的壓力，所以對于塔類直立容器，直立進(jìn)行水壓試驗的壓力和臥置時不同； ?工作壓力是根據(jù)工藝條件決定的，容器頂部的壓力和底部可能不同，許多塔器頂部的壓力并不是 其實際最高工作壓力； ?標(biāo)準(zhǔn)中的最大工作壓力，最高工作壓力和工作壓力概念相同。 （ 2） 設(shè)計壓力 p 設(shè)計壓力是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計溫度一起最為設(shè)計載荷條件，其值不低于工作壓力。設(shè)計壓力的確定可根據(jù)以下幾點： 1）壓力容器的設(shè)計壓力不得低于最高工作壓力； 2）裝有安全性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動作壓力。裝有安全閥時，容器的設(shè)計壓力 fpp )~(? （安全閥的開啟壓力）；裝設(shè)爆破片裝置的容器，根據(jù)所選用爆破 片形式的不同，可選其設(shè)計壓力 ppp )~(? (爆破片的爆破壓力）。對于盛裝液化氣體的裝置，在規(guī)定的充滿系數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)計壓力僅取決于溫度的變化，一般有工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。 （ 3）計算壓力 ep 計算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件最危險截面厚度的壓力，其中包括液注 9 靜壓力，當(dāng)靜壓力值小于 5%的設(shè)計壓力時，可略去靜壓力。 由設(shè)計任務(wù)書和以上條件可 得，試驗爐MPappe ?? 設(shè)計溫度 設(shè)計溫度是指容器在正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)計壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度，主要用于確定受壓元件的材料選用、強(qiáng)度計算中材料的力學(xué)性能和許用應(yīng)力，以及熱應(yīng)力計算時涉及到的材料物理性能參數(shù)。確定設(shè)計溫度時，應(yīng)考慮以下幾點： （ 1）設(shè)計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； （ 2）當(dāng)設(shè)計溫度在 0℃以下時，不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度； （ 3）當(dāng)容器的各部分工作狀態(tài)下有不同溫度時 ，可分別設(shè)定每一部分的設(shè)計溫度。 由設(shè)計任務(wù)書和以上條件可得，試驗爐的設(shè)計溫度為 40~50℃。 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力是容器殼體，封頭等受壓元件的材料許用強(qiáng)度，取材料強(qiáng)度失效判據(jù)的極限值與相應(yīng)的材料設(shè)計系數(shù)之比，設(shè)計時必須合理的選擇材料的許用應(yīng)力，采用過小的許用應(yīng)力，會使設(shè)計的部分過分笨重而浪費的材料，反之則使部件過于單薄而容易破損。 材料強(qiáng)度失效判據(jù)的極限值可以用各種不同的方式表示，如屈服點 s? ，抗拉強(qiáng)度 b? ，持久 強(qiáng)度 D? ，蠕變極限 n? 等。應(yīng)根據(jù)失效類型來確定極限值。 在蠕變溫度以下通常取材料常溫下最低抗拉強(qiáng)度 b? ，常溫或設(shè)計溫度下的屈服點或 ts?三者除以各自的材料設(shè)計系數(shù)后所得到的最小值，作為壓力容器受壓元件設(shè)計時的許用應(yīng)力，即按下式取值 [? ]=min{stsssbb nnn ??? , }，也即 是說設(shè)計受壓元件時，以抗拉強(qiáng)度和屈服點同時來控制許用應(yīng)力。因為對韌性材料制作的容器，按彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則，容器總體部位的最大應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)低于材料的屈服點，故許用應(yīng)力應(yīng)以屈服點為基準(zhǔn)。目前在壓力容器設(shè)計中，不少規(guī)范同時用抗拉強(qiáng)度作為計算許用應(yīng)力的基準(zhǔn)，其目的是為能在一定程度上防止斷 10 裂失效。 當(dāng)碳素鋼和低合金鋼的設(shè)計溫度超過 420℃，鉻鉬合金鋼的設(shè)計溫度高于 450℃，奧氏體不銹鋼設(shè)計溫度高于 550℃時，有可能產(chǎn)生蠕變，因而必須同時考慮基于高溫蠕變極限 tn?或持久強(qiáng)度 tD? 的許用應(yīng)力。 材料設(shè)計系數(shù)的一個強(qiáng)度保險系數(shù)，主要是為了保證受壓元件強(qiáng)度有足夠的安全儲備量，其大小與應(yīng)力計算的精確性，材料性能的均勻性，載荷的確切程度，制造工藝和使用管理的先進(jìn)性以及檢驗水平等因素有著密切關(guān)系。材料設(shè)計系數(shù)數(shù)值的確定，不僅需要一定的理論分析更需要長期實踐經(jīng)驗積累。近年來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)研究的深入，對壓力容器設(shè)計，制造，檢驗和使用的認(rèn)識日益全面，深刻，材料設(shè)計系數(shù)也逐步降低。例如， 20實際 50 年代中國取 bn ≥ ， sn ≥ 3， 0，而現(xiàn)在則為 bn ≥ ， sn ≥ . GB150 給出了鋼板，鋼管，鍛件以及螺栓材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力同時也列出了確定鋼材許用應(yīng)力的依據(jù)。螺栓的許用應(yīng)力應(yīng)根據(jù)材料的不同狀態(tài)和直徑大小而定。為保證螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的密封性，必須嚴(yán)格控制螺栓的彈性變形。一般情況下，螺栓材料的許用應(yīng)力取值比其他受壓元件材料低；同時為防止小直徑螺栓在安裝時斷裂，小直徑螺栓的許用應(yīng)力也比 大直徑的低。 鋼板厚度附加值 厚度附加值按式（ 2— 1）確定： 21 CCC ?? （ 2— 1） 式中 C—— 厚度附加量， mm； 1C —— 剛才厚度負(fù)偏差， mm； 2C —— 腐蝕余量， mm。 （ 1） 鋼材厚度負(fù)偏差 1C 11 鋼材或鋼管的厚度負(fù)偏差是按鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于 ，且不超過名義厚度的 6%時，負(fù)偏差可忽略不計。 表 2— 1 鋼板的厚度負(fù)偏差 鋼板厚度 ~ ~ ~ ~ ~25 25~30 負(fù)偏差 （ 2） 腐蝕裕量 為防止容器元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度的削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量，具體規(guī)定腐蝕裕量 如下： ?對有腐蝕和磨損的原件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量； ?容器個元件受到的腐蝕程度不同時，可采用不同的腐蝕余量； ?介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸氣或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量2C≥ 1mm；對于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時，可取2C=0。 由設(shè)計任務(wù)書和以上條件可得，腐蝕裕量2C=1mm 焊接接頭系數(shù) 由于焊接接頭熱影響區(qū)有熱應(yīng)力存在，焊接接頭金屬晶粒粗大，以及焊接接頭中可能出現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋和未焊透等焊接缺陷，都會影響焊接接頭強(qiáng)度，因而必須引入焊接接頭系數(shù)。影響焊機(jī)機(jī)頭系數(shù)的因數(shù)很多，它的選取應(yīng)根據(jù)受壓元件的焊接接頭形式及無損檢測的長度比例確定。 （ 1） 雙面焊的對接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭 100%無損探傷，φ =；局部無損探傷，φ = （ 2） 單面焊的對