特种设备压力容器基础知识2019121

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1、特种设备压力容器基础知识 特种设备相关法规标准体系 标准：GB150压力容器 GB151热交换器 NB/T47041塔式容器 NB/T47042卧式容器 GB12337钢制球形储罐 一、特种设备特种设备安全监察条 例 n本条例所称特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容 器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型 游乐设施和场（厂）内专用机动车辆。 n特种设备的生产（含设计、制造、安装、改造、维修，下同）、使用 、检验检测及其监督检查，应当遵守本条例，但本条例另有规定的除 外。 军事装备、核设施、航空航天器、铁路机车、海上设施和船舶以 及矿山井下使用的特种设备、民用

2、机场专用设备的安全监察不适用本 条例。 房屋建筑工地和市政工程工地用起重机械、场（厂）内专用机动 车辆的安装、使用的监督管理，由建设行政主管部门依照有关法律、 法规的规定执行。 锅炉 n锅炉，是指利用各种燃料、电或者其他能源 ，将所盛装的液体加热到一定的参数，并通 过对外输出介质的形式提供热能的设备，其 范围规定为设计正常水位容积大于或者等于 30L，且额定蒸汽压力大于或者等于0.1MPa （表压）的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或 者等于0.1MPa（表压），且额定功率大于 或者等于0.1MW的承压热水锅炉；额定功 率大于或者等于0.1MW的有机热载体锅炉 。 压力容器 n压力容器，是指盛装气体

3、或者液体，承载一定压 力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于 或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体和最 高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积 大于或者等于30L且内直径(非圆形截面指截面内 边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm的固定式 容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者 等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于 或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点 等于或者低于60液体的气瓶；氧舱。 压力管道 n压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者 液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或 者等于0.1MPa（表压），介质为气体、液化气体、蒸

4、汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度 高于或者等于标准沸点的液体，且公称直径大于或者 等于50mm的管道。公称直径小于150mm，且其最高 工作压力小于1.6MPa（表压）的输送无毒、不可燃、 无腐蚀性气体的管道和设备本体所属管道除外。其中 ，石油天然气管道的安全监督管理还应按照安全生 产法、石油天然气管道保护法等法律法规实施 。 电梯 n电梯，是指动力驱动，利用沿刚性导轨 运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级 （踏步），进行升降或者平行运送人、 货物的机电设备，包括载人（货）电梯 、自动扶梯、自动人行道等。非公共场 所安装且仅供单一家庭使用的电梯除外 。 起重机械 n起重机械，是指用

5、于垂直升降或者垂直升降并 水平移动重物的机电设备，其范围规定为额定 起重量大于或者等于0.5t的升降机；额定起重 量大于或者等于3t（或额定起重力矩大于或者 等于40tm的塔式起重机，或生产率大于或者 等于300t/h的装卸桥），且提升高度大于或者 等于2m的起重机；层数大于或者等于2层的机 械式停车设备。 客运索道 n客运索道，是指动力驱动，利用柔性绳 索牵引箱体等运载工具运送人员的机电 设备，包括客运架空索道、客运缆车、 客运拖牵索道等。非公用客运索道和专 用于单位内部通勤的客运索道除外。 大型游乐设施 n大型游乐设施，是指用于经营目的，承 载乘客游乐的设施，其范围规定为设计 最大运行线速

6、度大于或者等于2m/s，或 者运行高度距地面高于或者等于2m的载 人大型游乐设施。用于体育运动、文艺 演出和非经营活动的大型游乐设施除外 。 场（厂）内专用机动车辆 n场（厂）内专用机动车辆，是指除道路 交通、农用车辆以外仅在工厂厂区、旅 游景区、游乐场所等特定区域使用的专 用机动车辆。 安全附件 n安全阀 n爆破片 n紧急切断阀 n气瓶阀门 二、固定式压力容器 n压力容器定义 n压力容器名词定义 n压力容器设计制造的主要特点 n压力容器的范围 n压力容器分类 n压力容器结构 大容规的压力容器定义 n本规程适用于同时具备下列条件的固定式压力容器： n(1)工作压力大于或者等于0.1MPa；（注

7、1-2） n注1-2：工作压力指压力容器在正常工作情况下，容器顶部可能达 到的最高压力（表压力）。 n(2)容积大于或者等于0.03m3并且内直径（非圆形截面指截面内 边界最大几何尺寸）大于或者等于150mm；(注1-3) n注1-3：容积是指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸 计算（不考虑制造公差）并且圆整。一般应当扣除永久连接在容 器内部的内件的体积。 n(3)盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者 等于其标准沸点的液体。（注1-4） n注1-4：容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时，如 气相空间的容积大于或者等于0.03m3时,也属于本规程的适用范围 。

8、特种设备目录定义的压力容器 n压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压 力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于 或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体和最 高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积 大于或者等于30L且内直径(非圆形截面指截面内 边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm的固定式 容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者 等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于 或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点 等于或者低于60液体的气瓶；氧舱。 压力容器的范围 n压力容器的本体界定在下述范围内： 压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一道环向 焊接接头的焊

9、接坡口、螺纹连接的第一个螺纹接头、 法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连 接的第一个密封面； 压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件； 非受压元件与压力容器本体连接的连接焊缝。 压力容器本体中的主要受压元件 n压力容器本体中的主要受压元件：包括壳体、封头(端 盖)、膨胀节、设备法兰，球罐的球壳板，换热器的管 板和换热管，M36以上(含M36)的设备主螺柱以及公称 直径大于或者等于250mm的接管和管法兰。 压力容器的安全附件 n安全附件包括直接连接在压力容器上的安全阀、爆破 片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液 位计、测温仪表等安全附件 。 名词定义 名词定义 名词定义 名词定

10、义 名词定义 压力容器设计制造的主要特点 n压力容器设计一般包括结构设计（选择）、设计 计算与材料选择。其中结构是设计计算的基础， 即根据各类承压零部件不同的结构、形状，分别 进行设计计算。 压力容器设计制造的主要特点 n压力容器设计计算一般要解决三类问题： n1. 强度在内压作用下不允许产生塑性（永久 ）变形，是涉及安全的主要问题，如筒体、封头 等； n2. 刚性在外力作用（制造、运输、安装与使 用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封） 、管板等； n3. 稳定性在外压作用下防止突然失去原有形 状的稳定性，如外压及真空容器。 压力容器设计制造的主要特点 n依各类承压零部件不同的结构、形状，

11、采用不同 的加工方法分别制造，然后通过多种方法（焊接 、法兰螺栓、螺纹）连接在一起，构成一台完整 的容器，其中焊接是主要方法。 压力容器主要失效方式 n压力容器可能存在的八种失效方式： 1. 过量的弹性变形，包括弹 2. 过量的塑性变形； 性不稳定； 3. 脆性断裂； 4. 由应力引起破坏/蠕变变形； 5. 塑性不稳定渐增的垮塌； 6. 高应变、低循环疲劳； 7. 应力腐蚀； 8. 腐蚀疲劳。 压力容器主要失效方式 n压力容器的常规设计方法是基于弹性失效准则； 弹性失效准则下的四个强度理论： n第一强度理论（最大主应力理论） 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力1达到了极限应力，材料就发生破

12、坏。 强度条件：1 t n第二强度理论（最大变形理论） 认为材料的最大的应变达到了极限状态，材料就发生破坏。 强度条件： max n第三强度理论（最大剪应力理论） 材料的最大剪应力max达到了极限应力，材料就发生破坏。 强度条件：max =（1-3） t n第四强度理论（剪切变形能理论） 材料变形时，即内部变形能量达到材料的极限值时，材料破坏。 强度条件： e= (1-2)2+(2-3)2+(3-1)2 t 内压圆筒计算 n薄壁圆筒容器在工程中采用无力矩理论来进行应力计算，在内压P作用下 ，筒壁承受轴向应力和切向应力（薄膜应力）作用。 内压圆筒计算 n内压圆筒计算 n设计温度下的计算厚度按下式

13、计算： n公式适用范围：Pc0.4t 或 Do/Di1.5 n公式中应力的推导是根据薄膜应力理论。用第一强度理论，以圆筒平均直 径为基准计算的环向应力，考虑了圆筒内壁上最大主应力与平均拉应力的 差值进行了修正，并考虑了纵向焊缝（A类焊接接头）在强度方面相对于 母材的削弱。 外压圆筒计算 n外压圆筒及外压球壳： n承受外压的圆筒，其失效方式有二种：一是因强度不足而导致破坏，另一 是因为刚度不足而引起失稳 。 n失稳：是指容器所受的外压达到某种极限时，（即：达到临界压力PCr时 ）容器突然失去原来的形状，而出现有规则的波形，在卸去外压后，仍不 能恢复原来的形状。 外压圆筒计算 压力容器的分类 n分

14、类繁多，从不同的角度出发（介质、温度、压力、用途等等 ），主要的分类： n压力：低压：设计压力1.6MPa n 中压：1.6MPa 设计压力10MPa n 高压：10MPa 设计压力100MPa n 超高压：设计压力100MPa n温度：常温压力容器 n 低温压力容器（设计温度-20度） n 高温压力容器（设计温度450度） 压力容器的分类 n按在生产工艺过程中的作用原理分类： n（1）反应压力容器（代号R），主要是用于完成介质的物理、化学反应的 压力容器，例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、变换炉、煤气发 生炉等； n（2）换热压力容器（代号E），主要是用于完成介质的热量交换的压力容 器

15、，例如各种热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器等； n（3）分离压力容器（代号S），主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲 和气体净化分离的压力容器，例如各种分离器、过滤器、集油器、洗涤 器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等； n（4）储存压力容器（代号C，其中球罐代号B），主要是用于储存或者盛 装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，例如各种型式的储罐。 压力容器的分类 按其结构形式分类 n塔式容器 n卧式容器 n管壳式换热器 n立式容器 n球形储罐 n余热锅炉 n非圆形压力容器 压力容器的分类 其他常见的分类方法： 按形状分类，如圆筒形、球形、组合型、方形、矩形等； 按筒体结构分为整体式、组合式。 按制造方法分为焊接、锻造、铸造。 按材料分为金属与非金属两大类，其中： 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。 钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢及高合金钢 压力容器的分类 n为了便于安全监察和管理，按容器的压力等级、容积、介质的 危害程度，把压力容器分为三类。第I 、II、III类压力容器。 n具体分类方法：按TSG21-2016固定式压力容器安全技术监 察规程的附录A分类。 压力容器的分类 n介质分组 n压力容