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1、山东省特种设备检验研究院枣庄分院,压力容器介质基础知识,李长江 电话：15864455848 15092463378 QQ：714680861 E-mail：,第一部分 压力容器介质特性,1、压力容器常用参数 2、物质的状态 3、物质的可燃性 4、物质的毒性 5、物质的腐蚀性 6、几种介质的特性,1.1压力容器常用参数,1.1.1温度 一、温度的定义 二、温度的度量 三、摄氏温标与绝对温标 四、压力容器涉及到的几个温度 1.1.2压力 一、定义 二、几个压力的概念：绝对压力、表压力与负压力 三、压力的来源,1.1.1温度定义,一、定义：宏观上，温度是物体冷热程度的量度；微观上，温度是物体分子的
2、不规则热运动温烈程度的反映。温度愈高，物体分子的不规则热运动愈激烈。 反之则下降，当温度达到绝对零度时，分子热运动则完全停止。 金属的温度与环境温度和介质温度有关，壁厚截面上温度是有梯度的。 定义：沿金属截面的平均温度为金属的温度。,二、温度的度量： 温度的量度实质上是温差的量度。国际上规定的温度分度方法称为温标，是为了量度物体温度的高低而对温度零点和分度方法所作的规定，也就是温度的单位制，温标的规定是选取某种物质的两个恒定的温度为基准点，在此两点之间加以等分来确定温度单位的尺度称为度。 由于两个基准点之间所作的等分不同，因而出现了各种不同的温标，常见的有摄氏温标、绝对温标、华氏温标和列氏温标
3、等数种。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。温度没有高极点，只有理论低极点“绝对零度”。“绝对零度”是无法通过有限步骤达到的。目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标（）、热力学温标和国际实用温标。,1.1.1温度温度的度量与绝对温标,三、摄氏温标（即摄氏温度，或叫百分度温标）： 摄氏温标由摄尔修斯于1742年提出。1889年第一届国际计量代表大会决议取标准大气压力下的冰点为零度和水沸点为100度作为两个基准点，在此两点之间分成100等分，每一等分温度间隔即为1摄氏度，以符号表示，并以T代表
4、其读数。摄氏温标自此被定为国际温标。,1.1.1温度温度的度量与绝对温标,三、绝对温标（即热力学温度）： 绝对温标由开尔文（18241907，英国物理学家），理论指出，当理想气体的温度达到绝对零度（即-273.15）时，气体的压强为零。绝对温标就是以气体分子热运动停止状态的温度为零度，并参照摄氏度的分度法建立温度单位尺度。 建立在卡诺循环基础上的理想而科学的温标，将水的冰点(0)取为273.16 K( K称开尔文，绝对温标的单位)，绝对温标的分度与摄氏温标相同。 温度为0 时，摄氏温度t=0-273.15K=-273.15，而绝对温度没有负值。,1.1.1温度温度的度量与绝对温标,四、压力容器
5、涉及的几个温度 （1）温度 金属温度：容器元件沿截面厚度的温度平均值（由于金属壁面温度计算很麻烦，一般取介质温度加或减10-20得到 ）。 工作温度：容器在正常工作情况下介质温度。 （2）最高、最低工作温度：容器在正常工作情况下可能出现介质最高、最低温度。 （3）设计温度：容器在正常工作情况，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。 设计温度与设计压力一起作为压力容器的设计载荷条件。 （4）试验温度：系指压力试验时容器壳体的金属温度。,1.1.1温度压力容器涉及的几个温度,金属元件两侧表面温度 金属温度 介质（物料）温度金属温度=（twh+twc）/ 2,th,t1,twh,twc
6、,t2,tc,冷侧,热侧,温度,壳壁,1.1.1温度,一、压力定义： 、垂直作用于物体上的力叫做压力。 、物体的单位面积上受到的压力的大小叫做压强。,1.1.2压力压力定义,1.1.2压力压力定义,、公式：p=F/S 式中：p表示压强，单位帕斯卡，F表示压力，单位牛顿（N） ，S表示受力面积。 、单位：在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕（这是为了纪念科学家帕斯卡Blaise pascal而命名的），用“Pa”表示，即牛顿/平方米， 1帕斯卡=1牛顿/米2，即1Pa=1N/m2。压强的常用单位有帕、千帕、兆帕、千克力/平方厘米、毫米水银柱等；力的单位用“牛顿（N）”表示；面积的单位用“米
7、2(m2)”和“厘米2(cm2)”表示。工程所用压强单位“公斤力/厘米2”的换算关系为： 1公斤力/厘米2=10000公斤力/米=9.8x104Pa,1.1.2压力压力定义,5、补充说明 不少学科常常把压强叫做压力，同时把压力叫做总压力。这时的压力不表示力，而是表示垂直作用于物体单位面积上的力。所以不再考虑力的矢量性和接触面的矢量性，而将压力作为一个标量来处理。 在中学物理中，为避免作用力和单位面积作用力的混淆，一般不用压力来表示压强。,1.1.2压力压力定义,如图，手指受压的感觉有什么不同?用力后这种感觉有何变化?,如图，与手掌接触的那部分气球的形变较小，而手指顶着的那部分形变明显；用力越大
8、，形变越明显。,1.1.2压力压力定义,(1)当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显；,(2)当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显；,我要有一副滑雪板多好啊,坦克使用履带而不用轮子,1.1.2压力压力定义,对于压强的定义，应当着重领会四个要点： 1、受力面积一定时，压强随着压力的增大而增大。（此时压强与压力成正比）。 2、同一压力作用在支承物的表面上，若受力面积不同，所产生的压强大小也有所不同。受力面积小时，压强大；受力面积大时，压强小。 3、压力和压强是截然不同的两个概念：压力是支持面上所受到的并垂直于支持面的作用力，跟支持面面积大小无关。 压强是物体单位面积受到的压力
9、。 4、压力、压强的单位是有区别的。压力的单位是牛顿，踉一般力的单位是相同的。压强的单位是一个复合单位，它是由力的单位和面积的单位组成的。在国际单位制中是牛顿/平方米，称“帕斯卡”，简称“帕”。,1.1.2压力压力定义,二、几个压力的概念：绝对压力、表压力与负压力 当容器内介质的压力等于大气压力时，压力表的指针指在零位。当容器内介质的压力大于大气压力时，压力表的指针才会转动，表上才有读数。此时压力表的读数就是容器内介质压力超出大气压力的部分，即表压力，简称表压。 当容器内介质的压力低于外界大气压力时，则U型管压力表的液面被大气压力压向与容器相连的一端，形成液柱差H， H的压力值即为介质的压力低
10、于大气压力的部分，称为负压力或真空，简称负压。 只有当表压力是负数时，绝对压力才有可能小于大气压力，而出现负压。 通常所说的容器压力或介质压力均指表压力而言。 容器内介质的实际压力称为绝对压力，用符号“P绝”来表示。用各种压力表测量容器介质的压力得到的压力数值称为表压力，用“P表”表示。,1.1.2压力几个压力的概念,三、压力的来源 外部：压缩机、泵、锅炉 内部：气体受热膨胀（PV/T=n(常数） 液化气体受热汽化（气液共存的平衡状态） 液体温升导致的膨胀（液体的膨胀系数，LPG上升1度，压力上升23MPa） 化学反应产生（放热、产生气体的反应）,1.1.2压力压力的来源,压力的来源（外部）：
11、 1、由各类气体压缩机泵供给压力。例如贮气罐、缓冲罐、压缩机的各段分离容器等，这些容器的工作压力取决于压缩机出口和泵出口的压力。 2、由蒸汽锅炉、废热锅炉供给的压力。工作介质为蒸汽的压力容器。,1.1.2压力压力的来源,压力的来源（内部）： 1、密闭容器中的气态介质，由于温度升高导致体积膨胀，但受到容器内空间的限制而产生压力或压力增大。 2、密闭容器中的液体介质，当容器工作温度高于标准沸点时，液体沸腾汽化，体积膨胀，但受到容器内空间的限制而产生压力或压力增大。此时容器的压力取决于该温度下的饱和蒸汽压。以水为例，当工作温度为120，容器内的压力约为0.20MPa，当工作温度为200 时，容器内的
12、压力约为1.56MPa；,1.1.2压力压力的来源,压力的来源（内部）： 3、密闭容器中的液化气体介质，以气液两相共存，在有足够的气相空间条件下，容器内的压力就是随温度变化饱和蒸汽压。在各种不同液体在不同温度下有不同饱和蒸汽压。 4、密闭容器中如果充满液态介质，由于温度升高导致液体体积膨胀，但受到容器内空间的限制而产生压力或压力增大。此时容器的压力取决于液体的体积膨胀系数。因此过量充装液化介质是十分危险的。 5、由于化学反应应产生压力或压力增大。一般发生在反应器和聚合釜中进行。,1.1.2压力压力的来源,1.2.1物质状态的变化 1.2.2状态方程式 1.2.3相平衡,1.2物质的状态,自然界
13、中物质所呈现的聚集状态（或称形态）通常有气态、液态和固态。其中任何一种聚集状态只能在一定的条件下（温度、压力等）存在。当条件发生变化时，物质分子间的相互位置就发生相应变化，即表现为状态的变化。,1.2物质的状态物质状态的变化,固态,液态,气态,熔化,液化,汽化,凝固,(吸热),(放热),(放热),(吸热),1.2物质的状态,汽化：物质由液态变为气态的现象。 汽化有两种方式：蒸发和沸腾 蒸发的特点： 只发生在液体的表面 在任何温度下都可发生 缓慢的汽化 需要吸热，有制冷作用,1.2物质的状态物质状态的变化,影响蒸发快慢的因素： 液体的温度 液体表面积的大小 液体表面附近空气流动的快慢,1.2物质
14、的状态物质状态的变化,沸腾：在一定大气压下，加热液体到某一温度时，在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象，相应的温度叫沸点。 沸腾的现象： 沸腾前气泡较小，沸腾时变大 沸腾前声音较大，沸腾时变小 沸腾前温度升高，继续加热，达到一定温度沸腾，且温度不变 停止加热，不再沸腾 液体沸腾时的温度叫沸点。在标准大气压下水的沸点是100,1.2物质的状态物质状态的变化,沸腾的特点： 沸腾的条件： 表面和内部同时发生汽化 1、达到沸点 在一定的温度（沸点）下发生 2、继续吸热 剧烈的汽化 需要吸热,1.2物质的状态物质状态的变化,注：气压越高，沸点越高；气压越低，沸点越低。气压与海拔有关，海拔越高，气压越
15、低，反之亦然。,1.2物质的状态物质状态的变化,方式,项目,都是汽化现象，都能使液体变为气体，都吸收热量,液面,内部、液面同时进行,任何温度,一定温度（沸点）,缓慢,剧烈,降低,不变,1.液体温度的高低 2.液体表面积的大小 3.液体表面空气流动的快慢 4.液体汽压的高低,液面气压的高低,液化：物质由气态变为液态的现象，液化时气体会放出热。 使气体液化的方法有两种：降低温度和压缩体积。,1.2物质的状态物质状态的变化,降低温度气体液化压缩体积,气体压缩体积后液化,常见气体的临界数据,1.2物质的状态物质状态的变化,一、理想气体状态方程,1.2物质的状态状态方程式,1.2物质的状态状态方程式,低
16、压气体实验定律：,（1）玻义尔定律(R.Boyle,1662): pV 常数 （n,T 一定）,（2）盖.吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)： V/T 常数 (n，p 一定),（3）阿伏加德罗定律（A. Avogadro, 1811) V / n 常数 (T, p 一定),1.2物质的状态状态方程式,pV = nRT pVn = RT,单位：p Pa V m3 T K n mol R J mol-1 K-1,R 摩尔气体常数,R 8.314510 J mol-1 K-1,1、指定状态下计算系统中各宏观性质 p 、 V 、 T 、 n 、 m 、 M 、 (= m/ V),基本公式:,1.2物质的状态状态方程式,2、状态变化时,计算系统各宏观性质 p 、 V 、 T 、 n 、 m 、 M 、 (= m/ V),基本公式:,当n 一定时,当T一定时,当p一定时,
