压力容器基础知识

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1、压力容器基础知识,第一章： 概述 随着我们国家经济的发展和工业的进步，压力容器已经广泛的用于各行各业；如：石油、化工、机械、冶金、轻工、航空、航天、国防等工业部门的生产以及人民的生活。在化肥、炼油、化工、农药、医药、有机合成等行业，压力容器是主要的生产设备，例如在年产30万吨的乙烯装置中，压力容器约占设备总量的35%。,随着新型高效节能设备得到应用、石油炼化产能及加工 深度不断增加、海洋资源开发、化工食品工艺性能提高以及 世界能源的危机、军事装备的竞争、核能的开发等对压力容 器设备提出了新的要求和越来越高，越来越严的要求，其操 作介质多为高温（低温）、高压、易燃、易爆、有毒、强腐 蚀等恶劣工况

2、，具有相当大的危险性，给设计、制造、检验 、安装、使用及维修方面提出更加苛刻的要求，如何使设计 的产品能满足使用条件，这是我们每一个搞压力容器设计人 员需要解决的问题。,1.压力容器的设计进展 压力容器设计是一门具有综合性能较强的专业，要求设计人员必须熟悉国家的法律法规、安全技术规范、技术设计标准及设计方法，同时，还必须对所设计压力容器的使用范围、使用环境、使用工艺有清楚的了解，并及时掌握市场动向，加快设计方法的进步和发展。,1） 常规设计通常以材料力学及板壳薄膜理论的简化计算公式为基础，加上一些经验系数进行设计的方法。 常规设计基于弹性失效准则，容器在整个使用过程中材料处于弹性，不得屈服，不

3、考虑交变载荷和容器的疲劳寿命，以最大主应力强度理论为基础来确定主要受压元件的尺寸。,2 ） 分析设计以详尽的应力分析报告为依据，另外，由于压力容器结构、载荷和工况的复杂性，分析设计常常需要进行实验，分析设计采用的是最大剪应力理论来确定受压元件的尺寸。,3） 常规设计与分析设计的结合 压力容器分析设计对经济上成本较高，但采用常规设计又不能满足某些零部件的设计要求或者采用常规方法设计的这些零部件造价太高。为了解决这一问题，出现了以常规设计为基础，局部元件采用分析设计的设计方法，这样兼顾了常规设计与分析设计的特点，能满足现代压力容器设计的需要；但常规设计与分析设计的结合也还存在许多问题，还需要在实践

4、中不断完善。,4 ） 压力容器设计未来的发展 随着压力容器的广泛使用，压力容器的设计方法也在向前发展，随着科技的发展和新材料、新工艺的应用及各种软件的开发和应用，将使未来压力容器的设计，向更加趋于准确化、安全化、合理化的方向发展。,5 ） 压力容器标准未来的技术发展方向 由于标准技术的全球化和贸易化，使得我国标准化的工作必须要考虑和国际接轨，因此压力容器标准更加关注以下方面： a) 充分考虑我国压力容器标准与国际接轨的要求，逐步实现材料互认、焊接工艺评定及焊工资格互认、无损检测资格及工艺互认，满足产品国际流通的要求；将有色金属制压力容器完全纳入GB150标准中，形成具有我国特色的压力容器标准体

5、系；,b) 吸取了我国近十年来在冶金材料、制造技术、无损检测、安全防护等方面的科技成果，不断完善和充实标准的技术内容； c) 目前确定许用应力系数调整只是关于压力容器钢材部分的局部调整，以后也会对有色金属、铸铁铸钢、复合材料进行研究； d) 研究不同失效模式的设计准则，例如经验型的脆性断裂向断裂力学评价转化、结构稳定性设计准则的研究、关于压力容器危害识别风险控制等方法的研究等。,2. 压力容器的基本要求 1) 满足使用要求：压力容器的结构型式、尺寸规格、使用条件(压力、温度、腐蚀条件）以及其他载荷条件在工艺装置中的功能要求决定的，因此要求设备必须能满足生产条件下处理物料的功能要求。,2).安全

6、可靠性： 确保设备安全使用的基本要求是设备的强度、刚度、稳定性、密封性和耐腐蚀性。 a）承压设备所有零部件间除个别螺栓连接之外基本都是焊接连接，因此在压力载荷作用下，本体材料和焊接接头应具有足够的强度，这些焊接接头往往具有结构不连续，受力情况复杂的特点，不免存在焊接缺陷，连接部位消弱。 b）足够的刚度是保证在载荷作用下，构件不致发生过大的变形。,c）稳定性是保证在外载荷作用下，设备或构件不致突然失去原有形状，外压作用失稳杆件、圆筒形容器的轴向受压失稳，薄壁容器封头在受内压作用下也可能产生转角过渡区的失稳。 d）对易燃、易爆、有毒介质的压力容器，必须保证有良好的密封性能，否则对人的生命财产和环境

7、造成的后果是难以想象的。 e) 材料的耐腐蚀性对于保证承压设备的使用寿命和安全运行是显而易见的，设备的设计应根据具体操作条件和介质的不同腐蚀类型，选用相适应的设备材料以及正确的加工制造方法，以保证设备的长周期安全运行。,3). 合理的经济成本： 首先保证在寿命的前提下要选择合理的材料，在保证工艺过程要求的前提下结构要简单，并易于方便制造、检验、维修、最终使设备总成本尽可能降低。,3. 压力容器的定义和分类 定义：注解1。监察范围：注解2。 分类: 1）根据生产装置单元过程分类： 搅拌、蒸发、干燥、蒸馏、热量传递、吸收等等； 2） 根据生产过程中的作用原理分类： 分为反应压力容器、换热压力容器、

8、分离压力容器、储存压力容器。,3) 根据压力容器的设计压力（p）分类： （1）低压（代号L）0.1MPap1.6MPa； （2）中压（代号M）1.6MPap10MPa； （3）高压（代号H）10MPap100MPa； （4）超高压（代号U）p100MPa。 （5） 常压容器: -0.02MPaP0.1MPa。,4）根据壳体承压方式分类：分为内压容器、外压容器、真空容器、常压容器。 按照GB/T26929-2011压力容器术语： 内压容器是指正常操作时，其内部压力高于外部压力的容器； 外压容器是指正常操作时，其外部压力高于内部压力的容器。 在外压容器中，如果容器内部介质压力（绝对压力）小于环境大

9、气压，即在真空状态下工作的容器，又可称为真空容器。 常压容器是指与环境大气压直接连通或工作(表)压力为零的容器。,5）根据设计温度分类 按设计温度（t）的高低，压力容器可分为低温容器（t -20 ）、常温容器（-20t450 ）和高温容器（t450 ）。,6）根据安置形式分类： 压力容器可分为固定式容器和移动式容器两大类。 （1）固定式压力容器：按照固容规1.2条 对于为了某一特定用途、仅在装置或者场区内部搬动、使用的压力容器，以及移动式空气压缩机的储气罐按照固定式压力容器进行监督管理。,（2）移动式压力容器；是指安装在交通工具上、作为运输装备的压力容器。 在我国压力容器法规体系中，移动式压力

10、容器仅包括铁路罐车、汽车罐车、长管拖车、罐式集装箱和管束式集装箱等安装在陆路运输工具上和部分使用水路运输工具的压力容器产品。,7）根据固容规的规定分类： 固容规1.7条、附件A 为了便于进行分类监督管理，固定式压力容器安全技术监察规程将其监察范围内的容器根据危险程度划分为三类（类、类和类） ，其中第类压力容器危险性最大，故要求最严格。类别划分的方法是，首先根据介质特性，确定介质分组，选择类别划分图，再利用设计压力p（单位MPa）和容积V（单位L）值在类别划分图上标出坐标点，确定压力容器类别。这种分类,方法，强化危险性原则，从风险控制的理念上对压力容器进行分类监管。 压力容器类别划分方法见附件A

11、。,（1）、固定式压力容器介质分组及其危害性（固容规） （a）介质分组 压力容器介质分为两组：毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体为第一组介质；除第一组介质以外的介质为第二组介质。 （b）介质危害性 介质危害性指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。,（c）毒性程度 综合考虑介质毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素，按照HG20660-2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类确定，如HG20660-2000没有规定的，应参照GB 5044-1985 职业性接触

12、毒物危害程度分级 的规定，将毒性介质分为四级，具体为：极度危害（级）、高度危害（级）、中度危害（级）、轻度危害。,极度危害（级）：最高容许浓度小于0.1mg/m3。 高度危害（级）：最高容许浓度0.11.0mg/m3； 极度危害（级）、高度危害（级）： 如氟、氢氟酸、光气、氟化氢、氯。 中度危害（级）：最高容许浓度1.010.0mg/m3； 如二氧化硫、氨、一氧化碳、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯。 轻度危害（级）：最高容许浓度大于或者等于10.0mg/m3。 如氢氧化钠、丙酮。,（d）易爆介质 是指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限

13、的差值大于或者等于20%的介质。 如氢、甲烷、乙烷、环氧乙烷、环丙烷、乙烯、丙烯等。,（5）介质毒性危害程度和爆炸危险程度的确定 按照HG206602000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类确定介质毒性危害程度和爆炸危险程度。HG20660没有规定的，由压力容器设计单位参照GB504485职业性接触毒物危害程度分级的原则，决定介质组别。,（6）腐蚀介质 硝酸、硫酸、盐酸、环烷酸、强碱等具有强腐蚀性。介质的腐蚀性很复杂。介质的种类和性质不同，加上工艺条件不同，介质的腐蚀性也不同。,图A1 压力容器类别划分图第一组介质,图A-2 压力容器类别划分图第二组介质,8）根据压力容器许可级别划分

14、 按照TSG1001-2008压力容器压力管道设计许可规则附件A, 压力容器设计许可级别分为A、C、D、SAD级 A级： (1)A1级，指超高压容器、高压容器（注明单层、多层）； (2)A2级，指第三类低、中压容器； (3)A3级，指球形储罐； (4)A4级，指非金属压力容器。,C级 (1)C1级，指铁路罐车； (2)C2级，指汽车罐车、长管拖车； (3)C3级，指罐式集装箱； D级 (1)D1级，指第一类压力容器； (2)D2级，指第二类压力容器； SAD级：指压力容器应力分析设计。,9）根据其他分类方法： （1）按壳体壁厚分类：分为薄壁容器（容器外径与内径之比小于或等于1.2）和厚壁容器（

15、容器外径与内径之比大于1.2）。 （2）按材质分类：分为钢制压力容器、有色金属压力容器和非金属容器等。 （3）按制造方法分类：分为板焊容器、锻焊容器、铸造容器、包扎式容器、绕带式容器、热套式容器等。 （4）按容器主轴线方向分类：立式、卧式。 （5）按容器截面分类：圆形截面、非圆形截面。,4. 法律、法规、规范及技术标准 1）中国特种设备法规体系构成 “法律行政法规、法规性文件、地方性法规部门规章、地方政府规章规范性文件、安全技术规范引用标准”五个层次。 第一层次：法律根据宪法和立法法的规定，全国人民代表大会及其常委会制定的法律：,第二层次：行政法规、法规性文件、地方性法规由国家最高行政机关国务

16、院制定的行政法规和省、自治区、直辖市以及省会市和较大市人大及其常委会制定的地方性法规：,第四层次：规范性文件、安全技术规范只经过规定的编制、审定程序由部门领导授权签署、以总局名义公布的规范性文件、安全技术规范。,第五层次：标准-按标准化法的规定制定的标准（包括：特种设备产品标准、材料标准、性能标准检测方法标准共1500余项。 见注解4；,对特种设备安全技术规范编号识别 TSG XX XXX-XXXX 特种设备安全技术规范拼音标志 规范种类号 规范顺序号 颁布年份 规范种类号 （Z综合类；G-锅炉；R-压力容器；D-压力管道） 规范顺序号（工作项目） （0-综合类；1-设计； 2-制造； 3安装改造维修；4气体充装 5使用；,6作业人员；7检验检测； 8检验检测人员； C材料 F安全附件； B部件 例如：TSG R1001-2008压力容器压力管道设计许可规则。 中华人民共和国特种设备安全法、特种设备安全监察条例、TSG G0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程及GB150压力容器之间的关系： 注解5：,