1、压力容器基础知识.ppt

1,本章主要內容：压力、压力容器、工艺参数、基本要求、分类、常用材料、应力及其影响。本章重点内容：压力容器、工艺参数、基本要求及分类。,第一章 压力容器基本知识,2,第一节压力容器简介,一、压力容器的定义：1、容器：是由几何体或曲面构成用于盛装物料的空间。2、压力容器：是指所有盛装流体物料承受压力的密闭容器,在工业生产中用于完成储运、分离、交换、传热、反应等生产工艺过程。压力容器又称受压容器。压力容器是具有爆炸危险的特种设备，是工业生产和人民生活中不可缺少的一种设备。,第一章 压力容器基本知识,3,第一节压力容器简介,第一章 压力容器基本知识,4,第一节压力容器简介,3、压力容器安全监察规程对压力容器的定义：最高工作压力Pw0.1MPa（不包括液体静压力）；内径 15cm,容器体积V25L，且PwV2.5LMPa；介质为气体、液化气体和最高工作温度高于标准沸点的液体。符号说明：P容器的设计压力，单位：MPa V-容积，单位：LPw容器的最高工作压力，单位：MPa PwV容器最高工作压力与容积的乘积LMPa,第一章 压力容器基本知识,5,第一节压力容器简介,二、压力容器的压力来源：（有四种）1、由各种类型的气体压缩机或泵产生的压力。2、由蒸汽锅炉、废热锅炉产生的压力。3、液化气体在容器内受热而产生的蒸发压力。4、由化学反应体积增大产生的压力。前面两种压力来自容器外部压力（外压），后面两种属于容器内压。,第一章 压力容器基本知识,6,第一节压力容器简介,三、对压力容器的要求：1、足够的强度，指抵抗塑性变形的能力。2、足够的刚度，指抵抗外力作用下发生弹性变性的能力。3、稳定性，保持原有平衡形式的能力。也就是抗外部载荷引起形状改变的能力。4、耐久性，指容器具有足够的使用寿命。使用年限一般为1020年。5、密封性，容器连接处保持介质不泄漏的能力。,第一章 压力容器基本知识,7,第二节 压力容器工艺参数,一、压力1、压力（压强）：流体介质垂直作用于物体单位面积上的力，也叫压强。压力用“P”表示,压力的单位“帕斯卡”,1帕斯卡=1牛顿/平方米。2、大气压：地球表面大气层受地心的吸引力所产生的重力。标准大气压：1.003kg/c(相当于0.1Mpa。Mpa读作兆帕。1 兆=100万。)3、绝对压力：流体相对于真空的自身实际压力，与大气压无关。用“P绝”表示。,第一章 压力容器基本知识,8,第二节 压力容器工艺参数,4、表压力：以当时当地的大气压力为基准测得压力，也就是各种压力表测得的压力数值，用“P表”表示，P表P绝P大气。5、真空度：绝对压力不小于大气压力时，表压力的绝对值，用“P真”表示。6、工程大气压与标准大气压的换算关系：1工程大气压0.968标准大气压735.6毫米汞柱。,第一章 压力容器基本知识,9,第二节 压力容器工艺参数,7、工作压力：在正常工艺操作时的压力（不包括液体静压）。8、最高工作压力：容器顶部在工艺操作过程中，可能产生的最大压力。压力超过此值时，容器上的安全泄放装置就要开启动作。9、设计压力：相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。设计压力应高于或略高于最高工作压力。确定设计压力的几种方法见书第六页。,第一章 压力容器基本知识,10,第二节 压力容器工艺参数,二、温度温度是表示物体冷热程度的物理量。温度的表示方法：温度的表示方法有摄氏温度，华氏温度和开氏温度（绝对温度）三种。1、摄氏温度：是指在标准大气压下水的结冰温度（冰点）为0度，把水的沸腾温度（沸点）为100度，在两者之间等分成100格，每一格即为1度，故又称百分温度，用符号“”表示。,第一章 压力容器基本知识,11,第二节 压力容器工艺参数,2、华氏温度：是指在标准大气压下水的冰点定为32度，沸点定为212度，两者之间等分成180格，每格作为1度，用符号“F”表示。3、开氏温度：是指水的三相点（平衡共存时的温度）定为273.16K，其分度法与摄氏温度相同，即在摄氏温度相差1度时，开氏温度也相差1度，用符号“K”（开尔文）表示。开氏温度又称为热力学温度或绝对温度。,第一章 压力容器基本知识,12,第二节 压力容器工艺参数,4、常用几种温度：（1）使用温度：指容器运行时测得的工作介质温度。（2）设计温度：正常情况下，高温容器的设计温度不得低于金属元件可能达到的最高金属温度；低温容器的设计温度不得高于可能达到的最低金属温度。（3）试验温度：进行压力试验时，容器壳体的金属温度。,第一章 压力容器基本知识,13,第二节 压力容器工艺参数,三、介质 介质是指压力容器内盛装的物料，有液态，气态或气液混合态。工作介质：容器所盛装的或在容器内参加反应、热交换的物质。1、介质的分类：（1）易燃介质：是指与空气混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体。,第一章 压力容器基本知识,14,第二节 压力容器工艺参数,（2）毒性介质：按国家有关规定毒性介质分为四级。级 极度危害 允许浓度0.1mg/m3 级 高度危害 允许浓度0.11.0mg/m3 级 中度危害 允许浓度1.010mg/m3 级 轻度危害 允许浓度10mg/m3（3）腐蚀介质:如硝酸，盐酸，硫酸，强碱等都具有强腐蚀性。,第一章 压力容器基本知识,15,第二节 压力容器工艺参数,（4）混合介质：压力容器中的介质为混合介质时一般按照介质的组分、毒性程度和易燃性质，由设计单位或使用单位的技术部门决定介质毒性的或是否属于易燃介质。,第一章 压力容器基本知识,16,第三节 压力容器的分类,一、按压力分类：按其承受压力的高低，压力容器可分为低压容器，中压容器，高压容器，超高压容器四个等级，具体划分如下：低压容器：0.1MPaP1.6MPa 中压容器：1.6MPaP10MPa 高压容器：10MPaP100MPa 超高压容器：P100MPa,第一章 压力容器基本知识,17,第三节 压力容器的分类,二、按温度分类：低温容器：t20 常温容器：20t450 高温容器：t450三、按安装方式分类:1、固定式：热交换器，分离器，合成塔等。有固定的安装和使用的地点。2、移动式：气瓶，槽车等。可移动的压力容器，无固定使用的地点。,第一章 压力容器基本知识,18,第三节 压力容器的分类,四、按在生产工艺过程中的作用原理分类：反应容器：主要用来完成介质的物理化学反应的容器。换热容器：主要用来完成介质的热量交换的容器。分离容器：主要用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离的容器。储运容器：主要用来盛装生产和生活用的原料、气体、液化气体的容器。,第一章 压力容器基本知识,19,第三节 压力容器的分类,五、容规的分类：（、类）符号说明：R-反应容器 E-换热容器 S-分离容器 C-储运容器,第一章 压力容器基本知识,20,第三节 压力容器的分类,符号说明：PV压力与容积的乘积LMPaPwV容器最高工作压力与容积的乘积LMPa,第一章 压力容器基本知识,21,第三节 压力容器的分类,第一章 压力容器基本知识,22,第三节 压力容器的分类,相关专业术语：废热锅炉：利用化学反应热，烟气余热等废热来生产蒸汽的设备。按热源不同分为管壳式和烟道式。剧毒介质：是指进入人体量20%的气体。,第一章 压力容器基本知识,23,第四节 压力容器的常用钢材,对选用钢材的要求能够适应容器德操作条件（主要从温度，压力，介质特性等考虑），重点考虑钢材的机械性能、工艺性能和耐腐蚀性。,机械性能,工艺性能,耐腐蚀性,第一章 压力容器基本知识,24,第四节 压力容器的常用钢材,1、机械性能主要强调：,塑性 是指金属材料发生塑性变形的性能。塑性指标包括伸长率和断面收缩率。,韧性 指金属材料发生塑形变形的性能。指标包括伸长率和断面收缩率。,硬度 表示材料抵抗局部变形的能力。一般情况下材料的硬度和强度呈正比关系。,强度 是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。,第一章 压力容器基本知识,25,第四节 压力容器的常用钢材,1、机械性能主要强调：,强度 是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。,抗拉强度,蠕变极限,屈服极限,持久强度,对于钢材的强度来说，以常温及工作温度下的抗拉强度和屈服极限表示其短期强度性能；以蠕变极限和持久强度来表示其长时间高温性能。,第一章 压力容器基本知识,26,第四节 压力容器的常用钢材,1、机械性能主要强调：,强度 是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。,抗拉强度 在拉伸试验中，拉断前所能承受的最大应力。,蠕变极限,屈服极限,持久强度,第一章 压力容器基本知识,27,第四节 压力容器的常用钢材,1、机械性能主要强调：,强度 是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。,抗拉强度,蠕变极限,屈服极限 即屈服强度,在拉伸过程中，拉力不断增加或减小，还继续变形时的最小应力（个别材料，无明显临界屈服点时，则规定其发生0.2%残余伸长的应力为“条件屈服极限”。,持久强度,第一章 压力容器基本知识,28,第四节 压力容器的常用钢材,1、机械性能主要强调：,强度 是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。,抗拉强度,屈服极限,蠕变极限 在一定温度和恒定拉力下，试样在规定时间间隔内的蠕变变形量或蠕变速度不超过某规定值时的最大应力。在高温条件下，金属材料即使受到了小于屈服极限的应力,也会随时间增长而缓慢地产生塑形变形,且时间越长,累积的塑性变形量愈大,这种现象称“蠕变”。,持久强度,第一章 压力容器基本知识,29,第四节 压力容器的常用钢材,1、机械性能主要强调：,强度 是指材料承受外力和内力作用而不破坏的能力。,抗拉强度,屈服极限,持久强度 试样在给定温度下,经过规定时间发生断裂的应力。,蠕变极限,第一章 压力容器基本知识,30,第四节 压力容器的常用钢材,2、工艺性能主要强调：,良好的焊接性能,良好冷塑性变形能力,压力容器用钢要选用不易发生裂纹、焊接性好的钢材，碳钢的碳含量小于0.3%，低合金钢碳含量小于0.25%时，一般都有较好的焊接性。通常认为，碳含量低于0.45%的合金钢焊接性能良好。,第一章 压力容器基本知识,31,第四节 压力容器的常用钢材,3、耐腐蚀性：材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀的能力。,由材料的成分、化学性能、组织形态等决定的。钢中加入可以形成保护膜的铬、镍、铝、钛；改变电极电位的铜以及改善晶间腐蚀的钛、铌等，都可以提高耐腐蚀性。金属耐腐蚀性通常按照腐蚀速度评定（毫米/年）。,第一章 压力容器基本知识,32,第四节 压力容器的常用钢材,4、压力容器的常用钢一般使用范围（书1213页）,碳 钢,普通低合金钢,特殊条件下的容器用钢,第一章 压力容器基本知识,33,第一章 压力容器基本知识,第五节 压力容器的应力,一、应力与压力：应力是构件截面上的内力的集度，或者叫构件截面单位面积上的内力，单位是MPa。它的量纲和压力相等，但它们是两个不同的概念，压力是垂直作用于物体表面上单位面积的力，它是外力。而应力是外力的作用，引起构件单位面积上的内力。,34,第五节 压力容器的应力,二、应力是如何产生的？压力容器运行过程中，可能承受着各种形式的载荷。这些载荷会使容器壁产生整体的或局部的变形同时形成各种应力。常见的载荷有：1、压力载荷 2、重力载荷 3、温度载荷 4、风载荷 5、地震载荷等,第一章 压力容器基本知识,35,第五节 压力容器的应力,二、应力是如何产生及其危害 1、由压力产生的应力 受内压的容器，由于壳体在压力作用下要向外扩张，在容器壁上产生拉伸应力，这种应力也被称作薄膜应力。这种应力一般分布在容器的整个截面上，使容器发生整体变形，随着应力的增大，达到材料屈服极限时，容器会产生显著的塑性变形，如果继续增大，容器会因过度的塑性变形而破裂，导致容器损坏。,第一章 压力容器基本知识,36,第五节 压力容器的应力,二、应力是如何产生及其危害 2、由重量产生的应力 除了容器本身的重量外，容器内的介质、工艺装置、以及容器外的其它附加装置（保温装置、扶梯、平台、鞍形支座等）所产生的重量作用在容器壁上产生应力。,第一章 压力容器基本知识,37,第五节 压力容器的应力,二、应力是如何产生及其危害 3、由温度产生的应力 热胀冷缩是物体固有的基本特性，如果物体的温度发生变化，而它收到相邻部分或其他物体的牵制约束，不能自如地热胀冷缩，那么它的内部就会产生应力差。如厚壁容器内外壁温度不一样存在着温差，如果内壁温度高于外壁，当内壁要膨胀时就会受到外壁的约束而不能自由膨胀。另外，由于材料的膨胀系数不同也会产生温度应力。,第一章 压力容器基本知识,38,第五节 压力容器的应力,二、应力是如何产生及其危害 4、由风载荷产生的应力 安装于室外的塔形容器，在风力作用下，塔体会随风向弯曲变形，迎风面产生拉伸应力，背风面则产生压缩应力。5、其它 地震、容器侧或顶部有重量较大的附属装置等，也会对器壁产生相应的应力。（应力对容器的危害见书第15页）,第一章 压力容器基本知识,39,第五节 压力容器的应力,三、调整残余应力的方法 在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为：1.不均匀的塑性变形；2.不均匀的温度变化；3.不均匀的相变。,第一章 压力容器基本知识,40,第五节 压力容器的应力,三、调整残余应力的方法 1.加热，即回火处理,利用残余应力的热松弛效应消除或降低残余应力。2.施加静载，使工件产生整体或局部、甚至微区的塑性变形，也可以调整工件的残余应力。例如大型压力容器，在焊接之后，在其内部加压，即所谓的“胀形”，使焊接接头发生微量塑性变形，以减小焊接残余应力。,第一章 压力容器基本知识,41,第五节 压力容器的应力,三、调整残余应力的方法 3.振动时效，英文叫做Vibration Stress Relief,简称VSR。在国际上，工业发达国家起始于上世纪50年代，我国从70年代研究和推广。振动消除应力主要特点：（1）处理时间短；（2）适用范围广；（3）能源消耗少；（4）设备投资小，操作简便。,第一章 压力容器基本知识,42,第五节 压力容器的应力,三、调整残余应力的方法 4.锤击、喷丸、滚压等。喷丸强化是行之有效、应用广泛的强化零件的手段，喷丸的同时也改变了表面残余应力状态和分布，而喷丸产生的残余压应力又是强化机理中的重要因素。,第一章 压力容器基本知识,