《压力容器》第一章基本知识.ppt

1.1 概述 1.2 压力容器的分类1.3 压力容器的材料及选择1.4 压力容器的主要设计参数1.5 相关的法律、法规,第一章 基础知识,目 录,第一章 基础知识,第一章 基础知识,1.1概述,界定,本节主要介绍压力容器的界定、压力容器的应用和压力容器的基本要求。,压力容器在广义上的定义：容器器壁两边存在着一定压力差的所有密闭容器，均可称作压力容器。压力容器器壁两边（内、外部）所存在的压力差称作压力载荷，由于压力容器器壁承受压力载荷，所以压力容器也称作受压容器。,特殊点：压力容器所承受的压力载荷等于人为地将能量进行提升、积蓄，使容器具备了能量随时释放的可能性和危险性，也就是会泄漏和爆炸，引发灾难事故。,第一章 基础知识,界定（续1）,这种可能性和危险性与容器的介质、容积、所承受的压力载荷以及结构、用途等有关。实际上，只有一部分的压力容器容易发生事故，而且事故的危害比较大，这部分压力容器大多都是工业生产中承载压力的容器。这类容器被划归为一种特殊设备进行管理，设立专门机构对其进行监督，建立健全了各类规章制度，并要求严格按规定规范进行选材、设计、制造、安装、使用管理与维修改造和定期检验。我国专门机构：国家质量监督检验检疫总局。界定就应从事故发生的可能性和事故危害的严重性来考虑。一般来说，这种可能性和危害的严重程度与压力容器的工作介质、工作压力及容积等密切相关。,第一章 基础知识,界定（续2）,压力容器的工作介质：是指容器所盛装的，或在容器中参与反应的物质。,工作介质,液体,气体（危害性严重）,常温下的液体（事故的危害性小）,高于其标准沸点（在标准大气压下的沸点）的饱和液体（危害性严重）,沸点低于常温的液化气体（危害性严重）,例如，一个容积为10m3、工作压力为1.1MPa（绝对）的容器，如果介质是空气，它爆破时所释放的能量(气体绝热膨胀所做的功)约为1.36107J；如果介质是水，则其爆炸时所释放的能量仅为2.2103J。前者为后者的6200倍。压力容器的工作介质：包括压缩气体、水蒸气、液化气体和工作温度高于其标准沸点的饱和液体。,第一章 基础知识,界定（续3）,工作压力：是指容器在正常使用过程中，所承受的最高压力载荷。工作压力越高，或者容器的容积越大，则容器爆炸时气体膨胀所释放的能量也越大，事故的危害性越严重。我国目前完全纳入压力容器安全技术监察规程适用范围的压力容器应同时具备下列三个条件：高工作压力Pw0.1MPa（不含液体静压）。内直径（非圆形截面指其最大尺寸）不小于0.15m，且容积V0.025m3。盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。,第一章 基础知识,部分纳入压力容器安全技术监察规程适用范围的压力容器,与移动压缩机一体的非独立的容积不大于0.15m3的储罐、锅炉房内的分气缸。容积小于0.025m3的高压容器。深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力容器、空分设备中的冷箱。螺旋板换热器。水力自动补气气压给水（无塔上水）装置中的气压罐、消防装置中的气体或气压给水（泡沫）压力罐。水处理设备中的离子交换或过滤用压力容器、热水锅炉用的膨胀水箱。电力行业专用的全封闭式组合电器（电容压力容器）。橡胶行业使用的轮胎硫化机及承压的橡胶模具。,第一章 基础知识,压力容器的应用,压力容器广泛地用于化工、炼油、机械、动力、轻工、纺织、冶金、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的重要设备。如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳，流体贮罐，核动力反应堆的压力壳，电厂锅炉系统中的汽包，民用液化石油气瓶等，都是压力容器。因此，压力容器与工业生产和人民生活有着十分密切的关系。设计好、制造好、使用好、管理好压力容器就显得十分重要。,第一章 基础知识,压力容器的基本要求,一般应考虑下列几个基本方面：选择合适的结构形式 设计选型时应考虑：容器的功用、操作条件(压力、温度、介质特性等)、结构材料，容器的大小、加工制造方法、空间位置等多种因素。合理选择结构材料 必须考虑：容器的操作条件(如设计温度、设计压力、介质特性等)、材料的机械性能与物理性能、耐腐蚀性能、制造工艺性能(如焊接性能、冷热加工工艺性能等)、材料的组织与成分。同时还要注意到材料的价格与来源，以保证经济上的合理性等。,第一章 基础知识,压力容器的基本要求（续1）,满足结构强度的要求 压力容器应满足下列各项结构强度的要求：强度 压力容器的所有零部件(筒体、封头、法兰、支座、开孔补强等)都应按有关规定计算、决定尺寸，以保证有足够的强度。措施：等强、超压放爆装置(如爆破片)。刚度和稳定性 刚度与稳定性是指构件在外力作用下保持原来形状的能力。若刚度与稳定性不足，就有可能出现失稳现象。因此，有些构件的尺寸主要决定于刚度与稳定性而不是决定于强度。如外压容器，其结构尺寸往往决定于刚度与稳定性。有时为保证运输、安装过程中能保持原来形状，需增加部件厚度。,第一章 基础知识,压力容器的基本要求（续2）,耐久性 耐久性一般指要求的使用年限。一般设计中：预定使用年限为1015年。高压容器：使用年限一般预定为2025年。耐久性决定于：腐蚀、压力容器的疲劳、蠕变以及振动等。保证容器耐久性的措施：根据使用年限(或实际操作循环次数)和腐蚀情况等条件，正确地选用材料。密封性 压力容器的密封性能是关系到能否保证安全运行的一个十分重要的问题。保证密封性能的措施：正确决定密封结构,合理选择密封材料。制造、操作和运输方便,第一章 基础知识,1.2压力容器的分类,按压力等级分类,内压容器,(按容器承受的压力形式),外压容器(内部压力小于外部压力的容器),(按设计压力),低压容器（代号L）：0.1p1.6MPa中压容器（代号M）：1.6p10MPa高压容器（代号H）：10p100MPa超高压容器（代号U）：p100MPa,压力容器,第一章 基础知识,按安全的重要程度分类,我国压力容器安全监察规程，根据容器的压力高低、介质的危害程度及在生产过程中的重要作用，将容器分为三类。,压力容器,一类容器（代号为）,二类容器（代号为）,三类容器（代号为）,第一章 基础知识,第三类压力容器,属于下列情况之一者为第三类压力容器(代号为)：高压容器。毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器。易燃或毒性程度为中度危害介质、且设计压力p与容积V的乘积大于或等于10MPam3（pV10MPam3）的中压储存容器。易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV0.5MPam3的中压反应容器。毒性程度为极度和高度危害介质，且pV0.2MPam3的低压容器。高压、中压管壳式余热锅炉，包括用途属于压力容器并主要按压力容器标准、规范进行设计和制造的直接受火焰加热的压力容器。,第一章 基础知识,第三类压力容器（续）,中压搪玻璃压力容器。使用按相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa的强度级别较高的材料制造的压力容器。移动式压力容器包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体罐)或汽车液化气体运输车(半挂)、低温液体运输车(半挂)，永久气体运输车(半挂)和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等。容积大于等于50m3的球形储罐。容积大于5m3的低温绝热压力容器。,第一章 基础知识,第二类、一类压力容器,属于下列情况之一者为第二类压力容器(代号为)：中压容器。毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器。易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器。低压管壳或余热锅炉。低压搪瓷玻璃压力容器。属于下列情况者为第一类压力容器(代号为)：除列入第三类、第二类的低压容器之外的所有低压容器。,第一章 基础知识,介质的定性,1.剧毒介质：指进入人体量20的气体。如：一甲胺、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、环丙烷、氢、丁烷、三申胺、丁二烯、丁烯、丙烷、丙烯、甲烷等。,第一章 基础知识,按工艺用途分类,压力容器,反应压力容器（代号R）,换热压力容器（代号E）,分离压力容器（代号S）,储存压力容器（代号C，其中球罐代号为B）,贮运压力容器（LA表示液化气体汽车罐车、LT表示液化气体铁路罐车）,第一章 基础知识,按工艺用途分类（续1）,反应压力容器（代号R）主要是用来完成介质的物理、化学反应的容器。这类容器的压力源于两种，即加压反应和反应升压。其主要工艺过程是物理过程。常用的反应压力容器有：反应器、反应釜、蒸压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、煤气发生炉等。换热压力容器（代号E）主要是用来完成介质的热量交换，达到生产工艺过程所需的将介质加热或冷却的目的的容器。常用的换热压力容器有：管壳式余热锅炉（废热锅炉）、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、预热器、染色器等。,第一章 基础知识,按工艺用途分类（续2）,分离压力容器（代号S）主要是用来完成介质的流体压力平衡、缓冲和气体净化分离的容器。介质在分离容器内通过降低流速、改变流动方向或用其他物料吸收、溶解等方法来分离气体中的混合物，达到净化气体或提取其中有用物料的目的。常用的分离压力容器有：分离器、过滤器、集油器、缓冲器、蓄能器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、除氧器等。,第一章 基础知识,按工艺用途分类（续3）,储存压力容器（代号C，其中球罐代号为B）与贮运压力容器（LA表示液化气体汽车罐车、LT表示液化气体铁路罐车）储存压力容器主要是用来储存气体、液体、液化气体等介质，保持介质压力的稳定。常用的有：压缩气体储罐、压力缓冲器等。贮运压力容器（移动式压力容器）与储存压力容器的区别在于贮运压力容器没有固定的使用地点，一般也没有专职的使用操作人员，使用环境经常变换，不确定因素较多，管理复杂，因此容易发生事故。它的主要用途是盛装或运送有压力的气体或液化气体。如：气瓶、液化气体气瓶、各种型式的槽（罐）车等。,第一章 基础知识,按壁温分,压力容器,常温容器：温度高于20至200条件下工作的容器。,低温容器：温度低于20条件下工作的容器。,高温容器：温度达到材料蠕变温度下工作的容器。,按安装方式分,按结构材料分,压力容器,金属容器,非金属容器,压力容器,固定式容器,移动式容器,第一章 基础知识,代号标记法,第一个代号表示容器的类别，罗马数字表示第一类压力容器、表示第二类压力容器、表示第三类压力容器。第二个代号表示压力容器的压力等级，英文字母表示低压、M表示中压、H表示高压、U表示超高压。第三个代号表示压力容器的用途，英文字母R表示反应容器、E表示换热容器、S表示分离容器、C表示储存容器、B表示球形储罐、LA表示液化气体汽车罐车、LT表示液化气体铁路罐车。,第一章 基础知识,1.3压力容器的材料及选择,压力容器所用材料选择的总的原则：使压力容器在实际操作条件(如压力、温度、外部负载、介质腐蚀性能、介质对材料的脆化作用和毒性等)下和指定的寿命内能够满足正常的安全的工作要求。压力容器材料选用的一般原则：所选压力容器用材料的质量及规格应符合相应国家标准、行业标准的规定。选择压力容器用钢材必须考虑容器的使用条件(如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等)、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理及容器的结构等。,第一章 基础知识,压力容器材料选用的一般原则(续1)(2讲),选择压力容器用钢材必须在满足第条的前提下，考虑经济合理性。所选压力容器用钢材的磷含量不应大于0.03，硫含量不应大于0.02；用于焊接压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25。易燃或有毒介质的容器的受压元件，不得选用沸腾钢制造。钢的焊接性能常用碳当量表示。碳钢：Ceq0.3、低合金钢：Ceq0.25 碳当量计算公式：我国过去采用的：,日本：,英国(国际焊接学会推荐、目前国内应用较多)：,第一章 基础知识,压力容器用钢材的种类,碳素钢（常用）低合金钢 高合金钢钢板 复合钢板 低温容器与高温容器用钢 有色金属,压力容器用钢材,第一章 基础知识,碳素钢,压力容器用碳素钢（一般）：含磷、硫杂质少，塑性好，焊接性能优异，抗冷脆性能高，时效倾向小的镇静钢。碳素钢是压力容器常用的材料，供应方便，价格低廉。,压力容器用碳素钢,普通碳素钢优质碳素钢,普通碳素钢钢板：Q235AF、Q235A、Q235C、20R；优质普通碳素钢板：10、20、25、35、45；钢 管：10、20；锻件材料：20、25、35、45；碳钢螺栓材料：Q235A、35。,第一章 基础知识,低合金钢,低合金钢具有较好的力学性能，强度高，塑性、韧性好，而且焊接性能及其他工艺性能也较好，耐蚀性远比碳素钢强。低合金钢的力学性能好，用它制造的压力容器重量比碳钢制造的轻2030，成本也降低许多。钢 板：16MnR、15MnVR等；钢 管：16Mn、15MnV、09Mn2V、16Mo等；锻 件：16Mn、15MnV、10MnMo等；螺 栓：16Mn、40MnB、40MnVB、40Cr等。,第一章 基础知识,高合金钢钢板,高合金钢钢板在空气、水、酸、碱及其他化学侵蚀性介质中具有高度的稳定性。钢 板：0Crl3、0Crl8Ni9、0Crl8Nil0Ti、0Crl7Nil2Mo2、0Crl9Nil0等；钢 管：0Crl3、0Crl8Ni9等；锻 件：0Crl3、1Crl8Nil0Ti 等；螺 栓：2Crl3、1Crl8Ni9Ti等。,第一章 基础知识,复合钢板,复合钢板是由碳钢或普通低合金钢为基层、不锈钢为复层组成的钢板。一般复层厚度为基层厚度的l3110。基层的作用是承受强度，复层则用作防腐层，与介质接触。应用不锈钢复合板，不仅节约了不锈钢，而且其热导率为单一不锈钢的1.52倍。因此，它特别适用于制造既要耐腐蚀又要传热效率高的设备。低温容器与高温容器用钢 a.低温容器 我国将设计温度20的压力容器定为低温容器。低温容器破坏的主要原因是由于承压部件在低温和应力作用下发生脆性断裂，所以，GBl501998钢制压力容器中规定“低温容器受压元件用钢必须是镇静钢”。,第一章 基础知识,低温容器与高温容器用钢(续1),b.高温容器 在较高温度下承受载荷的金属材料，各种性能都与在常温下的性能有明显的区别。除了力学性能会随着温度的升高发生明显变化（一般表现为强度降低而塑性升高）外，钢材在高温下还会出现蠕变、松弛（最主要的是会产生蠕变）等异常现象。因此，对于高温承压部件材料的强度，不仅要考虑它的短期高温强度指标，更主要是考虑它的蠕变极限和持久极限。蠕变极限：材料在一定温度下，在规定的使用时间内，使试件产生一定量总变形的应力值。蠕变极限反映的是材料在高温下工作的变形量。,第一章 基础知识,低温容器与高温容器用钢(续2),持久极限：在给定温度下，使材料经过规定时间（一般为100000h）发生断裂的应力值。持久强度反映的是材料在高温下长期工作的断裂抗力，它更好地反映了高温元件的失效特点，所以特别适用于高温承压部件。制造高温承压部件材料应具有：足够高的强度和持久塑性、良好的组织稳定性、高的松弛稳定性、良好的抗氧化性等性能。,常用耐热钢,钼钢（Mo）：16Mo,铬钼钢（Cr-Mo）：12CrMo、15CrMo,铬钼钒钢（Cr-Mo-V）：12CrlMoV等,高合金镍铬钢：0Crl8Ni9、0Crl8Ni9Ti、1Crl8Ni9Ti等。,低合金耐热钢,有色金属 有铝和铝合金、铜和铜合金、钛和钛合金等。,第一章 基础知识,1.4压力容器的主要设计参数,压力容器的设计参数,设计压力 设计温度 许用应力 焊缝系数 壁厚附加量 最小壁厚,第一章 基础知识,最高工作压力与设计压力,最高工作压力：压力容器在正常工作过程中顶部可能产生的最高表压。设计压力：指在相应设计温度下，用以确定容器壳壁计算壁厚及其元件尺寸的压力。可取略高于或等于最高工作压力。设计压力可取略高于或等于最高工作压力。装有液体的内压容器，如果液体静压超过介质最大工作压力的5时，则设计压力为：式中 pi工作压力，kgf/cm2；介质密度，kg/cm3；H介质静液柱高度，cm。,第一章 基础知识,设计温度,设计温度：指容器在正常工作情况下，壳壁或受压元件金属可能达到的最高或最低（指壁温20时）温度。当容器的各个部件在工作过程中可能产生不同的温度时，可取预计的不同温度作为各相应部分的设计温度。容器壁温通常由传热学计算。为简便起见，可按下述规定估算：对于不被加热或冷却的壳体壁，取介质的最高温度或最低温度作为设计温度，即（为介质温度）,第一章 基础知识,设计温度(续),用蒸汽、热水或其它液体介质加热或冷冻的壳体壁，取加热介质的最高温度或冷却介质的最低温度作为设计温度。,或（为冷却介质最低温度）,即（为加热介质最高温度）,用可燃气体或电加热的壳体壁，设计温度应不小于250。,若容器壳壁裸露在大气中：,直接受影响的器壁：,若载热体温度超过600：,第一章 基础知识,许用应力,压力容器设计中的许用应力值取决于材料的力学性能(即强度、塑性或脆性)、载荷特性(静载荷或交变载荷)、温度和设计计算方法。,常温下容器材料许用应力取值：,高温下材料的许用应力应取下述中的最小值：,第一章 基础知识,许用应力(续),式中 材料许用应力，MPa；常温下材料的强度极限，MPa；材料在设计温度下的强度极限，MPa；材料在常温下的屈服极限，MPa；材料在设计温度下的屈服极限，MPa；材料在设计温度下经过10万小时断裂的持久极限，MPa；材料在设计温度下蠕变速度为107mm/（mmh）时的蠕变极限，MPa；强度极限的安全系数；屈服极限的安全系数。持久极限的安全系数；蠕变极限的安全系数。,第一章 基础知识,焊缝系数,焊缝系数：焊缝强度与母材强度之比。焊缝系数 的选取，主要考虑两方面因素：一是焊接接头的型式，二是无损探伤检验的要求。焊缝系数 值可按下列规定选取：双面焊的对接焊缝 100%无损探伤=1.00 局部无损探伤=0.85 单面焊的对接焊缝，且在焊接过程中沿焊缝根部全长有紧贴 基本金属的垫板 100%无损探伤=0.90 局部无损探伤=0.80,第一章 基础知识,壁厚附加量,壁厚附加量C应包括两部分：材料厚度负偏差C1、腐蚀裕量C2。即,mm,材料厚度负偏差 厚度负偏差一般是根据我国产常用钢板与钢管厚度及有关的规定选取。腐蚀裕量 腐蚀裕量取决于介质的腐蚀性能、材料的化学稳定性和容器的使用时间。应根据预期容器寿命和介质对金属的腐蚀速率来确定腐蚀裕量。下式可供选取时参考：式中 腐蚀速率（mm/年）；容器的使用寿命（年）。,第一章 基础知识,最小壁厚,容器的最小壁厚按下列规定确定：,碳素钢和低合金钢制的容器,当内径 时,最小壁厚,且不小于3mm。,当内径 时，最小壁厚 按运输和现场制造安装条件确定。,不锈钢制容器，取不小于2mm。,铸造容器，其由铸造工艺决定。,第一章 基础知识,1.5相关的法律、法规,压力容器易发生事故率，事故危害性比较大。为了防止压力容器发生事故，保证其安全运行，保障人民生命和财产的安全，必须加强对这种特种设备的安全管理。国家对压力容器的设计、制造、安装、使用、检测（检验）维修、改造和报废等均制定了相应的规程、法规和标准。现行的与压力容器安全管理有关的法规标准如下。,第一章 基础知识,现行的与压力容器安全管理有关的法规标准,压力容器安全技术监察规程 原国家质量技术监督局于1999年6月25日颁发。气瓶安全监察规程 原国家质量技术监督局质技监局锅发2000250号。溶解乙炔气瓶安全监察规程 原劳动部于1993年3月27日颁发。压力容器使用登记管理规则 原劳动部于1993年12月修订。压力管道安全管理与监察规定 原劳动部于1996午4月23门颁发。,第一章 基础知识,现行的与压力容器安全管理有关的法规标准(续),“关于加强快开门式压力容器安全监察与管理工作的通知”原劳动部1992年2月20日发劳锅字9号。“关于坚决贯彻落实中央领导同志重要指示精神，认真做好锅炉、压力容器制造、安装、运行安全和质量工作的紧急通知”原国家经贸委、原国家质量技术监督局联合发出。国家标准GB1501998钢制压力容器。国家标准GBl511999钢制管壳式换热器 这些法规、标准都是压力容器使用单位的压力容器管理人员或负责机械设备技术管理的主管人员所必备的和必须了解的。,第一章 基础知识,思考题,1.为什么压力容器被作为特殊设备由专门机构进行管理？2.完全纳入压力容器安全技术监察规程适用范围的压力容器应同时具备哪些条件？3.压力容器的基本要求有哪些？4.压力容器有哪些分类方法？如何分类？5.压力容器材料选择总的原则是什么？6.压力容器材料选用的一般原则是什么？7.压力容器常用钢材有哪些？8.压力容器的主要设计参数有哪些？,