压力容器的基础知识

1、压力容器的基础知识一、压力容器：工农业生产及人民生活中广泛使用的承载一定压力载荷的密封容器。承压容器很多，但易造成事故且危害性较大的只是一部分。条例规定：压力容器，是指盛装气体或者液体， 承载一定压力载荷的密闭设备， 其范围规定为最高工作压力大于或者等于 0.1MPa(表压 ) ，且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5MPa/L 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 1.0MPa/L 的气体、液化气体标准沸点等于或者低于 60液体的气瓶、氧舱等。容规规定：具有下列

2、条件才能划入压力容器1. 最高工作压力（ PW） 0.1Mpa(不含液体压力下同 );2. 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积（ V）大于或等于 0.025m3;3. 盛装介质为气体、液化气体和最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。二、压力容器的特点1. 由于压力容器的压力源具有动态性质， 所以潜伏着超过额定压力而引起爆炸的可能性，有三种情况：(a) 压缩机和蒸汽锅炉的超压引起爆炸；(b) 伴有化学反应的压力容器反应中超压(c) 一般压力容器受环境温度影响升温升压引起爆炸。2. 压力容器中介质复杂：一旦爆炸，社会影响面大，甚至严重的影响社会的安定。3. 压力容器运行状

3、况是相对静止的， 但内部储存有巨大能量， 事故具有隐蔽性和突发性 .三、压力容器的压力来源。压力容器的压力来源可以来自两个方面，一是气体的压力在容器外产生（增大）的，另一种是气体的压力是在容器内产生（增大）的。(1) 气体的压力在容器外产生（增大）的压力源一般来自二个设备：a. 压力产生于气体的压缩机。 工作介质为压缩气体的容器， 压力由压缩机对气体的压缩而产生的， 例如贮气罐、 油分离器等， 这些容器承受的压力取决于压缩机出口的压力。b. 压力产生于蒸汽锅炉。工作介质为蒸汽的压力容器，如蒸汽加热器、蒸发器、夹套容器加热的夹套等， 它们的压力来源于蒸汽锅炉， 压力的大小取决于锅炉的出汽压力 .

4、 有时候压力容器所需要的蒸汽压力小于锅炉的出汽压力，则在容器的进口管上装设减压阀，调整减压阀即可以得到容器所需要的蒸汽压力.(2) 在容器内产生（增加）的气体压力，在压力容器内气体压力一般是二个原因形成的。一是由于容器内介质的聚集状态发生改变因而产生（增大）压力的, 一般是液化气体在密闭容器内受热因而蒸发或分解为气体，体积剧烈膨胀 , 但受到了器内空间的限制， 于是密度大为增加， 容器压力升高， 这就是器内的压力随着温度变化的蒸汽压力。例如液氨，在 0时的饱和蒸汽压力为 4.38 绝对大气压，温度为 50时，压力即升高至 20.7 绝对大气压，由此可见温度升高时其压力要升高 4.7 倍. 二是

5、由于介质在器内发生体积增加的化学反应。如反应器、聚合釜等。其容器的压力取决于参与化学反应物料的数量和进行化学反应的程度等。例如电解 1m3的水可以分解成1240m3氢气和 620m3氧气，反应后的气体体积比原来水的体积增大两千倍。又如碳化钙加水制* 应是体积增大的反应，它是用固体的碳化钙和液态的水产生化学反应生成乙炔, 在密闭的容器内因为体积无法增大产生极高压力。 为此应在设备上设置安全装置如爆破片、安全阀，若无相应措施可能酿成爆炸事故。四、压力容器的应用压力容器是近代工业生产过程中不可缺少的一种设备。它广泛地应用于石油化工、外层空间、海洋科学、能源系统及人民生活等诸方面。在科学研究的许多领域

6、中起着重要的作用。 现仅就石油化学工业、 能源工业、科研及军事工业等方面，简要分述如下。（ 1）石油化学工业上的应用、石油化学工业的部门很多，有炼油、化肥、农药、无机化工和有机化工等行业， 这些部门中都离不开压力容器。 这些压力容器在生产装置中有的作为流体输送与贮存用。 有的用于传热传质进行热力过程和反应过程用。例如以一个年产六万吨合成氨装置而言， 这一生产工艺需要化工设备与机器约 122 台，其中化工设备占 67%，若按操作压力分，中、低压以上的设备占 76%，见表 1-1 。由上述合成氨厂的设备统计说明，在各种化工设备中压力容器就是基本设备之一。 此外，各种化工设备中虽然所起的作用各不同，

7、但在结构上都是一个容器，只是内部装设某些工艺装置内件才构成一个完整的设备。例如化肥工业中氨合成塔、尿素合成塔、二氧化碳吸收塔、氨分离器等。又如在乙稀装置中所用的各种低温吸收塔。 聚乙稀装置中所用的各种超高压容器、聚合釜，在石油精制装置中的加氢脱硫反应器、 加氢裂化反应器和各种分离器、 换热器、吸收塔等。（2）在能源工业上的应用，随着世界性的能源危机，世界许多国家一方面正在寻找新的能源，开发煤和天然气以代替日渐枯竭的石油。另一方面正积极开发新的能源，以缓和日益紧张的能源危机，这些新开发的能源中有太阳能的应用、核动力的发电、人造石油、煤的液化等，这些装置都采用了大量的、条件苛刻的大型压力容器。例如

8、，核动力装置中反应堆压力容器是在长期辐照条件下的大型厚壁高温高压容器。又如煤液化反应器就采用内径为 5 米，厚度为 450 毫米，设计压力为 25Mpa(265公斤力 / 厘米 2), 温度高达 440550。同时其操作环境又有腐蚀介质存在的高压容器。（3）在国防工业方面的应用，随着航天、海洋开发、军事工业等科学技术的发展，又为压力容器的开发和应用开拓了新的领域。例如航天工业中所用的各类动力火箭均为压力容器，飞机上的各种专用气瓶、作为武器用的大炮都是高压容器。在海洋探测中使用的深海探测容器都需要承受高到 1000 大气压以上的外压容器。外压容器在民用上也获得了广泛的应用，例如城市、各企业的煤气

9、、液化气瓶、液化气体贮藏及槽车都是压力容器，在食品工业的制冷装置中蒸发器、冷凝器、液体冷冻剂贮罐等都是压力容器 . 还有医疗、卫生、地质勘探、文教体育等国民经济各部门也大量使用各种压力容器。由此可见压力容器的应用范围是极为普遍的。尤其在石油化学工业中几乎每一个工艺过程都使用压力容器，而且往往是整个装置生产的核心，不可缺少的设备。五、压力容器的基本要求保证压力容器可靠的、安全的运行。在设计、制造压力容器时必须满足以下要求：(1) 选择合理的结构型式选型应考虑容器的：功能、压力、温度、介质特性等条件，及结构材料、容器大小、加工制造工艺、空间位置等各种因素。(2) 选择合理的材料压力容器选材：主要考

10、虑操作条件、材料机械性能、物理性能、耐腐性能、制造工艺、材料组成外，还要考虑其经济性和易于获得。(3) 满足压力容器的强度、刚度、寿命和密封性要求。a. 强度：压力容器的所需零件尺寸要准确计算，以保证其足够的项序b. 刚度：刚度是构件在外力作用下保持其原来形状的能力。 刚度不足，则可能出现失稳变形。c. 寿命：压力容器的寿命取决于材料的腐蚀与疲劳。d. 密封性：许多容器内盛放的工艺介质有易燃、 易爆、或有毒的物质必须保证密封性能 .六、压力容器的主要工艺参数(1) 压力 P（压强）压强：单位面积上的垂直作用力为压强， P=F/Aa. 大气压力：标准海平面上的大气压力为标准大气压岸线 1atm=

11、101325Pa; 工程压力： 1at=98066.5Pa;绝对压力：最高承受的压力与含真空之差表压：绝对压力大气压力。b. 最高工作压力：最高工作压力： 是压力容器在正常工作过程中可能达到的最高表压力， 超过此压力安全装置将要的动作 .c. 设计压力：设计压力：在相应设计温度下， 用以确定容器壳体厚度的压力， 即铭牌上标注的设计压力，设计压力高于或等于最高工作压力 .d. 公称压力：公称压力：用一种标准化的压力数值将众多压力归纳成一定数值的糸列。e. 真空度：容器内的压力比当地大气压力低的数值，真空度=大气压力绝对压力 .f. 饱和蒸汽压力 :在一个密闭的容器内，当汽液两相达到气液平衡时，在

12、液体界面上的蒸汽压力。（ 2）温度：表示物体冷热程度的物理量。是物体分子运动平均动能的标志。 a. 温度表示方法摄式温标：在标准大气压，水结成冰的温度为 0；水沸腾的温度为 100. 将之分成 100 格，每格为 1.热力学温度（开氏温标） K：将水之冰、水、蒸汽共存点定为 273.16K, 其主分度与摄氏相同。华氏温标 F0，在标准大气压下，水的冰点为 320F; 沸点 2120F, 两者之间分 180格，每格为 10F。F=95 t +32b. 设计温度：设计温度是指压力容器在正常操作情况和相应的设计压力下，设定的受压元件的金属温度 , 不得高于元件金属可能达到的最高金属温度，对于 0 以

13、下的金属温度， 则设计温度不得低于金属可能达到的最低金属温度， 也即铭牌上标出的设计温度。c. 试验温度：试验温度：是指进行试验时，容器壳体的金属温度。（ 3）直径：一般所设定的内径直径，单位为 mm(4) 容积：压力容器的内容积，单位为 m3(5) 介质：压力容器内的工作物质。a. 毒性：极度、高度、中度、轻度b. 可燃性：易燃、易爆七、压力容器的分类压力容器的分类方法很多，在实际工作中，常有如下几种分类方法(1) 按设计压力高低分类：低压容器： 0.1MpaP 1.6Mpa中压容器： 1.6MpaP 10Mpa高压容器： 10MpaP 100Mpa超高压容器：P100Mpa(2) 按在工作

14、过程中的作用原理分类a. 反应容器：完成物理化学反应b. 换热容器：完成介质间热量交换c. 分离容器：完成介质流体的压力平衡和氧化净化分离等d. 储存压力容器盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等。(3) 按工作介质分：a. 按介质毒性分类极度危害高度中度危害轻度危害b. 按介质的易燃、易爆性分类易燃、易爆介质与空气混合下限小于 10%，上限与下限之差大于 20%的气体 .4. 按容规分类为了有利于安全技术监督和管理、 压力容器安全技术监察规程根据容器压力的高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用， 将规程适用范围内的压力容器划分为三类。(1) 低压容器（第 2、3 款规定的除外）为第一类压力容器。(2) 下列情况之一为第二类压力容器：a. 中压容器（第 3 款规定的除外）；b. 易燃介质或