压力容器安全操作技术资料(共57页)

1、压力容器安全(nqun)操作技术压力容器基本知识第一节 压力容器简介 压力容器是化工生产中不可缺少的设备，作为(zuwi)操作人员，保证压力容器安全运行是自己应尽的职责。下面就简要介绍一些基本知识。 一、压力 在物理学上把垂直作用在物体表面上的力叫做压力。单位面积所受的力称之为压强。 P（压强）F（压力）/S(受力面积) 力的国际基本单位是“牛顿（N）”； 面积的国际基本单位是“米2（m2）”； 压强的国际基本单位是“帕斯卡”，简称“帕”，用“Pa”表示。1帕斯卡1牛顿/米2，即1 Pa1 N/ m2。 在生产实践中，习惯上说的压力就是指物理学中的压强。人们习惯用的单位有“公斤”， 实际指的是

2、“公斤力/厘米2”， 1公斤力/厘米210000公斤力/米29.8104 Pa 在今后的工作中未做特别说明则所说的压力就是指压强。 常用的压力单位有： 大气压 1大气压1.013105 Pa760毫米汞柱 巴 1巴1105 Pa 1公斤力/厘米29.8104 Pa1105 Pa0.1M Pa 绝对压力、表压力与负压力。P绝（a）P表P大气 二、压力容器的定义 容器是指由曲面构成用于盛装物料的空间构件。工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。 三、压力容器的压力源 1.源于外部：压力的产生和增大来源于蒸汽锅炉或气体压缩机。

3、 2.源于内部： (1)容器内介质的聚集状态发生改变； (2)气体介质在容器内受热，温度升高； (3)介质在容器内发生体积增大的化学反应等。 四、压力容器界限 1.划分压力容器的界限应考虑的因素主要是事故发生的可能性与事故危害性的大小两方面。 2.我国压力容器管制界限范围为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器： (1)最高工作压力9.8104Pa(1Kgf/cm2)； (2)容积25L，且工作压力与容积之积200L.Kgf/cm2(1960104L.Pa)； (3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体。 五、压力容器的用途十分广泛。它

4、是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。 压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管(jigun)、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、压力表、液位计及完成不同生产工艺作用的内件。 压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。 第二节压力容器的工艺参数 压力容器的工艺参数是由生产的工艺要求确定的，是进行压力容器设计和安全操作的主要依据。压力容器的主要工艺参数为压力

5、和温度。 一、压力 1.工作压力。工作压力也称操作压力，是指容器顶部在正常工艺操作时的压力（即不包括液体静压力）。 2.最高工作压力。是指容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大表压力（即不包括液体静压力）。压力超过此值时容器上的安全装置就要动作。如安全阀起跳，爆破板爆破等。 3.设计压力。是指在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。一般取设计压力等于或略高于最高工作压力。 压力容器安全监察规程规定容器的设计压力，应略高于容器在使用过程中的最高工作压力。装有安全装置的容器，其设计压力不得小于安全装置的开启压力或爆破压力。 钢制石油化工压力容器设计规定规定容器的设计压力，应略高于或

6、等于最高工作压力。针对不同的情况，提出了如下几种确定设计压力的方法。 （1）当容器上装有安全泄放装置时，取安全泄放装置的开启压力作为设计压力。 （2）当单个容器上无安全泄放装置，而在工艺系统中装有安全泄放装置时，可根据容器在系统中的工作情况，以最高工作压力增加适当裕度作为设计压力。裕度取值无明文规定，但多数设计者往往取最高工作压力的1.051.1倍为设计压力。 （3）当容器内为爆炸性介质时，容器的设计压力根据介质特性、爆炸前的瞬时压力，爆破膜的破坏压力以及爆破膜的排放面积与容器中气相容积之比等因素作特殊考虑。爆破膜的实际爆破压力之差，应在5范围之内。实际上，对于这种工况，国内设计多取最高工作压

7、力的1.151.3倍作为设计压力。 （4）对装有液化气体的容器，应根据充装系数和可能达到的最高温度确定设计压力。 （5）外压容器，应取不小于在正常工作过程中任何时间内可能产生的最大内外压力差为设计压力。 （6）真空容器，按外压容器设计，当装有安全控制装置时，取最大内外压力差的1.25倍或0.1MPa（1f/cm2）两者中的较小者为设计压力；当未安装安全控制装置时，设计压力取0.1MPa（1f/cm2）；对带有夹套的真空容器，按上述原则再加夹套内压力为设计压力。 二、温度 1.介质温度。系指容器内工作介质的温度，可以用测温仪表测得。 2.设计温度。压力容器的设计温度不同与其内部介质可能达到的温度

8、，系容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。设计规定对设计温度的选取有如下规定： （1）当容器的各个部位在工作过程中可能产生不同温度时，可取预计的不同温度作为各相应部位的设计温度。 （2）对有内保温的容器应作壁温计算或以工作条件相似容器的实测壁温作为设计温度，并需在容器壁上设置测温点或涂以超温显示剂。 值得注意的是，只有当工作温度低于-20oC时，才按最低温度确定设计温度。除此而外，设计温度一律按最高温度选取。 第三节 压力容器的分类 压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种。 一、按承受压力的等级分为： 1.低压容器0. 1P1

9、.6MPa；2.中压容器1.6P10MPa； 3.高压容器10P100MPa；4.超高压容器P。 二、按盛装介质分为： 1.非易燃、无毒；2.易燃或有毒；3.剧毒。 三、按工艺过程中的作用不同分为： 反应容器：用于完成介质的物理、化学反应的容器。 换热容器：用于完成介质的热量交换的容器。 分离容器：用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。 贮运容器：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。 在一种容器中，如同时具有两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的注意作用来划分。 四、为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国压力容器安全监察规程中根据工作压力、介质

10、危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。 为有利于安全技术监督和管理，将本规程适用范围内的压力容器划分为三类（压力等级和品种的划分，见附件一）：低压容器（本条第、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：（）中压容器（本条第款规定的除外）；（）易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；*易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于，或爆炸上限和下限之差值大于等于的气体，如：一甲胺、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、环丙烷、氢、丁烷、三甲胺、丁二烯、丁烯、丙烯、甲烷等。*介质的毒性

11、程度参照职业性接触毒物危害程度分级的规定，分为四级，其最高容许浓度分别为：（）极度危害（级） ；（）高度危害（级）；（）中度危害（级）；（）轻度危害（级）。举例： 、级棗氟、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酸氟氯等；级棗二氧化硫、氨、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫化碳、乙炔、硫化氢等；级棗氢氧化钠、四氟乙烯、丙酮等。 *压力容器中的介质为混合物质时，应以介质的组成并按本注的毒性程度或易燃介质的划分原则，由设计单位的工艺设计或使用单位的生产技术部门，决定介质毒性程度或是否属于易燃介质。 （3）毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； （4）低压管壳式余热锅炉（管壳式余热锅炉是指本规程第

12、三条所述烟道式余热锅炉之外的、结构类似压力容器、并按压力容器标准、规范进行设计和制造的余热锅炉）； （）搪玻璃压力容器。下列情况之一为第三类压力容器：（）毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和P值大于等于0.2MPam3的低压容器；其中指设计压力。（）易燃或毒性程度为中度危害介质且PV大于等于MPam3 的中压反应容器和PV大于等于MPa 的中压储存容器；（）高压、中压管壳式余热锅炉；（）高压容器。压力容器常用的钢材 一、对选用钢材的要求 用来制造压力容器的钢材应能适应容器的操作条件（如温度、压力、介质特性等），并有利于容器的加工制造和质量保证。具体选用时，重点应考虑钢材的机械性能、工艺性能

13、和耐腐蚀性。 1.机械性能。 用于制造压力容器的钢材主要强调其强度、塑性、韧性三个性能指标。 （1）强度 物体的原子间存在着的相互作用力称为内力，这是物体所固有的。当对物体施加外力时，在物体内部将引起附加的内力，这一附加内力会随着外力的加大而相应的增加。我们把物体单位面积上所受的附加力称为应力。对于某一材料来说，所能承受的应力有一定的限度，超过了这个限度，物体就会破坏，这一限度就称为强度。在此，我们也可以将物体的强度简单说成能承受外力和内力作用而不被破坏的能力。 概念：a.抗拉强度钢材试样在拉伸试验中，拉断前所承受的最大应力。 b.屈服极限（又称屈服强度）试样拉伸过程中，拉力不增加（甚至有所下

14、降），还继续显著变形的最小应力。有些钢材无明显临界屈服点，则规定其发生0.2残余伸长变形的应力为“条件屈服极限”，以0.2表示。 c.蠕变极限在一定温度和恒定拉力负荷下，试样在规定的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。例如，在钢制石油化工压力容器设计规定中采用的“tn” ，是指在tOC温度条件下，经过10万小时后的总变形量为1的蠕变极限。 d.持久强度，对于应力容器来讲，失效的形式主要是破坏而不是变形，所以要有一个能更好地反映高温元件失效特点的强度指标持久强度：试样在给定温度下，经过规定时间发生断裂的应力。在钢制石油化工压力容器设计规定中用“tD”表示,即tOC温度下，

15、经过10万小时而断裂应力。 （2）塑性 指金属材料发生塑性变形的性能。 （3）韧性 表征材料抵抗脆性断裂的能力。 2.工艺性能。即冷塑性变形能力和可焊性。碳钢和普通低合金钢含碳量分别小于0.3和025时，一般都具有良好的可焊性。对于合金钢，可焊性与其碳当量有关，一般认为，碳当量不超过0.45的合金钢具有良好的可焊性。 3.耐腐蚀性。指材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀的能力。压力容器在使用过程中接触腐蚀性介质时会受到腐蚀，其用钢要求具有良好的耐蚀性。金属的耐腐蚀性（一般腐蚀，或称连续腐蚀）通常按腐蚀速率（毫米/年）评定。 二、压力容器常用钢材及使用范围 1.碳钢。含碳量2.06的铁碳合金为碳钢，

16、具有适当的强度和塑性，工艺性能良好，价格低廉，因而被广泛用来制造一般的中、低压容器。如Q235、20g等。 2.低合金钢。如16MnR，15MnVR等 3.特殊条件下使用的容器用钢 （1）低温（-20OC）容器用钢要求在最低使用温度下仍具有良好的韧性，以防止容器在运行中发生脆性破裂。 深冷容器常用高合金钢制造，如0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti，其使用温度下限可达-196 OC。低温容器还常用Al、Cu等金属制造，其特点是低温韧性好。 （2）高温容器用钢，碳钢Q235R、20g等可以用到475 OC，而其它普通碳钢一般只能用到400 OC。使用温度在400500 OC范围内的容器，一般可

17、选用锰钒钢、锰钼钒钢等低合金钢，如15MnVR,14MnMoVg等；使用温度为500600 OC时，可选用铬钼低合金钢，如15CrMo、12CrMo1等；使用温度为600700OC时，则可选用镍铬高合金钢，如0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等。 （3）抗氢腐蚀用钢，根据国内外的使用经验，工作压力为300大气压、介质含氢的压力容器，可以根据不同的使用温度选用下列一些钢材：低于200 OC时可选用优质碳钢，如10号钢；低于350OC时可用铬钼低合金钢，如15CrMo、30CrMo；低于450OC时可用铬钼合金钢，如Cr6Mo。更高的温度下使用时可选用含钒量0.5的铬钼合

18、金钢。 （4）在醋酸工业中使用的耐腐蚀材料有锆702（容器）、锆705（紧固件）、哈氏B2、哈氏B3、哈氏G、哈C276及不锈钢304、304L、316、316L等。由于锆及哈氏合金价格昂贵，因此在做压力较高及器壁较厚的容器时往往使用复合板，复合板由两层或三层构成。如反应器材料就是由锆钛碳钢复合板制造而成。第五节 压力容器的应力及其对安全的影响 应力容器在使用过程中承受着各种载荷并相应的产生各种应力。 各种载荷所产生的应力 1.由压力而产生的应力。这往往是确定容器壁厚的唯一因素。 2.由重力产生的应力。容器、附属设备及介质重力引起的应力。 3.由温度而引起的应力。温度变化引起各部分变形（收缩或

19、膨胀）要求不一致，从而产生应力 4.风载荷产生的应力。安装在室外的塔器，大多数是支承式的，在风力作用下，塔体就会随风向发生弯曲变形，使迎风面产生拉伸应力，而背风面则产生压缩应力。 除上述载荷引起的应力外，还有地震、在容器侧旁或顶部装置的重量较大的附属装置等均会使容器壁产生相应的应力。 应力对容器安全运行的影响 不同的载荷使容器产生的应力或者由同一种载荷在容器各部位引起不同类型的应力。 有些应力分布在容器的整个截面上，它使容器发生整体变形，且随着应力增大容器变形加剧，当这些应力达到材料的屈服极限时，容器即产生显著的塑性变形，若应力继续增加，容器则因过度的塑性变形而最终破裂。由容器内的压力而产生的

20、薄膜应力就是这样一种应力。因其能直接导致容器的破坏，所以是影响容器安全最危险的一种应力。 有些应力只产生在容器的局部区域内，也能引起容器变形，当应力增大到材料的屈服极限时，局部地方还可能产生塑性变形，但由于相邻区域应力较低，材料处于弹性变形，使这局部地方的塑性变形受到制约而不能继续发展，应力将重新分布。一般温度应力和总体结构不连续处的弯曲应力就是这样一种应力。在这种应力作用下，容器的加载与卸载循环次数不需太多，就会导致容器破坏，因此对容器的安全也构成重要影响。 有些由应力集中而次数的局部应力，只局限在一个很小的区域内，因为这种应力衰减的快，在其周围附近会很快消失，因受到相邻区域的制约，基本上不

21、会使容器次数任何重要变形。如容器壁上的小孔或缺口附近的应力集中就是这样一种应力。这种类型的应力虽不会直接导致容器破坏，但可使韧性较差的材料发生脆性破坏，也会使容器发生疲劳破坏。故对容器安全也有一定影响。 从上分析可知，不同应力对压力容器安全的影响虽然不同，但都可能导致容器破坏。为了防止在使用过程中压力容器早期失效或发生破裂而导致严重的破坏事故，对容器在各种载荷下可能产生的各类型的应力都不需加以控制而把它限制在允许范围内。要做到这一点，除设计人员精心设计外，操作人员认真操作，保持工况稳定，不超温、不超压也是十分重要的。压力容器结构第一节 压力容器的基本构成 压力容器的结构形式是多种多样的，它是根

22、据容器的作用、工艺要求、加工设备和制造方法等因素确定的。 容器的结构是由承受压力的壳体、连接件、密封元件和支座等主要部件组成。此外，作为一种生产工艺设备，有些压力容器，如用于化学反应、传热、分离等工艺过程的压力容器，其壳体内部还装有工艺所要求的内件。 壳体 壳体是压力容器最主要的组成部分，是贮存物料或完成化学反应所需要的压力空间，其形状有圆筒形、球形、锥形和组合形等，但是最常用的是圆筒形和球形两种。 1.圆筒形壳体。其形状特点是轴对称，圆筒体是一个平滑的曲面，应力分布比较均匀，承载能力较高，且易于制造，便于内件的设置和装拆，因而获得广泛的应用。圆筒形壳体由一个圆柱形的筒体和两端的封头或端盖组成

23、。 （1）筒体 筒体直径较小时（一般500mm），可用无缝钢管制作；直径较大时，可用钢板在卷板机上先卷成圆筒，然后焊接而成。随着容器直径的增大，钢板需要拼接，因而筒体的纵焊缝条数增多。当壳体较长时，因受钢板尺寸的限制，需要两个或两个以上的筒体（此时每个筒体称为筒节）组焊成所需长度的筒体。为便于成批生产，筒体直径的大小已标准化。对焊接筒体，表中公称直径（Dg）是指它的内径；而无缝钢管制作的筒体，表中公称直径则是指它的外经。 表21 筒体的公称直径300 (350) 400 （450） 500 （550） 600 （650） 700 800 900 1000 （1100） 1200 (1300)

24、1400 （1500） 1600 （1700） 1800 （1900） 2000 （2100） 2200 （2300） 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 表22用无缝钢管作筒体的公称直径 筒体公称直径 159 219 273 325 377 426 所用无缝钢管的公称直径 150 200 250 300 350 400 （2）封头与端盖。凡与筒体焊缝连接而不可拆的，称为封头；与筒体以法兰等连接而可拆的则称为端盖。根据几何形状不同，封头可分为半球形、椭圆形、碟形、有折边锥形、无折边锥形和平板封头（也称平盖）等数种。对于组装后不再需要开启的容

25、器，如无内件或虽有内件而不需要更换、检修的容器，封头和筒体采用焊接连接形式，能有效地保证密封，且节省钢材和减少制造加工量。对需要开启的容器，封头（端盖）和筒体的连接应采用可拆式的，此时封头和筒体之间必须装置密封件。 2.球形壳体。容器壳体呈球形，又称球罐。其形状特点是中心对称，具有以下优点：受力均匀；在相同的壁厚条件下，球形壳体的承载能力最高，即在同样的内压下，球形壳体所需要的壁厚最薄，仅为同直径同材料圆筒形壳体壁厚的（不计腐蚀裕度）；在相同容积条件下，球形壳体的表面积最小。壳壁薄和表面积小，制造时可以节省材料，如制造容积相同的容器，球形的要比圆筒形的节省约3040的钢材。此外，表面积小，对于

26、用作需要与周围环境隔热的容器，还可以节省隔热材料或减少热的传导。所以，从受力状态和节约用材来说，球形是压力容器最理想的外形。但是，球形壳体也存在某些不足：一是制造比较困难，工时成本较高，往往需要采用冷压或热压成形法。对于小型球形壳体，可先冲压成两个，然后再组焊成一个整球，由于半球的冲压深度深，钢材变形量大，不仅需要大型的冲压设备，而且容易产生冲压裂纹和过大的局部壳壁减薄；对于大型球形壳体，往往需要先压制成若干个球瓣，然后再将众多的球瓣组焊成一个整球，球瓣的成形和组焊都是比较困难的，容易发生过大的角变形和焊接残余应力，有的还会产生焊接裂纹；对于超大型的球形壳体，由于运输等原因，首先在制造厂压好球

27、瓣，然后运到现场组装，由于施工条件差，质量更不易保证。二是球形壳体用于反应传质或传热容器时，既不便于在内部安装工艺内件，也不便于内部相互作用的介质流动。由于球形容器的上述不足，所以其使用受到一定的限制，一般只用于中、低压的贮存容器，如液化石油气贮罐、液氨贮罐等。此外，有些用蒸汽直接加热的容器，为了减少热损失，有时也采用球形壳体，如造纸工艺中用于蒸煮纸浆的“蒸球”等。 其它形状的壳体，如锥形壳体，因为用的较少，故不作介绍。 二、连接件 压力容器中的反应、分离、换热等容器，由于生产工艺和安装检修的需要，封头和筒体需采用可拆连接结构时就要使用连接件。此外，容器的接管与外部管道连接也需要连接件。所以，

28、连接件是容器及管道中起作用的部件，一般均采用法兰螺栓连接结构。 法兰通过螺栓起连接作用，并通过拧紧螺栓使垫片压紧而保证密封。用于管道连接和密封的法兰叫管法兰；用于容器端盖和筒体连接后密封的法兰叫容器法兰。容器法兰按其结构分为整体式活套式和任意式，其结构特点和应用范围，见本章第四节。 三、密封元件 是可拆连接结构的容器中起密封作用的元件。它放在两个法兰或封头与筒体端部的接触面之间，借助于螺栓等连接件的压紧力而起密封作用。根据所用材料不同，密封元件可分为非金属元件（如石棉橡胶板、聚四氟乙烯板、橡胶板、橡胶O形环、塑料垫、尼龙垫等）、金属密封元件（如紫铜垫、不锈钢垫、铝垫等）和组合式密封元件（如铁皮

29、包石棉垫、缠绕垫等）。按截面形状的不同又可分为平面垫、三角形与八角形垫片、透镜式垫片等。 不同的密封元件和不同的连接件配合，就构成了不同的密封结构。 四、接管、开孔及其补强结构 1.接管。接管是压力容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连接的附件。常用的接管有三种，即螺纹短管、法兰短管与平法兰。 短管螺纹式接管是一段带有内螺纹或外螺纹的短管。短管插入并焊接在容器的器壁上，短管螺纹用来与外部管件连接。这种形式的接管一般用在连接直径较小的管道，如接装测量仪表等。 法兰短管式接管一端焊有管法兰，一端插入并焊接在容器的器壁上，法兰用以与外部管件连接。 平法兰是法兰短管式接管除掉了短管的一种特殊型

30、式。 2.开孔。为了便于检查、清理容器的内部，装卸、修理工艺内件及满足工艺的需要，一般压力容器都开设有手孔和人孔。一般手孔直径不小于150mm。对于内径大于1000mm的容器，如不能其可拆装置进行内部检验和清洗 时，应开设人孔（人孔尺寸有（400mm）、450mm、500mm、550mm、600mm）。手孔和人孔有椭圆形和圆形两种。人孔以圆形多见。手孔和人孔的封闭型式有内闭式和外闭式两种。 3.开孔补强结构。容器的筒体或封头开孔后，不但减小了容器壁的受力面积，而且因为开孔造成结构不连续而引起受力集中，使开孔边缘处的应力大大增加，孔边的最大应力要比容器壁上大几倍，对容器的安全运行极为不利。为了补

31、偿开孔处的薄弱部位，就需要进行补偿措施。开孔补偿有整体补强和局部补偿两种方法。前者采用增加容器整体壁厚的方式来提高承载能力，这显然不合理；后者则采用在孔边增加补强结构来提高承载能力。局部补强常用的结构有补强圈、厚壁短管和整体锻造补强等数种。 五、支座 支座对压力容器起支承作用。第二节 圆筒体结构 整体式筒体结构有单层卷焊、整体锻造、锻焊、铸锻焊以及电渣重熔等五种结构形式。 1.单层卷焊式筒体是用卷板机将钢板卷成圆筒，然后焊好纵焊缝制成筒节，再将若干个筒节组焊形成筒体，它与封头或端盖组装成容器。这是应用最广泛的一种容器结构，具有如下一些优点： 结构成熟，使用经验丰富，理论较完善； 制造工艺成熟，

32、工艺流程较简单，材料利用率高； 便于利用调质（淬火加回火）处理等热处理方法改善和提高材料的性能； 开孔、接管及内件的装设容易处理； 零件少，生产及管理均方便； 使用温度无限制，可作为热容器及低温容器。 但是，单层卷焊筒体也存在某些缺陷，一是其壁厚往往受钢材轧制和卷制能力的限制二是厚板各向性能差异大，产生脆性破坏的危险性增大；三是壁厚方向上应力分布不均匀，材料利用不够合理。随着冶金和压力容器制造技术的改进，单层卷焊结构的上述不足将逐步得到克服。 2.整体锻造式筒体常用于高压、超高压等场合。 3.锻焊式筒体常用于直径较大的化工高压容器，且在核容器上也获得了广泛的应用。 4.铸锻焊式也是主要用于高压

33、化工设备，其制造高压复杂，但材料利用较为合理。 5.电渣重熔式筒体 电渣重熔也制造高压容器的一种新工艺。 二、组合式筒体 组合是筒体结构又可多层板式结构和绕制式两大类。 应力容器的筒体结构还有套箍式、绕丝式等型式。 封 头 封头按形状可以分为三类，即凸形封头、锥形封头和平板封头。平板封头主要用作应力容器人孔、手孔的盖板和高压容器的端盖。锥形封头一般用于某些特殊用途的容器，而凸形封头在应力容器中得到了广泛的采用。 凸形封头 凸形封头有半球形、碟形、椭圆形和无折边球形封头四种。 1.半球形封头实际上就是一个半球壳。从其受力情况而言，半球形封头是最好的一种形式。但是由于其深度太大，加工制造困难，除用

34、于应力较高直径较大的贮罐或其它特殊需要者外，一般较少采用。 2.碟形封头又称为带折边的球形封头，由半径为Ro的球面，高度为L的圆筒形直边，半径为r的连接球面与直边的过度区三部分组成。设计规定就合理选r和Ro作了如下规定限制。 碟形封头球面部分的内半径应不大于封头的内直径，通常取Ro0.9Dg； 碟形封头过渡区半径应不小于封头直径的10和封头厚度的三倍； 封头厚度（不包括壁厚附加量）应不小于内直径的0.30。 3.椭圆形封头 是由半椭圆球壳和圆筒两部分组成，增加圆筒部分是为了避免边缘应力叠加在封头与筒体的连接焊缝上。由于封头的深度的曲率半径是连续均匀变化的，所以封头上的应力分布也是连续而均匀变化

35、的，受力状态比碟形好，但不如半球形封头好。 封头的内直径与封头两倍深度之比Dg/2h之值不大于2.6为宜，Dg/2hL的椭圆形封头我们称为标准椭圆形封头，是压力容器中常用的一种封头。否则为非标准椭圆形封头。 4.无折边球形封头 一般只用在直径较小、压力较低的容器上。为了保证封头和筒体连接处不至于遭到破坏，要求连接处角焊缝采用全焊透结构。 二、锥形封头 分为无折边锥形封头和折边锥形封头两种，一般用于物料排出或气液分离的直径较小和压力较低的容器上。第四节 法兰连接、密封结构 一、法兰连接与密封作用原理 法兰在容器与管道中起连接作用，下面以螺栓连接的法兰为例说明其结构特点。法兰实际上就是连在管道和容

36、器端部的圆环，上面开有若干螺栓孔，一对相组配的法兰之间装有垫片，用螺栓连接在一起，通过拧紧螺栓来连接一对法兰，并压紧垫片，使垫片表面产生塑性变形，从而阻塞了容器内部介质向外流的通道，起到密封作用。这就是法兰的密封原理。 二、法兰与筒体的连接形式 根据法兰与筒体的连接形式不同，常用的容器法兰可分为整体法兰、活套法兰和螺纹法兰三种。 1.整体法兰 法兰与法兰颈部为一整体或法兰与筒体连接可视为相当于整体结构的法兰。 在设备上直接加工法兰面； 在筒体上焊接法兰（如突面法兰、对焊法兰等）。 2.活套法兰 法兰环套在筒体外面但不与筒壁固定成为整体的法兰称为活套法兰，多用于压力较低的有色金属制造的容器。在醋

37、酸装置中为了降低制造成本及便于安装，一些贵金属制造的设备也采用活套法兰。 3.螺纹法兰 多用于高压设备上。 三、法兰密封面及垫片 法兰连接很少是因强度不足而遭到破坏，但常由于密封不好而导致泄漏。因此，密封问题已成为法兰连接中的主要问题，而法兰密封面与垫片又直接影响到法兰的密封，有必要加以介绍。 1.法兰密封面即法兰接触面，简称法兰面。一般均需经过比较精密的加工，以保证足够的精度和光洁度，才能达到预期的密封效果。常用的法兰密封面有突面型、凹凸面型、榫槽型、自紧型等数种。 突面型密封只有一个光滑的平面，为改善密封性能，常在密封面上车制出几道宽约1mm、深约0.5mm的同心沟槽，如同锯齿。这种密封面

38、结构简单，容易加工，但安装时垫片不易装正，紧螺栓时也易挤出，压力较高时垫容易冲坏而引起密封失效。一般用于低压、无毒介质的容器上。 凹凸面型密封面是一对法兰的密封面分别为凹面和凸面，且凸面高度略大于凹面深度。安装时把垫片方放在凹面上，因此容易装正，且紧螺栓时也不会挤出，在压力较高的环境下垫片不易冲坏。一般用于中压容器。 榫槽型密封面是在一对法兰的密封面上，将其中一个加工出一圈宽度较小的榫头，将另一个加工出与榫头相配合的榫槽，安装时将垫片放入榫槽内。榫槽型密封在使用时垫片不可能向内、外挤出，所以密封性能更好，且垫片较窄，减轻了压紧螺栓的负荷。但这种结构密封面结构复杂，加工困难，更换垫片比较费事，榫

39、头也容易损坏。所以，一般只用于易燃或有毒的工作介质或工作压力较高的中压容器上。 自紧式密封面是将密封面和垫片加工成特殊形状，承受压力后，垫片会自动压紧在密封面上保证密封效果。这种结构适用于高压及压力、温度经常波动的容器上。 2.垫片 法兰密封面即使经过精密加工，法兰面之间也会存在微小的间隙，而成为介质泄漏的通道。垫片的作用就是在螺栓的预紧力作用下产生塑性变形，以填充法兰密封面之间的间隙，堵塞介质泄漏通道，从而达到密封效果。 容器法兰连接所用的垫片有非金属软垫片、缠绕垫片、金属包垫片和金属垫片数种。非金属垫片是用弹性较好的板材按法兰密封面的直径及宽度剪成一个圆环。所用材料主要有橡胶板、石棉橡胶板

40、石棉板、聚四氟乙烯板等，根据容器的工作压力、温度以及介质的腐蚀性来选用。一般低压、常温（100）和无腐蚀性介质的容器多选用橡胶板（经强硫化处理的硬协接工作温度可达200）；介质温度较高（对水蒸汽450，对油类350）的中低压容器通常常用石棉橡胶板或耐油石棉橡胶板；一般的腐蚀性介质的低压容器常采用耐酸石棉板；压力较高时则用聚乙烯板或聚四氟乙烯板。 缠绕垫片是用石棉（柔性石墨、聚四氟乙烯）带与薄金属带（低碳钢带或合金钢带）相间缠绕而成。因为薄金属带有一定的弹性，而且是多道密封，所以密封性较好。用于压力或温度波动较大，特别是直径较大的低压容器上最为适宜。在直径不大的中压设备上也经常使用。 金属包垫片

41、又称为包合式垫片，是用薄金属板内包石棉材料等卷制的圆环。这种垫片耐高温、弹性好，防腐蚀能力强，有较好的密封性能。但制造较为费事，一般只用于直径较大、压力较高的低压容器或中压容器上。 四、法兰连接的紧固型式 法兰连接的紧固型式有螺栓紧固、带铰链的螺栓紧固和“快开式”法兰紧固（高压锅）等数种。 五、密封结构 密封结构分为强制密封和自紧密封两大类。常用的密封结构有平面密封。平面密封分为强制式和自紧式两种。我公司现有设备中多用强制式密封。第六节 支座 一、立式容器支座 在直立状态下工作的容器称为立式容器。其支座主要有悬挂式、支承式及裙式三类。 1.悬挂式支座，俗称耳架，适用于中小型容器，在立式容器中应

42、用广泛。它是由两块筋板及一块底板焊接而成，通过筋板与容器筒体焊在一起。底板搁置在基础上，并用地脚螺栓固定。为了加大支座的反力分布在壳体的面积，以避免因局部应力过大使壳壁凹陷，必要时应在筋板与壳体之间放置加强垫板。 2.支承式支座（支腿）。 3.裙式支座 裙式支座由裙座、基础环、盖板和加强筋组成，有圆筒形和圆锥形两种形式。常用于高大的立式容器。裙座上端与容器壁焊接，下端与搁在基础上的基础环连接，用地脚螺栓加以固定。为便于装拆，基础环上装设地脚螺栓处开成缺口，而不用圆形孔，盖板在容器装好后焊上，加强筋焊在盖板与基础之间。为避免应力集中，裙座上端一般应焊在容器封头的直边部分，而不应焊在封头转折处，因

43、此裙座内径应和容器外径相同。 二、卧式容器支座 在水平状态下工作的容器为卧式容器。其支座主要有鞍式、圈座及支承式三类。 1.鞍式支座，这是卧式容器使用最多的一种支座形式。一般由腹板、底板、垫板和加强筋组成。有的支座没有垫板，腹板则直接与容器壁连接。若带垫板则作为加强板使用，一是加大支座反力分布在壳体上的面积，对于大型薄壁卧式容器可以避免因局部应力过大而使壳壁凹陷；二是可以避免因支座与壳体材料差别大时进行异种钢焊接；三是对于壳体材料需进行焊后热处理的容器，可先将加强筋焊在壳体上，在制造厂同时进行热处理，而在施工现场再将支座焊在加强垫板上，从而解决支座与壳体在使用现场焊接后难于进行热处理的矛盾。

44、此外，在设计、安装鞍式支座时要注意解决容器的热胀问题，要求支座的设置不能影响容器在长度方向的自由伸缩；在使用时要注意观察容器的膨胀情况。 2.圈座，圈座的结构比较简单。对于大直径薄壁容器，真空下操作的容器和需要两个以上支承的容器，一般均采用圈座支承。压力容器采用圈座支承时，除常温常压下操作外，也应考虑容器的膨胀问题。 3.支承式支座，其结构也较为简单。因支承式支座在与容器壳体连接处会造成严重的局部应力，所以只适用与小型卧式容器。 三、球形容器支座 一般球形容器都设置在室外，会受到各种自然环境的影响，且重量较大外形又呈圆球状，因而支座的结构设计和强度计算比较复杂，因我公司没有使用故不作介绍。第三

45、章 压力容器安全附件 安全阀、爆破片、压力表、液位计、温度计都是压力容器的安全附件，也是容器得以安全和经济运行所必需的构成部分。容器操作人员通过对这些附件和仪表的监视和操作来实现和控制压力容器的运行。如果这些安全附件及仪表不齐全或不灵敏，就会直接影响压力容器的安全运行。合格的操作人员要会正确地和监视这些装置，应了解它们的结构、工作原理及其使用管理等方面的知识。第一节 安全阀 安全阀是一种超压防护装置，它是压力容器应用最为普遍的重要安全附件之一。安全阀的功能在于：当容器内的压力超过某一规定值时，就自动开启迅速排放容器内部的过压气体，并发出声响，警告操作人员采取降压措施。当压力回复到允许值后，安全

46、阀又自动关闭，使容器内压力始终低于允许范围的上限，不致因超压而酿成爆炸事故。一、安全阀的结构型式和工作原理 安全阀按其整体结构及加载机构的型式可以分为杠杆式、弹簧式两种。另一种脉冲式安全阀，因其结构复杂，只在大型电站锅炉上使用。1.弹簧式安全阀 弹簧式安全阀由阀体、阀芯、阀座、阀杆、弹簧、弹簧压盖、调节螺栓、销子、外罩、提升手柄等构件组成，是利用弹簧被压缩后的弹力来平衡气体作用在阀芯上的力。当气体作用在阀芯上的力超过弹簧的弹力时，弹簧被进一步压缩，阀芯被抬起离开阀座，安全阀开启排汽泄压；当气体作用在阀芯上的力小于弹簧的弹力时，阀芯紧压在阀座上，安全阀处于关闭状态。其开启压力的大小可以通过调节弹

47、簧的预紧力度来实现。将调节螺栓拧紧，弹簧被压缩量增大，作用在阀芯上的弹力也增大，安全阀开启压力增高，反之降低。有的弹簧安全阀阀座上装有调整环，其作用是调节安全阀回座压力的大小。所谓回座压力，是指安全阀开启排气泄压后重新关闭时的压力。调整安全阀回座压力的方法：将调整环向上旋，安全阀开启时，由阀座与阀芯间隙流出的气体碰到调整环后被迫转折180o，因此增加了对阀芯的冲动力，使阀芯在极短的时间内升到最大高度，并大量排出气体。由于气体阀芯的冲力增大，而作用在阀芯上的弹力没有变，所以只有当容器内压力降得稍低时，阀芯才能回到阀座上来使安全阀关闭，这样回座压力就较低；如果将调整环向下旋，那么气体向上的冲力，降

48、低，则安全阀回座压力就较高。 弹簧式安全阀的结构紧凑，轻便，较严密，受振动不易泄漏，灵敏度高，调整方便，使用范围广。但制造较为复杂，对弹簧的材质及加工工艺要求较高，使用久了弹簧容易发生变形而影响灵敏度。 2.杠杆式安全阀，主要由阀体、阀芯、阀座、阀杆、重锤、重锤固定螺栓等组成，有单杠杆和双杠杆之分。它是运用杠杆原理通过杠杆和阀杆将重锤的重力作用于阀芯，以平衡气体压力作用在阀芯上的力矩。当重锤的力矩小于气体压力的力矩时，阀芯被顶起离开阀座，安全阀开启排气泄压；当重锤的力矩大于气体力矩时，阀芯被紧压在阀座上，安全阀关闭。重锤的位置是可动的，可根据容器工作压力的大小来移动重锤在杠杆上的位置，以调整安

49、全阀的开启压力。 杠杆式安全阀具有结构简单，调整容易、准确，所加的载荷不因阀芯的升高而增加等优点，适宜用于温度较高的容器上。缺点是结构比较笨重，加载机构较易振动，常因振动而产生泄漏现象。回座压力一般都比较低。 二、安全阀的型号规格及主要参数 1.安全阀的型号规格 安全阀的型号按统一的阀门型号编排顺序组成： 类型代号： A表示安全阀 传动方式代号：安全阀均为自动开启，故此单元略去不写。 连接型式： 代号1表示内螺纹，代号2表示外螺纹；代号4表示法兰连接 结构型式：见下表代号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 安全阀 A 弹 簧 式 封 闭 式 不封闭 封闭 不 封 闭 带散热片全启式 微启

50、式 全启式 带扳手 微启式 带控制机构 带扳手 双弹簧微启式 全启式 全起式 微启式 全起式 密封面材料：T为铜合金；F为聚四氟乙烯；Y为硬质合金 阀体材料：C表示碳钢 2.主要性能参数公称压力，安全阀与容器的工作压力应相匹配。根据弹簧的刚度不同，及为了使安全阀规范化、系列化，安全阀分为不同的工作压力级别，它与管道、阀门、法兰、容器的压力等级相对应。向制造厂订货时，除了注明产品型号、适用介质、工作温度外，还应注明工作压力级别。 分类 目前大量生产的安全阀有弹簧式和杆式两大类。另外还有冲量式安全阀、先导式安全阀、安全切换阀、安全解压阀、静重式安全阀等。弹簧式安全阀主要依靠弹簧的作用力而工作，弹簧

51、式安全阀中又有封闭和不封闭的，一般易燃、易爆或有毒的介质应选用封闭式，蒸汽或惰性气体等可以选用不封闭式，在弹簧式安全阀中还有带扳手和不带扳手的。扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度，有时也可以用作手动紧急泄压用。 三、安全阀的选用原则杠杆式安全阀主要依靠杠杆重锤的作用力而工作，但由于杠杆式安全阀体积庞大往往限制了选用范围。温度较高时选用带散热器的安全阀。 安全阀的主要参数是排量，这个排量决定于阀座的口径和阀瓣的开启高度，由开启高度不同，又分为微启式和全启式两种。微启式是指阀瓣的开启高度为阀座喉径的1/401/20。全启式是指阀瓣的开启高度为阀座喉径的1/4。 安全阀的选用 由操作压力决定安全阀的

52、公称压力，由操作温度决定安全阀的使用温度范围，由计算出的安全阀的定压值决定弹簧或杠杆的定压范围，再根据使用介质决定安全阀的材质和结构型式，再根据安全阀泄放量计算出安全阀的喉径。以下为安全阀选用的一般规则。 （l）热水锅炉一般用不封闭带扳手微启式安全阀。 （2）蒸汽锅炉或蒸汽管道一般用不封闭带扳手全启式安全阀。 （3）水等液体不可压缩介质一般用封闭微启式安全阀，或用安全泄放阀。 （4）高压给水一般用封闭全启式安全阀，如高压给水加热器、换热器等。 （5）气体等可压缩性介质一般用封闭全启式安全阀，如储气罐、气体管道等。 （6）E级蒸汽锅炉一般用静重式安全阀。 （7）大口径，大排量及高压系统一般用脉冲

53、式安全阀，如减温减压装置、电站锅炉等，如图8所示。 （8）运送液化气的火车槽车、汽车槽车、贮罐等一般用内装式安全阀，如图4所示。 （9）油罐顶部一般用液压安全阀，需与呼吸阀配合使用。 （10）井下排水或天然气管道一般用先导式安全阀，如图6所示。（11）液化石油气站罐泵出口的液相回流管道上一般用安全回流阀。（12）负压或操作过程中可能会产生负压的系统一般用真空负压安全阀。（13）背压波动较大和有毒易燃的容器或管路系统一般用波纹管安全阀。（14）介质凝固点较低的系统一般选用保温夹套式安全阀。 2.安全阀的安装 安全阀必须垂直安装在容器的本体上。液化气贮罐上的安全阀必须装在它的气相位置。若安全阀确实

54、不便装在容器本体上而需用短管连接时，则接管的直径必须大于安全阀的进口直径，接管上一般应禁止装设阀门或其它引出管。对于易燃、易爆，有毒或粘性介质的容器，为便于安全阀更换、清洗，可装一只截止阀，但截止阀的流通面积不得小于安全阀的最小流通面积，并且要有可靠的措施和严格的制度，以保证在运行中截止阀全开。选择安装位置时，应考虑到安全阀的日常检查的方便。安装在室外露天的安全阀，要有防止冬季阀内水分冻结的可靠措施。装有排气管的安全阀，排气管的最小截面应大于安全阀的出口截面积，排气管应尽可能短而直，并且不得装阀。有毒介质的排放应导入封闭系统。易燃易爆介质的排放最好导入火炬。如排入大气则必须引至远离明火和易燃物

55、且通风良好处。排放管应可靠接地，以导除静电。安装杠杆式安全阀时，必须使其阀杆保持铅锤位置。所有进气管、排气管连接法兰的螺栓必须均匀上紧，以免阀体产生附加压力，破坏阀体的同心度，影响安全阀的正常动作。 安全阀的调整、维护和检验1.安全阀的调整 安全阀在安装前应进行水压试验和气密性试验，合格后才能进行校正。安全阀的开启压力一般应为最高工作压力的1.051.10倍。在压力容器上，通过调整安全阀调节圈与阀瓣的间隙，来精确地确定排放压力和回座压力。如在开启压力下仅有泄漏声而不起跳或虽起跳但压力下降后有剧烈振动和蜂“鸣声”，则是间隙偏大。如果是回座压力过低，则是间隙过小。校正调整后的安全阀应进行铅封。2.

56、安全阀的维护 欲使安全阀动作灵敏可靠和密封性良好必须加强日常维护检查。安全阀应经常保持清洁，防止阀体弹簧被油垢脏物所粘满或被锈蚀，还应经常检查安全阀的铅封是否完好，温度过低时有无冻结的可能，检查安全阀有无泄漏。对杠杆式安全阀，要检查其重锤是否松动或被移动等。如发现缺陷，要及时校正或更换。3.安全阀的定期检查 压力容器安全监察规程规定，安全阀要定期检查，每年至少检验一次。定期检验工作包括清洗、研磨、试验、校正和铅封。 第二节 防 爆 片一、防爆片又称爆破片，是一种断裂型的超压防护装置，常装设在那些不适宜装设安全阀的压力容器上，当容器内的压力超过正常工作压力并达到设计压力时即自行爆破，使容器内的气

57、体经防爆片断裂后形成的流出口向外排出，避免容器本体发生爆炸。泄压后断裂的防爆片不能继续使用，容器也被迫停止运行。因此防爆片只用在不宜装设安全阀的一种代用装置。其装设一般应负荷以下几种情况： 1.容器内的介质易于结晶或聚合，或带有加多的粘性（或粉状）物质时，如果采用安全阀作为安全泄压装置，经长期运行，这些杂质或结晶就会聚集在阀芯上，可能使阀芯与阀座产生较大的粘结力，经过长期运行，或者堵塞阀的通道，减少气体对阀芯的作用面积，使安全阀不能按规定的压力开启而失去作用，故应装设防爆片。2.容器内的压力由于化学反应或其他原因迅猛上升，装置安全阀难以及时排除过高的压力。这样的压力容器因操作不当，例如投料错误

58、、原料质量不纯、反应速度控制不严、温度过高等造成压力剧增，在这种情况下，其上装置安全阀一般是难以及时泄放压力的，故应采用防爆片。 3.容器内介质为剧毒气体或不允许微量泄漏气体，用安全阀难以保证这些气体不泄漏时应采用防爆片。 4.在醋酸生产中容器介质为强腐蚀性气体，安全阀需采用特殊材料的阀门，其价格昂贵，用爆破片可节约费用。 二、防爆片的结构型式 防爆片主要由一块很薄的膜片和一副夹盘（夹持器）所组成，夹盘用埋头螺钉将膜片夹紧，然后装在容器的接口的管法兰上。通常所说的防爆片已经包括了夹盘等部件，所以也成为防爆片组件。防爆片有拱形、反拱形等。有害气体需排放到指定场所的防爆片，为了防止爆破后形成的碎片

59、堵塞通道或摩擦产生静电、火花而引起爆炸，在防爆片上加工一定的刻槽，使爆破后防爆片只是被撕裂而不形成碎片。 三、防爆帽 防爆帽（又称爆破帽）是一种断裂破坏型的一次性使用的安全卸压装置。当容器内部压力达到爆破帽断裂的压力时，爆破帽就在薄弱断面处破坏。其功用与爆破片类似，主要用在高压、超高压容器上。 第三节 压 力 表 压力容器以及需要控制压力的设备都必须装压力表。在压力容器上装压力表是为了测量容器内介质的压力，操作人员可以根据压力表所指示的压力进行操作，将压力控制在指标内。如果压力表不准或失灵，安全阀也同时失灵的话，则压力容器将发生事故。因此，压力表的准确与否直接关系着压力容器的安全，未装置压力表

60、或压力表损坏的容器是不准运行的。 压力表有液柱式、弹性元件式、活塞式和电容式四大类。目前，单弹簧管式压力表广泛用于压力容器中。这种压力表具有结构坚固、不易泄漏、准确度高、安装使用方便、测量范围较宽、价格低廉等优点。 在工业过程控制与技术测量过程中，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。 机械压力表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形。机械压力表采用弹簧管（波登管），膜片，膜盒及波纹管等敏感元件并按此分类。所测量的压力一般视为相对压力。一般相对点选为大气压力。弹性元件在介质压力作用下产生的弹性变形，通过压力表的齿轮传动机