锅炉压力容器安全第一章课件

前言课程地位专业必修课（3学分）以设备安全为中心教材及参考书目教材：孟燕华主编锅炉压力容器安全中国劳动社会保障出版社第一版参考书：[1]刘清方，吴孟娴编.锅炉压力容器安全.北京：首都经济贸易大学出版社，2000[2]窦照英，周军编.锅炉压力容器腐蚀失效与防护技术.北京：化学工业出版社,2008[3]谭蔚编．压力容器安全管理技术．北京：化学工业出版社．2006[4]王时龙，周杰，康玲主编．机械设备安全学．北京：中国电力出版社，2008本课程的主要内容第一章锅炉压力容器基础知识第二章锅炉的工作原理第三章锅炉压力容器应力分析第四章锅炉压力容器强度设计及制造要求第五章锅炉压力容器安全装置第六章锅炉压力容器安全运行与管理第七章锅炉压力容器事故分析前言相应地，避免破裂爆炸的对策是：（1）选用的材料及设备应满足正常工作条件的要求；（2）避免工作条件恶化；（3）防止和消除设备缺陷。前言

同时做到以上几点不是一件容易的事，这既涉及到锅炉、压力容器本身的安全性能，又涉及相关的附件、辅机、人员和环境；需要掌握锅炉压力容器的基本结构和工作原理，也需要了解确保安全的一系列知识，涉及数学、材料力学、流体力学、热力学、金属学及热处理、化学、管理学等多个学科，具有较强的综合性。只要有意识地综合应用各个学科的有关知识，循序渐进，逐步积累，坚持理论与实践相结合，就不难掌握基本的锅炉压力容器安全技术。第一章锅炉压力容器基础知识教学目标1掌握锅炉压力容器基本概念，了解锅炉压力容器的应用及其安全特性2了解锅炉压力容器安全监察体制，熟悉有关锅炉压力容器的法规与标准体系3熟悉锅炉压力容器的分类4掌握锅炉压力容器的结构及主要承压部件的作用，掌握锅炉工作过程。第一章锅炉压力容器基础知识教学基本内容1概述2锅炉压力容器安全监察3锅炉压力容器分类4锅炉的结构和型号5压力容器的基本结构

第一节概述一定义1什么是锅炉？锅炉是一种能量转换设备，在锅炉中通过燃料燃烧，将燃料的化学能转变为热能，再通过传热将热能传给工质——水，并使水变成蒸汽或较高温度的水。简言之，锅炉是生产蒸汽或加热水的设备。生产蒸汽的锅炉叫蒸汽锅炉；加热水使其升温但不汽化的锅炉叫热水锅炉。

第一节概述

泛指承受流体压力的密闭容器。安装和使用地点固定、工艺条件和操作人员也比较固定的容器为固定式容器；用以盛装并运输气体或液体介质的容器为移动式容器。2什么是压力容器？说明：锅炉是特殊的压力容器——受火焰加热的压力容器。

第一节概述

第一节概述三锅炉压力容器的工作特性1承受压力和温度2接触腐蚀性介质物理性腐蚀（介质冲刷）和化学性腐蚀（酸、碱、氧）3局部应力比较复杂锅炉压力容器通常都有开孔接管或其他形状的不连续结构，在局部区域内存在着较高的应力，在不利的使用环境或载荷条件下，会导致承压部件破裂。4连续运行不易检验

第一节概述四锅炉压力容器事故危害1爆炸冲击波的危害爆炸后85%的能量用以产生冲击波，如果压源压力达0.1MPa，就可以使距压源1m以内的人员死亡。第一节概述2爆炸碎片的危害3泄露介质的危害高温或有毒或引发二次爆炸。第二节锅炉压力容器安全监察一锅炉压力容器安全监督体制1锅炉压力容器安全监察体制1）法规、标准的制定和完善2）建立锅炉压力容器安全监察机构我国对锅炉压力容器实行全过程的安全监察，所谓全过程，即从设计、制造、安装、使用到检验、修理、改造等环节实行安全监察。这种监察具有强制性、体系性和责任追究性。内容：监察体制、行政许可、监督检查、事故处理和责任追究第二节锅炉压力容器安全监察二锅炉压力容器法规标准简介

完善的法规标准体系应该是“法律-行政法规-部门规章-技术规范-引用标准”五个层次。1法律制定权力属于全国人大及其常委会。

《中华人民共和国特种设备安全法》中华人民共和国第十二届全国人民代表大会常务委员会第3次会议于2013年6月29日通过，2013年6月29日中华人民共和国主席令第4号公布。自2014年1月1日起施行。第二节锅炉压力容器安全监察2）地方性法规省、自治区、直辖市的人民代表大会及其常务委员会依照法定职权和程序制定、颁布并实施于本行政区域的规范性文件。如：《江苏省特种设备安全监察条例》2法规1）行政法规

国务院制定的广泛性文件《特种设备安全监察条例》2009年1月14日发布，2009年5月1日起施行。第二节锅炉压力容器安全监察4技术规范

由国家质量监督检验检疫总局领导授权签署，以国家质量监督检验检疫总局名义公布，技术性突出的文件

三大类：1）监督管理规定与办法如：《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》2）安全监察规程如：《压力容器安全技术监察规程》3）技术检验规则如：《压力容器定期检验规则》第二节锅炉压力容器安全监察5引用标准如：《锅壳锅炉受压元件强度计算》第三节锅炉压力容器分类额定蒸发量：

额定压力、温度（出口蒸汽温度与进口温度）、达到规定热效率下，每小时产生的最大蒸发量。

额定热功率：

额定压力、温度（出口蒸汽温度与进口温度）、达到规定热效率下，每小时产生的最大热量。

比较容量时，通常认为０.７MW的热功率＝１t/h蒸发量。第三节锅炉压力容器分类2.锅炉分类1）按用途：电站锅炉、工业锅炉、机车锅炉、船用锅炉电站锅炉小资料：

1、2004年底我国发电装机容量提高到447GW（4.47亿千瓦），年发电量达12500亿KWH，火电占82.3％，属于耗煤大户。

2、我国火电厂主力200～300MW燃煤机组的供电煤耗超过进口30％以上。

3、每年我国电站锅炉、工业炉窑与工业锅炉，耗煤占煤炭总消费量的2／3左右，也是造成我国大气污染的主要原因之一。因此，锅炉是能源利用领域中的重要设备和环节，关系国计民生，拥有巨大节能潜力。第三节锅炉压力容器分类第三节锅炉压力容器分类火力发电厂能量转换的基本过程锅炉汽轮机发电机

燃料的化学能蒸汽的热能转轴的机械能电能

现代电站锅炉最为庞大、复杂，技术成套性强，是多学科、多门类工业产品综合而成的蒸汽发生装置。第三节锅炉压力容器分类第三节锅炉压力容器分类工业锅炉第三节锅炉压力容器分类

机车船舶锅炉（火车上常用的锅炉）第三节锅炉压力容器分类生活锅炉：家用电加热锅炉第三节锅炉压力容器分类2）按容量：大型锅炉（蒸发量>100t/h）中型锅炉（蒸发量为20~100t/h）小型锅炉（蒸发量<20t/h）3）按压力：按锅炉出口工质压力分类，常压热水锅炉（锅炉水位处表压力为零）低压锅炉（p≤2.5MPa）中压锅炉（2.5MPa<p≤3.82MPa）高压锅炉（3.82MPa＜p≤9.8MPa）超高压锅炉（9.8MPa<p≤13.7MPa）亚临界锅炉（13.7MPa<p≤16.7MPa）超临界锅炉（p＞22.13MPa）。第三节锅炉压力容器分类3）按燃料和能源：燃煤、燃油、燃气、废热、废料、电加热、原子能等。燃煤锅炉第三节锅炉压力容器分类燃油锅炉第三节锅炉压力容器分类燃气锅炉第三节锅炉压力容器分类余热锅炉第三节锅炉压力容器分类5）按燃烧方式：层燃、沸腾、室燃方式层燃炉室燃炉流化床炉旋风炉燃料块状粉状、雾状、气态固体颗粒固体颗粒第三节锅炉压力容器分类6）按结构：锅壳（火管）、水管、水火管锅壳锅炉第三节锅炉压力容器分类水管锅炉水火管锅炉第三节锅炉压力容器分类7）按工质的流动方式：自然循环、强制循环、直流锅炉

自然循环汽包锅炉

具有汽包，利用下降管和上升管（水冷壁）中工质密度差产生工质循环。循环倍率(?)约为4～10，是亚临界压力以下锅炉的主要形式。

强制循环汽包锅炉

具有汽包和循环泵，利用循环回路中工质密度差和循环泵压头使工质循环。循环倍率约为3～5，只能在临界压力以下应用。第三节锅炉压力容器分类直流锅炉无汽包，给水靠给水泵压头一次通过各受热面产生蒸汽，循环倍率约为1，可在高压以上任何压力下应用第三节锅炉压力容器分类第三节锅炉压力容器分类二压力容器的分类纳入我国安全监察范围内的压力容器需具备三个条件：1）最高工作压力2）内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）≥0.15m，

且容积V≥0.025m³；3）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（标准大气压对应的饱和温度）的液体。≥0.1MPa；第三节锅炉压力容器分类压力来源

一类为介质充装后对容器壳体的压力；另一类为介质送入容器后，其物理状态、密度、温度发生变化，或在容器中发生体积增大的化学反应，使容器壳体承受压力。2.主要技术参数1）工作压力、最高工作压力和设计压力2）设计温度与工作温度3）公称直径4）壁厚第三节锅炉压力容器分类参数：名义壁厚——设计壁厚向上圆整到钢材标注的厚度（图样上标注的厚度）计算壁厚——按应力计算公式计算所得的厚度（不包括壁厚附加量）设计壁厚——计算厚度+壁厚附加量有效壁厚——名义壁厚减去壁厚附加量第三节锅炉压力容器分类3.压力容器分类

分类方法多种多样，从安全管理和技术监督的角度，一般对压力容器作以下分类（1）固定式容器

固定的安装和使用地点，工艺条件和使用操作人员也比较固定

第三节锅炉压力容器分类1）按压力分根据《压力容器安全技术监察规程》分四个级别：低压容器（0.1MPa≤p＜1.6MPa）中压容器（1.6MPa≤p＜10MPa）高压容器（10MPa≤p＜100MPa）超高压容器（p≥100MPa）。

2）按用途分四类：反应容器、储存容器、换热容器、分离容器第三节锅炉压力容器分类（2）移动式容器按容积大小和结构形状分气瓶和槽车两种。气瓶容积较小，一般在200L以下。按盛装气体的特性分为永久气体气瓶、液化气体气瓶、溶解乙炔气瓶。槽车安装于车架上的一种卧式储槽，分为火车槽和汽车槽，容积较大，达数十立方米。（3）综合分类

根据容器的工作压力的高低、介质的危害程度以及在生产中的重要作用，将其分三类，以此实行分级监督和管理。（危险性逐步降低）

第三节锅炉压力容器分类1）第三类压力容器（Ⅲ类）（1）高压容器；

（2）中压容器（毒性程度为极度和高度危害介质）；

（3）中压贮存容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积pV≥10MPa·m3）；

（4）中压反应容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV≥0.5MPa·m3）；

（5）低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质，且pV≥0.2MPa·m3）；

（6）高压、中压管壳式余热锅炉；

（7）中压瑭玻璃压力容器；

（8）使用强度级别较高（抗拉强度规定值下限≥540MPa）的材料制造的压力容器；

（9）移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车（液化气体、低温液体或永久气体运输车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；

（10）球形贮罐（容积V≥50m3）；

（11）低温液体贮存容器（V≥5m3）。第三节锅炉压力容器分类2）第二类压力容器（Ⅱ类）（1）中压容器；

（2）低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质）；

（3）低压反应容器和低压贮存容器（易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；

（4）低压管壳式余热锅炉；

（5）低压瑭玻璃压力容器。3）第一类压力容器（Ⅰ类）极度危害（I级）：最高容许浓度<0.1mg／m3；

高度危害（Ⅱ级）：最高容许浓度0.1～<1.0mg／m3；

中度危害（Ⅲ级）：最高容许浓度1.0～<10mg／m3；

轻度危害毒性介质（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10mg／m3。

而介质与空气的混合物爆炸下限<10％或爆炸上限与下限之差>20％者为易燃介质。第四节锅炉的结构与型号一锅壳式锅炉结构

锅壳锅炉的基本结构是双层夹套结构，其本体是双层夹套容器。外筒叫锅壳，内筒叫炉胆，内、外筒之间的环形空间装水，内筒内部是燃烧室。1立式锅壳锅炉（纵向中心线垂直于地面）（1）立式火管锅壳锅炉主要由锅壳、炉胆、火管等主要部件构成。第四节锅炉的结构与型号（2）立式水管锅壳锅炉主要由锅壳、炉胆、弯水管等主要部件构成。第四节锅炉的结构与型号第四节锅炉的结构与型号第四节锅炉的结构与型号（3）立式无管锅壳锅炉主要由锅壳、炉胆等主要部件构成。

缺点：上述三种立式锅壳锅炉的下脚圈，受力交复杂，且容易沉积水渣，严重时会影响炉胆下部的传热；由于外部接近地面，易受腐蚀。下脚圈为立式锅壳锅炉较易损坏的部位。第四节锅炉的结构与型号立式锅壳锅炉的下脚圈

（a）U形（b）S形第四节锅炉的结构与型号2卧式锅壳锅炉（1）卧式内燃锅壳锅炉（2）卧式外然锅壳锅炉第四节锅炉的结构与型号3结构特点第一、“锅”和“炉”都包在一个壳体——锅壳中。第二、炉膛矮小，水冷程度大，燃烧条件差，必须烧优质燃料。第三、受热面小，蒸发量低，热效率低，常装水管或烟火管以增加受热面。第四、壳体直径较大，开孔多，形状不规则，内部受热部分与不受热部分连接在一起，温度不一致，热胀冷缩程度不同，对安全工作不利。第五、系统比较简单，便于运输安装、运行管理及检修维修，对水质的要求也比较低。第四节锅炉的结构与型号二水管锅炉结构1水管锅炉的主要部件

水汽系统+燃烧系统

水汽系统：主要包括锅筒、集箱、水冷壁、对流管束、省煤器、过热器等；燃烧系统：主要包括燃烧装置、炉膛和烟道、空气预热器等。第四节锅炉的结构与型号（1）锅筒—一般为卷焊结构，由钢板卷制焊接的圆筒体，两端焊上凸形封头。筒体上有很多开孔以连接各种管子。锅筒内部装有配水装置、汽水分离装置、加药装置、排污装置等。锅筒的主要安全附件安装在锅筒外部，如安全阀、压力表、水位表等。锅筒既是水汽循环流动的起点，也是水汽循环流动的终点。第四节锅炉的结构与型号（2）水冷壁—炉膛内贴墙布置的立置单排并列管叫水冷壁。根据相邻的单排水冷壁管间的关系，可把水冷壁分成光管水冷壁和鳍片管水冷壁两种。光管水冷壁相邻的管子间有一定间隙，互不接触，部分火焰可以通过管间间隙，辐射到炉墙上；鳍片管水冷壁相邻的管间用鳍片连接在一起，使水冷壁管形成一个连续的金属壁面，完全隔绝了火焰和炉墙的接触，提高了炉膛的密封性能。第四节锅炉的结构与型号（3）对流管束—布置于炉膛出口之外对流烟道中的管群。低压水管锅炉的主要受热面之一，中压以上锅炉没有对流管束。（4）省煤器—利用尾部烟气的余热来预热锅炉给水的装置。进入锅炉尾部的烟气，烟温高达500~600℃，加装省煤器提高热效率。通常可提高5%~10%。常用省煤器有铸铁式和钢管式两种。第四节锅炉的结构与型号第四节锅炉的结构与型号钢管式省煤器的顺列和错列第四节锅炉的结构与型号

两种相比铸铁省煤器（非沸腾式）耐腐蚀、耐磨损，但铸铁性脆，不能承受较大的振动或冲击；钢管式省煤器（沸腾式）能承受高压和水击，但耐腐蚀性能较差。（5）过热器—作用是将导出汽包的饱和蒸汽继续加热，使之具有一定的过热度，即超过过饱和温度一定值，以满足生产工艺的要求。小型水管锅炉的过热器一般布置在炉膛出口的高温烟道内。其结构与省煤器相似，由蛇形管束组成。第四节锅炉的结构与型号过热器

（a）垂直式（b）水平式第四节锅炉的结构与型号

过热器与其他受热面显著不同之处是它内部流通和加热的全部是蒸汽，而不是水或汽水混合物。由于蒸汽温度较高且对流换热能力较低，因而过热器钢材的工作温度较高，必要时须采用合金钢。第四节锅炉的结构与型号（6）集箱—又叫联箱，它是连接受热面管子的箱体，由无缝钢管加工而成，两端一般焊接平封头，箱体上开很多管孔，用以焊接或账接管子。除对流管束直接连接到锅筒外，其他受热面一般由集箱连接。集箱用来分配和汇集管内工质，可以减少锅筒的开孔数量。第四节锅炉的结构与型号（7）空气预热器—属燃烧系统，烟气与空气间进行热交换的装置。布置于尾部烟道，利用烟气的余热加热空气，然后将被加热的空气送入炉膛。作用为降低排烟温度，减少排烟热损失；热空气送入炉膛可保证燃料及时着火，稳定和完善燃烧，提高锅炉的热效率。经验表明，供入炉膛的空气预热升温100℃，大约可节约燃料5%。常见的有管式和回转式两种。小型水管锅炉的空气预热器都是管式。第四节锅炉的结构与型号管式空气预热器第四节锅炉的结构与型号2常见水管锅炉SZL型SHF型第四节锅炉的结构与型号SHS型第四节锅炉的结构与型号SHL型第四节锅炉的结构与型号第四节锅炉的结构与型号3水管锅炉结构特点第一、炉膛置于筒体之外，“炉”不受“锅”的限制，体积可大可小，可以满足燃烧及增加蒸发量的要求。第二、以容纳水汽的管子置于炉膛、烟道中作受热面，锅筒一般不直接受热，传热性能及安全性能都显著改善。第三、水的预热、汽化及蒸汽过热在不同的受热面中完成，这些受热面分别叫做省煤器、水冷壁与对流管束、过热器。第四、水汽系统、燃烧系统及辅助系统比较复杂，但单个承压部件的结构比较简单。第五、由于水的预热、汽化、蒸汽过热都在管内完成，管子结垢难于清除，因此对水质要求较高，对运行、操作、管理水平也要求较高。第四节锅炉的结构与型号三锅炉的工作过程煤风烟灰系统

→煤

→破碎

→输送机

→给煤斗

燃烧室灰渣

→除灰斗

→除灰设备

→灰场

风室

→风→送风机→空气预热器→烟囱

烟气→受热面→除尘器→引风机→↘↗↗↘第四节锅炉的结构与型号汽水系统

生产水

↓软化器

↓除氧水箱

↓给水泵

↓省煤器

↙汽包

↓下降管

↓联箱

对流管束

↖↗←定期排污

水冷壁

↖↗←连续排污

↖过热器

↑减温器

↑用户

第四节锅炉的结构与型号四锅炉型号工业锅炉命名按《工业锅炉产品型号编制方法》（JB/T1626-2002）工业锅炉型号△△△╳╳―╳╳/╳╳―△╳

设计次序燃料代号额定蒸汽或热水温度额定蒸汽压力额定蒸发量燃烧方式锅炉型号例

SHL20-2.45/400-A

双锅筒横置式链条炉排，额定蒸发为20t/h，蒸汽压力为2.45MPa，过热蒸汽温度为400C0，燃用烟煤，原型设计的蒸汽锅炉工业锅炉型号第四节锅炉的结构与型号第四节锅炉的结构与型号燃烧方式代号燃料代号第四节锅炉的结构与型号

△△―╳╳╳/╳╳╳―△╳

设计次序燃料代号额定蒸汽压力额定蒸发量制造厂代号例

HG-670/13.72–M

哈尔滨锅炉厂制造,额定蒸发量670t/h，额定蒸汽压力13.7Mpa燃煤锅炉

SG-1000/16.66-YM2

上海锅炉厂制造,额定蒸发量1000t/h，额定蒸汽压力16.66Mpa燃用烟煤锅炉（第二次设计）电站锅炉型号第四节锅炉的结构与型号五锅炉技术经济指标1锅炉热效率2锅炉成本用钢材消耗率表示，锅炉单位蒸发量所消耗的钢材量。工业锅炉5-6t/(t/h），电站锅炉4-5t/(t/h)。第四节锅炉的结构与型号3锅炉可靠性1）连续运行时数（两次检修之间的时数）2）事故率=事故停用时数/（运行总时数+事故停用时数）3）可用率=（运行总时数+备用时数）/统计时间

第五节压力容器的结构与型号压力容器由壳体、封头（端盖）、连接件、密封元件、支座、接管等组成。一中、低压容器的结构一般为薄壁壳体（外径与内径之比≤1.2）常见结构为球形容器和圆筒形容器。球形容器优点：比圆筒形容器节省钢材。