压力容器安全运行与管理.doc

第一节 压力的一般概念二、压力和压力的单位1、压力均匀垂直作用在表面上的力称为压力，均匀垂直作用在物体表面单位面积的压力称为压强。在工程技术与日常生活中，常把压强称为压力，并用符号“P”表示。2、压力的单位压力的单位是牛顿/米2（N/m2），即表示将IN的力均匀垂直地作用在1 m2的面上所产生的压力，又称为帕斯卡（Pa），简称帕。1帕1牛顿/米2，或写作：1Pa1 N/m2。由于“帕”这个单位太小，因而常用“兆帕”（MPa）作为压力的基本单位。即：1MPa106Pa。工程上，过去习惯用的压力单位是千克力/厘米2（kgf/cm2）。压力的工程单位与法定计量单位之间的换算关系为：1MPa10.2 kgf/cm2，或1 kgf/cm20.098MPa压力单位的换算详见表1-1。三、表压力和绝对压力表压力是指压力表上直接指示的压力值，而压力表上所指示的压力值又是指容器内的压力与容器周围大气压力的差值，这个压力值称为“表压力”，用符号“P表”表示，一般常简写为“P”。 “P表”只是表明容器内部的压力比容器周围的大气压力大多少，所以是一个相对值。压力容器的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力及计算容器强度时所用的压力都是指表压力。 四、气体压力的形成在容器中，运动着的气体分子碰撞器壁产生冲击力。虽然每一个分子碰撞器壁是简断的，方向与冲击力也不一定相同，但由于无数分子无规则运动的结果，使各个方向的碰撞机会相等，由此产生一个持续而稳定的作用力，而且总的作用力总是垂直地作用与器壁。这样便形成了气体压力。由此可知，气体压力不仅仅是作用于容器的底部，而是作用与整个器壁上。五、压力容器的压力来源压力容器的压力来源可分为两大类：第一类，气体的压力是在器外产生（增大）的；第二类，气体的压力是在器内产生（增大）的。1、在器外产生（增大）压力的情况容器内的气体压力产生与容器外，它的压力源一般来源于气体压缩机或蒸汽锅炉等。这些压力源一般通过缩小气体的体积、增大气体的密度、加速气体的流动速度来提高气体的压力。这类压力容器可能达到的最高压力一般只限于保持压力源出口的气体压力，除非气体在器内温度大幅度升高或产生其他物理、化学变化。2、在器内产生（增大）于器内，一般是由于器内介质的聚集状态发生改变，或者介质在器内受热而温度剧烈升高；或者是介质在器内发生体积增大的化学反应等。器内的气体受热（包括环境温度的变化）时，压力要增大，增大的幅度取决于温度增高的程度。压力容器内温度小幅度的增加，一般使气体压力增大不明显，但当压力容器内出现大量化学反应热时，可引起气体压力的急剧增大。如盛装易于发生聚合反应的介质的压力容器（如某些碳氢化合物储罐），在合适的条件下，单分子气体可以局部发生聚合反应，产生大量聚合热，使器内其他气体受热，温度大幅度升高，气体压力急剧增大，在这种情况下，有时会导致容器超压，发生爆炸事故。如最常见的用碳化钙（电石）加水生成乙炔的反映，在容器内即产生较高气体压力。第二节 温度的一般概念一、温度及温度的测量仪器温度是表示物体冷热程度的物理量，它是对物质分子平均动能的度量，温度越高则表示分子平均动能越大。温度的测量仪器叫温度计，常见的有水银温度计、酒精温度计、电阻温度计、热电偶温度计等。二、温度的表示方法温度的表示方法有摄氏温标、华氏温标及绝对温标（开氏温标）三种。第三节 压力容器的介质分类及特性一、介质分类1、易燃介质易燃介质是指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。二、一些常见介质的物理、化学特性1、蒸汽蒸汽是水的气态形式，其分子式为H2O。纯净的蒸汽无色无味。工业生产和其他行业中常用蒸汽作为加热介质。即一定的压力对应一定的饱和温度（表1-3）。如在0.1MPa绝对压力下水的饱和温度为99.09，在1.37MPa绝对压力下水的饱和温度为194.13，若继续对水加热而压力不变，则饱和温度不变，水将陆续转化为蒸汽，这种达到饱和温度的蒸汽称为饱和蒸汽。2、空气空气是一种混合物，无色、无臭、无味、其分子量约为28.96；体积百分组成为N2 78%，O2 21%，惰性气体0.94%，CO2 0.03%。空气易压缩，来源方便且使用安全，故常作为动力使用，如作为风枪、风镐、风铲、气动夹具等的动力；可用于物料输送和料液搅拌及管道吹静等；在压力容器生产行业中用做气密性试验或气压试验的介质等。3、氧气（O2）氧气为无色无味的气体，在标准状态下，其密度为1.429kg/m3，对亏空器的相对密度为1.105；在-182.98时，变为天蓝色透明液体，在-218.4时变为蓝色凝固体结晶；临界温度为-118.37，临界压力为4.91MPa；氧微溶于水。氧的化学性质活泼，易和其他物质生成氧化物。即发生氧化反应，并放出热量。氧气能助燃，它与可燃气体（如H2、C2H2、CH4、CO等）按一定比例混合，成为可燃性的混合气体，一旦有火源或产生引爆条件，能引起爆炸。各种油脂与压缩氧气接触可自燃。4、氢气（H2）氢气是无色、无臭、无味和无毒的易燃气体，但它同氮气、氩气、甲烷等气体一样，都是窒息气体，可使肺缺氧。氢气的分子量为2.0158，是最轻的气体。黏度最小，导热系数最高，化学性质活泼，渗透性和扩散性强（扩散系数为0.63cm2/s，约为甲烷的三倍）。氢气在生产、贮运和使用过程中易造成泄露。由于氢气具有很强的渗透性，所以当钢暴露于一定温度和压力的氢气中时，溶解于钢的晶格中的氢原子，在缓慢的变形中将引起脆化作用。5、氮气（N2）氮气在自然界中分布很广，在空气中占78%。常温下氮气是无色无味的气体。6、惰性气体氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氙（Xe）、氡（Rn）等气体均为惰性气体。7、一氧化碳（CO）一氧化碳是一种毒性很强的无色易燃气体，在标准状态下密度为1.25kg/m3。一氧化碳的毒性很大，但它对人体的危害又很不容易察觉，故在与一氧化碳的接触中必须引起注意。空气中最高容许浓度为30mg/m3。8、甲烷（CH4）9、二氧化碳（CO2）二氧化碳（碳酸气），又称碳酸酐，为无色、无臭、有酸味的无毒性的窒息性气体。在标准状况下其密度为1.978 kg/m3，对空气的相对密度为1.529。溶于水生成碳酸。二氧化碳能压缩成液体。液态时密度为1101 kg/m3（-37）。沸点为-78.5。液态二氧化碳凝成固体，称为“干冰”，其密度为1.56kg/L，熔点为-56.6（0.51MPa）10、氯气（CI2）氯气是一种草绿色带有刺激性臭味且毒性强的气体。常温下相对密度是水的1.4倍，液氯密度和温度变化有关，在一定温度下，容器内同时存在液态氯和气态氯，其饱和蒸汽压随温度变化而变化。液氯汽化时吸收大量热。因此，贮液罐常因液氯汽化降温，而出现表面结霜现象。氯是活泼的化学元素，容易和其他化学元素结合；遇水生成盐酸及次氯酸。盐酸对钢制容器有很强的腐蚀性，直接影响容器的使用寿命。氯的用途十分广泛，如：自来水、游泳池用水的消毒；造纸工业及纺织业（如棉织物）的漂白；制造无机氧化物，如漂白粉、氯化亚锡（还原剂）、氯化银（照相用）、合成盐酸等；制造有机物，如聚氯议席塑料、溶剂（三氯甲烷、四氯化碳等）、冷冻剂（氯甲烷、氯乙烷、二氯甲烷）等。氯对人的呼吸道和皮肤以及为人体其他器官伤害很大，毒害程度见表1-5。11、氨（NH3）氨是一种无色有刺激性臭味的有毒气体，在标准状态下密度为0.771kg/m3，对空气的相对密度为0.5971，沸点为-33.4，熔点为-77.7。氨在空气中爆炸极限为15%28%，在氧气中的爆炸极限为13.5%79%。氨和氯接触能发生低温自燃，并生成不稳定极易爆炸的氯化氮。这就是氨和氯接触引起爆炸的原因。氨气刺激鼻黏膜引起窒息，能使咽喉发生红肿，引起咳嗽、声音嘶哑、眼皮红肿；长期在高浓度氨气作用下，会引起肺气肿、肺炎，对神经系统也有刺激作用，并能破坏呼吸机能和血液循环；皮肤接触液氨，会引起化学性灼伤，使皮肤红肿、起糜烂。氨气在室内的最高容许浓度为30mg/m3。12、氟立昂（氟氯烷烯类）常见的氟立昂有F11、F12、F13、F14、F21、F22、F23、F112、F113、F114、F142、F152等。氟立昂在大气压力下的沸点与其种类有关，分子量大，绝热指数低，压缩终点温度和凝固点低，故用作制冷剂（F142除外）。氟立昂与水接触即行分解，本身无毒、无臭，除F152（氟乙烷）易燃易爆外，其他不易着火，与空气混合不爆炸，200以下对金属无腐蚀，能溶于水；与油脂可互相溶解。15、二氧化硫（SO2）二氧化硫气体常用于制三氧化硫、硫酸和保险粉等。液态二氧化硫是良好的有机溶剂，用于精制各种润滑油，并用作冷冻剂等。16、液化石油气液化石油气是由丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷等为主要成分组成的混合物。是一种易燃介质，气态时比空气重，其密度为空气的1.52倍。（1）丙烷（C3H8）（2）丙烯（C3H6）（3）正丁烷（C4H10）（4）异丁烷（C4H10）19、乙炔（CHCH）乙炔又称电石气，无色气体。纯乙炔无臭、无毒，是单纯的窒息性气体。工业乙炔常因含有杂质而具有特殊的臭味，杂质中的硫、磷及氰化物含量较多时能引起中毒或其他病症。它是目前唯一的溶解气体。其密度为1.17kg/m3，对空气的相对密度为0.91，熔点为-81.8，升华点为-83.6。乙炔易燃，燃点为330，在氧气中燃烧（氧炔焰）的火焰温度可高达3400K，并发出强光，易爆炸，爆炸极限在空气中为2.5%81%（体积百分比7%13%时爆炸能力最强）。在氧气中为2.8%93%（体积百分比30%时爆炸能力最强）。乙炔易溶于水和有机溶剂，与水的溶解比在0时为1：1.7，15时为1：1.1；与丙酮的溶解比在15时为1：25，在1.18MPa压力下为1：300。乙炔是一种重要的化工原料，还广泛用于金属的焊接、切割、加热等。第四节 压力容器的含义及分类一、压力容器的含义压力容器又称受压容器。从广义上讲，它应该包括所有承受压力载荷的密闭容器。但这里指的是其中一部分，即为压力容器安全技术监察规程所辖范围内的压力容器。因为这部分压力容器事故率较高，特别是事故的破坏性大，损失严重，所以，各级特种设备安全监督检查管理部门应加强对压力容器的安全监督检查，以确保压力容器的安全运行。二、属容规管辖范围内的压力容器压力容器安全技术监察规程规定：同时具备下列条件的压力容器属于容规管辖范围151容规中所指压力容器范围划定如下：压力容器与外部管道或装置焊接联结的第一道环向焊缝坡口、螺纹连接的第一个螺纹接头、法兰联结的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连接的第一个密封面。压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件；非受压元件与受压元件连接的焊接接头。2下列一些特殊的压力容器，可不按容规要求进行定期检验，但其他要求（如设计、制造等）仍应满足容规要求；与移动压缩机一体的非独立的容积0.15 m3的储罐，锅炉房内的分气缸；容积0.025 m3的高压容器；制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；水处理设备中离子交换器或过滤用压力容器，热水锅炉用膨胀水箱；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。3容规适用的压力容器所用的各种安全附件（如安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等）也属容规管辖范围。4容器内主要介质为最高工作温度低于标准沸点的液体时，如气相空间（非瞬时）0.025 m3，且最高工作压力0.1MPa时，也属于容规管辖范围。5下列情况的压力容器不属容规管辖范围：核压力容器、船舶和铁路机车上的附属压力容器、国防或军事装备用的压力容器、真空下工作的压力容器（不含夹套压力容器）、锅炉安全技术监察规程适用范围内的直接受火焰加热的设备（如烟道式余热锅炉等）；各类气瓶；非金属材料制造的压力容器；无壳体的套管换热器、冷却排管等、波纹板换热器、空冷式换热器；机器上非独立的承压部件（包括压缩机、发电机、泵、柴油机的承压壳或汽缸等，但不含造纸、纺织机械的烘缸和压缩机的辅助压力容器）；超高压容器；正常运行最高压力0.1MPa的压力容器（包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力0.1MPa的压力容器，不包括消毒、冷却等工艺过程中需要短时承受压力0.1MPa的压力容器）。三、压力容器的分类1、按使用位置分类按容器的使用位置可分成两大类，即固定式容器及移动式容器。2、按设计压力分类按设计压力P的高低，容器可分为低压、中压、高压及超高压四个等级。其划分的范围及代号见表1-6。3、按压力容器在生产工艺过程中的作用原理分类按压力容器在生产过程中的作用原理，可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器及储存压力容器四种。4、按容器壁厚分类按容器壁厚可分为薄壁容器及厚壁容器两种。容器壁厚小于等于容器内径1/10者为薄壁容器，容器壁厚大于容器内径1/10者为壁厚容器，或按下列公式计算：KDO/Di式中DO、Di分别为容器的外径（mm）和内径（mm）。当K1.2时为薄壁容器；当K1.2时为壁厚容器。5、按容器的制造材料分类按容器的制造材料的划分见表1-7。6、按压力容器工作温度分类按压力容器工作温度可分为低温容器、常温容器及高温容器三种。7、按压力容器压力等级、品种及介质的毒性或易燃危害程度分类为了便于安全技术监督和管理，荣规按压力容器压力等级、品种、介质毒性程度和介质易燃性将容器分为第一类压力容器、第二类压力容器及第三类压力容器，具体划分如下：第五节 压力容器的使用特征压力容器在各行各业广泛使用，是具有爆炸危险的特种设备，生产工艺要求高，使用条件比较恶劣，并承受多种载荷，操作要求也高，这就决定了压力容器的使用不同于其他设备。现简述如下：一、生产工艺要求高许多压力容器使用单位，特别是石油、化工等行业，生产线长、容器种类多、数量多、相互关联，且多为连续性生产。随着生产的发展、科技的进步，集中控制、自动调节日趋广泛，对设备运行的可靠性要求愈来愈高。二、使用条件比较恶劣为适应生产工艺的需要，压力容器要承受一定的压力，甚至是较高压力；还由于间歇式操作或交替加入不同介质的原因，承受的压力大幅度波动；另外压力容器还要承受不同的温度，有些需要在-20以下的低温状态工作，有些需要在450以上的高温状态下工作。间歇式操作的容器以及一些加热、冷却交替进行的容器还要受到温度大幅度变化的影响；此外，压力容器还受到介质对它的腐蚀影响，压力容器内的介质，有的具有一定的腐蚀性，腐蚀性介质会对容器产生不同程度的腐蚀；有的压力容器内介质有易燃易爆性或毒性程度高，一旦泄漏或遇到火源，就会造成人员中毒或引起燃烧、爆炸等。三、承受多种载荷（1）介质的压力（内压、外压或压差）和压力波动，这里主要是载荷；（2）液体的静压力；（3）容器的自重（包括内件和填料等）以及正常操作条件下或试验状态下，内装物料的重力载荷；（4）装在容器上的附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷；（5）风载荷、雪载荷及地震载荷，尤其是室外安装的高大塔类设备；（6）其他因素的载荷；支座及支撑件的反作用力； 连接管道及其他部件振动引起的载荷； 温差引起的载荷，特别是间歇操作的容器和交替使用冷热的容器，各部位的温度不同，同时受邻近部件的约束，不能自由伸缩造成的载荷； 冲击反力，如流体冲击引起的反力等；运输或吊装时的作用力。四、操作要求高容器的运行主要依靠仪表监视。容器内的温度、压力的变化往往在瞬间发生，且影响因素较多，一旦操作失误，就会发生事故，严重时会导致设备爆炸事故。因此，这就要求压力容器的操作人员有高度的责任心和一定的技术素质，严格执行设备操作规程，遇到紧急情况时能及时排除，防止事故发生。第六节 压力容器的参数及应力来源一、压力容器的参数1、压力（1）最高工作压力：对承受内压的容器指在正常使用过程中，顶部可能出现的最高压力；对承受外压的容器，指在正常使用过程中，可能出现的最高压力差值；对夹套容器指夹套顶部可能出现的最高压力差值。最高工作压力在容器出厂时已做了规定，在出厂的压力容器产品质量证明书中已明确，产品铭牌和注册铭牌中也有注明。在使用中有些容器经检验后发现缺陷，检验单位又重新核定其允许运行的压力（简称P允），压力容器操作人员操作压力容器时，不得高于上述压力。压力容器的最高工作压力应不大于该压力容器的设计压力或检验单位核定的压力标准。（2）设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，并与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于最高工作压力（即标注在铭牌上的容器设计压力）。压力容器的“设计压力”不得低于容器的“最高工作压力”。对装有安全泄放装置的压力容器，其“设计压力”不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破片的爆破压力。对盛装液化气体的固定式压力容器的设计压力，应遵循容规等有关规定。（3）最大允许工作压力：指在设计温度下，容器顶部所允许承受的最大表压力。该压力是根据容器受压元件的有效厚度计算所得，且取其最小值。使用最大允许工作压力时，应在图样和铭牌中注明。（4）试验压力：指压力容器在压力试验时，容器顶部的压力。2、温度（1）金属温度：指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下，元件金属的表面温度不得超过钢材的容许使用温度。（2）设计温度：指容器在正常操作情况和在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。容器设计温度（即标注在容器铭牌上的设计温度）不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度；对于0以下的金属温度，设计温度不得高于元件金属可能达到的最低温度。（3）试验温度：指压力试验时，容器壳体的金属温度。3、直径（1）直径：一般指压力容器的内径，是确定压力容器容积的主要尺寸之一。（2）公称直径：指经标准化、系列化后的尺寸，以适应容器标准化、系列化的需要。二、压力容器的应力来源1、应力与变形的基本概念压力容器在运行时，由于受到各种载荷作用，会改变原来的形状即产生变形，而且在其内部要产生反抗外力作用的内力，作用的外力与截面内力的总和相等。一般情况下内力与变形随外力的增大而增加。内力在截面上的分布与一定均匀，因此有必要求得截面上每一块微小单位面积的内力，作用在单位面积上的内力即称为应力。应力的单位也为MPa。2、压力容器的应力来源压力容器的应力主要来源有：（1）由压力（内压或外压）而产生的应力，是压力容器的最主要应力，而且是确定容器壁厚的主要因素。受内压的容器由于壳体在压力作用下要向外扩张，因而在器壁上总是产生拉伸应力。另外，压力容器在运行时，由于压力的波动以及开停车、水压试验等都会产生应力。（2）由重量而产生的应力。压力容器除容器本体具有一定的重量以外，器内的介质、工艺装置附件以及器外的其他附加装置也常有较大的重量，所有这些重量作用在器壁上也会使器壁产生应力。（3）其他外载荷引起的应力。除上面江的压力和重力等载荷以外，还有其他一些载荷也会使壳壁产生应力。如风载荷、雪载荷、地震载荷等。另外还有接管力矩等附加力矩产生的应力等。（4）由温度而引起的应力。由于温度的变化使容器构件受热膨胀、遇冷收缩，但它同时又会受到相邻部分或其他构件的牵制约束而不能按照热胀冷缩的规律产生变形，因此构件内部就要产生应力。（5）封头与筒体连接时，在连接外边界区域，附加弯矩也会引起轴向、环向应力。第二章 压力容器的基本结构及材料第一节 压力容器的结构形式及组成压力容器是为介质的物理反应、化学反应、换热、储存、分离等提供一个密闭空间，其结构一般比较简单。现将容器常见结构形式介绍于下：一、压力容器的结构形式压力容器根据其用途不同，结构形式也多种多样。常见的结构形式主要有球形、圆筒形、箱形、锥形等。二、压力容器的组成压力容器一般由筒体、封头（端盖）、管板、球壳板、法兰、接管、入（手）孔、支座等部分组成，如图2-5所示。1、筒体2、封头（端盖）（1）凸形封头6、支座一般分为三大类：机立式容器支座（图2-10）、卧式容器支座（图2-11）及球形容器支座（图2-12）。立式支座最常见的有悬挂式支座（耳式支座）、支承式支座及裙式支座。 第二节 几种典型压力容器结构介绍一、 球形储存器球形容器通常用于储存有压力的气体、液化气体。这是因为球体与其他形状相比，同容积的条件下外表面积最小，加上球体受力均匀，同样的设计压力，需用的厚度最小，故最节约材料，这对于大型贮罐是相当有利的。有的为减少热损失，一些用蒸汽直接加热的容器也采用球形结构，如造纸行业蒸煮纸浆的蒸球。球形容器由球罐本体、支座及附属设备组成。1、求罐本体球罐本体由预先按照一定集合形状压制而成的“球壳板”拼焊而成，目前国内多采用橘瓣式。“球壳板”按其所在位置分为赤道板、温带板及极地板等。在罐体上焊接有接管、入孔等。制作球罐体要求尽量加大瓣片尺寸，减少焊缝长度，同时规定瓣片不准拼接。1、支座球形容器支座（图2-16）常用的有四种形式：即赤道正切柱型、V形柱式、三柱会一型及裙式支座。柱式支座的支柱数通常为赤道带分瓣数目的一半。（1）赤道正切柱型支座：各支柱正切于球罐的赤道带，支柱间有拉杆。由于支承力在赤道圈与球体相切，受力情况较好，也考虑了热膨胀及承载变形的可能性，同时便于组装、操作和维修。（2）V型柱式支座：支柱呈V形，等距离地和球体赤道圈相切，支承力在赤道区域上分布均匀，受力也较好。支柱间无拉杆，安装检修也较方便。（3）三柱会一型支座：三根支座在地基处会于一处，由于支柱与球体接触不均匀，故只适用于小直径的球罐。（4）裙式支座：由于支座较低，孤球体中心也低，较稳定，支座耗钢材少，但操作、维修不便。3、其他附属设备球罐的附属设备还有外部扶梯（下部直梯、上部盘梯、中间平台）、顶部操作平台、内部盘梯或转梯、保温或保冷层、阀门、仪表和装在球形容器上的安全阀等。大容量球罐一般都安装两只相同型号、规格的安全阀。五、氨油分离器在氨压缩过程中，压缩机的部分润滑油变成油雾夹带在氨气中，如果压缩气体直接进入冷凝器和蒸发器，会污染传热面而导致传热效率降低。因此，氨压缩机后一般须设置氨油分离器。氨油分离器是一种结构较为简单的立式分离容器，通常由上封头（端盖）、下封头、筒体、支座、接管等部分组成。按其工作原理有填料式（图2-17）、离心式（图2-18）、洗涤式（图2-19）等几种。1、填料式氨油分离器填料式氨油分离器的下封头与筒体焊接，筒内装有填料，上封头采用端盖结构，用法兰与筒体连接。压缩机排出的气体由分离器筒体下部的进口管进入分离器，与填料表面接触，油雾附着于填料表面，氨气由端盖上部排气接管排出，从而达到氨、油分离的目的。2、离心式氨油分离器离心式氨油分离器的上、下风头均直接与筒体焊接，在分离器内部焊有螺旋状隔板，并在器内中间引出管的底部增设了多孔挡液板。自压缩机排出来的带有油蒸气及油滴微粒的氨气，由于螺旋隔板的作用，首先在器内自上而下作螺旋运动，在运动过程中产生的离心力将油滴甩向器壁，并沿器壁流至分离器底部，达到油、气分离的目的。还有的在油分离器外部设有冷却水套，使气体受到冷却，油蒸气变成油滴，然后流经多孔挡液板，再一次进行分离，提高分离效果。3、洗涤式氨油分离器洗涤式氨油分离器外形结构与离心式氨油分离器相似，其进气管由上封头中心处伸入器内，进气管底端焊有底板，管端四周有四个放射状出气口，进气管筒内部分的中上部外侧焊有多孔的伞形挡液板，在筒体的中下部焊有进液管接头，出气管伸入筒内一段长度，引出口向上。分离器工作时，器内保持一定高度的氨液，从压缩机来的混有油蒸气、油滴气体，由氨液进行洗涤、降温，使油蒸气凝结并分离，由于油的相对密度大于氨液而沉积于器底，筒体内氨液被混合气体加热而部分汽化，随分离后的氨气经伞形挡液板由出气口引出，洗涤过程中尚未被分离的油滴由伞形挡液板进行分离。这种分离器分离效率高，可分离出80%85%的油量。第三节 压力容器的材料压力容器制造、修理或技术改造时，其受压元件材料选用正确与否，直接关系到压力容器的安全运行。因而压力容器的用材有一定的要求。由于常见的压力容器多数是钢制的，故下面主要对钢制压力容器用钢做一简单介绍。一、压力容器材料选用要求压力容器受压元件用材一般应满足机械性能、工艺性能及耐腐蚀性能的要求。1、机械性能压力容器用材要求有一定的强度指标、塑性指标及韧性指标。强度主要指屈服极限和强度极限。屈服极限表示材料开始塑性变形的抗力。强度极限表示材料在拉伸条件下所能承受的最大载荷值。强度一方面与制成后的容器尺寸有关，强度越大，材料的许用应力也越大，在同样条件（压力、直径等）下所需的壁厚就越小；另一方面，它又与塑性有关，一般来说，种类相同的材料，强度越高，塑性就越差。所以一般的考虑原则是在满足规定的塑性指标及其他性能的要求下，尽量选用强度指标较高的材料，以减小容器的尺寸和重量。塑性是指材料发生塑性变形的能力，常以断裂后的塑性变形的大小（包括伸长率和断面收缩率）及屈强比来表示。制造压力容器用的材料要求有较好的塑性，不仅是为了适应制造加工工艺的需要，更主要的是为了缓解高度集中的局部应力，避免容器因局部应力过高而直接破裂。伸长率是指断裂后伸长量与原长度比值的百分数。断面收缩率是指断裂后截面收缩量与原始截面比值的百分数。伸长率和断面收缩率的值愈大，塑性愈好。屈强比是屈服极限与强度极限的比值，屈强比越小，表示材料的塑性越好。韧性目前多采用冲击值来衡量。表示材料抵抗冲击力的能力。压力容器虽然一般都不承受冲击载荷，但冲击值对材料的“脆性转换”比较敏感，冲击值也可以反映钢的低温冷脆性能。因此，对使用温度较低的压力容器都用材料在使用温度下的冲击值作为控制指标。2、工艺性能工艺性能是材料的冷塑性与焊接性能的统称。压力容器大多是先用钢板卷制或冲压成形，然后进行焊接而成，所以要求制造压力容器的材料具有良好的冷塑性与焊接性能。冷塑性一般可以由上述机械性能中的塑性指标得到保证。焊接性能是工艺性能中的主要控制指标。钢的焊接性能或称可焊性，是指钢材是否具有在规定的焊接工艺条件获得质量优良的焊接接头的性能。钢的可焊性主要决定于它的化学成分，其中含碳量影响最大。含碳量增加，塑性下降，焊接后内应力较大，易产生焊接裂纹，而裂纹是压力容器中不允许存在的、最危险的缺陷。3、耐腐蚀性能耐腐蚀性能指材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀的能力。由于压力容器的使用条件大多比较恶劣，介质大多具有腐蚀性，再加上温度、压力等因素的影响，可能造成腐蚀加剧，所以要求压力容器的制造材料具有一定耐腐蚀性能。二、对压力容器选材的有关要求（1）选用碳素钢沸腾钢板和碳素钢镇静钢板制造的压力容器（搪玻璃压力容器除外），应符合GB150钢制压力容器的有关规定，碳素钢沸腾钢板和Q235A钢板不得用于直接受火焰加热的压力容器。（2）用于焊接结构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%，在特殊条件下，如选用含碳量超过0.25%的材料应限定碳含量不大于0.45%，由制造单位征求拥护意见，并经制造单位压力容器总技术负责人批准。制造单位提供材料抗裂性试验报告和焊接工艺评定报告，报省级安全监察机构审核，国家安全监察机构审批。（3）钢制压力容器材料（钢板、锻件、钢管、螺柱）的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求，应符合GB150钢制压力容器中的有关章节和附录中的有关规定。（4）选用铸铁材料，必须在相应的国家标准范围内选用；设计压力和设计温度应符合容规有关规定，但不得用于盛装毒性程度为极度、高度或中度危害介质以及设计压力0.15MPa的易燃介质压力容器的受压力元件，也不得用于管壳式余热锅炉的受压元件和移动式压力容器的受压元件。（5）选用有色金属制造压力容器时，应符合容规和国家标准或行业标准。（6）压力容器受压元件采用国外材料时，应选用国外压力容器规范允许使用且国外已有实例的材料，其使用范围应符合材料生产国相应规范和标准的规定。（7）用于压力容器受压元件的焊接材料应符合相应标准。三、压力容器的常用材料用语制造压力容器的材料较多。大多数压力容器是碳钢、低合金钢、不锈钢制成的，此外还有用铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金制成的。现将常用钢简介于下：1、碳钢压力容器用的碳钢指普通碳钢。它虽然含有较多杂质，但由于生产方便、成本低、性能良好，故得到广泛应用。（1）沸腾钢：它是在不完全脱氧的情况下获得的，含氧量较高，硫、磷杂质分布不均匀，钢的组织较松，焊接裂纹倾向较大，厚板焊接时还有层状撕裂倾向，因而使用范围受到限制。（2）镇静钢：它脱氧完全，杂质较少，所以重要的焊接结构都采用镇静钢。由于碳钢的耐腐蚀性较差，故多用于介质腐蚀性不大的压力容器。2、低合金钢低合金钢是一种低碳结构用钢，其合金元素含量较少，但强度（尤其是屈服极限QS）比同等含碳量的碳钢高得多，并且一般具有良好的焊接性能和拿蚀性能。采用低合金钢可减轻结构重量，保证使用可靠、耐久，经济性好，相同载荷时，可比普通碳钢重量减少20%30%。此外，低合金钢具有优良的塑性，且比普通碳钢有更低的脆性转变温度，因此它的应用越来越广泛。但是，采用低合金钢时，在工艺要求上普通碳钢严格得多，特别是要求严格控制焊接工艺规范。制造压力容器常用的低合金钢主要有：16MnR、15MnR、15MnVNR、16MnDR等。3、不锈钢不锈钢包括不锈钢和不锈耐酸钢两种。在空气中能抵抗腐蚀的钢称为不锈钢；在某些化学侵蚀介质中能抵抗腐蚀的钢称不锈耐酸钢。不锈钢按其组织的不同，可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型及奥氏体铁素体型不锈钢等。不锈钢的含碳量一般都很低，在钢号中用千分之几表示。不锈钢中最主要的合金元素是铬和镍，此外，根据性能要求还添加钼、钛、铌等合金元素。铬和镍是不锈钢获得耐蚀性能的最主要合金元素。通常，马氏体型不锈钢在淬火加回火状态使用；铁素体型不锈钢在退火状态使用；奥氏体型及奥氏体铁素体型不锈钢在固溶处理后使用。铁素体型耐酸不锈钢有脆性倾向，冷成形性较差，使用受一定限制，一般仅用于压力低、腐蚀性不强的薄壁容器。奥氏体型耐酸不锈钢是应用最广泛的一种耐酸不锈钢，通常用于腐蚀性较强的介质中，具有优良的抗晶间腐蚀性能；含钼的奥氏体型不锈钢在有机酸和某些还原性介质中有较好的耐蚀性。奥氏体铁素体型耐酸不锈钢在室温下，钢中存有奥氏体和铁素体的复合组织，有磁性，屈服强度比奥氏体钢高。这类钢的耐蚀性、抗应力腐蚀开裂的能力一般优于奥氏体钢，可耐醋酸或硝酸的腐蚀，但加工性能较奥氏体钢稍差。不锈耐酸钢虽在工业中有着广泛的应用，但就每种具体钢号而言，其应用有一定局限性，选用时须根据介质的种类、浓度、温度等条件来决定。4、低温钢用于制造低温容器（指设计温度-20）的结构专用钢称为低温钢。它主要用于空气和氢分设备、石油尾气分离设备和制冷设备等。对低温钢除了要求强度指标外更要求其具备足够的韧性，以防止低温脆断。第三章 常见生产工艺及安全操作要点为恶劣确保压力容器安全运行，就要求容器操作人员熟悉生产工艺流程，并严格执行生产工艺操作规程。为有助于容器操作人员了解生产工艺流程，掌握正确操作压力容器的方法，本章就几种常见的生产工艺流程，所使用的压力容器的作用及安全操作要点介绍如下。第一节 几种常见单元工艺及其压力容器任何生产工艺，特别是化工生产工艺，尽管其原料、产品、工艺条件、生产工艺流程的长短等各不相同，但其生产工艺过程通常都可以划分成若个单元工艺。因而熟悉并掌握主要单元工艺的原理对加深各种工艺流程的理解大有益处。下面就一些常见的单元工艺作一简介。一、加热加热是利用热载体（热流体）放出的显热或潜热来提高物料的温度，使之满足工艺需要的一种单元工艺。如食品、药物的蒸煮，固体物料的熔融；为加速物料的溶解和提高溶解度，或者为保证一些化学反应的顺利进行等，需对物料预热到一定温度等都要采用加热工艺。常用的热载体有热水、蒸汽、烟道气、联笨、联笨醚混合物（道生油）、导热油、矿物油、熔融金属、熔盐等。选用何种热载体须视加热温度等具体情况而定。有时为节约能源，将生产过程中的具有较高温度的产品或中间产物作为热载体来加热原料或其他中间产物，以回收其热量。按照加热方式，加热工艺分为直接加热、间接加热等。直接加热是热载体与被加热介质直接接触、混合进行换热，如合成氨生产中的饱和塔就是半水煤气与热水直接换热；间接加热其热载体与被加热介质不直接接触，这是最常用的一种加热方法，如各种类型的热交换器都属间接加热，就是靠器壁或管壁与介质的温度差实现加热的。用于加热的常见压力容器有夹层锅、各种形式的管壳式热交换器、板式热交换器、管壳式余热锅炉、夹套容器等。例如，食品行业普遍使用蒸炒锅、夹层锅以蒸汽作热载体进行食品的蒸煮、熬糖等作业；橡胶行业用蒸汽通入硫化锅、硫化罐内加热对橡胶制品进行硫化；印染行业用染色器、各种烘缸进行染色、织物整理；化纤行业利用蒸汽、导热油、道生油等热载体在熔融罐内间接加热，完成单体的熔融；化工生产中普遍使用预热器、加热器等对物料加热以达到反应工艺所需的温度，使反应顺利进行；合成氨生产中用变换气作热载体通过热交换器对原料半水煤气加热来回收变换气的热量，等等。二、冷却与冷凝冷却是利用冷载体（冷却剂）吸收物料的热量以降低物料温度，使之满足工艺需要的一种单元工艺。冷凝是利用冷载体吸收气体物料的热量（包括显热和汽化潜热），使物料完成又气态凝结成液态的过程。例如，气体压缩机各级排气与吸气间采用冷却减低压缩气体温度，缩小气体体积，以保证压缩机正常工作，降低电耗，并将水蒸气、油蒸气冷凝，使之便于分离；压缩后的制冷剂气体冷凝成液态用于冷冻、空调。蒸发、蒸馏后的介质组分冷凝收集等，都需要用到冷却或冷凝工艺。常用的冷载体有空气、河水、自来水、深井水、冷冻盐水、液氨、液氮、液态氟利昂等。有时采用较低温度的物料作为冷载体来冷却较高温度的物料，以回收冷量。按冷却、冷凝的方法不同，冷却分为直接冷却与间接冷却；冷凝也分为直接冷凝与间接冷凝。其中间接冷却与间接冷凝在压力容器中较为常用。用于冷却、冷凝工艺的压力容器大多是各种形式的热交换器，也有时使用夹套结构的容器。例如，气体压缩系统设置的中间冷却器、后冷却器，通常为管壳式热交换器。冷却系统的冷凝器多为列管式交换器；用于化工产品蒸馏、精馏的冷凝器也多为列管式热交换器。氟利昂制冷工艺中的冷热交换器是用蒸发后的气态氟利昂作冷载体对节流后的液态氟利昂进行冷却，提高液态氟利昂的过冷度，同时提高气态氟利昂的过热度以节约能量。夹套结构的容器根据工艺需要有时交替通入冷、热载体对物料进行冷却、加热、以保证生产正常进行。三、反应反应指介质的物理、化学反应。物理反应过程中没有新物质生成，物质的化学性质不发生变化；化学反应过程中有新物质生成，物质的组成和化学性质都发生改变，并伴随着能的变化。生产中用压力容器来完成反应的大多是化学反应，如化合、聚合、分解、复分解、取代等反应。用于反应工艺的压力容器是各种形式的反应器。例如，化工、医药等行业用反应釜、反应锅、分解锅等完成各种化工产品、原料药的化合、分解等；化工行业树脂的生产用高压釜、聚合釜等完成氯乙烯单体的聚合；造纸行业用蒸球进行纸浆蒸煮；合成氨行业用变换炉将一氧化碳、水蒸气在一定压力、温度下变换为氢气及二氧化碳等。一些规模较大的连续性生产中常用塔类设备，如合成氨生产中用合成塔完成氮气与氢气部分合成氨的反应；在碳化塔内氨水与二氧化碳反应生成碳酸氢铵，等等。由于化学反应伴随能的变化，为保证化学反应顺利进行、提高反应速率，所以相当部分的反应容器需设置夹套、盘管等，以根据工艺要求进行加热或冷却。四、蒸发蒸发是液体表面发生的汽化现象。蒸发时液体需吸收汽化热，所以液体的温度愈高，蒸发的速度愈快。蒸发可在沸点时或在低于沸点时进行，在沸点时的蒸发速度要比低于沸点时的蒸发速度快得多。沸点时的蒸发称之为沸腾蒸发。工业生产中通常都采用沸腾蒸发。为保证蒸发顺利进行，蒸发时需不断供给热能并不断排出发生的蒸汽。生产中料液的浓缩、脱水、萃取后溶剂的回收等都需要通过蒸发；通过物态变化（通常是汽化）吸收热量以降低温度，也要利用蒸发工艺。蒸发工艺常用的是蒸发器及夹套结构的容器等。例如，食品、中药行业的料液、浸出液的浓缩，膏剂的脱水等采用夹层锅或夹套容器；冷冻、空调系统常用蒸发器制取冷冻盐水等；化工行业的一些料液的浓缩常用蒸发器。常见的蒸发器由加热器与蒸发室组合而成。料液在加热器中被热载体加热至沸点进入蒸发室蒸发，溶剂蒸气不断排出，料液浓度在循环中不断提高，最终达到工艺要求。较大规模的生产中，为充分利用能源，常将二、三套乃至多套蒸发器串联使用，称之为二效蒸发、三效蒸发及多效蒸发。为保证沸腾蒸发，通常三效以后都采取减压蒸发，所以效数不能无限增多。如氯碱行业中氢氧化纳溶液的浓缩，“三废”处理中的废水浓缩等，就常用三效或多效蒸发。五、蒸馏与精馏蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点不同以分离组分的方法。当液体混合物加热至沸腾时，生成的蒸汽与原混合物相比含较多的低沸点组分，二剩余的混合物中则含较多的高沸点组分。这样可使混合物的组分得到部分或完全分离。精馏又称分馏，是蒸馏方法的一种。精馏在一个设备内同时进行多次部分汽化和部分冷凝，以分离混合物中的组分，达到精制和提纯的目的。蒸馏与精馏常用的压力容器是带夹套的容器及分馏塔等塔类设备。规模较小和间歇式操作的多采用夹套式容器。例如，医药、精细化工行业中为对成品或某一中间成品提纯，则需用相应的溶剂溶解其中某一组分，然后将容器内物质加热至合适温度使其蒸发，气态物质再经冷凝器凝结成液体后收集。而在规模较大或是多组分混合物分离的连续性操作中，则常用塔类设备，如轻工行业中酒精的分离需用蒸馏塔；空分生产中，氧气、氩气、氮气 的分离常用分馏塔。塔内有若干块塔板，通过部分馏分回流。每块塔板处温度不同，物料组分也就不同。根据各组分的沸点，可以确定在适当的塔板处引出所需组分，达到分离、提纯目的。六、萃取萃取是利用不同物质在溶剂中的溶解度不同，达到分离混合物组分的一种工艺。用溶剂分离固体混合物中组分的称为浸取。因所需的组分溶于溶剂中，萃取后需蒸发或蒸馏，再经冷凝使溶剂与组分分离。由于溶解一般需控制适当的温度，故通常需对物料进行加热或冷却。萃取工艺常用的压力容器也是带夹套的容器或带夹套的塔类设备。前者用于生产量较小的间歇性生产，后者则常用于连续生产。例如，医药、精细化工行业中常用带夹套的容器进行萃取，而连续性的化纤生产行业则常在萃取塔内用适当的溶剂，对未聚合的单体及低聚物进行萃取分离，以保证聚合物的质量。另外，物料的分离形式还有重力式分离、离心式分离、洗涤式分离及吸附、过滤等。例如，用于压缩系统、冷冻系统的油水分离，就是根据气体与液滴的相对密度不同，采用重力式或离心式气液分离器将气体与液滴分离的。洗涤式分离器是利用液体将气体中的固定颗粒、液滴及部分气体杂质洗涤、吸收。对于洁净程度要求高的，则需用多孔性材料或树脂等在过滤器或吸附器内对气体进行机械过滤或物理吸附。七、储存储存往往是生产工艺流程中不可缺少的部分。生产中为便于原料、产品或中间产品的运输、储存、收集、添加等需使用各种储存容器，如液化石油气的运输、储存必须用槽罐（车）、储液罐等。用于生产中的各种加料罐、接收罐、中间储罐、成品接收罐等都是储存容器。第二节 压缩空气生产、净化工艺压缩空气用途广泛，主要可用来作为动力和动力源，如用于气流输送和作为气动装置、气动仪表的动力源。一、工艺流程空压站的工艺流程（图3-1）为：空气过滤器1（清除其中的机械杂质）空压机2（进行压缩）冷却器3油水分离器4（分离出其中的油和水）储气罐5。若对空气品质要求不高，此时的压缩空气就可以直接使用了。若对空气品质要求高，则需进一步净化，净化流程为：压缩空气干燥气6（除去其中剩余的油、水等杂质）过滤器7（进一步清除机械杂质）净化空气储罐8供用户使用。二、压缩空气净化系统的主要压力容器1、后冷却器（1）后冷却器的作用是将经压缩机压缩后的高温气体进行冷却，并使压缩空气中油雾和水汽的大部分凝结成液滴，以便通过油水分离器分离。（2）后冷却器（图3-2）一般有列管式、盘管式、套管式、蛇管式等结构，现多为列管式冷却器。它是由壳体、封头、管板、列管等部分组成，并多用碳钢材料制作。2、储气罐（1）储气罐主要作用是储存一定量的气体，以减小气流的脉动，调节空压机输出气量与用户耗量之间的不平衡，保持连续稳定的气流输出，并进一步分离压缩空气中的油和水。（2）储气罐（图3-3）一般为圆筒形结构，由筒体、封头接管等部分组成，多用碳钢制造而成。3、干燥器（1）干燥器主要作用是进一步除去压缩空气中含有的水分、油分等杂质，使湿空气干燥，以供某些要求高质量压缩空气的用户使用。（2）干燥器（图3-4）一般是由筒体、封头等部分组成的圆筒形容器，内部装有吸附剂。常用的吸附剂有焦炭、硅胶和分子筛等。干燥器多用碳钢制造而成。第三节 制冷工艺制冷被广泛应用于生产或生活中的各种需要冷冻、冷藏、空调等场所。制冷装置有蒸气压缩式、蒸气喷射式和吸收式等，目前应用最广泛的是蒸气压缩式。制冷装置中用以达到制冷目的的工作物质称为制冷剂。常用的制冷剂有氨、氟利昂等。下面介绍以氨及氟利昂为制冷剂的制冷工艺。一、工艺流程1、直接供液氨制冷工艺制冷工艺按向蒸发器供液方式的不同，可分为直接供液、重力供液及氨泵供液等。直接供液是指对蒸发器的供液只经过膨胀阀（调节阀）直接进入蒸发器而不经过其他设备，如图3-5所示。直接制冷的工艺流程为：蒸发器6产生的低温低压氨蒸气压缩机1（将其吸入汽缸并压缩为高温高压氨蒸气）氨油分离器2（分离出其中的润滑油）冷凝器3（氨蒸气经其中冷却水冷却凝结为液氨）储液桶4。使用时，液氨经调节阀5（降压）蒸发器6（低