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1 第一节、第一节、压力容器简介压力容器简介 第二节、第二节、压力容器定义压力容器定义 第三节、第三节、压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 第四节、第四节、压力容器分类压力容器分类 第五节、第五节、压力容器使用特征压力容器使用特征 第六节、第六节、压力容器安全性能压力容器安全性能 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 1 n 压力容器广泛应用于化工、石油、机械、动 力、冶金、核能、航空、航天、海洋等部门，它 是生产过程中必不可少的核心设备。 n 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。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第一节 压力容器简介第一节 压力容器简介 2 3 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第一节 压力容器简介第一节 压力容器简介 换热器 储气罐 蒸压釜 储罐 管壳式换热器浮头式换热器 3 汽车罐车 反应器 球罐 减 压 塔 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第一节 压力容器简介第一节 压力容器简介 4 5 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第二节第二节 压力容器定义压力容器定义 1. 1. 广义的压力容器：广义的压力容器：即所有承受压力的密闭容器均即所有承受压力的密闭容器均 称为压力容器。（它包括内压和外压容器）称为压力容器。（它包括内压和外压容器） 2. 2. 狭义的压力容器：狭义的压力容器：按照按照20092009版版特种设备安全特种设备安全 监察条例监察条例第九十九条第（二）项的定义。第九十九条第（二）项的定义。 压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的 密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于 0.1mpa0.1mpa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5mpal2.5mpal的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于的气体、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 压力大于或者等于压力大于或者等于0.2mpa0.2mpa（表压），且压力与容积的乘积（表压），且压力与容积的乘积 大于或者等于大于或者等于1.0mpal1.0mpal的气体、液化气体和标准沸点等于的气体、液化气体和标准沸点等于 或者低于或者低于6060液体的气瓶；氧舱等。液体的气瓶；氧舱等。 5 3. 根据特种设备目录 压力容器有如下类别 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第二节第二节 压力容器定义压力容器定义 6 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第二节第二节 压力容器定义压力容器定义 3. 根据特种设备目录 压力容器有如下类别 7 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 压力压力 温度温度 介质介质 容积容积 8 一、压力 1.压力：均匀垂直作用在物体表面的力 。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 左图中力左图中力f,f,称为压力。称为压力。 右图中力右图中力f f，一般不称压力，一般不称压力，因为他不是垂直作用在物体表面 上，而f1称为压力。9 2. 压强：均匀垂直作用在物体表面单位面积的压力。 一般用p表示。工程上一般把压强称为压力，即我 们平时所说的压力其实是指压强。 压强=压力/面积，即p=f/s 左图中，左图中，a a、b b、c c三三 个面所承受的压力相个面所承受的压力相 等均为等均为f f，但是三个，但是三个 面所受的压强不同，面所受的压强不同， a a面承受压强最小，面承受压强最小，c c 面承受压强最大。面承受压强最大。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 一、压力一、压力 10 3.3.压强的单位：压强的单位：牛顿牛顿/ /米米2 2（n/m2n/m2） 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 n法定单位：pa，kpa，mpa n工程上有时会用到：公斤（公斤力，kgf/cm2） n其他压强单位：bar（巴） n mmhg（毫米汞柱） n mmh2o（毫米水柱） n1帕=1牛顿/米2 或 1mpa（兆帕）=106pa n1atm1bar1公斤=100 kpa =0.1mpa=760 mmhg=10.336 mmh2o 一、压力一、压力 11 4表压力和绝对压力 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 n绝对压力：容器内的实际压力。 n表压力：压力表上的读数或液柱差h的压力值，就 是容器内介质压力超出大气压力的部分 p表= p绝-p大气压（0.1mpa） n负压力（真空度）：介质的压力低于大气压力的 部分,称为负压力或真空,简称负压。此时p表为负 值，或表示为 真空度=p负= p大气压-p绝。 一、压力一、压力 12 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 4表压力和绝对压力 一、压力一、压力 13 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 4表压力和绝对压力 一、压力一、压力 真空压力表真空压力表 普通压力表普通压力表 14 5气体压力的形成 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 n气体压力是由于物质内部运动着的气体分子，由于 分子间作用力较小，不受分子力的约束而做无规则运 动，不停碰撞器壁产生的。 n气体压力不仅仅作用于容器的底部，而是作用于整 个器壁上。因此提高气体温度、增大气体密度、加速 气体分子运动速度都可以使气体压力增高。 一、压力一、压力 15 6.压力容器的压力来源 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 n来自容器外部：蒸汽锅炉或压缩机 n来自容器内部：受热、化学反应、聚集状 态发生改变等 一、压力一、压力 16 7.压力容器的压力 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 n工作压力：容器顶部在正常工艺操作时的压力。 n最高工作压力：容器顶部在工艺操作过程中可能 产生的最高压力。 n设计压力：在设计过程中，在相应设计温度下用 以确定容器壁厚及其元件尺寸的压力。 n相关压力之间的关系 设计压力最高工作压力工作压力 设计压力超压泄放装置动作压力 超压泄放装置动作压力设计图样注明的最 高允许工作压力 一、压力一、压力 17 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 二、温度二、温度 1. 1. 温度温度 n n 温度温度: : 表示物体冷热程度的物理量。表示物体冷热程度的物理量。 n n 使用温度：使用温度：指容器运行时测得的工作介质温度。指容器运行时测得的工作介质温度。 n n 设计温度：设计温度：容器在正常工作过程中，在相应的设计压力容器在正常工作过程中，在相应的设计压力 下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。正常正常 情况下，高温容器设计温度不得低于金属元件可能达到情况下，高温容器设计温度不得低于金属元件可能达到 的最高金属温度；低温容器设计温度不得高于可能达到的最高金属温度；低温容器设计温度不得高于可能达到 的最低金属温度。的最低金属温度。 n n 试验温度：试验温度：进行压力试验时，容器壳体的金属温度。进行压力试验时，容器壳体的金属温度。 n n 测量仪器：测量仪器：温度计（温度计（a a）水银（水银（b b）酒精（酒精（c c）电阻电阻 （d d ）热电偶热电偶 18 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 二、温度二、温度 2. 2. 温度的表示方法温度的表示方法 摄氏温标摄氏温标：用用“ ”“ ”表示。表示。 华氏温标：华氏温标：用用“ “ 0 0 f f ” ”表示表示 绝对温标：绝对温标：（开氏温标）用（开氏温标）用“k”k”（开尔文）表示。（开尔文）表示。 换算关系：换算关系： 摄氏温标摄氏温标=5/9*=5/9*（华氏温标（华氏温标-32-32）温标）温标-273.16-273.16 华氏温标华氏温标=9/5*=9/5*摄氏温标摄氏温标+32=9/5(+32=9/5(开氏温标开氏温标- - 273.16)+32273.16)+32 开氏温标开氏温标= =摄氏温标摄氏温标+273.16=5/9(+273.16=5/9(华氏温标华氏温标- - 32)+273.1632)+273.16 19 容积：容积：指压力容器的几何容积指压力容器的几何容积, ,即由设计图样标注即由设计图样标注 的尺寸计算的尺寸计算( (不考虑制造公差不考虑制造公差) )并且圆整。应当扣并且圆整。应当扣 除永久连接在容器内部的内件的体。除永久连接在容器内部的内件的体。 永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器主要工艺参数压力容器主要工艺参数 三、容积三、容积 20 n n 介质：介质：是指压力容器内盛装的物料，有液态，气是指压力容器内盛装的物料，有液态，气 态或气液混合态。态或气液混合态。 n n 工作介质：工作介质：容器所盛装的或在容器内参加反应、容器所盛装的或在容器内参加反应、 热热 交换的物质。交换的物质。 n压力容器的介质分为两组,包括气体、液化气体或者介质最高 工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。 1)第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质 ,易爆介质，液化气体。 2)第二组介质:由除第一组以外的介质组成,如毒性程度为 中度危害以下的化学介质,包括水蒸气、氮气等。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器压力容器主要工艺参数主要工艺参数 四、介质四、介质 1. 1. 介质介质 21 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器压力容器主要工艺参数主要工艺参数 四、介质四、介质 2. 2. 介质的分类介质的分类 n n 易燃介质：易燃介质：是指与空气混合的爆炸下限小于是指与空气混合的爆炸下限小于10%10%，或爆炸上限，或爆炸上限 和下限之差值大于等于和下限之差值大于等于20%20%的气体，以及闪点的气体，以及闪点4545的液体。的液体。 n n 毒性介质：毒性介质：按国家有关规定毒性介质分为四级。按国家有关规定毒性介质分为四级。 级级 极度危害极度危害 允许浓度允许浓度0.1mg/m30.1mg/m3 级级 高度危害高度危害 允许浓度允许浓度0.10.11.0mg/m31.0mg/m3 级级 中度危害中度危害 允许浓度允许浓度1.01.010mg/m310mg/m3 级级 轻度危害轻度危害 允许浓度允许浓度10mg/m310mg/m3 n n 腐蚀介质腐蚀介质: : 如硝酸，盐酸，硫酸，强碱等都具有强腐蚀性。如硝酸，盐酸，硫酸，强碱等都具有强腐蚀性。 n n 混合介质：混合介质：压力容器中的介质为混合介质时一般按照介质的组压力容器中的介质为混合介质时一般按照介质的组 分、毒性程度和易燃性质，由设计单位或使用单位的技术部门分、毒性程度和易燃性质，由设计单位或使用单位的技术部门 决定介质毒性的或是否属于易燃介质。决定介质毒性的或是否属于易燃介质。 22 n n 氧气氧气 ：o2、无色、无味气体，微溶于水。能助燃，可与无色、无味气体，微溶于水。能助燃，可与h2h2、c2h2c2h2、ch4ch4、coco按比例混合，成为可按比例混合，成为可 燃混合气体，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。燃混合气体，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。 n n 氢气氢气 ：h2 h2 无色、无味、无毒易燃气体，着火、燃烧、爆炸。无色、无味、无毒易燃气体，着火、燃烧、爆炸。 n n 氮气氮气 ： n2 n2 无色、无味、窒息性气体无色、无味、窒息性气体 ，工业上常作为置换、试验等用气。工业上常作为置换、试验等用气。 n n 惰性气体惰性气体 ：氦氦n2n2、氖、氖nene、氩、氩arar、氪、氪krkr、氙、氙xexe、氡、氡rnrn ，化学性质不活泼，很难和其它元素发生化，化学性质不活泼，很难和其它元素发生化 学反应，故称为惰性气体。学反应，故称为惰性气体。 n n 一氧化碳一氧化碳 ：co co 毒性很强、无色、易燃气体毒性很强、无色、易燃气体 n n 甲烷甲烷 ：ch4 ch4 无色、无臭、易燃气体无色、无臭、易燃气体 。 n n 二氧化碳二氧化碳 ：co2 co2 、无色、无臭、有酸味的无毒性的窒息性气体。、无色、无臭、有酸味的无毒性的窒息性气体。 n n 氯气氯气 ：cl2 cl2 草绿色带有刺激性臭味毒性强的气体。草绿色带有刺激性臭味毒性强的气体。 n n 氨氨 ：nh3 nh3 无色、刺激臭味、有毒气体。氨和氯接触发生低温自燃无色、刺激臭味、有毒气体。氨和氯接触发生低温自燃, ,引起爆炸引起爆炸 。 n n 氯甲烷氯甲烷 ：ch3clch3cl、ch2cl2ch2cl2、chcl3chcl3（又叫氯仿）、（又叫氯仿）、ccl4ccl4（又称四氯化碳），四氯甲烷与乙醇、乙（又称四氯化碳），四氯甲烷与乙醇、乙 醚可按任何比例混合不会燃烧。可作溶剂，有机物的氯化剂，香料的浸出剂，纤维以及制氧工业醚可按任何比例混合不会燃烧。可作溶剂，有机物的氯化剂，香料的浸出剂，纤维以及制氧工业 的脱脂剂、灭火剂、分析试剂的脱脂剂、灭火剂、分析试剂 n n 液化石油气液化石油气 ：由丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷等为主要成分组成的混合物。易燃介质，气态比由丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷等为主要成分组成的混合物。易燃介质，气态比 空气重。空气重。 n n 丙烷：丙烷：c3h8c3h8， 无色气体，纯品无臭，无色气体，纯品无臭，易燃 ，易爆，单纯性窒息及麻醉作用 。 n n 丙烯：丙烯：c3h6c3h6 ，常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体，易燃，爆炸极限为2%11%。不溶于水 ，溶于有机溶剂，是一种属低毒类物质。 n n 环氧乙烷：环氧乙烷：c2h4oc2h4o，是一种有毒的致癌物质，易燃易爆，是一种有毒的致癌物质，易燃易爆 。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第三节第三节 压力容器压力容器主要工艺参数主要工艺参数 四、介质四、介质 3 3、一些常见介质的物理、化学特性 23 按其承受压力的高低，压力容器可分为低压容器按其承受压力的高低，压力容器可分为低压容器 ，中压容器，高压容器，超高压容器四个等级，中压容器，高压容器，超高压容器四个等级， 具体划分如下：具体划分如下： n n 低压容器：低压容器： 0.1mpap0.1mpap1.6mpa1.6mpa n n 中压容器：中压容器： 1.6mpap1.6mpap10mpa10mpa n n 高压容器：高压容器： 10mpap10mpap100mpa100mpa n n 超高压容器：超高压容器：p100mpap100mpa 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 一、按设计压力分类一、按设计压力分类 24 二、按温度分类：二、按温度分类： n n 低温容器：低温容器：tt2020 n n 常温容器：常温容器：2020t t450450 n n 高温容器：高温容器：t450t450 三、按安装方式分类三、按安装方式分类: : n n 1 1、固定式：热交换器，分离器，合成塔等。有固、固定式：热交换器，分离器，合成塔等。有固 定的安装和使用的地点。定的安装和使用的地点。 n n 2 2、移动式：可移动的压力容器，无固定使用的地、移动式：可移动的压力容器，无固定使用的地 点。汽车罐车、铁路罐车、长管拖车、罐式集装点。汽车罐车、铁路罐车、长管拖车、罐式集装 箱、管束式集装箱、气瓶等箱、管束式集装箱、气瓶等 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 25 四、按在生产工艺过程中的作用原理分类：四、按在生产工艺过程中的作用原理分类： n n 反应容器（反应容器（r r）：主要用来完成介质的物理化学反应的容）：主要用来完成介质的物理化学反应的容 器。器。 n n 换热容器换热容器(e)(e)：主要用来完成介质的热量交换的容器。：主要用来完成介质的热量交换的容器。 n n 分离容器分离容器(s)(s) ：主要用来完成介质的流体压力平衡和气：主要用来完成介质的流体压力平衡和气 体净化分离的容器。体净化分离的容器。 n n 储存容器储存容器(c(c，其中球罐代号其中球罐代号 b) b) ：主要用来盛装生产和生活：主要用来盛装生产和生活 用的原料、气体、液化气体的容器。用的原料、气体、液化气体的容器。 五、按就位形式分类：五、按就位形式分类： 立式容器、卧式容器和悬空容器立式容器、卧式容器和悬空容器 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 26 六、六、容规容规的分类：（的分类：（ 、 、类类 ） 对于第一组介质，压力容器的分类见下图。对于第一组介质，压力容器的分类见下图。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 27 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 六、六、容规容规的分类：（的分类：（ 、 、类类 ） 对于第二组介质对于第二组介质, ,压力容器的分类见下图压力容器的分类见下图 28 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 七、七、按容器制造材料分类按容器制造材料分类 压力容器材料压力容器材料 有色金属有色金属 黑色金属黑色金属 非金属非金属 镍和镍合金镍和镍合金 铜和铜合金铜和铜合金 钛和钛合金钛和钛合金 铝和铝合金铝和铝合金 铸铁容器铸铁容器 钢制容器钢制容器 灰铸铁灰铸铁 球墨铸铁球墨铸铁 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 不锈钢不锈钢 29 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第四节第四节 压力容器压力容器分类分类 八、八、按压力容器制造许可证级别划分按压力容器制造许可证级别划分 （1 1）a a 级：级：超高压容器、高压容器超高压容器、高压容器(a1)(a1)；第三类低、中压容器；第三类低、中压容器(a2)(a2)； 球形储罐现场组焊或球壳板制造球形储罐现场组焊或球壳板制造(a3)(a3)；非金属压力容器；非金属压力容器(a4)(a4)；医用氧舱；医用氧舱 (a5)(a5)。 （2 2）b b 级：级：无缝气瓶无缝气瓶(b1)(b1)；焊接气瓶；焊接气瓶(b2)(b2)；特种气瓶；特种气瓶(b3)(b3)。b2b2含含( (限限) )溶溶 解乙炔气瓶或液化石油气瓶；解乙炔气瓶或液化石油气瓶；b3b3含机动车用、缠绕、非重复重装、真空含机动车用、缠绕、非重复重装、真空 绝热低温气瓶等。绝热低温气瓶等。 （3 3）c c 级：级：铁路罐车铁路罐车(c1)(c1)；汽车罐车或长管拖车；汽车罐车或长管拖车(c2)(c2)；罐式集装箱；罐式集装箱(c3)(c3) 。 （4 4）d d 级：级：第一类压力容器第一类压力容器(d1)(d1)；第二类低、中压力容器；第二类低、中压力容器(d2)(d2)。 （5 5）压力容器用膨胀节：）压力容器用膨胀节：可由取得压力容器制造资格的单位制造，也可可由取得压力容器制造资格的单位制造，也可 由取得压力管道用膨胀节制造资格的单位制造。由取得压力管道用膨胀节制造资格的单位制造。 （6 6）分析设计标准设计的压力容器，）分析设计标准设计的压力容器，其制造企业应持有其制造企业应持有a a或或c c级许可证。级许可证。 （7 7）封头：）封头：锅炉压力容器封头制造许可分两个级别，即直径大于等于锅炉压力容器封头制造许可分两个级别，即直径大于等于 1800mm 1800mm 的封头和直径小于的封头和直径小于1800mm 1800mm 的封头。取得直径大于等于的封头。取得直径大于等于1800mm 1800mm 封封 头制造资格的单位同时具有直径小于头制造资格的单位同时具有直径小于1800mm1800mm的封头制造资格。的封头制造资格。 30 一、生产工艺要求高一、生产工艺要求高 压力容器使用单位，特别是石油、化工行业，生产线长压力容器使用单位，特别是石油、化工行业，生产线长 ，容器种类多，数量多，相互关联，连续化生产。集中，容器种类多，数量多，相互关联，连续化生产。集中 控制自动控制（控制自动控制（dcsdcs）对设备的运行可靠性要求高。）对设备的运行可靠性要求高。 第一章第一章 压力容器基本知识压力容器基本知识 第五节第五节 压力容器压力容器使用特征使用特征 二、使用条件比较恶劣二、使用条件比较恶劣 n n 压力容器要承受一定压力或较高压力；压力容器要承受一定压力或较高压力； n n 承受的压力大幅度波动；承受的压力大幅度波动； n n 承受不同的温度。承受不同的温度。-200c-200c4500c4500c； n n 温度大幅度变化；温度大幅度变化； n n 介质对设备的腐蚀影响；介质对设备的腐蚀影响； n n 介质易燃、易爆或毒性高，一旦泄漏或遇到火源，就会造成介质易燃、易爆或毒性高，一旦泄漏或遇到火源，就会造成 人员中毒或引起燃烧、爆炸人员中毒或引起燃烧、爆炸 。 31 三、压力容器承受多种载荷三、压力容器承受多种载荷 n n 介质的压力（内压、外压或压差）和压力波动，这是主要载介质的压力（内压、外压或压差）和压力波动，这是主要载 荷荷 ； n