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,压力容器及压力管道知识2011年7月,一、压力容器及压力管道法规体系结构,锅炉、压力容器、压力管道作为承压的特种设备，一旦发生爆炸或泄漏，往往并发火灾、中毒等灾难性事故。由于锅炉压力容器等特种设备具有发生爆炸或泄漏、造成人身伤害事故的危险性，世界上各主要工业发达国家一般都制定有专门的法律、建立了完善的法规体系进行规范和管理。中国目前还没有特种设备的专门法律。对于锅炉压力容器等承压特种设备的安全法制，我国目前主要是依据年月日国务院颁布自年月日起施行的特种设备安全监察条例,几个重要相关法规对锅炉、压力容器及压力管道管理的要求,特种设备安全监察条例（简称条例）、压力容器安全技术监察规程（简称容规）、压力管道安全管理与监察规定（简称管规）、气瓶安全监察规定（简称瓶规）、蒸汽锅炉安全技术监察规程（简称锅规）、压力容器定期检验规则（简称容检规法规适用范围：条例第三条特种设备的生产（含设计、制造、安装、改造、维修，下同）、使用、检验检测及其监督检查，应当遵守本条例，但本条例另有规定的除外。,几个重要相关法规对锅炉、压力容器及压力管道管理的要求,容规第4条压力容器的设计、制造（组焊）、安装、使用、检验、修理和改造，均应严格执行本规程的规定。各级锅炉压力容器安全监察机构（以下简称安全监察机构）负责压力容器安全监察工作，监督本规程的执行。第5条本规程是压力容器质量监督和安全监察的基本要求，有关压力容器的技术标准、部门规章、企事业单位规定等，如果与本规程的规定相抵触时，应以本规程为准。管规第五条压力管道的设计、制造、安装、使用、检察和修理改造单位必须执行本规定。压力管道的设计、制造、安装、使用、检察和修理改造单位的主管部门应负责所属企业的压力管道安全管理工作。瓶规第三条在中华人民共和国境内使用的气瓶，其设计、制造、充装、运输、储存、销售、使用和检验等各项活动，应当遵守本规定。锅规第2条本规程适用于承压的以水为介质的固定式蒸汽锅炉及锅炉范围内管道的设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造。容检规第二条本规则适用于属于容规适用范围的压力容器的年度检查和定期检验。其中，在用罐车（以下简称罐车）、在用罐式集装箱（以下简称罐式集装箱）的年度检查和定期检验，除符合本规则正文的有关要求外，还应当遵照本规则附件一移动式压力容器定期检验附加要求的规定。,相关法规中锅炉、压力容器及压力管道用语的含义,锅炉，是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备，其范围规定为容积大于或者等于的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于（表压），且额定功率大于或者等于的承压热水锅炉。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（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于的气体、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；盛装公称工作压力大于或者等于（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于液体的气瓶；氧舱等。压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于的管道。,压力容器的分类,1、按压力等级分类按承压方式分类，压力容器可分为内压容器与外压容器。内压容器又可按设计压力(户)大小分为四个压力等级，具体划分如下：a低压(代号L)容器0.1MPaP1.6MPa；b中压(代号M)容器1.6MPaP10.0MPa；c高压(代号H)容器10MPaP100MPa；d超高压(代号U)容器P100MPa。外压容器中，当容器的内压力小于一个绝对大气压(约01MPa)时又称为真空容器。,压力容器的分类,2、按容器在生产中的作用分类根据压力容器在生产工艺过程中的作用，可分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器4种。具体划分如下。a反应压力容器(代号R)主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，如反应器、反应釜、聚合釜、高压釜、合成塔、蒸压翠、煤气发生炉等。b换热压力容器(代号E)主要是用于完成介质热量交换的压力容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。c分离压力容器(代号S)主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器。如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、干燥塔等。d储存压力容器(代号C，其中球罐代号B)主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。如液氨储罐、液化石油气储罐等。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种。,压力容器的分类,3、按安装方式分类根据安装方式可分为固定式压力容器和移动式压力容器。a固定式压力容器有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。如生产车间内的卧式储罐、球罐、塔器、反应釜等。b移动式压力容器也称为经常搬运的压力容器，诸如汽车槽车、铁路槽车、槽船等。这类压力容器使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。,压力容器的分类,4、按安全技术管理分类上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器面临的整体危害水平。例如储存易燃或毒性程度中度及以上危害介质的压力容器，其危害性要比相同几何尺寸、储存毒性程度轻度或非易燃介质的压力容器大得多。压力容器的危害性还与其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值愈大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。为此，容规采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以及容器品种的综合分类方法，有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类。,压力容器的分类,下列情况之一的，为第三类压力容器：（1）高压容器；（2）中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；（3）中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于10Mpa.m3）;（4）中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘各大于等于0.5Mpa.m3）;（5）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2Mpa.m3）；（6）高压、中压管壳式余热锅炉；（7）中压搪玻璃压力容器；（8）使用强度级别较高（指相应标准中搞拉强度规定值下限大于等于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）、罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、水久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；（10）球形储罐（容积大于等于50m3）；（11）低温液体储存容器（容积大于5m3）。,压力容器的分类,下列情况之一的，为第二类压力容器（本条第1款规定的除外）（1）中压容器；（2）低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；（3）低压反应容器和低压储存容器（仅限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）低压搪玻璃压力容器。低压容器为第一类压力容器（本条第1款、第2款规定的除外）。,二、容规、锅规对压力容器、锅炉受压元件用材的要求,容规对压力容器用材的要求第10条压力容器用材料的质量及规格，应符合相应的国家标准、行业标准的规定。压力容器材料的生产经国家安全监察机构认可批准。材料生产单位应按相应标准的规定向用户提供质量证明书（原件），并在材料上的明显示部位作出清晰、牢固的钢印标志或其他标志，至少包括材料制造标准代号、材料牌号及规格、炉（批）号、国家安全监察机构认可标志、材料生产单位名称及检验印鉴标志或其他标志。材料质量证明书的内容必须齐全、清晰，并加盖材料生产单位质量检验章。压力容器制造单位从非材料生产单位获得压力容器用材料时，应同时取得材料质量证明书原件或加盖供材单位检验公章和经办人章的有效复印件。压力容器制造单位应对所获得的压力容器用材料及材料质量证明书的真实性与一致性负责。容规对压力容器用材的要求,容规对压力容器用材的要求,第11条压力容器选材除应考虑力学性能和弯曲性能外，还应考虑与介质的相容性。压力容器专用钢材的磷含量（熔炼分析，下同）不应大于0.030%，硫含量不应大于0.020%。如选用碳素钢沸腾钢板和碳素钢镇静钢板制造压力容器（搪玻璃压力容器除外），应符合GB150钢制压力容器的规定。碳素钢沸腾钢板和Q235A钢板不得用于制造直接受火焰加热的压力容量。,容规对压力容器用材的要求,第27条压力容器制造或现场组焊单位对主要受压元件的材料代用，原则上应事先取得设计单位出具的设计更改批准文件，对改动部位应在竣工图上做详细记载。对制造单位有使用经验且代用材料性能优于被代用材料时（仅限16MnR、20R、Q235系列钢板，16Mn、10、20#锻件或钢管的相互代用），如制造单位有相应的设计资格，可由制造单位设计部门批准代用并承担相应责任，同时须向原设计单位备案。原设计单位有异议时，应及时向制造单位反馈意见。,锅规对锅炉受压元件用材的要求,第21条锅炉受压元件所用的金属材料及焊接材料等应符合有关国家标准和行业标准。材料制造单位必须保证材料质量，并提供质量证明书。金属材料和焊缝金属在使用条件下应具有规定的强度、韧性和伸长性以及良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能。锅炉受压元件修理用的钢板、钢管和焊接材料应与所修部件原来的材料牌号相同或性能类似。,容规对压力容器设计的要求,第28条压力容器的设计单位资格、设计类别和品种范围的划分应符合压力容器设计单位资格管理与监督规则的规定。设计单位应对设计质量负责。压力容器设计单位不准在外单位设计的图样上加盖压力容器设计资格印章（经压力容器设计单位批准机构指定的图样除外）。第29条压力容器的设计总图（蓝图）上，必须加盖压力容器设计资格印章（复印章无效）。设计资格印章失效的图样和已加盖竣工图章的图样不得用于制造压力容器。设计总图上应有设计、校核、审核（定）人员的签字。对于第三类中压反应容器和储存容器、高压容器和移动压力容器，应有压力容器设计技术负责人的批准签字。,容规对压力容器设计的要求,第30条压力容器的设计总图上，至少应注明下列内容：1压力容器名称、类别。2设计条件包括温度、压力、介质（组分）、腐蚀裕量、焊缝系数、自然基础条件等，对储液化石油气的储罐应增加装量系数；对有应力腐蚀倾向的材料应注明腐蚀介质的限定含量；对有时效性的材料应考虑工作介质的相容性，还应注明压力容器使用年限。3主要受压元件材料牌号及材料要求。4主要特性参数（如压力容器容积、换热器换热面积与程数等）。5制造要求。6热处理要求。7防腐蚀处理要求。8无损检测要求。,容规对压力容器设计的要求,9耐压试验和气密性试验要求。10安全附件的规格和订购特殊要求。11压力容器铬牌的位置。12包装、运输、现场组焊和安装要求。,条例、容规、对压力容器等特种设备使用的要求,条例对压力容器等特种设备使用的要求第二十五条特种设备在投入使用前或者投入使用后日内，特种设备使用单位应当向直辖市或者设区的市的特种设备安全监督管理部门登记。登记标志应当置于或者附着于该特种设备的显著位置。第七十九条特种设备作业人员违反特种设备的操作规程和有关的安全规章制度操作，或者在作业过程中发现事故隐患或者其他不安全因素，未立即向现场安全管理人员和单位有关负责人报告的，由特种设备使用单位给予批评教育、处分；触犯刑律的，依照刑法关于重大责任事故罪或者其他罪的规定，依法追究刑事责任。第二十九条特种设备出现故障或者发生异常情况，使用单位应当对其进行全面检查，消除事故隐患后，方可重新投入使用。,条例对压力容器等特种设备使用的要求,第三十条特种设备存在严重事故隐患，无改造、维修价值，或者超过安全技术规范规定使用年限，特种设备使用单位应当及时予以报废，并应当向原登记的特种设备安全监督管理部门办理注销。第三十一条特种设备使用单位应当制定特种设备的事故应急措施和救援预案。第三十九条锅炉、压力容器、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施的作业人员及其相关管理人员（以下统称特种设备作业人员），应当按照国家有关规定经特种设备安全监督管理部门考核合格，取得国家统一格式的特种作业人员证书，方可从事相应的作业或者管理工作。第四十条特种设备使用单位应当对特种设备作业人员进行特种设备安全教育和培训，保证特种设备作业人员具备必要的特种设备安全作业知识。特种设备作业人员在作业中应当严格执行特种设备的操作规程和有关的安全规章制度。第四十一条特种设备作业人员在作业过程中发现事故隐患或者其他不安全因素，应当立即向现场安全管理人员和单位有关负责人报告。,容规对压力容器使用的要求,第121条压力容器发生下列异常现象之一时，操作人员应立即采取紧急措施，并按规定的报告程序，及时向有关部门报告。1、压力容器工作压力、介质温度或壁温超过规定值，采取措施工仍不能得到有效控制。2、压力容器的主要受压元件发生裂缝、鼓包、变形、泄漏等危及安全的现象。3、安全附件失效。4、接管、紧固件损坏，难以保证安全运行。5、发生火灾等直接威胁到压力容器安全运行。6、过量充装。7、压力容器液位超过规定，采取措施仍不能得到有效控制。8、压力容器与管道发生严重振动，危及安全运行。9、其他异常情况。,锅规对锅炉使用、修理和改造的要求,第194条锅炉运行中，遇有下列情况之一时，应立即停炉：1.锅炉水位低于水位表最低可见边缘；2.不断加大给水及采取其他措施，但水位仍继续下降；3.锅炉水位超过最高可见水位（满水），经放水仍不能见到水位；4.给水泵全部失效或给水系统故障，不能向锅炉进水；5.水位表或安全阀全部失效；6.设置在汽空间的压力表全部失效；7.锅炉元件损坏且危及运行人员安全；8.燃烧设备损坏，炉墙倒塌或锅炉构架被烧红等严重威胁锅炉安全运行；9.其他异常情况危及锅炉安全运行。,容规对压力试验的要求,第96条耐压试验前，压力容器各连接部位的紧固螺栓，必须装配齐全，紧固妥当。试验用压力表应符合第七章的有关规定，至少采用两个量程相同且经校验的压力表，并应安装在被试验容器顶部便于观察的位置。第97条耐压试验场地应有可靠的安全防护设施，并应经单位技术负责人和安全部门检查认可、耐压试验过程中，不得进行与试验无关的工作，无关人员不得在试验现场停留。第99条液压试验后的压力容器，符合下列条件为合格：无渗漏。无可见的变形。试验过程中无异常的响声。对抗拉强度规定值下限大于等于540Mpa的材料，表面经无损检测抽查未发现裂纹。,容规对压力试验的要求,第100条压力容器气压试验的要求如下：由于结构或支承原因，不能向压力容器内充灌液体，以及运行条件不允许残留试验液体的压力容器，可按设计图样规定采用气压试验。试验所用气体应为干燥洁净的空气，氮气或其他惰性气体。碳素钢和低合金钢制压力容器的试验用气体温度不得低于15。其他材料制压力容器，其试验用气体温度应符合设计图样规定。气压试验时，试验单位的安全部门应进行现场监督。应先缓慢升压至规定试验压力的10%，保压510分钟，并对所有焊缝和连接部位进行初次检查。如无泄漏可继续升压到规定试验压力的50%。如无异常现象，其后按规定试验压力的10%逐级升压，直到试验压力，保压30分钟。然后降到规定试验压力的87%，保压足够时间进行检查，检查期间压力应保持不变。不得采用连续加压来维持试验压力不变。气压试验过程中严禁带压紧固螺栓。气压试验过程中，压力容器无异常响声，经肥皂液或其他检漏液检查无漏气，无可见的变形即为合格。,三、压力容器结构基础知识,压力容器的结构形式是多种多样的，它是根据容器的作用、工艺要求、加工设备和制造方法等因素确定的。最常见的是圆筒形容器和球形容器。容器的结构是由承受压力的壳体、连接体、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。,压力容器结构基础知识,壳体壳体是压力容器最主要的组成部分，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、锥形和组合形等数种，但最常见的是圆筒形和球形两种。连接件压力容器中的反应、换热、分离等容器，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，连接件是容器及管道中起连接作用的部件，一般均采用法兰螺栓连接结构。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。,压力容器结构基础知识,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。常用的接管有三种型式，即螺纹短管、法兰短管与平法兰。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。3.开孔补强结构。容器的筒体或封头后，不但减小了容器的受力面积，而且还因为开孔造成结构不连续而引起应力集中，使开孔边缘处的应力大大增加，孔边的最大应力要比器壁上的平均应力大几倍，对容器的安全行为极为不利。为了补偿开孔处的薄弱部位，就需进行补强措施。1支座支座对压力容器起支承和固定作用。用于圆筒形容器的支座，随圆筒形容器安装位置不同，有立式容器支座和卧式容器支座两类。,压力容器结构基础知识,法兰密封面及垫片法兰连接很少是因强度不足而遭破坏的，但常由于密封不好导致泄漏。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。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平面型、凹凸型、榫槽型和自紧型等数种。平面型密封面只有一个光滑的平面，为改善密封性能，常在密封面上车出几道宽约1mm、深约0.5mm的同心圆沟槽，如同锯齿。这种密封结构简单，容易加工，但安装时垫片不易装正，紧螺栓时也易挤出，一般用于低压、无毒介质的容器上。凹凸形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。安装时把垫片放在凹面上，因此容易装正，且紧螺栓时也不会挤出。其密封性能优于平面型，但加工较困难，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，安装时垫片放在榫槽内。这种密封面因垫片被固定在榫槽内，不可能向两边挤出，所以密封性能更好。,压力容器结构基础知识,2、垫片。法兰密封面即使经过精密的加工，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压紧力作用下产生塑性变形，以填充法兰密封面之间存在的微小间隙，堵塞介质泄漏通道，从而达到密封的目的。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等数种。非金属软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，石棉橡胶板和石棉板等，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）和无腐蚀性的介质的容器多用橡胶板（经过硫化处理的硬橡胶工作温度可达200）；介质温度较高（对水蒸气450，对油类350）的中、低压容器通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。,压力容器结构基础知识,缠绕垫片是用石棉带与薄金属带（低碳钢或合金钢带）相间缠绕制成。因为薄金属带有一定的弹性，而且是多道密封，所以密封性能较好。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，因为这种垫片直径再大也可以没有接口。金属包垫片又称为包合式垫片，是用薄金属板（一般是用白铁皮，介质有腐蚀性的用薄不锈钢板或铝板）内包石棉材料等卷制而成的圈环。这种垫片耐高温、弹性好，防腐能力强，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、压力容器修理后的验收,1、压力容器的缺陷清除后，一般均应进行表面无损检测，确认缺陷已完全消除。完成焊接工作后，应再做无损检测，确认修补部位符合质量要求。2、有热处理要求的，应在焊补后重新进行热处理。3、主要受压元件焊补深度大于1/2壁厚的压力容器还应进行耐压试验。以水为介质的液压试验，其用水必须是洁净的。奥氏体不锈钢容器用水进行液压试验时，应严格控制水中的氯离子含量不超过25mg/L。试验合格后应立即将水渍去除干净。试验压力按照图纸上规定的压力进行。碳素钢、16MnR和正火15MnVR制压力容器在液压试验时，液体温度不得低于5，其他低合金钢制压力容器液体温度不低于15。,压力容器修理后的验收,压力容器中应充满液体、滞留在压力容器内的气体必须排净。压力容器外表面应保持干燥，当压力容器壁温与液体温度接近时，才能缓慢升压至设计压力；确认无泄漏后继续升压到规定的试验压力，保压30分钟，然后，降到规定试验压力的80%，保压足够时间进行检查。检查期间压力应保持不变，不得采用连续加压来维持试验压力不变。压力容器液压试验过程中不得带压紧固螺栓或向受压元件施加外力。4、若修理的压力容器无法单独试压时，可与系统一起试压，试压的要求按照压力容器安全技术监察规程中的气压试验的要求执行。,五、管道的吹扫与清洗,1、一般规定1.1管道在压力试验合