压力容器基础知识

压力容器基础知识,一、压力容器定义,盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。承载压力的容器很多，其中只有一部分相对来说比较容易发生事故，而且事故的危害性比较大。将这一部分作为特种设备来进行管理，就是所谓的压力容器。,特种设备安全监察条例定义,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0.1Mpa(表压)，且压力与容器的乘积大于或者等于2.5MpaL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0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。,压力容器的基本构成,壳体、封头、法兰、支座、接管,压力容器的典型结构,低压压力容器夹套式低压压力容器,压力容器的典型结构,中压压力容器球型储罐,压力容器的典型结构,中压压力容器固定管板式列管换热器,压力容器的典型结构,中压压力容器立式压力容器,压力容器的典型结构,中压压力容器中压卧式U型管换热器,压力容器的典型结构,超高压压力容器人造水晶釜,压力容器的典型结构,移动式压力容器液化石油气汽车罐车,压力容器的典型结构,移动式压力容器液化气体铁路罐车,压力容器的典型结构,气瓶无缝气瓶,压力容器的典型结构,气瓶液化石油气钢瓶,压力容器的典型结构,气瓶焊接气瓶,二、压力容器的范围,压力容器分为固定式压力容器（移动式压力容器）、气瓶和载人式压力容器。一、固定式压力容器（移动式压力容器）1、介质：气体、液化气体、液体（最高工作温度高于、等于标准沸点）2、最高工作压力：P0.1MPa（表压）3、压力与容积乘积2.5MPa.L（容规采用容积25L，且内直径0.15m，注意容积是指几何容积，不扣除内件体积）,二、气瓶1、介质：气体、液化气体、液体（标准沸点小于等于60度）。2、公称工作压力P0.2MPa（表压）（瓶规P：1.0-30MPa）3、压力容积0.2MPa.L（瓶规V：0.4-3000L）三、载人压力容器氧舱,压力容器的范围,注：1、最高工作压力：一般指容器顶部出现的最高压力。2、公称工作压力：（1）永久气体：基准温度（20）时所盛装气体的限定充装压力。（2）液化气体：60时瓶内气体压力的上限值3、(1)永久气体：临界温度小于-10如：氢、氧、氮、氩（2）液化气体：高压-10Tc70（如：LPG、氨、氯）,4、临界温度（Tc）：当气体的温度降低到一定温度以下，才能将其等温地压缩成液体。这一温度称为气体的临界温度。5、移动式压力容器：包括铁路罐车、罐式集装箱、罐式汽车。,本体一般由筒体、封头组成，另外还有法兰、密封元件、开孔、接管、支座等构成,三、压力容器基本结构（固定式、移动式压力容器）,1、封头2、筒体3、法兰4、端盖5、密封元件6、接管,1,2,3,4,5,6,1、封头：跟筒体连成一个密封空间。A、当容器组装后不需要开启（指无内件或不需要更换内件）时，封头和筒体焊在一起。B、需要换内件或方便取物件时，封头和筒体连接采用可拆式，通常称为端盖，此时端盖和筒体之间还要有一个密封结构。C、一般中、低压容器可用平盖封头，高压容器用球形、椭园形、锥形封头。2、筒体：贮存或完成化学反应所需的压力空间。最常见的是园形筒体。A、整体式：容器壁在厚度方向是由一连接完整的材料构成，即单层筒体，适用于中、低压力容器。B、组合式：容器壁是由两层或两层以上的材料组成，如多层包扎、多层热套、多层绕板，适用于高压、超高容器。,3、法兰：是容器与管道连接的重要部件，通过螺柱与密封元件的连接与密封，保证系统不致泄漏。4、密封元件：是于筒体与封头或两法兰接触面之间，借助螺柱等连接件压紧，使容器内的液体或气体不致泄漏。5、开孔与接管：为检查和工艺（如检验内部、进出料、装压力表、安全阀等）要求而开孔或接管。6、支座：将容器支承在基础上。,汽车罐车,储罐,低温储罐,低温液化石油气储罐,储罐,液化石油气球罐,储罐,液化石油气卧罐,储罐,高压氢气储罐,储罐,烘筒,氢气干燥器,储罐,染色缸（快开门式压力容器）,空气罐,储罐,储罐,移动式空压机,压力容器是在压力下工作的，有些还是生产中的关键设备，有着安全运行的问题。为了能长期安全高效运转，应具有如下基本要求：（一）机械可靠，这是首要条件1、要有足够的强度强度是压力容器在载荷作用下抵抗破坏的能力，压力容器应有足够的强度。但也不能为了保证强度把安全系数提得太高，会造成材料的大量浪费。,四、压力容器基本要求,2、保证刚度刚度是压力容器在外力作用下，保持原来形状的能力。受外压的容器，如果刚度不好，将发生失稳而破坏。受外压的容器，即使强度足够，只要刚度不够也会被压扁而破坏。3、保证一定紧密性压力容器，里面往往盛有易燃、易爆、有毒及腐蚀性的介质，如果容器的端盖或开孔连接处不够紧密，介质会泄漏，造成危险。4、要有相当耐久性压力容器一般都需有一定的使用年限，即使用寿命。其耐久性决定于介质的腐蚀情况。在受反复载荷、高温操作或诱导振动的情况下，使用寿命还跟设备的疲劳，蠕变及振动磨损等因素有关。,（二）生产能力高压力容器生产能力是指其单位时间、单位设备容积（面积）处理物料的数量。比如硫酸吸收塔，每小时每立方米容器所处理的硫酸公斤数，换热器每小时每平方米传热面积上的传热量。（三）消耗低指某台压力容器生产每单位重量或单位体积产品所需消耗的原材料及能量，如原料、燃料、水、电、蒸汽等。,（四）制造方便要制造方便，压力容器的结构就必须有良好的加工工艺性，便于制造，要避免复杂的加工工序。比如尽量采用焊接、减少锻造或铸造；尽量用标准件，可减少制造的工作量。（五）运输和安装方便有些压力容器又高、又大、又重，必须考虑运输的可能性和安装的方便性。如大型球罐的球片、大型蒸压釜、大型合成塔，有些内径达5米以上，长（高）达几十米。（六）运转性能好操作方便，装拆与检修方便，可用标准件替换等等。,五、压力容器的破坏形式,压力容器在使用过程中，常常会发生各种形式的破坏，专业上也叫失效。常见的有韧性断裂、疲劳、蠕变、腐蚀等失效形式，失效原因与压力容器所用材料是密切相关的。1、韧性断裂压力容器在压力作用下，当器壁应力超过材料的屈服点后，器壁材料全发生塑性变形，随着压力的不断增加，超过材料的抗拉强度后，容器会产生明显的宏观塑性变形而至断裂失效。韧性断裂后一般没有碎片或偶然有少量碎片。,2、脆性断裂压力容器在压力作用下，器壁材料没有发生宏观的塑性变形，其应力远远没有达到材料的抗拉强度，有的甚至还低于屈服点而产生突然断裂。相比韧性断裂，脆性断裂时，容器的周长、体积没有变化或变化甚微，壁厚一般没有减薄。断裂后产生很多碎片。脆性断裂往往是由于材料内部存在缺陷，韧性差等原因产生的。3、疲劳压力容器长期受到变交载荷作用而出现的一种失效形式，疲劳断裂后，容器直径不会明显增大，壁厚不会明显减薄，往往是先开一个断口，使容器泄漏。疲劳断裂比较慢，须经历一定次数的反复载荷，才会发生。,4、蠕变压力容器长期在恒温、恒应力作用下工作，即使应力低于屈服点，由于材料产生缓慢而连续的塑性变形，使容器几何尺寸逐渐增大，形成微裂纹，最后导致断裂（比较少见，主要原因是选材不当，结构不合理等）。5、腐蚀压力容器最常见的失效形式，三分之一属于腐蚀失效。腐蚀类型常见的有均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀等，最危险的是应力腐蚀开裂。,（一）钢材（含碳量0.05%-2.06%的铁碳合金）有低碳钢（Q235、20#）、低合金钢（16MnR），不锈耐酸钢（1Cr18NiqTi）、高温用钢（15CrMo）、低温用钢（16MnDR）。（二）有色金属（非铁类金属及其合金）主要是铜、铝、铅、钛（三）非金属材料强度低、塑性差、耐热性差等缺点,六、压力容器用材,（四）材料的几种力学性能1、强度：材料抵抗变形和断裂能力屈服点（s）材料抵抗塑性变形能力抗拉能度（b）材料抵抗断裂能力2、塑性：材料断裂前发生塑性变形的能力塑性指标有伸长率、断面收缩率、屈强比3、韧性：材料强塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是强度和塑性的综合表现。韧性指标有夏比U形、V形缺口冲击韧性。4、硬度：材料抵抗硬物在表面局部压入的能力，是衡量材料软硬的指标。布氏硬度HB、洛氏硬度HRC。,通常按类别、压力等级、用途划分。低压容器（代号L）0.1MPaP1.6MPa中压容器（代号M）1.6MPaPP最高工作压力，一般用液压,定期检验与使用管理,安全附件：安全阀、爆破片、紧急切断阀、压力表、温度计、液面计、快开门安全联锁装置a、校验周期b、安全阀、紧急切断阀在LPG储罐、槽车上的应用c、快开门安全联锁装置（前面已讲）d、液面计、压力表、温度计等,定期检验与使用管理,气瓶,1、瓶规范围：-40-60使用，公称工作压力1.0-30MPa，公称容积0.4-3000L，介质为永久气体、液化气体或混合气体的无缝、焊接、特种气瓶（车用低温绝热等气瓶）。2、容规适用于移动式、可重复充气的浇注有多孔性填料的钢质溶解乙炔气瓶（简称乙炔瓶）。,一、气瓶范围,1、从结构上分为无缝气瓶和焊接气瓶无缝气瓶：瓶口：气瓶介质进出口瓶颈：无缝气瓶瓶口部位的瓶体缩颈部分颈圈：瓶颈处的套圈，固定连接在瓶颈外侧，用以装配瓶帽零件。瓶肩：气瓶瓶体与瓶颈之间的弧形部分瓶体：气瓶的园柱部分瓶底：气瓶瓶体封闭端的非筒体部分瓶根：瓶体与瓶底连接的过渡部分,二、气瓶结构,无缝气瓶,底座：使凸形底的钢瓶能稳定站立阀座：焊接在气瓶上封头上，用以装配瓶阀瓶体：由上、下封头，筒体组成护罩：保护瓶阀，方便搬运,焊接气瓶,溶解乙炔气瓶也是一种焊接气瓶，由钢瓶瓶体、多孔填料、溶剂（丙酮）、附件（瓶阀、瓶帽、胶圈、底座）等组成。筒体上有一个易熔塞，内面充填了多孔填料。,乙炔气瓶,钢质气瓶2、从材质上分为铝合金气瓶复合气瓶永久气体气瓶3、从充装介质分为液化气体气瓶溶解乙炔气瓶,气瓶结构,4、瓶阀（材料）适用：原则不与所盛介质发生化学反应如：防静电机械火花氧气瓶铜阀防产生乙炔铜、爆炸乙炔碳钢、低合金钢出气螺纹：盛助燃、不可燃气体右旋盛可燃气体左旋,气瓶结构,气瓶的公称容积划分为大、中、小三类（单位：升）小容积0.4100钢质无缝气瓶的容积40L最常见钢质焊接气瓶容积：乙炔瓶40L最常见液氨氯800L、400L最常见LPG瓶容积标准：1.2L、4.7L、12L、23.5L、35.5L、118L,三、气瓶的容积,气瓶颜色标记是指气瓶外表面的瓶色、字样、字色等，是气瓶种类识别的基本根据，主要用于识别气瓶内所充装气体。常用气瓶颜色一览表（按GB7144气瓶颜色标志）,四、气瓶颜色标记,五、气瓶警示标签,六、