课件6.1 压力容器基础知识

压力容器安全1第1章 压力容器基础知识第1节压力容器的分类及结构1.1 压力容器的定义2压力容器:泛指承受流体介质压力的密闭壳体，所以从广义上来讲所有承受压力载荷的容器都应该算作压力容器。从安全角度考虑，压力并不是表征压力容器安全性能的唯一指标。在相同压力下，容器容积的大小不同，意味着容器内积蓄的能量也不同，一旦发生破裂或爆炸造成的危害也不同。此外，容器内盛装的介质特性也影响了设备的安全性能。因此关联到压力容器安全的三个重要指标：1、工作压力2、容器的容积3、工作介质的种类1.2 压力容器的分类3出于不同的管理目的，压力容器有多种分类方法按容器壁厚：薄壁容器和厚壁容器按壳体承压的方式：内压容器（壳体内部承压）和外压容器c.按容器的工作壁温：高温容器、常温容器和低温容器d.按容器的安放形式：立式容器和卧式容器等等。总之，各种不同的分类方法都是从各个不同需要的角度来考虑的。1.2 压力容器的分类考虑使用特点以及安全管理固定式移动式《压力容器安全技术监察规程》4这两类容器由于使用方法不同，对他们的技术管理要求也不完全一样。我国和其他许多国家对这两类容器都分别制定了不同的管理规程和技术法规。一、固定式固定式容器是指除了用于运输储存气体的盛装容器以外的所有容器。(安装在固定位置使用的压力容器)这类容器有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，容器一般不是单独装设，而是用管道与其他设备相连接。固定式容器还可以一般按照介质、压力和用途等因素进行分类。1.2 压力容器的分类7固定式压力容器的分类固定式容器：除了用于运输储存气体的盛装容器以外的所有容器。具有的特点：有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。1.2 压力容器的分类1.按介质类别第一组介质第二组介质压力容器介质在压力容器发生事故时的危害程度，取决于介质的物理、化学特性。因此介质危害性指压力容器在生产过程中因事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。8压力容器的介质，包括气体、液化气体或者最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。可分为两组：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。第二组介质：除第一组以外的介质。1.2 压力容器的分类2.按压力等级固定式压力容器的分类低压（代号L）中压（代号M）高压（代号H）超高压（代号U）依据：《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG

R0004-2009）101.2 压力容器的分类3.容器工作壁温固定式压力容器的分类低温容器高温容器常温容器t≥111.2 压力容器的分类3.容器工作壁温（常温容器进行细分为常温和中温）固定式压力容器的分类低温容器中温容器常温容器100~450高温容器t≥-20~100121.2 压力容器的分类固定式压力容器的分类（压力、介质危险性等）4.综合分类三类容器一类容器高压二类容器中压低压131.2 压力容器的分类5.按工艺用途分离压力容器（代号S）主要用于完成介质的流体压力平衡、缓冲和气体净化分离储存压力容器（代号C，其中球罐带号为B）主要用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质，保持介质压力的稳定固定式压力容器的分类反应压力容器（代号R）

主要用于完成介质的物理、化学反应换热压力容器（代号E）主要用于完成介质的热量交换，达到生产工艺过程所需要的介质加热或冷却的目的14二、移动式由压力容器罐体与走行装置或者框架采用永久性连接组成的罐式运输装备，包括铁路罐车、汽车罐车、长管拖车、罐式集装箱和管束式集装箱等。移动式压力容器属于储运容器，它与储存容器的区别在于移动式压力容器没有固定的使用地点，一般也没有专职的使用操作人员，使用环境经常变换，不确定因素较多，管理复杂，因此容易发生事故。它的主要用途是盛装或运送有压力气体或液化气体，按其容积大小及结构形状可以分为气瓶和槽（罐）车两大类。1.2 压力容器的分类16移动式压力容器的分类按其容积大小及结构形状可以分为：气瓶和槽（罐）车两大类。特点：

没有固定的使用地点，一般也没有专职的使用操作人员，使用环境经常变换，不确定因素较多，管理复杂，因此容易发生事故。用途：

盛装或运送有压力气体或液化气体。1.气瓶气瓶的容积较小，一般都在200L以下，常用的约为40L左右。气瓶的两端不对称，分头部和底部，头部缩颈收口装阀，整体形状如瓶，另一种是桶状，两端封头，一般都相互对称，形状如桶，其容积稍大，约为200L-1000L。1.2 压力容器的分类1.气瓶按气瓶盛装气体的特性、用途或结构形式分为溶解气体气瓶其他气瓶（混合气体的无缝、焊接气瓶和特种气瓶）移动式压力容器的分类永久气体气瓶液化气体气瓶18（1）永久气体气瓶一般都是以较高的压力充装气体。目的：是为了增加气体的单位容积装气量，提高气瓶的利用率和运输效率。常用的充装压力为和，也有充装和的。所装的永久气体有氧、氮、空气、氢、甲烷、一氧化碳、一氧化氮及氦、氖、氩、氪等惰性气体。（2）液化气体气瓶它在充装时都是以低温液态灌装。充装压力为和充装气体高压液化气体气瓶充装的气体常见有二氧化碳、乙烯、乙烷、氯化氢等低压液化气体气瓶所装气体种类较多，最常用的是硫化氢、氨、氯、液化石油气、丙烷、丁烷等（3）溶解气体气瓶主要指专供盛装乙炔气的气瓶。特点：内部装满了多孔性物质，用以吸收溶剂充装压力：最高工作压力充装气体：乙炔（4）其他气瓶指气瓶所盛装的气体介质的特性、制造工艺、结构形式、使用要求等不同于上述三类的气瓶。1.2 压力容器的分类移动式压力容器的分类2.槽（罐）车（或称罐车）特点：有火车槽车和汽车槽车两种。容积较大，常达数十立方米。工作压力：这类容器的最高工作压力就是介质在槽（罐）内可能达到最高工作温度下的饱和蒸汽压力。231.3 压力容器的结构1.3 压力容器的结构25一、整体结构压力容器有多种结构形式，除了最常见的单层结构外，还有多层式、绕板式、型槽绕带式、热套式、厚板卷焊式和锻焊式等。（1）多层式：由若干个多层筒节组焊而成，各筒节由内筒和在外面包扎的层板组成。优点：制造设备较简单，材料的选用有较大的灵活性，安全性高。缺点：生产工序多、劳动生产率低。1.3 压力容器的结构26一、整体结构（2）绕板式：将成卷的薄钢板连续地缠绕在内筒外面，达到所需要壁厚。特点：不必逐层包扎层板和焊接每层层板的纵焊缝。1.3 压力容器的结构27一、整体结构（3）型槽绕带式：在绕带机床上，对型槽钢带通电加热到红热状态，再用压辊将钢带压合到内筒表面预先加工出的螺旋沟槽内，使之相互啮合，每绕完一层钢带后再绕下一层，直到所需的筒体厚度。1.3 压力容器的结构28一、整体结构特点：型槽钢带层层啮合，可使钢带层承受容器的一部分轴向力；筒体上没有贯穿整个壁厚的环焊缝；使用安全性高。缺点：需要使用特殊轧制的型槽钢带和专用机床。1.3 压力容器的结构29一、整体结构（4）热套式：在内筒外面套合上一至数层外筒，组成筒节。特点：

用的钢板比多层压力容器的层板厚，层数少，生产效率较高。1.3 压力容器的结构30一、整体结构（5）锻焊式：由锻造的筒节经组焊而成，结构上只有环焊缝而无纵焊缝。1.3 压力容器的结构31二、基本结构压力容器中的主要受压元件包括：筒体、封头（端盖）、球壳板、换热器管板、换热管、膨胀节、开孔补强板、法兰、主螺栓、人孔盖、人孔法兰、人孔接管等。1.3 压力容器的结构二、基本结构1.压力容器的基本组成部分32压力容器是由：壳体（筒体+封头）其它连接件、密封元件、支座和开孔等组成。壳体是压力容器最主要的组成部分，其作用是为贮存物料或完成热交换、化学反应提供一个密闭的压力空间。其形状有球形、圆筒形、锥形和组合形等，常用的是球形和圆筒形两种。连接件是容器及管道中起连接作用的部件。由于生产工艺和安装检修的需要，筒体与封头常采用可拆连接结构，这些可拆连接结构所使用的就是连接件。连接件一般采用法兰螺栓连接结构。密封元件是可拆连接结构的容器或管道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密封面之间，借助于螺栓等紧固件的压紧力而起密封作用。压力容器开孔是为了满足生产工艺的需要、满足对容器进行正常的安装、检修、测试的需要。容器上开的孔有物料进、出孔，测量压力、温度及装设安全装置的连接孔、人孔、手孔等。接管的作用是将压力容器与介质输送管道或仪表等连接起来。常用的接管有螺纹短管、法兰短管和平法兰种形式。支座是用以支承容器，固定容器位置的一种附件。支座的结构形式主要决定于容器的质量、安置方式和其他动载荷等。如高大的直立容器，特别是塔器，一般采用裙式支座；卧式容器通常采用鞍式支座；而球形容器多采用柱式支座。1.3 压力容器的结构二、基本结构2.球形容器的结构34（1）球罐的特点：本体就是一个球壳。球体大多是由许多块按一定的尺寸预制成形的球面组焊而成。球面板的形状不完全相同，但板厚一般都是一样的。只有一些特大型、用以贮装液化气体的球形贮罐，球体下部的壳板才比上部稍厚一些。从所有壳体受力的情况看，球形是最适宜的形状。1.3 压力容器的结构二、基本结构2.球形容器的结构35优点：①球形罐与同贮存能力的其他形状容器相比，它的表面积最小。因此，在贮运气体或液化气体介质时冷热量损失也最少，从而减少贮运过程中的能源消耗，降低了贮运成本。②在相同直径和工作压力下，球形容器受力均匀，其薄膜应力仅为圆筒形容器环向应力的1/2，故板厚仅需圆筒形容器板厚的一半。因此，消耗材料少，质量轻，造价低，投资少。③由于球形容器表面积小，风力系数仅为0.3左右，而圆筒形容器为0.7。因此，在相同容量下，球形容器比其他形状的容器抗风载荷能力大，故对风载荷来讲，球形罐更为安全。④由于大多采用支柱式支承结构，因此，基础结构简单，工程量和占地面积小，建造费用较低。⑤结构简单，使用维修较为方便，且外形美观。1.3 压力容器的结构36二、基本结构缺点：

球壳板不能用几何划法的直线展开。球罐体积较大，不易工业化生产。现场组装全位置焊接，因此，组装施焊环境恶劣，劳动强度大，组装、焊接质量较难保证。对制造、组装、焊接、检验和试验等技术要求高，施工管理要求严格。1.3 压力容器的结构二、基本结构（2）球罐的组成球罐的组成方式一般是由它的容量大小及生产工艺需要而决定的。较大型赤道正切式球罐（即橘瓣式球壳板）由以下几部分组成37壳板用钢板经冷压或热压成型的球形单块弧板。其各部分的球壳板名称如下。①赤道带球壳板。沿着球壳而通过球体中心的赤道线的平行纬线所切割的球台带即为赤道带，而组成赤道带的球壳板叫赤道带球壳板。②上、下温带球壳板（南、北温带板）。位于赤道带上部纬线切割的球台叫上温带（北温带），组成上温带的球壳板叫上温带板（北温带板）；反之，位于赤道带下部纬线切割的球台即为下温带（南温带），组成下温带的球壳板叫下温带板（南温带板）。③上、下寒带球壳板（南、北寒带板）。位于上温带上部的纬线切割的球台叫上寒带（北寒带），组成上寒带的球壳板叫上寒带板（北寒带板）；反之，位于下寒带（南寒带）上的球壳板叫下寒带板（南寒带板）。④上、下极带板（南、北极板）。位于上温带或北寒带上部的球冠部分叫上极带（北极带），组成上极带的球壳板叫上极板（北极板）；反之，组成下极带（南极带）的球壳板叫下极板（南极板）。大型球罐的分带，因受板材规格及压制和安装条件所限，将按上述分带方法分成若干个带。球罐支承结构如下。①大型球罐多采用支柱和拉杆式的支承结构平荷载（见图）。它们主要用于承受球罐的垂直荷载和水平荷载。②小型球罐多采用裙式支撑结构，如图裙式支撑的球罐③根据工艺和生产需要，半地下球罐也可采用耳式支座，如图，耳式支撑的球罐1.3 压力容器的结构二、基本结构（3）球罐主要类型：目前在工业领域中建造使用的球罐是多种多样的。有按使用工艺条件、贮存介质和使用材料分类的，也有按球体结构和支承形式来划分的，但直接影响球罐建造质量和使用安全的，主要是球罐的结构形式，具体球罐结构形式如下。43①橘瓣式球罐将球壳板分割成橘瓣形式的球罐，此类型球罐为当今世界各国经常采用的一种1.3 压力容器的结构45二、基本结构（3）球罐主要类型②足球式球罐将球壳板分割成各块相等的和足球壳片一样形式的球罐1.3 压力容器的结构二、基本结构（3）球罐主要类型③水滴形球罐，形如荷叶上的水珠46制造、安装和热处理球形容器都具有一定的困难。特别是由于它的焊缝长，焊