压力容器导言

1.压力容器导言1.1压力容器总体结构1.2压力容器分类1.3压力容器标准标准

1.1压力容器总体结构1.1.1压力容器根本组成外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座和平安附件，其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间。压力容器=内件+外壳

筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。需根据筒体的直径、长度和壁厚，确定结构形式。压力空间的作用：密封+耐压〔1〕筒体筒体直径较小〔一般小于500mm时〕，可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝。

直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。焊缝的方向和圆筒的纵向，即轴向平行，因此称为纵向焊缝，简称纵焊缝。

长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也就制成了一台压力容器外壳。当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，需要先用钢板卷焊成假设干段筒体〔某一段筒体称为一个筒节〕，再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环向焊缝，简称环焊缝。

圆柱形筒体按其结构可分为：单层式和组合式

筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构成，即器壁只有一层〔为防止内部介质腐蚀，衬上的防腐层不包括在内〕。单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式等几种。筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层以上互不连续的材料构成。组合式筒体按结构和制造方式又可分为多层式和缠绕式两大类缠绕式多层式〔2〕封头

容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在一起，从而有效地保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量。根据几何形状的不同：封头球形球冠形椭圆形蝶形锥壳平盖凸形封头对于因检修或更换内件的原因而需要屡次开启的容器，封头和筒体的连接应采用可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须要有一个密封装置。〔3〕密封装置螺栓法兰连接〔简称法兰连接〕是一种应用最广的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。〔4〕开孔与接管由于工艺要求和检修的需要，常在压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、平安阀、测温仪表等接管开孔。筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱，并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大，因而容器应尽量减少开孔的数量，尤其要防止开大孔。对容器已开设的孔，还应进行开孔补强设计，以确保所需的强度。〔5〕支座压力容器靠支座支承并固定在根底上。随安装位置不同，圆筒形容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类腿式支座支承式支座耳式支座裙式支座〔6〕平安附件平安附件：连锁装置；警报装置；计量装；泄放装置压力容器平安附件主要有：平安阀爆破装置紧急迫断阀平安联锁装置压力表液面计测温仪表等对于用于化学反响、传热、别离等工艺过程的容器，那么须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一台独立而完整的产品。上述六大部件构成了一台压力容器的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。1.1.2压力容器零部件间的焊接各部件间的连接大多需要经过焊接，对焊接进行质量控制是整个容器质量保证体系中极为重要的一环。虽然焊接质量控制还涉及到许多焊接工艺过程问题，但设计环节的主要任务是焊接结构设计和确定无损检测方法、比例及要求。焊接结构设计涉及到接头的形式〔如对接、搭接、角接〕，以及接头的坡口形式、几何尺寸等。压力容器设计工程师必须懂得容器中的焊接结构设计的特点及对焊接质量进行检验的根本要求。平盖球冠形封头返回椭圆封头球形封头返回1.2压力容器分类压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂，发生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度与多种因素有关，如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。危害程度愈高，压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此，需要对压力容器进行合理分类。1.2.1介质危害性毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力，用来表示毒物剂量与毒性反响之间的关系。介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等，其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。〔1〕毒性毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反响所需要的剂量来表示。设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，中国将化学介质分为极度危害〔Ⅰ级〕、高度危害Ⅱ级〕、中度危害〔Ⅲ级〕、轻度危害〔Ⅳ级〕等四个级别。毒性程度对法兰的选用影响很大，主要表达在法兰的公称压力等级上，介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。〔2〕易燃性可燃气体或蒸气与空气组成混合物，当混合物中可燃气体含量满足完全燃烧条件时，那么其燃烧反响最为剧烈。假设其含量减少或增加，火焰燃烧速度那么会降低，而当浓度低于或高于某一限度值时，就不再燃烧和爆炸。可燃气体或蒸气与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限，爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合物中的体积百分比来表示。爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的介质，一般称为易燃介质。易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。易燃介质压力容器的所有焊缝〔包括角焊缝〕均应采用全焊透结构等。压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。1.2.2压力容器分类世界各国标准对压力容器分类的方法各不相同，本节着重介绍中国《压力容器平安技术监察规程》中的分类方法。〔1〕按压力等级分类内压容器又可按设计压力〔p〕大小分为四个压力等级，具体划分如下：按承压方式分类，压力容器可分为内压容器与外压容器。

低压(代号L)容器0.1MPa≤p＜1.6MPa;中压(代号M)容器1.6MPa≤p＜10.0MPa;高压(代号H)容器10MPa≤p＜100MPa;超高压(代号U)容器p≥100MPa。〔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：反响压力容器(代号R)换热压力容器(代号E)别离压力容器〔代号S)储存压力容器〔代号C，其中球罐代号B〕用于完成介质的物理、化学反响。用于完成介质的热量交换用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化别离用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质在一种压力容器中，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〔3〕按安装方式分类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。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、使用和平安方面均有其特殊的要求。a.固定式压力容器b.移动式压力容器〔4〕按平安技术管理分类:压力容器的危险程度还与介质危险性及其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值愈大，那么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。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的危险程度。《压力容器平安技术监察规程》采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危险性以及容器在生产过程中的作用的综合分类方法，以有利于平安技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类：

a.第三类压力容器具有以下情况之一的，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〕；中压储存容器〔仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3)；④中压反响容器〔仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5Pa·m3〕；⑤低压容器〔仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于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；⑩球形储罐〔容积大于等于50m3〕；低温液体储存容器〔容积大于5m3〕。⑧使用强度级别较高〔指相应标准中抗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、永久气体运输〔半挂〕车]和罐式集装箱〔介质为液化气体、低温液体〕等；⑾低温液体储存容器〔容积大于5m3〕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低压反响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。具有以下情况之一的，为第二类压力容器：b.第二类压力容器

除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器可见，国内压力容器分类方法综合考虑了设计压力、几何容积、材料强度、应用场合和介质危害程度等影响因素。

c.第一类压力容器

例如因盛放的介质特性或容器功能不同，即根据潜在的危害性大小，低压容器可被划分为第一类或第二类甚至第三类压力容器。讨论〔1〕多腔压力容器的分类多腔压力容器按类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别进行使用管理。但应按每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划分时，设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔的几何容积。〔2〕容积如何计算指压力容器的几何容积，即由设计图样标注的尺寸计算并圆整，且不扣除内件体积的容积。〔3〕世界各国压力容器分类是否相同由于各国的经济政策、技术政策、工业根底和管理体系的差异，压力容器的分类方法也互不相同。直接采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应先将其转化为企业标准。〔4〕进口压力容器进口压力容器的国外制造企业必须取得国家质量监督检验检疫总局颁发的平安质量许可证书，并按规定进行平安性能监督检验、使用登记和定期检验。1.3压力容器标准标准为了确保压力容器在设计寿命内平安可靠的运行，世界各工业国家都制定了一系列压力容器标准标准，给出材料、设计、制造、检验、合格评估等方面的根本要求。随着科学技术的不断进步，国际贸易的不断增加，各国的压力容器标准标准的内容和形式不断更新，以适应新形势的要求。因此，设计师应及时了解标准变动情况，采取最新标准标准。1.3.1国外主要标准标准简介目前,ASME锅炉压力容器标准共有12卷，包括锅炉、压力容器、核动力装置、焊接、材料、无损检测等内容。〔1〕ASME标准19世纪未20世纪初，锅炉和压力容器事故频繁发生，造成了严重的人员伤亡和财产损失，1911年ASME着手编写世界上第一部有关压力容器标准《锅炉建造标准.1914版》，1915年春出版发行。每三年出版一个新版本，每年有两次增补。ASME标准分四个层次:标准〔Code),标准案例〔CodeCase),条款解释(Interpretation),标准增补〔Addenda)ASME标准中与压力容器有关的主要是第Ⅷ篇《压力容器》、第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》和第Ⅻ篇《移动式容器建造和连续使用规那么》常规设计标准，适用压力小于等于20MPa；以弹性失效设计准那么为依据；包括静载下进入高温蠕变范围内的容器设计；不包括疲劳设计经验性较强，许用应力较低。第Ⅷ篇第1册〔RulesforConstructionofPressureVessels)，1927年第一版分析设计标准适用压力小于等于70MPa不包括蠕变范围内工作的高温容器设计包括疲劳设计允许采用较高的许用应力第Ⅷ篇第2册(AlternativeRulesforConstructionofPressureVessels)1968第Ⅷ篇第3册(AlternativeRulesforConstructionofHighPressureVessels)1997设计压力大于70MPa的压力容器为解决高温压力容器的分析设计，在1974年后又补充了一份《标准案例N-47》JISB8243《压力容器构造》JISB8250《压力容器构造——另一标准》JISB8270《压力容器(根底标准)》JISB8271~8285《压力容器(单项标准)》1993年公布根据ASMEⅧ—1根据ASMEⅧ—2为了使标准尽可能相互通用，防止重复检查、实现有效的认证体制，日本于2000年3月制定并实施了JISB8265《压力容器构造——一般事项》。〔2〕日本压力容器标准JISB8265《压力容器构造——一般事项》2000年3月实施JISB8266《压力容器构造——特定标准》JISB8265《压力容器构造——一般事项》以JISB8270中的第1种压力容器〔设计压力小于100MPa〕为对象修改新的压力容器JIS标准体系。该体系已于2003年9月公布实施出现了JISB8265和JISB8270双标准并存的状态

欧盟将压力容器、压力管道、平安附件、承压附件等以流体压力为根本载荷的设备统称为承压设备。为促进承压设备在欧盟成员国内的自由贸易，尽可能在最广泛的工业领域内实施统一的技术法规，欧盟公布了许多与承压设备有关的EEC/EC指令〔DIRECTIVE〕和协调标准〔HARMONIZEDSTANDARDS〕〔3〕欧盟压力容器标准EEC/EC指令侧重于平安管理方面的要求，只涉及产品平安、工业平安、人体健康、消费者权益保护的根本要求，是欧盟各成员国制订相关法律的指南。指令生效后，欧盟各个成员国必须把指令转化为本国监察规程或国家法律，并在指令规定的期限内强制执行。欧洲协调标准一般由欧洲标准化委员会〔CEN〕、欧洲电工标准化委员会(CENELEC)等技术组织制订。协调标准是非强制的，但企业假设采用协调标准，就意味着满足了相应指令的根本要求。与压力容器有关的EEC/EC指令主要有：

76/767/EEC《压力容器一般指令》

87/404/EEC《简单压力容器指令》97/23/EC《承压设备指令》压力容器及其检验的一般规定仅适用于介质为空气或氮气、压力〔表压〕超过0.05MPa的简单压力容器最高工作压力大于0.05MPa的承压设备的设计、制造和合格评估

EN13445《非火焰接触压力容器》是与97/23/EC相对应的欧洲协调标准

其主要内容为：总那么、材料、设计、制造、检验和试验、平安系统和铸铁容器1.3.2国内主要标准标准介绍我国将涉及生命平安、危险性较大的锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、客运索道和大型游乐设施统称为特种设备。对特种设备实施全过程平安监察全过程包括特种设备的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造等涉及平安的各个环节平安监察是负责特种设备平安的政府行政机关为实现平安目标而从事的决策、组织、管理、控制和监督检查等活动的总和。不同于工业主管部门、行业组织和企业的平安管理，平安监察是为了公众平安从国家整体利益出发以政府名义并利用行政权力进行的，不受部门或行业的限制，行为比较超脱、客观。形成了“法规—行政规章—平安技术标准—标准〞四个层次的法规体系结构。1.3.2.1法规《锅炉压力容器平安监察暂行条列》1982年2月国务院公布《特种设备平安监察条列》2003年3月国务院公布授权国务院特种设备平安监督管理部门〔国家质量监督检验检疫总局特种设备平安监察局〕负责全国特种设备的平安监察工作。《特种设备平安监察条列》适用于同时具备以下条件的压力容器：〔1〕最高工作压力大于等于0.1MPa〔表压〕；〔2〕压力与容积的乘积大于或者等于；〔3〕盛装介质为气体、液化气体或者最高工作温度高于等于标准沸点的液体。检验检测大致可分为监督检验、定期检验、型式试验和设计文件鉴定等四类。

1.3.2.2

行政规章这里的行政规章泛指以国家质量监督检验检疫总局局长“令〞形式公布的、行政管理性内容较突出的文件。如2001年9月发布的国家质量监督检验检疫总局第2号令《锅炉压力容器压力管道特种设备事故处理规定》等。1.3.2.3平安技术标准平安技术标准是政府对特种设备平安性能和相应的设计、制造、安装、修理、改造、使用和检验检测等环节所提出的一系列平安根本要求，以及许可、考核条件、程序的一系列具有行政强制力的标准性文件，其作用是把法规和行政规章的原那么规定具体化。《压力容器平安技术监察规程》1991年原劳动部公布《压力容器平安监察规程》1981年院国家劳动总局公布修改《压力容器平安技术监察规程》1999年原国家质量技术监督局再次修订适用于同时具备以下条件的压力容器：〔1〕最高工作压力大于等于0.1MPa〔不含液体静压力〕；〔2〕内直径〔非圆形截面指其最大尺寸〕大于等于0.15m，且容积〔V〕大于等于0.025m3；〔3〕盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体《超高压容器平安监察规程》(施行)1993年6月原劳动部公布修订《超高压容器平安技术监察规程》2005年国家质检总局公布对超高压容器的材料、设计、制造、使用、检验、修理、改造等七个环节中的主要问题提出了根本规定。为加强《特种设备平安监察条例》适用范围内、《压力容器平安技术监察规程》适用范围外的压力容器平安监察，中国正在制订相应的规程。1.3.2.4标准标准由标准化委员会组织制定，政府代表参与。标准是法规标准体系的技术根底，是法规得以实施的重要保证。无相应标准的，不得进行压力容器产品的设计和制造。《石油化工零部件标准》1960年原化学工业部公布《钢制石油化工压