安全工程师《安全生产技术》知识

XX年安全工程师《安全生产技术》知识精华

（二）压力容器

压力容器基础知识

【本讲大纲考试内容要求】：

1.掌握压力容器的种类与分类，特种设备安全要求：

2.熟悉压力容器的安全要求，压力容器的安全附件及其功用；

3.掌握压力容器的事故特点与应采取的应急措施。

【教材内容】：

P104

（二）压力容器

1.压力容器基础知识

压力容器，通常泛指在工业生产中盛装用于完成反应、传质、传热、分离与储存等生产工艺过程的气体或

者液体，并能承我一定压力的密闭容器。它被广泛用于石油、化工、能源、冶金、机械、轻纺、医药、国

防等工业领域。

2.压力容器工作特点

【增加内容】：

（1）结构特点

压力容器通常由筒体（又称壳体）、封头、密封元件、开孔与接管（人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接

管）、附件（液位计、流量计、测温计、安全阀等）与支座等构成。

（2）压力

压力容器的压力能够来自两个方面，一是压力是容器外产生（增大）的，二是压力是容器内产生（增大）

的。

1）最高工作压力，多指在正常噪作情况卜，容器顶部可能出现的最高压力。

2）设计压力，系是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度的压力，亦即标注在容器铭牌上的设计压

力，压力容器的设计压力值不得低于最高工作压力；当容器各部位或者受压元件所承受的液柱静压力达到

5%设计压力时，则应取设计压力与液柱静压力之与进行该部位或者元件的设计计算；装有安全阀的压力

容器，其设计压力不得低于安全阀的开启压力或者爆破压力。容器的设计压力确定应按《钢制压力容器》

GB150-1998的相应规定。

（3）温度°

1）工作温质，是指容器内部工，’乍介质在正常操作过程中的温度，即介质温度。

2）金属温度，是指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下，元件金属的表面温度不得超过钢

材的同意使用温度。

3）设计温度，是指容器在正常噪作时，在相应设计压力下，壳壁或者元件金属可能达到的最高或者最低

温度。当壳壁或者元件金属的温度低于一20C,按最低温度确定设计温度；除此之外，设计温度一律按最

高温度选取。设计温度值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度：关于0℃下列的金属温度，则设计

温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。容器设计温度（即标注在容器铭牌上的设计介质温度）

是指壳体的设计温度。

2）压力容器的分类

2）压力容器的分类

压力容器分类方法很多，为利于安全技术监察与管理，《压力容胫安全技术监察规程》将压力容器划分为

3类，见下表。

第三类压力容器第二类压力容器第一类压力容器

★压容器；★中压容器；

★中压容器（仅限毒性程度为极度与高度★低压容器（仅限毒性程度为极

危害介质）：度与高度危害介质）：

★中压储存容器（仅限易燃或者毒性程度

为中度危害介质，且pV大于等于10★低压反应容器与低压储存容器

MPa,m'）；（仅限易燃或者毒性程度为中度

★中压反应容器（仅限易燃或者毒性程度危害介质）：

为中度危害介质，且pV大于等于0.5

MPa•m3）；

★低压容器（仅限毒性程度为极度与高度

危害的介质，且pV大于等于0.2MPa•m3）；

★高压、中压管壳式余热锅炉：★低压管壳式余热锅炉；

★中压掂玻璃压力容器：★低压掂玻璃压力容器。

★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；

★移动式压力容器，包含铁路罐车（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）车与罐式

集装箱（介质为液化气体、低温液体）等;

★球形储罐（容积大于等于50nl：'）:

★低温液体储存容器（容积大于5mD。

【例题】：压力容器内部工作介质在正常操作过程中的温度是。（）

A.设计温度

B.工作温度

C.金属温度

D.内部温度

【答案】：B

4.安全附件

1）安全阀

安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压阀门。它依靠介质自身的压力排出一定数量的流体介质，以防止

容器或者系统内的压力超过预定的安全值；当容器内的压力恢复正常后，阀门自行关闭，并阻止介质继续

排出。安全阀分全启式安全阀与微启式安全阀。根据安全阀的整体结构与加载方式能够分为静重式、杠杆

式、弹簧式与先导式等4种。

2）爆破片

爆破片装置是一种非垂闭式泄压装置，由进口静压使爆破片受压爆破而泄放出介质，以防止容器或者系统

内的压力超过预定的安全值。

3）安全阀与爆破片装置的组合

安全阀与爆破片装置并联组合时，爆破片的标定爆破压力不得超过容器的设计压力。安全阀的开后压力应

略低于爆破片的标定爆破压力。

当安全阀进口与容器之间串联安装爆破片装置时，应满足下列条件：①安全阀与爆破片装置组合的泄放能

力应满足要求；②爆破片破裂后的泄放面枳应不小于安全阀进匚面积，同时应保证使得爆破片破裂的碎片

不影响安全阀的正常动作：③爆破片装置与安全阀之间应装设压力表、旋塞、排气孔或者报警指示器，以

检杳爆破片是否破裂或者渗漏。

4）爆破帽

爆破帽为•端封闭，中间具有-•薄弱断面的厚壁短管，爆破压力误差较小，泄放面积较小，多用于超高压

容器。超压时其薄弱面上的拉伸应力达到材料的强度极限发生断裂。由于其工作时通常还有温度影响，因

此，通常均选用热处理性能稳固，且随温度变化较小的高强度钢材料（如34CrNi3Mo等）制造，其破爆压

力与材料强度之比通常为0.2〜0.5。

5）易熔塞

6)紧急切断阀

7)减压阀

减压阀的工作原理是利用膜片、弹簧、活塞等敏感元件改变阀瓶与阀座之间的间隙，当介质通过时产生节

流，压力下降而使其减压的阀门。

8)压力表、温度计、液位计

(1)压力表。压力表是指示容器内介质压力的仪表，是压力容器的重要安全装置。按其结构与作用原理,

压力表可分为液柱式、弹性元件式、活塞式与电量式四大类。活塞式压力计通常用作校验用的标准仪表,

液柱式压力计通常只用于测量很低的压力，压力容器广泛使用的是各类类型的弹性元件式压力计。

(2)液位计。液位计又称液面计，是用来观察与测量容器内液位位置变化情况的仪表。特别是关于盛装

液化气体的容器，液位计是一个必不可少的安全装置。

(3)温度计。温度计是用来测量物质冷热程度的仪表，可用来测量压力容器介质的温度，关于需要操纵

壁温的容瑞，还务必装设测试壁温的温度计。

A.低压容器

B.中压容器

C.高压容器

D.超高压容器

【答案】：D

5.压力容器事故特点与应急措施

【新增内容】

5.压力容器事故特点与应急措施

(1)压力容器事故特点

1)压力容器在运行中由于超压、过热，或者腐蚀、磨损，而使受压元件难以承受，发生爆炸、撕裂等事故。

2)压力容器发生爆炸事故后，不但事故设备被毁，而且还波及周围的设备、建筑与人群。其爆炸所直接产

生的碎片能飞出数百米远，并能产生巨大的冲击波，其破坏力与杀伤力极大。

3)压力容器发生爆炸、撕裂等重大事故后，有毒物质的大量外溢会造成人畜中毒的恶性事故；而可燃性物

质的大量泄漏，还会引起重大火灾与二次爆炸事故，后果也十分严重。

(2)压力容器事故发生原因

2)安装不符合技术要求，安全附件规格不对、质量不好，与其他安装、改造或者修理方面的原因。

3)在运行中超压、超负荷、超温，违反劳动纪律、违章作业、超过检验期限褴有进行定期检验、操作人员

不懂技术，与其他运行管理不善方面的原因。

(3)压力容器事故应急措施

1)压力容器发生超压超温时要马上切断进汽阀门；关于反应容器停止进料；关于无毒非易燃介质，要划开

放空管排汽：关于有毒易燃易爆介质要打开放空管，将介质通过接管排至安全地点。

2)假如属超温引起的超压，除采取上述措施外，还要通过水喷淋冷却以降温。

3)压力容器发生泄漏时，要马上切断进汽阀门及泄漏处前端阀门。

4)压力容器本体泄漏或者第一道阀门泄漏时，要根据容器、介质不一致使用专用培漏技术与堵漏工具进行

堵漏

5)易i然易爆介质泄漏时，要对周边明火进行操纵，切断电源，严禁一切用电设备运行防止静电产生。

补充知识

i.压力容器的分类

压力容器的形式很多，根据不一致的要求.压力容器能够有很多种分类方法。

(1)按相对壁厚分为便于设计计算,常根据容器外径M与内径Di的比值K(K=Dc/Di),将容器分为薄壁

容器(KWL2)与厚壁容器(K>1.2)。

(2)按几何形状分根据容器的形状，可分为球形容器、圆筒形容器、方形或者矩形容器、锥形容器与组合

形容器。

(3)按制造材料分根据制造材料不一致，又有钢制容器、有色金属容器与非金属容器。

(4)按压力等级分压力是压力容器最要紧的工艺参数之一，从安全技术角度来看，容器的工作压力越高，

发生爆炸事故的危害性也越大。为便于对压力容器进行分级管理与技术监督，按其工作压力分级也是必要

的。压力容器按其承压方式的不一致可分为内压容器与外压容楷两类。当容器内部介质的压力大于外界压

力时为内压容器，反之，则为外压容器。内压容器习惯上又可分为低压、中压、高压与超高压四个压力等

级。具体划分如下。

①低压容器（代号为L）0.IMPaW设计压力p〈l.6MPa。

②中压容器（代号为M）1.6MPaW设计压力P<10UPa,

③高压容器（代号为H）lOMPaW设计压力P<100MPao

④超高压容器（代号为U）设计压力p^lOOMPa

安全生产技术精讲班第26讲讲义

（8）炉膛爆炸事故

五、特种设备用钢材

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五、特种设备用钢材

（-）承压类特种设备用钢

不管是锅炉，还是压力容器，或者是压力管道，钢材是制造承压类特种设备的要紧材料。钢材的质量及性

能的好坏关于承压类特种设备安全运行，有着重要的影响与作月。

1.钢材的分类

1）按钢中所含化学成分分类

按钢中所含化学成分能够将钢分成碳素钢与合金钢两大类：

2）按冶炼方法分类

按冶炼方法分类，有两种形式，一种是按冶炼设备分为平炉钢、电炉钢、转炉钢；另一种是按脱氧程度分

为镇静钢、沸腾钢、半镇静钢。

3）按金相组织分类

钢材经正火处理后所得金相组织不•致，可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢、铁索体钢。

2.金属的机械性能

所谓金属的机械性能是指在一定的温度条件与外力作用卜，抵抗变形与断裂的能力，如强度、硬度、塑性、

韧性等，也称力学性能。

以低碳钢为例，金属材料受拉伸外力作用引起的变形过程可分2个阶段，即弹性变形、塑性变形、断裂变

形阶段。由拉伸试验可获得强度与塑性指标。

（1）强度

金属强度是指在外力作用下，抵抗变形与破坏的能力。应用最普遍的是强度指标。强度指标要紧是屈服极

限（。s或者。0.2）与抗拉强度极限（ob）。

（2）塑性

金属的塑性是指在外力作用下，能引起永久变形而不发生破裂，并在外力取消后，仍能保持变形后形状的

能力。材料的塑性值也可通过拉伸试验测得，通常用伸长率6（延伸率）与断面收缩率中来表示。

（3）冲击韧性

金属的冲击韧性即为在冲击力作用下，抑制变形与断裂的能力。它还是金属材料在塑性变形范围内汲取能

量的能力，因此，也可按冲击值的大小来衡量材料的塑性。目前国内外广泛使用一次摆锤弯曲试验，缺口

型式有夏比（U）与夏比（V）两种。表示冲击韧性的参数也有两种，一种是以冲断试样消耗的冲击功Ak,

单位是焦耳（J）;另一种是以单位缺口处断面所耗的冲击功ak,单位是焦耳/厘米2（J/cm2）表示。目

前压力容器钢板全部改为用夏比（V）冲击功（即Akv）作为冲击韧性验收标准。只有少数压力容器锻件

还用夏比（U）冲击值（即akU）作为冲击验收标准。

钢中气体含量较高或者晶粒粗大，则韧性差。根据冲击后断裂的形式，能够推断材料的质量及^粒大小。

冲击韧性试验还能测定金属材料由韧性状态向脆性状态过渡的转变温度。

(4)硬度

硬度是指金属材料抵抗更硬异物压入的能力。硬度说明材料的耐磨性与切削加工的可能性。通常说来，硬

度较高，材料的耐磨性较好。常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)3种。

(5)冷弯

冷弯性能是材料抵抗弯曲断裂能力的标志，它间接反映了材料的塑性。这个试验既可检查钢的理性好坏,

也能够考核其加工工艺性能，也能暴露钢板受试面缺陷与焊接接头的焊接缺陷。

(6)断裂韧性

断裂韧性是反映材料对裂纹扩展的抵制能力。关于中低强度钢的断裂韧性，目前较普遍使用临界裂纹张开

位移(COD)值限表示；关于高强钢的脆断问题，则应用材料的平面应变断裂韧性值Kic表示,

(7)金属材料高温机械性能

炼油化工设备相当数量是在中等温度(<350℃)与高温下使用。中、高温压力容器通常以350℃分界。

3.金属材料的焊接

【新增内容】

3.金属材料的焊接

焊接是通过加温或者加压，使焊件连接郭位形成原子结合的一种工艺加］一方法。在特种设备的生产与维

修中，会经常使用焊接技术。

承压类特种设备受压元件的焊接方法有2大类•类是熔焊，就是将焊件接头加热到熔化状态(不加压)

完成焊接的方法：另一类是压焊，就是将焊件接头施加压力(加热或者不加热)完成焊接的方法。每一类中

都包含许多具体的焊接方法。

承压类特种设备受压元件中常用的焊接方法大多属熔焊，比如手工电弧焊，自动埋弧焊，手工鸨极氮弧焊，

自动气体保护焊，电渣焊等。属于压焊的摩擦焊在电站锅炉制造的管子焊接中用得也较多。

(1)手工电弧焊

通过手工操纵焊条与焊件产生电弧，利用电弧热使焊件局部与焊条熔化形成熔池完成焊接的方法。按施焊

对象，焊条可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条等类别。

手工电弧焊的特点是，对材料与焊接位置习惯性强，适于焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈耐蚀钢等，

适于锅炉制造、安装、修理中各类位置的焊接；设备简单，便于使用与保护；焊钳小，操作灵便；焊接质

量受焊工操作技术水平的影响很太，对焊工操作技能要求较高，生产率较低，焊工的劳动强度较大：有些

情况下焊接工作条件较差。

⑵自动埋弧焊

自动埋弧焊是通过机械操纵使电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。

自动埋弧焊的特点是，机械操纵受焊工操作技能的影响较手工焊小，电弧区保护效果较好。假如焊接材料

的质量稳固，焊接工艺参数正确，质量容易稳固且焊缝表面平滑美观：焊接电流大，焊接速度较快，生产

效率高；电弧埋在焊剂层卜没有飞溅，焊工不受弧光伤害，焊工劳动条件较好；没有焊条头及飞溅的损耗,

焊件使用I形坡口的厚度范围比手工焊明显大，成本较低；对坡口加工与焊件接头的装配要求较严格，辅

助工作较多；因焊接电流大，通常限于平焊位置进行焊接。

(3)色极氨弧焊

鹤极氨弧焊是在负气保护下在鸽极与焊件之间引燃电弧并完成焊接的一种电弧焊方法。

鸨极氮弧焊的特点是，由于用惰性气体氮进行保护，它不参加冶金反应，也不溶于熔化金属，有效地将电

弧区与空气隔开，因此电弧稳固：熔池中的氢、氧、氮含量较易操纵，裂纹倾向较小且焊缝质量高：电弧

在气流压缩下燃烧，热量集中，容易使接头的根部焊透，同时熔池较小，热影响区较窄，焊接变形较小；

电弧与熔池由氮气保护，明弧可见，可进行全位置焊接：对焊件的焊前清理工作要求严格。

（4）熔化极气体保护焊

熔化极气体保护焊是在惰性或者活性气体保护下使用熔化电极进行电弧焊的方法。保护气体常用的有氮

气、富氧混合气、二氧化碳气。锅炉受压元件较多使用富氢混合气，常用的有很多于80%量与不超过20%,

二氧化碳混合、98%氮与2%氧气混合等。混合气体可使用已混合好的瓶装气体，也可使用单种气体经混

合器进行混合后用于焊接。

熔化极气体保护焊的特点是，使用富菽混合气或者氧气进行保护时，能够获得高质量的焊缝；适用的母材

种类与厚度范围都比较宽，特别是使用脉冲熔化极气体保护焊：电流密度大，热量集中，熔敷效率高，焊

接速度较快，因此生产效率较高；弧光强，烟气较大，二氧化碳作保护气休焊接时飞溅较大，应注意防护：

对焊件的焊前清理工作要求较严格，特别是富氮或者负气保护时。

（5）电渣焊

电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热将焊件与焊丝熔化进行焊接的一种熔焊方法。

电渣焊的特点是，能够一次焊成很厚的焊件而不需开坡口与多层焊，因此生产效率高；使用渣池保护，避

免空气与熔池接触；焊接速度较慢，熔池中的气体与杂质易于浮出，焊缝中气孔与夹渣很少；焊件在高温

停留时间较长，热影响区宽，近缝区晶粒粗大，塑性与韧性降低，因此焊件在焊后通常都进行正火热处理:

焊剂消耗很少，焊缝化学成分的调整要紧靠电极。

（6）摩擦焊

摩擦焊是利用焊件表面互相摩擦产生的热使端而达到热塑性状态，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方

法。

摩擦焊的特点是，焊接过程快，生产率高；工艺参数自动操纵，操作简单，焊接质量较好：适用的接头型

式有限：对参数的测量与操纵要求严格；用无损检测方法检查接头内