壓力容器常識

1、深低溫液化氣體貯槽III編輯本段深低溫液化氣體貯槽深低溫設備中用以貯運液化天然氣、液氧、液氮、液氫和液氦等的容器。為長期貯存 液化氣體，必須采用有效的絕熱措施。貯槽通常是雙層結構的。內(nèi)筒（亦稱內(nèi)膽）中貯存液 化氣體，內(nèi)筒與外筒（外膽）之間形成絕熱夾層，以減少由傳導、對流、輻射而導入內(nèi)筒的 熱量。深低溫液化氣體貯槽的主要性能指標是蒸發(fā)率。蒸發(fā)率是貯槽在單位時間內(nèi)由于外界熱 量傳入而引起蒸發(fā)的液化氣體量與所貯運的深低溫液體的額定容量的比值。蒸發(fā)率因貯槽容 量、介質(zhì)和絕熱形式而不同。絕熱形式常采用的有普通絕熱、高真空絕熱、真空粉末絕熱及真空多層絕熱等形式。普通絕熱又稱堆積絕熱。在常壓的絕熱夾層中填充

2、或在內(nèi)筒上包扎低導熱率的絕熱材 料，以減少對流換熱和輻射換熱，從而達到絕熱的目的。為提高并保持貯槽的絕熱效果，絕 熱層一般較厚，并充以干燥氮氣。普通絕熱主要適用于大型液氧、液氮和液化天然氣貯槽。高真空絕熱將貯槽絕熱夾層內(nèi)抽至真空（一般為1.33x10（1.33x10（帕）,從而大大降低 夾層內(nèi)氣體的對流傳熱。導入內(nèi)筒的熱量主要由輻射熱引起。為減少輻射熱，內(nèi)、外筒用低 輻射系數(shù)的材料如銅、鋁和不銹鋼等金屬板制作，并經(jīng)拋光處理。為保持高真空，夾層內(nèi)放 有一定數(shù)量的吸附劑如硅膠、活性炭或分子篩等。但為確保安全液氧容器禁用活性炭。高真 空絕熱主要適用于小型液氧和液氮容器。真空粉末絕熱 在絕熱夾層內(nèi)填充

3、一定密度和粒度的粉末材料（大多數(shù)用珠光砂），從而 在較低真空度1.33帕下獲得較好的絕熱效果。由于真空粉末起到屏蔽、輻射的作用，氣體導 熱也被減弱,絕熱性能比普通絕熱、高真空絕熱都好。為長期保持真空度，夾層內(nèi)放置一定 數(shù)量的吸附劑。真空粉末絕熱廣泛應用于液氧、液氮、液氬的中型貯槽。真空多層絕熱在絕熱夾層的內(nèi)筒上纏繞多層具有低輻射系數(shù)的金屬箔，并以具有低導 熱系數(shù)、一定機械強度的材料如玻璃纖維布或紙作間隔物，在夾 層內(nèi)保持1.33x10（ 1.33x10（帕的高真空，從而形成由一層反輻射層與一層間隔物相間的真空多層絕熱結構。真 空多層絕熱中，多層鋁箔有效地屏蔽輻射熱流，達到了高效絕熱的目的，故有

4、超級絕熱之稱。 這種絕熱適用于更低溫度的液氫、液氦貯槽。隨著制造技術和絕熱材料的發(fā)展，真空多層絕 熱已推廣應用到小型液氧、液氮貯槽上。分類深低溫液化氣體貯槽的工作壓力是按使用要求而定的。用于貯存的貯槽壓力較低， 一般低于0.1兆帕，而有自增壓系統(tǒng)帶氣化器的貯槽壓力都比較高，一般為0.11.6兆帕。 根據(jù)深低溫液化氣體的性質(zhì)、用途、容量及安裝形式，貯槽通常分為小型容器、固定式和移 動式貯槽。小型容器又稱杜瓦容器，圖1小型容器的典型結深低溫設備深低溫設備是指能產(chǎn)生和維持深低溫，使原料氣液化或分離，并提純其組分的設備，又 稱深度冷凍設備。深低溫是指遠低于普通制冷工程所達到和應用的溫度，其范圍一般為1

5、20K到接近絕對 零度。深低溫設備的用途很廣，例如氧液化設備和氫液化設備能生產(chǎn)液氧和液氫，可作為火 箭的推進劑；氦液化設備可生產(chǎn)液氦，用于研究超導材料、超導電技術、空間技術等；又如 用深低溫天然氣分離設備可將原料氣分離，生產(chǎn)出乙烷、乙烯等輕烴化工原料；深低溫空氣 分離設備可生產(chǎn)氧氣和氮氣，供冶煉鋼鐵、制造合成氨等之用等等。20世紀708O年代，空氣分離設備在煤的氣化、污水處理、紙漿漂白、石油蛋白的發(fā) 酵和集成電路板生產(chǎn)等新領域得到了應用和推廣。地球上并不存在天然的深低溫環(huán)境和深低溫物質(zhì)，因此必須利用深低溫設備，才能獲得 這樣的低溫。1877年，法國的凱泰和瑞士的皮克特分別用實驗室的制冷設備，達

6、到了 90.2K 以下的深低溫、獲得了霧狀液態(tài)氧。1893年，英國的杜瓦首先制成能保存深低溫液化氣體的真空瓶，被稱為杜瓦瓶；1895 年，德國的林德應用焦耳-湯姆森等焓節(jié)流效應，以壓縮機、管式換熱器和節(jié)流閥組成原始 深低溫設備，并用它液化空氣，使溫度達到8O.9K； 1898年，杜瓦在林德工作基礎上，用液 態(tài)空氣預冷氫氣，再經(jīng)節(jié)流閥等焓膨脹，將溫度降到20.4K以下而獲得液氫。1902年，法 國的G.克勞德在林德液化設備基礎上加上活塞式膨脹機，以等熵膨脹制冷方法為主，也 制成液化空氣的設備。1903年出現(xiàn)了第一臺商品制氧機；1908年,荷蘭的卡默林昂內(nèi)斯將液氫預冷氦氣，并 在絕熱條件下等焓膨脹

7、，將溫度降到4.2K以下，而獲得液氦；1965年，蘇聯(lián)的涅加諾夫等 人發(fā)明稀釋制冷機，使溫度達到0.025K； 70年代以來，人們應用退磁制冷技術，使設備致 冷溫度進一步降低。深低溫設備的工作原理主要有氣體液化和氣體分離兩個方面。氣體液化是根據(jù)液化循 環(huán)，組織液化設備實現(xiàn)的。主要的液化循環(huán)方式有林德液化循環(huán)和克勞德液化循環(huán)，其他 尚有在此基礎上發(fā)展的液化循環(huán)，如帶附加制冷循環(huán)的節(jié)流液化循環(huán)或等熵膨脹液化循環(huán)， 帶外加制冷循環(huán)等熵膨脹的液化循環(huán)、回熱式氣體制冷循環(huán)和多級等熵膨脹的液化循環(huán)等。以上各種循環(huán)均為理想循環(huán)。但在實際應用中，壓縮機的壓縮過程不是等溫過程，換熱 器有復熱不足和外熱侵入的冷量

8、損失，膨脹機有絕熱損失和機械損失等，因此在實際制冷流 程中需要采取補償措施，以求流程的熱量平衡。常用的原料氣分離原理有深低溫精餾、深低溫分凝和深低溫吸附三種。深低溫精餾是先將原料氣液化，然后再按各組分冷凝（蒸發(fā)）溫度的不同，應用精餾原理 分離出各組分，分離過程是在深低溫精餾塔中實現(xiàn)的。這種方法適用于被分離組分冷凝溫度 相近的原料氣，如從空氣中分離氧和氮。深低溫分凝是利用原料氣中各組分冷凝溫度的差異，在換熱器中降低原料氣的溫度，由 高到低逐個組分進行液化，并在分離器中將液體分離。這種方法適用于被分離組分的冷凝溫 度相距較遠的原料氣，如焦爐氣的分離。深低溫吸附是利用多孔性的固體吸附劑具有選擇吸附的

9、特性，在深低溫下吸附某些雜質(zhì) 組分，以獲得純凈的產(chǎn)品的方法。如利用分子篩吸附器在液態(tài)空氣下從粗氬中吸附氧和氮， 以獲得精氬等。根據(jù)工藝的需要，有時單獨使用一種原理，有時幾種原理同時并用。在自然界和工業(yè)生產(chǎn)過程中，存在和產(chǎn)生著供低溫設備加工的原料氣，其中大部分是多 組分的氣體。按照原料氣組分、工作過程和所獲得產(chǎn)品狀態(tài)的不同，深低溫設備可分為氣體 分離設備、氣體液化設備和回熱式氣體制冷機。深低溫設備一般以氦氣或氫氣為工質(zhì)，在封閉系統(tǒng)中應用回熱原理實現(xiàn)氣體制冷循環(huán)， 以獲得低溫和冷量的機械。深低溫設備均為成套的設備，一般由原料氣的過濾器、清洗塔、 壓縮機、冷卻器、換熱器、凈化設備、膨脹機、液化器、深

10、低溫精餾塔和產(chǎn)品的輸送、貯存 設備，以及為運轉服務的儀表和電器控制器、停車加溫系統(tǒng)等設備組成。對深低溫設備材料的使用是有特殊要求的，不能使用脆性材料。常用的材料有銅、防銹 鋁和奧氏體不銹鋼等。深低溫液化氣體貯槽或氫、氦液化設備因所處的溫度水平極低，須選 用導熱性差的材料如德國銀等，并采取防止輻射熱侵入的措施以減少冷損失。壓力容器英文：pressure vessel編輯本段概述壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備。貯運容器、反應容器、 換熱容器和分離容器均屬壓力容器。為了與一般容器（常壓容器）相區(qū)別，只有同時滿足下列 三個條件的容器，才稱之為壓力容器：（1）工作壓力（注1）大于

11、或者等于0.1Mpa（工作壓力是指壓力容器在正常工作情況下， 其頂部可能達到的最高壓力（表壓力）;（2）工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa-L（容積，是指壓力容器的幾何容積）；（3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體以及介質(zhì)最高工作溫度高于或者等于其標準沸點得液 體.壓力容器的用途十分廣泛。它是在石油化學工業(yè)、能源工業(yè)、科研和軍工等國民經(jīng)濟的 各個部門都起著重要作用的設備。壓力容器一般由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接 管、支座等六大部分構成容器本體。此外，還配有安全裝置、表計及完成不同生產(chǎn)工藝作用 的內(nèi)件。壓力容器由于密封、承壓及介質(zhì)等原因，容易發(fā)生爆炸、燃燒起火而危及人員、設 備和財產(chǎn)

12、的安全及污染環(huán)境的事故。目前，世界各國均將其列為重要的監(jiān)檢產(chǎn)品，由國家指 定的專門機構，按照國家規(guī)定的法規(guī)和標準實施監(jiān)督檢查和技術檢驗。編輯本段分類壓力容器的分類方法很多，從使用、制造和監(jiān)檢的角度分類，有以下幾種。（1）按承受壓力的等級分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器。按盛裝介質(zhì)分為：非易燃、無毒；易燃或有毒；劇毒。按工藝過程中的作用不同分為：反應容器：用于完成介質(zhì)的物理、化學反應的容器。換熱容器：用于完成介質(zhì)的熱量交換的容器。分離容器：用于完成介質(zhì)的質(zhì)量交換、氣體凈化、固、液、氣分離的容器。貯運容器：用于盛裝液體或氣體物料、貯運介質(zhì)或對壓力起平衡緩沖作用的容器。（4）為了更有效

13、地實施科學管理和安全監(jiān)檢，我國壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程中根據(jù)工 作壓力、介質(zhì)危害性及其在生產(chǎn)中的作用將壓力容器分為三類。并對每個類別的壓力容器在 設計、制造過程，以及檢驗項目、內(nèi)容和方式做出了不同的規(guī)定。壓力容器已實施進口商品 安全質(zhì)量許可制度，未取得進口安全質(zhì)量許可證書的商品不準進口。第三類壓力容器，具有下列情況之一的，為第三類壓力容器：高壓容器；中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于10MPa-m3）； 中壓反應容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于0.5Pa-m3）； 低壓容器（僅限毒性程度為極度和

14、高度危害介質(zhì)，且乘積大于等于0.2MPam3）； 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；中壓搪玻璃壓力容器；使用強度級別較高（指相應標準中抗拉強度規(guī)定值下限大于等于540MPa）的材料制造 的壓力容器；移動式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車液化氣體運 輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）車和罐式集裝箱（介質(zhì) 為液化氣體、低溫液體）等；球形儲罐（容積大于等于50m3）；低溫液體儲存容器（容積大于5m3）。低溫液體儲存容器（容積大于5m3）第二類壓力容器，具有下列情況之一的，為第二類壓力容器：中壓容器；低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；低壓反應容器

15、和低壓儲存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）；低壓管殼式余熱鍋爐；低壓搪玻璃壓力容器。第一類壓力容器，除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。編輯本段3.其他內(nèi)部或外部承受氣體或液體壓力，并對安全性有較高要求的密封容器。早期主要用于化 學工業(yè)，壓力多在10兆帕以下。合成氨和高壓聚乙烯等高壓生產(chǎn)工藝出現(xiàn)后，要求壓力容 器的壓力達100兆帕以上。隨著化工和石油化工等工業(yè)的發(fā)展，壓力容器的工作溫度范圍 越來越寬，容量不斷增大，有些還要求耐介質(zhì)腐蝕。20世紀60年代開始，核電站的發(fā)展對 反應堆壓力容器提出了更高的安全和技術要求，從而促進了壓力容器的進一步發(fā)展，廣泛應 用于各工業(yè)部門。壓力容

16、器主要為圓柱形，也有球形或其他形狀。根據(jù)結構形式，可分為多 層式壓力容器，繞板式壓力容器、型槽繞帶式壓力容器、熱套式壓力容器、鍛焊式壓力容器 和厚板卷焊式壓力容器等。大多數(shù)壓力容器由鋼制成，也有的用鋁、鈦等有色金屬和玻璃鋼、 預應力混凝土等非金屬材料制成。壓力容器在使用中如發(fā)生爆炸，會造成災難性事故。為了 使壓力容器在確保安全的前提下達到設計先進、結構合理、易于制造、使用可靠和造價經(jīng)濟 等目的，各國都根據(jù)本國具體情況制定了有關壓力容器的標準、規(guī)范和技術條件，對壓力容 器的設計、制造、檢驗和使用等提出具體和必須遵守的規(guī)定。壓力容器的檢驗1、壓力容器外部檢查亦稱運行中檢查檢查的主要內(nèi)容有：壓力容器

17、外表面有無裂紋、 變形、泄漏、局部過熱等不正?，F(xiàn)象；安全附件是否齊全、靈敏、可靠；緊固螺栓是否完好、 全部旋緊；基礎有無下沉、傾斜以及防腐層有無損壞等異?，F(xiàn)象。外部檢查既是檢驗人員 的工作，也是操作人員日常巡回檢查項目。發(fā)現(xiàn)危及安全現(xiàn)象（如受壓元件產(chǎn)生裂紋、變形、 嚴重泄?jié)B等）應予停車并及時報告有關人員。2、壓力容器內(nèi)外部檢驗壓力容器內(nèi)外部檢驗 這種檢驗必須在停車和容器內(nèi)部清洗干凈后才能進行。檢驗的主要內(nèi)容除包括外部檢查的全 部內(nèi)容外，還要檢驗內(nèi)外表面的腐蝕磨損現(xiàn)象；用肉眼和放大鏡對所有焊縫、封頭過渡區(qū)及 其他應力集中部位檢查有無裂紋，必要時采用超聲波或射線探傷檢查焊縫內(nèi)部質(zhì)量；測量壁 厚。若

18、測得壁厚小于容器最小壁厚時，應重新進行強度校核，提出降壓使用或修理措施；對 可能引起金屬材料的金相組織變化的容器，必要時應進行金相檢驗；高壓、超高壓容器的主 要螺栓應利用磁粉或著色進行有無裂紋的檢查等。通過內(nèi)外部檢驗，對檢驗出的缺陷要分析 原因并提出處理意見。修理后要進行復驗。壓力容器內(nèi)外部檢驗周期為每三年一次，但對 強烈腐蝕性介質(zhì)、劇毒介質(zhì)的容器檢驗周期應予縮短。運行中發(fā)現(xiàn)有嚴重缺陷的容器和焊接 質(zhì)量差、材質(zhì)對介質(zhì)抗腐蝕能力不明的容器也均應縮短檢驗周期。3、壓力容器全面檢驗壓 力容器全面檢驗除了上述檢驗項目外，還要進行耐壓試驗（一般進行水壓試驗）。對主要焊 縫進行無損探傷抽查或全部焊縫檢查。

19、但對壓力很低、非易燃或無毒、無腐蝕性介質(zhì)的容器， 若沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，取得一定使用經(jīng)驗后，可不作無損探傷檢查。容器的全面檢驗周期，一 般為每六年至少進行一次。對盛裝空氣和惰性氣體的制造合格容器，在取得使用經(jīng)驗和一兩 次內(nèi)外檢驗確認無腐蝕后，全面檢驗周期可適當延長。常用壓力容器國家標準：GB150鋼制壓力容器壓力容器的操作條件壓力壓力容器的壓力可以來自兩個方面，一是壓力是容器外產(chǎn)生（增大）的，二是壓力是容 器內(nèi)產(chǎn)生（增大）的。最高工作壓力，多指在正常操作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。設計壓力，系是指在相應設計溫度下用以確定容器殼體厚度的壓力，亦即標注在銘牌上 的容器設計壓力，壓力容器的設計壓力

20、值不得低于最高工作壓力；當容器各部位或受壓元件 所承受的液柱靜壓力達到5%設計壓力時，則應取設計壓力和液柱靜壓力之和進行該部位或 元件的設計計算；裝有安全閥的壓力容器，其設計壓力不得低于安全閥的開啟壓力或爆破壓 力。容器的設計壓力確定應按GB 150的相應規(guī)定。溫度金屬溫度，系指容器受壓元件沿截面厚度的平均溫度。任何情況下，元件金屬的表面溫 度不得超過鋼材的允許使用溫度。設計溫度，系指容器在正常操作情況下，在相應設計壓力下，殼壁或元件金屬可能達到 的最高或最低溫度。當殼壁或元件金屬的溫度低于一20C，按最低溫度確定設計溫度；除此 之外，設計溫度一律按最高溫度選取。設計溫度值不得低于元件金屬可能

21、達到的最高金屬溫 度；對于0C以下的金屬溫度，則設計溫度不得高于元件金屬可能達到的最低金屬溫度。容 器設計溫度（即標注在容器銘牌上的設計介質(zhì)溫度）是指殼體的設計溫度。介質(zhì)生產(chǎn)過程所涉及的介質(zhì)品種繁多，分類方法也有多種。按物質(zhì)狀態(tài)分類，有氣體、液體、 液化氣體、單質(zhì)和混合物等；按化學特性分類，則有可燃、易燃、惰性和助燃四種；按它們 對人類毒害程度，又可分為極度危害（I）、高度危害（II）、中度危害（III）、輕度危害（W） 四級。易燃介質(zhì)：是指與空氣混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于 20%的氣體，如一甲胺、乙烷、乙烯等。毒性介質(zhì)：壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程（以下簡稱容規(guī)）對

22、介質(zhì)毒性程度的劃分 參照GB 5044職業(yè)性接觸毒物危害程度分級分為四級。其最高容許濃度分別為：極度危 害（I級）0. 1 mg/m3；高度危害（II級）0. 11. 0 mg / m3 ；中度危害（I級）1. 0 10 mg/m3。壓力容器中的介質(zhì)為混合物質(zhì)時，應以介質(zhì)的組成并按毒性程度或易燃介質(zhì)的劃分原 則，由設計單位的工藝設計部門或使用單位的生產(chǎn)技術部門決定介質(zhì)毒性程度或是否屬于易 燃介質(zhì)。腐蝕性介質(zhì)，石油化工介質(zhì)對壓力容器用材具有耐腐蝕性要求。有時是因介質(zhì)中有雜質(zhì)， 使腐蝕性加劇。腐蝕介質(zhì)的種類和性質(zhì)各不相同，加上工藝條件不同，介質(zhì)的腐蝕性也不相 同。這就要求壓力容器在選用材料時，除了

23、應滿足使用條件下的力學性能要求外，還要具備 足夠的耐腐蝕性，必要時還要采取一定的防腐措施。壓力容器事故率高的原因設備事故率的大小，影響因素較多，也十分復雜。它不但與整個工業(yè)領域的各項技術水 平有關，而且還與社會文化和人的素質(zhì)有關。在相同的條件下，壓力容器的事故率要比其他機械設備高得多。本來壓力容器大多數(shù)是 承受靜止而比較穩(wěn)定的載荷，并不像一般轉動機械那樣容易因過度磨損而失效，也不像高速 發(fā)動機那樣因承受高周期反復載荷而容易發(fā)生疲勞失效。究其原因，主要有以下幾方面。1、技術條件1）使用條件比較苛刻。壓力容器不但承受著大小不同的壓力載荷（在一般情況下還是 脈動載荷）和其他載荷，而且有的還是在高溫或

24、深冷的條件下運行，工作介質(zhì)又往往具有腐 蝕性，工況環(huán)境比較惡劣。2）容易超負荷。容器內(nèi)的壓力常常會因操作失誤或發(fā)生異常反應而迅速升高，而且往 往在尚未發(fā)現(xiàn)的情況下，容器即已破裂。3）局部應力比較復雜。例如，在容器開孔周圍及其他結構不連續(xù)處，常會因過高的局 部應力和反復的加載卸載而造成疲勞破裂。4）常隱藏有嚴重缺陷。焊接或鍛制的容器，常會在制造時留下微小裂紋等嚴重缺陷， 這些缺陷若在運行中不斷擴大，或在適當?shù)臈l件（如使用溫度、工作介質(zhì)性質(zhì)等）下都會使 容器突然破裂。2、使用管理1）使用不合法。購買一些沒有壓力容器制造資質(zhì)的工廠生產(chǎn)的設備作為承壓設備，并 非法當壓力容器使用，以避開報裝、使用注冊登記和檢驗等安全監(jiān)察管理，留下無窮后患。2）容器雖合法而管理操作不符合要求。企業(yè)不配備或缺乏懂得壓力容器專業(yè)知識和了 解國家對壓力容器的有關法規(guī)、標準的技術管理人員。壓力容器操作人員未經(jīng)必要的專業(yè)培 訓和考核