課件6.1 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)

壓力容器安全1第1章 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)第1節(jié)壓力容器的分類及結(jié)構(gòu)1.1 壓力容器的定義2壓力容器:泛指承受流體介質(zhì)壓力的密閉殼體，所以從廣義上來講所有承受壓力載荷的容器都應(yīng)該算作壓力容器。從安全角度考慮，壓力并不是表征壓力容器安全性能的唯一指標(biāo)。在相同壓力下，容器容積的大小不同，意味著容器內(nèi)積蓄的能量也不同，一旦發(fā)生破裂或爆炸造成的危害也不同。此外，容器內(nèi)盛裝的介質(zhì)特性也影響了設(shè)備的安全性能。因此關(guān)聯(lián)到壓力容器安全的三個(gè)重要指標(biāo)：1、工作壓力2、容器的容積3、工作介質(zhì)的種類1.2 壓力容器的分類3出于不同的管理目的，壓力容器有多種分類方法按容器壁厚：薄壁容器和厚壁容器按殼體承壓的方式：內(nèi)壓容器（殼體內(nèi)部承壓）和外壓容器c.按容器的工作壁溫：高溫容器、常溫容器和低溫容器d.按容器的安放形式：立式容器和臥式容器等等。總之，各種不同的分類方法都是從各個(gè)不同需要的角度來考慮的。1.2 壓力容器的分類考慮使用特點(diǎn)以及安全管理固定式移動(dòng)式《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》4這兩類容器由于使用方法不同，對(duì)他們的技術(shù)管理要求也不完全一樣。我國(guó)和其他許多國(guó)家對(duì)這兩類容器都分別制定了不同的管理規(guī)程和技術(shù)法規(guī)。一、固定式固定式容器是指除了用于運(yùn)輸儲(chǔ)存氣體的盛裝容器以外的所有容器。(安裝在固定位置使用的壓力容器)這類容器有固定的安裝和使用地點(diǎn)，工藝條件和使用操作人員也比較固定，容器一般不是單獨(dú)裝設(shè)，而是用管道與其他設(shè)備相連接。固定式容器還可以一般按照介質(zhì)、壓力和用途等因素進(jìn)行分類。1.2 壓力容器的分類7固定式壓力容器的分類固定式容器：除了用于運(yùn)輸儲(chǔ)存氣體的盛裝容器以外的所有容器。具有的特點(diǎn)：有固定的安裝和使用地點(diǎn)；工藝條件和使用操作人員也比較固定。1.2 壓力容器的分類1.按介質(zhì)類別第一組介質(zhì)第二組介質(zhì)壓力容器介質(zhì)在壓力容器發(fā)生事故時(shí)的危害程度，取決于介質(zhì)的物理、化學(xué)特性。因此介質(zhì)危害性指壓力容器在生產(chǎn)過程中因事故致使介質(zhì)與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因經(jīng)常泄漏引起職業(yè)性慢性危害的嚴(yán)重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示。8壓力容器的介質(zhì)，包括氣體、液化氣體或者最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體?？煞譃閮山M：第一組介質(zhì)：毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。第二組介質(zhì)：除第一組以外的介質(zhì)。1.2 壓力容器的分類2.按壓力等級(jí)固定式壓力容器的分類低壓（代號(hào)L）中壓（代號(hào)M）高壓（代號(hào)H）超高壓（代號(hào)U）依據(jù)：《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG

R0004-2009）101.2 壓力容器的分類3.容器工作壁溫固定式壓力容器的分類低溫容器高溫容器常溫容器t≥111.2 壓力容器的分類3.容器工作壁溫（常溫容器進(jìn)行細(xì)分為常溫和中溫）固定式壓力容器的分類低溫容器中溫容器常溫容器100~450高溫容器t≥-20~100121.2 壓力容器的分類固定式壓力容器的分類（壓力、介質(zhì)危險(xiǎn)性等）4.綜合分類三類容器一類容器高壓二類容器中壓低壓131.2 壓力容器的分類5.按工藝用途分離壓力容器（代號(hào)S）主要用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡、緩沖和氣體凈化分離儲(chǔ)存壓力容器（代號(hào)C，其中球罐帶號(hào)為B）主要用于儲(chǔ)存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，保持介質(zhì)壓力的穩(wěn)定固定式壓力容器的分類反應(yīng)壓力容器（代號(hào)R）

主要用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)換熱壓力容器（代號(hào)E）主要用于完成介質(zhì)的熱量交換，達(dá)到生產(chǎn)工藝過程所需要的介質(zhì)加熱或冷卻的目的14二、移動(dòng)式由壓力容器罐體與走行裝置或者框架采用永久性連接組成的罐式運(yùn)輸裝備，包括鐵路罐車、汽車罐車、長(zhǎng)管拖車、罐式集裝箱和管束式集裝箱等。移動(dòng)式壓力容器屬于儲(chǔ)運(yùn)容器，它與儲(chǔ)存容器的區(qū)別在于移動(dòng)式壓力容器沒有固定的使用地點(diǎn)，一般也沒有專職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變換，不確定因素較多，管理復(fù)雜，因此容易發(fā)生事故。它的主要用途是盛裝或運(yùn)送有壓力氣體或液化氣體，按其容積大小及結(jié)構(gòu)形狀可以分為氣瓶和槽（罐）車兩大類。1.2 壓力容器的分類16移動(dòng)式壓力容器的分類按其容積大小及結(jié)構(gòu)形狀可以分為：氣瓶和槽（罐）車兩大類。特點(diǎn)：

沒有固定的使用地點(diǎn)，一般也沒有專職的使用操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變換，不確定因素較多，管理復(fù)雜，因此容易發(fā)生事故。用途：

盛裝或運(yùn)送有壓力氣體或液化氣體。1.氣瓶氣瓶的容積較小，一般都在200L以下，常用的約為40L左右。氣瓶的兩端不對(duì)稱，分頭部和底部，頭部縮頸收口裝閥，整體形狀如瓶，另一種是桶狀，兩端封頭，一般都相互對(duì)稱，形狀如桶，其容積稍大，約為200L-1000L。1.2 壓力容器的分類1.氣瓶按氣瓶盛裝氣體的特性、用途或結(jié)構(gòu)形式分為溶解氣體氣瓶其他氣瓶（混合氣體的無縫、焊接氣瓶和特種氣瓶）移動(dòng)式壓力容器的分類永久氣體氣瓶液化氣體氣瓶18（1）永久氣體氣瓶一般都是以較高的壓力充裝氣體。目的：是為了增加氣體的單位容積裝氣量，提高氣瓶的利用率和運(yùn)輸效率。常用的充裝壓力為和，也有充裝和的。所裝的永久氣體有氧、氮、空氣、氫、甲烷、一氧化碳、一氧化氮及氦、氖、氬、氪等惰性氣體。（2）液化氣體氣瓶它在充裝時(shí)都是以低溫液態(tài)灌裝。充裝壓力為和充裝氣體高壓液化氣體氣瓶充裝的氣體常見有二氧化碳、乙烯、乙烷、氯化氫等低壓液化氣體氣瓶所裝氣體種類較多，最常用的是硫化氫、氨、氯、液化石油氣、丙烷、丁烷等（3）溶解氣體氣瓶主要指專供盛裝乙炔氣的氣瓶。特點(diǎn)：內(nèi)部裝滿了多孔性物質(zhì)，用以吸收溶劑充裝壓力：最高工作壓力充裝氣體：乙炔（4）其他氣瓶指氣瓶所盛裝的氣體介質(zhì)的特性、制造工藝、結(jié)構(gòu)形式、使用要求等不同于上述三類的氣瓶。1.2 壓力容器的分類移動(dòng)式壓力容器的分類2.槽（罐）車（或稱罐車）特點(diǎn)：有火車槽車和汽車槽車兩種。容積較大，常達(dá)數(shù)十立方米。工作壓力：這類容器的最高工作壓力就是介質(zhì)在槽（罐）內(nèi)可能達(dá)到最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力。231.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)25一、整體結(jié)構(gòu)壓力容器有多種結(jié)構(gòu)形式，除了最常見的單層結(jié)構(gòu)外，還有多層式、繞板式、型槽繞帶式、熱套式、厚板卷焊式和鍛焊式等。（1）多層式：由若干個(gè)多層筒節(jié)組焊而成，各筒節(jié)由內(nèi)筒和在外面包扎的層板組成。優(yōu)點(diǎn)：制造設(shè)備較簡(jiǎn)單，材料的選用有較大的靈活性，安全性高。缺點(diǎn)：生產(chǎn)工序多、勞動(dòng)生產(chǎn)率低。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)26一、整體結(jié)構(gòu)（2）繞板式：將成卷的薄鋼板連續(xù)地纏繞在內(nèi)筒外面，達(dá)到所需要壁厚。特點(diǎn)：不必逐層包扎層板和焊接每層層板的縱焊縫。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)27一、整體結(jié)構(gòu)（3）型槽繞帶式：在繞帶機(jī)床上，對(duì)型槽鋼帶通電加熱到紅熱狀態(tài)，再用壓輥將鋼帶壓合到內(nèi)筒表面預(yù)先加工出的螺旋溝槽內(nèi)，使之相互嚙合，每繞完一層鋼帶后再繞下一層，直到所需的筒體厚度。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)28一、整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：型槽鋼帶層層嚙合，可使鋼帶層承受容器的一部分軸向力；筒體上沒有貫穿整個(gè)壁厚的環(huán)焊縫；使用安全性高。缺點(diǎn)：需要使用特殊軋制的型槽鋼帶和專用機(jī)床。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)29一、整體結(jié)構(gòu)（4）熱套式：在內(nèi)筒外面套合上一至數(shù)層外筒，組成筒節(jié)。特點(diǎn)：

用的鋼板比多層壓力容器的層板厚，層數(shù)少，生產(chǎn)效率較高。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)30一、整體結(jié)構(gòu)（5）鍛焊式：由鍛造的筒節(jié)經(jīng)組焊而成，結(jié)構(gòu)上只有環(huán)焊縫而無縱焊縫。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)31二、基本結(jié)構(gòu)壓力容器中的主要受壓元件包括：筒體、封頭（端蓋）、球殼板、換熱器管板、換熱管、膨脹節(jié)、開孔補(bǔ)強(qiáng)板、法蘭、主螺栓、人孔蓋、人孔法蘭、人孔接管等。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)1.壓力容器的基本組成部分32壓力容器是由：殼體（筒體+封頭）其它連接件、密封元件、支座和開孔等組成。殼體是壓力容器最主要的組成部分，其作用是為貯存物料或完成熱交換、化學(xué)反應(yīng)提供一個(gè)密閉的壓力空間。其形狀有球形、圓筒形、錐形和組合形等，常用的是球形和圓筒形兩種。連接件是容器及管道中起連接作用的部件。由于生產(chǎn)工藝和安裝檢修的需要，筒體與封頭常采用可拆連接結(jié)構(gòu)，這些可拆連接結(jié)構(gòu)所使用的就是連接件。連接件一般采用法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)。密封元件是可拆連接結(jié)構(gòu)的容器或管道中起密封作用的元件，它放在兩個(gè)法蘭或封頭與筒體端部的密封面之間，借助于螺栓等緊固件的壓緊力而起密封作用。壓力容器開孔是為了滿足生產(chǎn)工藝的需要、滿足對(duì)容器進(jìn)行正常的安裝、檢修、測(cè)試的需要。容器上開的孔有物料進(jìn)、出孔，測(cè)量壓力、溫度及裝設(shè)安全裝置的連接孔、人孔、手孔等。接管的作用是將壓力容器與介質(zhì)輸送管道或儀表等連接起來。常用的接管有螺紋短管、法蘭短管和平法蘭種形式。支座是用以支承容器，固定容器位置的一種附件。支座的結(jié)構(gòu)形式主要決定于容器的質(zhì)量、安置方式和其他動(dòng)載荷等。如高大的直立容器，特別是塔器，一般采用裙式支座；臥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 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)2.球形容器的結(jié)構(gòu)34（1）球罐的特點(diǎn)：本體就是一個(gè)球殼。球體大多是由許多塊按一定的尺寸預(yù)制成形的球面組焊而成。球面板的形狀不完全相同，但板厚一般都是一樣的。只有一些特大型、用以貯裝液化氣體的球形貯罐，球體下部的殼板才比上部稍厚一些。從所有殼體受力的情況看，球形是最適宜的形狀。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)2.球形容器的結(jié)構(gòu)35優(yōu)點(diǎn)：①球形罐與同貯存能力的其他形狀容器相比，它的表面積最小。因此，在貯運(yùn)氣體或液化氣體介質(zhì)時(shí)冷熱量損失也最少，從而減少貯運(yùn)過程中的能源消耗，降低了貯運(yùn)成本。②在相同直徑和工作壓力下，球形容器受力均勻，其薄膜應(yīng)力僅為圓筒形容器環(huán)向應(yīng)力的1/2，故板厚僅需圓筒形容器板厚的一半。因此，消耗材料少，質(zhì)量輕，造價(jià)低，投資少。③由于球形容器表面積小，風(fēng)力系數(shù)僅為0.3左右，而圓筒形容器為0.7。因此，在相同容量下，球形容器比其他形狀的容器抗風(fēng)載荷能力大，故對(duì)風(fēng)載荷來講，球形罐更為安全。④由于大多采用支柱式支承結(jié)構(gòu)，因此，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程量和占地面積小，建造費(fèi)用較低。⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修較為方便，且外形美觀。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)36二、基本結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：

球殼板不能用幾何劃法的直線展開。球罐體積較大，不易工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)組裝全位置焊接，因此，組裝施焊環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，組裝、焊接質(zhì)量較難保證。對(duì)制造、組裝、焊接、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等技術(shù)要求高，施工管理要求嚴(yán)格。1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（2）球罐的組成球罐的組成方式一般是由它的容量大小及生產(chǎn)工藝需要而決定的。較大型赤道正切式球罐（即橘瓣式球殼板）由以下幾部分組成37殼板用鋼板經(jīng)冷壓或熱壓成型的球形單塊弧板。其各部分的球殼板名稱如下。①赤道帶球殼板。沿著球殼而通過球體中心的赤道線的平行緯線所切割的球臺(tái)帶即為赤道帶，而組成赤道帶的球殼板叫赤道帶球殼板。②上、下溫帶球殼板（南、北溫帶板）。位于赤道帶上部緯線切割的球臺(tái)叫上溫帶（北溫帶），組成上溫帶的球殼板叫上溫帶板（北溫帶板）；反之，位于赤道帶下部緯線切割的球臺(tái)即為下溫帶（南溫帶），組成下溫帶的球殼板叫下溫帶板（南溫帶板）。③上、下寒帶球殼板（南、北寒帶板）。位于上溫帶上部的緯線切割的球臺(tái)叫上寒帶（北寒帶），組成上寒帶的球殼板叫上寒帶板（北寒帶板）；反之，位于下寒帶（南寒帶）上的球殼板叫下寒帶板（南寒帶板）。④上、下極帶板（南、北極板）。位于上溫帶或北寒帶上部的球冠部分叫上極帶（北極帶），組成上極帶的球殼板叫上極板（北極板）；反之，組成下極帶（南極帶）的球殼板叫下極板（南極板）。大型球罐的分帶，因受板材規(guī)格及壓制和安裝條件所限，將按上述分帶方法分成若干個(gè)帶。球罐支承結(jié)構(gòu)如下。①大型球罐多采用支柱和拉桿式的支承結(jié)構(gòu)平荷載（見圖）。它們主要用于承受球罐的垂直荷載和水平荷載。②小型球罐多采用裙式支撐結(jié)構(gòu)，如圖裙式支撐的球罐③根據(jù)工藝和生產(chǎn)需要，半地下球罐也可采用耳式支座，如圖，耳式支撐的球罐1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（3）球罐主要類型：目前在工業(yè)領(lǐng)域中建造使用的球罐是多種多樣的。有按使用工藝條件、貯存介質(zhì)和使用材料分類的，也有按球體結(jié)構(gòu)和支承形式來劃分的，但直接影響球罐建造質(zhì)量和使用安全的，主要是球罐的結(jié)構(gòu)形式，具體球罐結(jié)構(gòu)形式如下。43①橘瓣式球罐將球殼板分割成橘瓣形式的球罐，此類型球罐為當(dāng)今世界各國(guó)經(jīng)常采用的一種1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)45二、基本結(jié)構(gòu)（3）球罐主要類型②足球式球罐將球殼板分割成各塊相等的和足球殼片一樣形式的球罐1.3 壓力容器的結(jié)構(gòu)二、基本結(jié)構(gòu)（3）球罐主要類型③水滴形球罐，形如荷葉上的水珠46制造、安裝和熱處理球形容器都具有一定的困難。特別是由于它的焊縫長(zhǎng)，焊