压力容器基础知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,压力容器基础知识,压力容器简介,一、广义压力容器的定义,所谓容器，通常的说法是：由物体构成用于盛装物料的空间构件。通俗地讲，就是化工、炼油，医药，食品等生产所用的各种设备外部的壳体都属于容器。,不言而喻，所有承受压力的密闭容器称为压力容器，或者称为受压容器。,二、压力容器的压力源,容器所盛装的，或在容器内参加反应的物质，称之为工作介质。,常用压力容器的工作介质是各种气体、水蒸汽或液体，我们这里主要讲气体介质的压力来源。压力来源可以分为气体压力的产生或增大，它来自容器内或容器外二类。,容器的气体压力产生于器外时，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。气体压缩机主要有容积型和速度型两类。容积型气体压缩机是通过缩小气体的体积，增加气体的密度来提高气体压力的。而速度型气体压缩机则是通过增加气体的流速，使气体的动能转变为势能来提高气体压力的。工作介质为压缩气体的压力容器，其可能达到的最高压力为气体压缩机出口的气体压力.,蒸汽锅炉是利用燃料燃烧放出的热量将水加热蒸发而产生水蒸汽的一种设备。由于在相同压力下水蒸汽的体积是饱和水的1000多倍.,容器的气体压力产生于容器内时，其原因有：容器内介质的聚集状态发生改变；气体介质在容器内受热，温度急剧升高；介质在容器内发生体积增大的化学反应等。由于介质的聚集状态发生改变而产生或增加压力的，一般是由于液态或固态物质在容器内受热(如周围环境温度升高，容器内其他物料发生放热化学反应等)、蒸发或分解为气体，体积剧烈膨胀，但因受到容器容积的限制，气体密度大为增加，因而在器内产生压力或使原有的气体压力增加。例如二氧化硫，当温度低于10.1(标准沸点)时，它在密闭容器内的蒸气压力低于大气压力，而当温度升高至60时，呈液态的二氧化硫便大量蒸发，其蒸气压力即升高到11.25绝对大气压。又如高分子聚合物固态聚甲醛，受热后“解聚变为气态，体积约增大1065倍，在密闭容器内也会产生很高的气体压力。,由于气体介质在容器内受热而产生或显著增加压力。例如有些贮装易于发生聚合反应的气体容器(如某些碳氢化合物贮罐)，在合适条件下单分子气体可以局部发生聚合反应，产生大量的聚合热，使容器内的气体受热，温度大幅度上升，使压力剧烈增高，有时还会因此而发生容器超压爆破事故。,由于介质在容器内发生体积增大的化学反应而压力升高的例子较多，例如用碳化钙加水经化学反应生成乙炔气体，体积大为增加，在密闭的容器内会产生较高的压力。又如电解水制取氢和氧的反应，因为1米,3,的水可以分解成1240米,3,的氢气和620米,3,的氧气，体积约增大2000倍，在密闭的容器内也会产生很高的压力。,注意：,常用的压力容器中，气体压力在容器外增大的较多，在容器内增大的较少。但后者危险性较大，对压力控制的要求也更严格。,三、压力容器界限,在此讨论的压力容器，主要是指那些容易发生事故。并按规定的技术管理规范进行制造和使用的压力容器。也就是对压力容器划个界限，哪些按一般设备对待，哪些按特殊设备对待。因而所讲得的系指按特殊设备对待的压力容器。,1划分压力容器的界限应考虑的因素，主要是事故发生的可能性与事故危害性的大小两个方面。目前国际上对压力容器的界限范围尚无完全统一的规定。,一般说来，压力容器发生爆炸事故时，其危害性大小与工作介质的状态、工作压力及容器的容积等因素有关。,工作介质是液体的压力容器，由于液体的压缩性极小，容器爆破时其膨胀功，即所释放的能量很小，危害性也小。而介质是气体的容器，因气体具有很大的压缩性，容器爆破时瞬时所释放的能量很大，危害性也就大。所以一般都不把介质为液体的容器列入作为特殊设备的压力容器范围内。,值得注意的是，这里所说的液体，是指常温下的液体，不包括最高工作温度高于其标准沸点(即标准大气压下的沸点)。,2、特种设备安全监察条例、容规对压力容器有相应的界定,四、压力容器的基本要求,1强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。强度是是涉及安全的主要问题。,2刚度：刚性是在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产 生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；,3稳定性：在外力作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如外压及真空容器。,4耐久性,5密封性,五、压力容器的工艺参数,压力容器的工艺参数是由生产的工艺要求确定的，是进行压力容器设计和安全操作的主要依据。压力容器的主要工艺参数为压力和温度。,（一）压力 这里主要讨论压力容器工作介质的压力，即压力容器工作时所承受的主要载荷。压力容器运行时的压力是用压力表来测量的，表上所显示的压力值为表压力。在各种压力容器的规范中，经常出现工作压力、最高工作压力和设计压力等概念，观将其定义分述如下。,1工作压力。工作压力也称操作压力，系指容器顶部在正常工艺操作时的压力(即不包括液体静压力)。,2最高工作压力。系指容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最大表压力(即不包括液体静压力)。压力超过此值时，容器上的安全装置就要动作。容器最高工作压力的确定与工作介质有关。,3,设计压力,指在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。一般不小于最高工作压力，由于考虑问题的角度不一样，不同规范对设计压力的选取原则可能会略有差异。,容规规定容器的设计压力，应略高于容器在使用过程中的最高工作压力。装有安全装置的容器，其设计压力不得小于安全装置的开启压力或爆破压力。,（二）温度,1介质温度，系指容器内工作介质的温度，可以用测温仪表测得,2.设计温度；压力容器的设计温度不同于其内部介质可能达到的温度，系容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。,设计规定，对设计温度的选取有如下规定：,(1)当容器的各个部位在工作过程中可能产生不同温度时，可取预计的不同温度作为各相应部位的设计温度。,(2)对有内保温的容器，应作壁温计算或以工作条件相似容器的实测壁温作为设计温度。,六、压力容器的分类,压力容器的型式繁多。根据不同压力容器可有许多分类方法，常用的有以下几种,（一）按压力分类 按所承受压力(P)的高低，压力容器可分为低压，中压，高压，超高压四个等级。具体划分如下：,1低压容器，0.P1.6MPa;,2中压容器：1.6P10MPa;,3高压容器，10P100MPa。,（二）按壳体承压方式分类 按壳体承压方式不同，压力容器可分为内压(壳体内部承受介质压力)容器和外压(壳体外部承受介质压力)容器两大类。,这两类容器是截然不同的，其差别首先反映在设计原理上，内压容器的壁厚是根据强度计算确定的，而外压容器的设计则主要考虑稳定性问题。其次，反映在安全性上，外压容器相对内压容器安全。,（三）按设计温度分类 按设计温度(t)的高低，压力容器可分为低温容器(t20)，常温容器(20t1000m，且H/D30或D1000m，且H/D25；基本风压q0.5KN/m2或地震烈度8度时。圆锥形裙座的半锥角15。,裙座上须开孔：排气孔 裙座顶部须开设80100的排气孔，以排放可能聚结在裙座与封头死区的有害气体。对于有人孔的矮裙座或者顶部在封头拼接焊缝处开有缺口的可以不开设排气孔。排液孔 裙座底部须开设80100的排液孔，一般孔径50，中心高50mm的长圆孔。人孔裙 座上须开设人孔，以方便检修；人孔一般为圆形，当截面削弱受到限制或为方便拆卸塔底附件（如接管等），可开长圆孔。引出管通道孔,裙式支座,考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管之间应保留一定间隙。,裙座与塔体封头连接 裙座直接焊接在塔底封头上，可采用对接焊缝或搭接焊缝。在没有风载荷或地震载荷时，对接焊缝承受容器重量产生的压缩载荷，搭接焊缝则承受剪切载荷。相比而言，搭接焊缝受力情况较差，在一些小塔或受力较小的情况下采用。,裙座与塔壳体过渡段 塔壳设计温度低于-20或高于250时，裙座壳顶部分的材料应与塔下封头材料相同，裙座壳体过渡段长度取4倍保温层厚度，但不小于500mm；对奥氏不锈钢塔，其裙座壳体过渡段高度不小于300mm，材料同底封头。,裙座保护层 当塔内或周围容器内有易燃、易爆介质时，一旦发生火灾，裙式支座型式会因温度升高而丧失强度，故裙座应设防火层。当裙座D1500mm时，仅外面敷设防火层；当裙座D1500mm时，两侧均敷设50 mm石棉水泥层。当塔内操作温度很高，塔体与裙座的温度差引起不均匀热膨胀，会使裙座与塔底封头连接焊缝受力情况恶化，此时须对裙座加以保温。,鞍式支座,鞍式支座是由底板、腹板、筋板和垫板组焊而成。它适用于双支点支承的钢制卧式容器的支座。,鞍式支座型式：,按鞍座实际承载的大小分为轻型（A）、重型（B）两种。,鞍座分固定式（F）和滑动式（S）两种安装形式。,鞍式支座,图2.2-5,鞍式支座,鞍式支座,鞍式支座型式选择：,重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。,容器因温度变化，固定侧应采用固定鞍座；滑动侧采用滑动鞍座。固定鞍座一般设在接管较多的一侧。采用三个鞍座时，中间鞍座宜选固定鞍座，两侧鞍座可选滑动鞍座。,为改善容器的受力情况，将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放；为使垫板按实际需要设置或与容器等厚，标准中垫板厚度允许改变。,对于DN900mm容器，鞍座分为带垫板和不带垫板两种,考虑到封头的加强作用，鞍座应尽可能靠近封头，即A应小于或等于D0/4，从受力情况考虑，A不宜大于0.2L。当需要时，A最大不得大于0.25L。,当容器基础是钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板。基础垫板必须保持平整光滑。,法兰,法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。法兰分类主要有以下方法：,（1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。,（2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。,宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰连接，一般用于压力很低场合。窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周内的法兰连接。,(3)按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。,整体法兰：指法兰环、颈部及圆筒三者有效地连接成一整体的法兰，共同承受法兰力矩的作用。松式法兰：指法兰与圆筒未能有效地连接成一整体的法兰，计算中认为法兰力矩完全由法兰环本身来承担。典型松式法兰有活套法兰。任意式法兰：指整体性程度介于上述二者间的法兰。其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但可作为一个接构元件，共同承受法兰力矩。,法兰密封面:法兰密封面分为平面密封面、凹凸面密封面、榫槽面密封面。,平面法兰密封面具有结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点，由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面。也不宜压紧，密封性能较差，适用于压力不高的场合，一般使用在PN2.5MPa的压力下。,凹凸面法兰密封面相配的两个法兰结合面是一个凹面和一个凸面。安装时易于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封效果优于平面密封。,榫槽面法兰密封面相配的两个法兰结合面是一个榫面和一个槽面。密封面更窄。由于受槽面的阻挡，垫片不会被挤出压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。安装时易于对中，垫片受力均匀，密封可靠，适用于易燃、易爆和有毒介质的运用。只是由于垫片很窄，更换时较为困难。,压力容器法兰,压力容器法兰标准为JB4701 4707-2000压力容器法兰。它包括法兰、垫片及等长双头螺柱等8个标准。其中法兰分三种：甲型平焊法兰、乙型平焊法兰及长颈法兰。其中长颈法兰受力情况最好，甲型平焊法兰受力最差，故长颈法兰使用范围最宽。,甲型平焊法兰一般采用钢板制作，由于其最大厚度有限，所以只能适用于低压情况，为此只宜配用软垫片，如石棉橡胶板，匹配螺柱、螺母材料可选用,Q235-A,。对于乙型平焊法兰和长颈对焊法兰，对,PN1MPa,的情况下，采用软垫片所需螺栓载荷较小，因此配置螺柱材料为,35,钢等；对,PN1MPa,的情况下，由于螺栓载荷逐步变成受操作压力控制。压紧垫片所需螺栓载荷相对为平衡内压轴向力所需的螺栓载荷为小（尤其在大规格直径螺栓规格时），因此采用不同垫片时，它们螺栓载荷相差不很大，标准中允许采用相同的螺柱配置并以要求较大螺栓载荷的垫片进行考虑，螺柱材料为,40MnB,或,40Cr,等，可供匹配垫片包括非金属垫圈、缠绕垫和金属包垫。,压力容器法兰,对于高应力和较大直径规格的法兰，由于所需螺栓载荷很大，因此采用了高强度的螺柱材料，如,40MnVB,和,35CrMoA,等，以保证法兰有较紧凑的结构尺寸，受力合理。,法兰的拼接焊缝须经百分之百射线或超声检测。,对长颈法兰，当工作压力大于或等于,0.8,倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行,100%,射线或超声检测，检测方法按,JB4730,。射线检测,II,级合格，超声波检测,I,级合格。当法兰所在容器图样对容器壳体的检测要求未能满足上述要求时，则该要求应在图样中标明。,对甲型平焊法兰、乙型平焊法兰与圆筒或短节间的连接焊缝应进行磁粉或渗透检测，检测方法按,JB4730,，,I,级合格。,容器法兰垫片,容器法兰垫片有非金属软垫片（JB/T4704-2000）、缠绕垫片（JB/T4705-2000）、金属包垫片（JB/T4706-2000）。缠绕垫分为四种形式：A型（基本型）不带加强环，用于榫槽密封面；B型带内加强环，用于凹凸密封面；C型带外加强环，用于平面密封面；D内外均有加强环，用于光滑密封面,管法兰,国际管法兰标准主要有两个体系，即以德国,DIN,（包括原苏联）为代表的欧洲管法兰体系和以美国,ANSI,管法兰为代表的美洲管法兰体系。除此之外，还有日本,JIS,管法兰。,标准,HG20592-20635-97,钢制管法兰、垫片、紧固件,中,HG20592-20614,属于欧洲体系，,HG 2061520635-97,属于美洲体系。,HG,管法兰（欧洲体系）的公称压力等级按,DIN,标准，公称压力范围：,0.25,，,0.6,，,1.0,，,1.6,，,2.5,，,4.0,，,6.3,，,10.0,，,16.0,，,25.0MPa,等,10,个压力等级。公称直径范围：,102000mm,。,法兰型式有板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整体、承插焊、螺纹、对焊环松套、平焊环松套、法兰盖、衬里法兰等,10,种。密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等,5,种。,人孔与手孔,压力容器检查孔包括人孔与手孔，开设检查孔的目的是为了检查容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷。对压力容器检查孔的要求见容规不开设检查孔压力容器的条件。,人孔和手孔均巳标准化，可根据设计需要和操作条件直接选用。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、设计温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。,人、手孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性。通常可以根据操作需要、压力、重量大小、安装位置以及开启频繁程度等方面确定人、手孔的类型。具体有以下考虑：（1）工作压力较高时宜选用对焊法兰人、手孔，反之多用平焊法兰人、手孔（2）安装位置较高，检修不便的容器上宜选用回转盖或吊盖型式的人、手孔；（3）若选择吊盖人孔时，当人孔筒节轴线水平安装，应选垂直吊盖人孔；当人孔筒节轴线垂直安装，应选水平吊盖人孔；（4）人、手孔需经常打开时，可选用快开式的人、手孔结构。,开孔与开孔补强,为了使压力容器能正常操作，在筒体和封头上常设置如进、出料口，压力表、温度计等接口及视镜、液面计等附件。为了安全以及维修方便，因此，在容器上开孔是不可避免的，主要是要考虑开孔的位置，大小、连接结构和开孔补强问题。压力容器开孔后，不但削弱器壁强度，而且，在开孔附近形成应力集中。,（1）应力集中系数:容器的开孔集中程度是用应力集中系数K来表征的，“K”的定义是开孔处的最大应力值与开孔时最大薄膜应力之比。开孔接管处的应力集中系数主要受下列因素影响：容器的形状和应力状态由于孔周边的最大应力是随薄膜应力的增加而上升的，圆壳的薄膜应力是球壳的两倍，所以圆筒壳的应力集中系数大于球壳。同理，圆锥壳的集中系数则高于圆筒壳。开孔的形状、大小及接管壁厚开方孔时应力集中系数最大，椭圆孔次之，开圆孔最小。接管轴线与壳体法线不一致时，开孔将变为随圆形而使应力集中系数增大。开孔直径越大，接管壁厚越小，应力集中系数越大，,故减小孔径或增加接管壁厚均可降低应力集中系数。插入式接管的应力集中系数小于平齐接管。,容器开孔接管处应力集中的特点,在实际上生产中，容器壳体开孔后均需焊上接管或凸缘，而接管处的应力集中与壳体开小圆孔时的应力集中并不相同。在操作压力作用下，壳体与开孔接管在连接处各自的位移不相等，而最终的位移却必须协调一致。因此，在连接点处将产生相互约束力和弯矩。故开孔接管处不仅存在孔边集中应力和薄膜应力，还有边缘应力和焊接应力。另外，压力容器的结构形状、承载状态及工作环境等，对接管处的应力集中的影响均较开孔复杂。所以，容器接管处的应力集中较小孔严重得多，应力集中系数可达3-6。但其衰减迅速，具有明显的局部性，不会使壳体引起任何显著变形，故可允许应力峰值超过材料的平均屈服应力。开孔补强的目的的在于使孔边的应力峰值降低至允许值。,容器大开孔与小开孔的区别,不论大开孔还是小开孔，其孔边的应力集中都是存在的。但容器孔边应力集中的理论分析是借助于无限大平板上开小圆孔为基础的。但大开孔时，除有拉（压）应力外，还有很大的弯曲应力，且其应力集中范围超出了开小孔时的局部范围，在较大范围内破坏了壳体的应力状态。因此，小开孔的理论分析就不适用了。当壳体上开孔直径大于GB150中的规定时，其补强结构和计算需作特殊考虑，须提出特殊制造要求。,谢谢各位,