压力容器操作人员培训内容.pdf

压力容器安全技术第一章压力容器基础知识总述 压力容器在工业中应用非常广泛，而且已经深入到千家万 户之中。作为压力容器操作人员，保证压力容器安全运行,是自己应尽的职责。令全国特种设备事故风险分析令为了提高操作人员的理论知识和实际操作水平，本章将详 细讲解压力容器的基本知识。第一节压力容器简介。一、压力。垂直作用在物体表面的力，叫做压力，用F表示。当人们在烂泥路上行走时，两脚常会陷得很深，如果在路 面上铺一块木板，从木板上走，就不会下陷。所以是否会 陷入路面，不仅与路面承受的压力大小有关，而且与受力 面积（S）有关。单位面积上承受的力，叫做压强，用P表示。P=F/S,计量单位“帕斯卡”，简称“帕”，用“Pa”表几种换算关系：lkgf/cm2=0.098MPa0.1MPa从上述分析可知，压力与压强是两个概念不同的物理量,但是在一般工程技术上，人们习惯于将压强称为压力。（一）大气压力概念：地球表面覆盖一层厚厚的大气，受地心的吸引产生重 力，所以地球表面的大气层对地表及其上的物体产生大气 压力，即所谓的大气压。大气压随着高度升高而减小，所以高山上的大气压比海平面 上的小。为了使计算有个基准点，将海平面的大气压 L0331kgf/cm2称做一个标准大气压。相当于O.lMPa。（二）绝对压力、表压力与负压力正压力，当容器内介质压力高于大气压时；负压力，相反。绝对压力，压力容器内的实际压力。令表压力，压力表的读数，容器内介质压力超出大气压力的 部分。令负压力，当容器内的压力低于大气压力是，称负压或真空。绝对压力，表压力与负压力三者关系：P绝=P表+P大气。当表压为负时，P负二P大气-P绝。通常所说的压力均指表压力。二、压力容器的定义。特种设备安全监察条例2009版，第九十九条第（二）款：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的 密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于 O.IMPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5MPa*L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于 标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工 作压力大于或者等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘 积大于或者等于LOMPa*L的气体、液化气体和标准沸点等 于或者低于60 液体的气瓶；氧舱等。三、压力容器的压力源令(1)来自外部，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。令容积型压缩机，通过压缩气体体积，增加气体密度来提高 提起压力。速度型压缩机，通过增加气体流速，使气体的动能转变为 势能来提高压力。蒸汽锅炉，是利用燃烧放出的热量将水加热蒸发而产生水 蒸气的设备。令(2)来自内部，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。四、压力容器界限（一）划分压力容器界限应考虑的因素主要从两个方面，事故发生的可能性与事故危害性的大小。压力容器发生爆炸时，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。盛装液体介质时，由于液体压缩性小，因此爆炸时其膨胀 功，所释放的能量很小，危害性也小。盛装气体介质时，气体的压缩性很大，爆炸时释放的能量巨大，危害性就非常大。（二）我国压力容器的界限范围。主要是指条例中的规定，压力容器定义令五、压力容器在工业生产中的应用令应用非常广泛，特别是石油化工行业，约占压力容器总数 的 50%。除工业外，广泛用于基本建设、医疗卫生、地质勘探、文 体教育等国民经济各部门。第二节压力容器工艺参数令一、压力。压力容器工作时所承受的主要载荷。（一）工作压力也称操作压力，系指容器顶部在正常工艺 操作时的把压力。（）最高工作压力，容器顶部在工艺操作过程中可能产 生的最大表压力。令（三）设计压力，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）介质温度，容器内工作介质的温度，用测温仪表测 目重。令（二）设计温度，容器在正常工作过程中，在相应设计压力下，表面或金属元件可能达到的最高或最低温度。第三节压力容器的分类。一、按压力分类。(1)低压容器：O.IMPawP 1.6MPa;(2)中压容器：1.6MPa WP 10MPa;(3)高压容器：lOMPawP ClOOMPa;(4)超高压容器：lOOMPawP。令二、按壳体承压方式分类内压容器，主要考虑强度指标；外压容器，主要考虑稳定性。三、按设计温度分类令低温容器：tw-20;常温容器：-20 t 450 o令四、从安全技术管理角度分类令（一）固定式容器，固定的安装和使用地点，工艺条件和 使用操作人员也比较固定，一般不单独装设，而是用管道 与其他设备连接的容器。（二）移动式容器，无固定地点，环境经常变化，管理比 较复杂，容易发生事故。如气瓶、汽车槽车等。令五、按在生产工艺过程中的作用原理分类（一）反应容器 令（二）换热容器（三）分离容器（四）储存容器（代号R）（代号E）（代号S）（代号C,其中球罐代号B）六、压力容器安全技术监察规程分类（一）第三类容器（二）第二类容器。（三）第一类容器令令目前在用的压力容器，依然按原来的出厂资料分类；新生产的压力容器，根据其依据的标准来分类。固定式压力容器安全技术监察规程，于2奴&12.01起 jg 楚行,过度期一年，届时所有新生产的容器均按附混级塞 类O第四节压力容器常用的钢材.一、对选用钢材的要求令重点考虑钢材的机械性能、工艺性能和耐腐蚀性。.（一）机械性能.1、强度令2、塑性令3、韧性.（二）工艺性能。（三）耐腐蚀性。二、压力容器常用钢材及使用范围。（一）碳素钢（）普通低合金钢。（三）特殊条件下使用的容器用钢第五节 压力容器的应力及其影响.一、各种载荷所产生的应力（一）由压力而产生（二）由重力而产生令（三）由温度而引起（四）由风载荷引起（五）其他如地震、容器周围较大的附件等令二、应力对容器安全的影响第二章压力容器结构本章主要介绍钢制压力容器基本结构的相 关知识。包括基本构成、圆筒结构、封头、法兰连接结构、密封结构、支座这六个方 面O第一节压力容器的基本构成一、壳体壳体是压力容器最主要的组成部分，是储存物料或完成化 学反应所需的压力空间，其形状有圆筒形、球形、锥形和 组合形等，最常用的是前两种。令（一）圆筒形壳体特点：轴对称，圆筒体是一个平滑的曲面，应力分布比较 均匀，承载能力较高，且易于制造，便于内件的设置和拆 装，因而应用广泛。1、筒体：筒体直径较小可以用无缝钢管（v500mm）;较大时用钢版卷焊。a%吃芭一与耳体、焊接连接而不可拆却的“封头，与同体以法兰等连接而可拆的，称为令（二）球形壳体 令容器壳体呈球形，又称球罐。特点：中心对称，受力均匀；在相同的壁厚条件下，球形 壳体的承载能力最高，即在同样的内压下，球形壳体所需 要的壁厚最薄，仅为同直径、同材料圆筒形壳体壁厚的 1/2（不计腐蚀裕量）；在相同容积条件下，球形壳体的 表面积最小。经济性：壳壁薄和表面积小，制造时可以节省钢材，比如 容积相同时，球形容器要比要比圆筒形节省30%40%的 钢材。此外，表面积小，对于用做需要与周围环境隔热的 容器，还可以节省隔热材料和减少热传导。不足：制造比较困难，工时成本高，往往采用冷压或热压 成型；用于反应、传质或传热容器时，既不便于在内部安 装工艺内件，也不便于内部互相作用的介质潜樨 口令 一、连接件。一般是法兰连接，法兰通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使 垫片压紧而保证密封。用于管道连接和密封的法兰称管法兰；用于容器端盖和筒 体连接和密封的称容器法兰。容器法兰按结构分为整体式、活套式和任意式三种。详见第四节。令三、密封元件定义：可拆连接结构的容器中起密封作用的元件。材料：非金属密封元件，如石棉橡胶板、橡胶。形环、塑 料垫、尼龙垫等；金属密封元件，如紫铜垫、不锈钢垫、铝垫等；组合密封元件，如铁皮包石棉垫、钢丝缠绕石棉 垫等。详见第五节。四、接管、开孔及其补强结构（一）接管令压力容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连 接的附件。形式：螺纹短管式、法兰短管式与平法兰式。螺纹短管式：一段带有内螺纹或外螺纹的短管，插入并焊 接在容器的器壁上，螺纹用来与外部件连接。主要用于连 接测量仪表，直径较小。法兰短管：一端焊有管法兰，一端插入并焊接在容器器壁 上，短管长度一般不小于100mm。当外面有保温时，短 管要求更长。多用于直径稍大的接管。平法兰式接管:式。直接焊接在容器开孔上的一个管法兰。有内螺纹的不穿透孔。令（二）开孔令用途：为了便于检查、清理容器的内部，装卸、修理工艺内件 及满足工艺的需要，一般开设手孔和人孔。令手孔的大小要使人的手能自由通过，并考虑手上还可能握有装 卸工具和供安装的零件。一般手孔直径不小于150mm。令 人孔的大小应能使人钻入，一般内径大于等于1000mm的容器,不能利用其他可拆装置进行内部检验和清洗时。椭圆孔优点：容器壁上的开孔面积可以小一些，而且其短径可 以放在容器的轴向，这样就减小开孔对容器强度的削。内闭式：孔盖放在孔壁里面，用两个螺栓（手孔一个）把压马 紧压在孔外放置并支承在孔边的横杆上。安装虽然比较困难，但是密封性能很好，容器内介质的压力可以帮助压紧孔盖，有自紧密封效果。所以多用在高温或有毒气体容器2外闭式：一般是一个带法兰的短管和一个平板型盖/需零%未折边的球形盖，用螺栓固定。开启次数多的用钦颜图整（三）开孔补强结构开孔减小容器壁的受力面积，同时造成不连续而产生应力 集中，对容器安全运行极为不利。所以要开孔补强。令整体补强，增加容器整体壁厚，显然不合理；一般采用局 部补强的方法。1、补强圈补强结构，在开孔边缘焊接一个加强圈，经过 计算，达到要求。令2、厚壁短管补强结构，将开孔连接的短管加厚，适用于 开孔尺寸较小的容器。3、整体锻造补强结构，先把开孔与部分球壳锻造成一个整体，再车制成形后与壳体进行焊接。.五、支座。支承与固定压力容器，见第六节。第二节筒体结构令一、整体式筒体令（一）单层卷焊式筒体令优点：1、结构成熟，使用经验丰富，理论较完善；2、制 造工艺成熟，工艺流程较简单，材料利用率高；3、便于 热处理，提高材料性能；4、开孔、结构及内件装设容易 处理；5、零件少，生产管理方便；6、使用温度无限制。令缺点：1、壁厚受限制；2、规格相同的产品，单层卷焊所 用钢板厚度最大，性能差异大，产生脆性破坏的危险性大;3、壁厚方向应力分布不均，材料利用不够合（二）整体锻造式筒体令在钢坯上采用钻孔或热冲孔方法先开一个孔，加热后在孔 中穿一心轴，然后在锻压机上进行锻压成形，最后经过切 削加工制成。用于超高压场合，质量好、使用温度无限制等优点。令需要大型设备，材料利用率低，结构上存在与单层卷焊相 同的缺点。一般只用在内径为300500mm的小型容器上。令（三）锻焊式筒体在整体锻造的基础上，将若干筒体与端部法兰组焊而成。只有环缝，没有纵缝。（四）铸-锻-焊式筒体令随着铸造、锻造技术提高和焊接工艺的发展而出现的一种 新型筒体。（五）电渣重熔筒体。近年发展起来的一种制造过程高度机械化、自动化的筒体 结构型式。无需大型工装设备，工时少，造价低，器壁内各部分材质 比较均匀，无夹渣与分层等缺陷。是一种很有前途的制造高压容器的工艺。.二、组合式筒体。（一）多层板式筒体结构优点：1、可以通过制造工艺过程在层板间产生预应力，使壳壁 上的应力沿壁厚分布比较均匀，壳体材料可以得到较充分的利 用，所以壁厚可以稍薄；2、当容器的介质具有腐蚀性时，可以 采用耐腐蚀的合金钢作内筒，而用碳钢或低合金钢作层板，能 充分发挥不同材料的长处，节省贵重金属；3、当壳壁材料中存 在裂纹等严重缺陷时，缺陷一般不易扩展到其他各层；4、由于 使用薄板，具有较好的抗裂性能，所以脆性破坏的可能性较小；5、是在制造上不需要大型锻压设备。缺点：多层板厚壁筒体与锻制的端部法兰或封头的链接焊缝，常因两连接件的热传导情况差别较大而产生焊接缺陷，有时还 会因此而发生脆断。1、多层包扎式筒体令2、多层热套式筒体 令3、多层绕板式筒体4、螺旋包扎筒体令（二）绕制式筒体结构81、型槽绕带式筒体令2、扁平钢带式筒体年二下封一、凸形封头（一）半球形封头令（二）碟形封头令（三）椭圆形封头（四）无折边球形封头.二、锥形封头.1、无折边锥形封头 令2、折边锥形封头第四节法兰连接结构一、法兰的连接与密封作用原理令 法兰实际上就是套在管道和容器端部的圆环，上面开有若 干螺栓孔，一对相组配的法兰之间装有垫片，用螺栓连接 在一起，通过拧紧螺栓来连接一对法兰，并压紧垫片，使 垫片表面产生塑性变形，从而阻塞了容器内介质向外流的 通道，起到密封作用。二、法兰与筒体的连接型式。（一）整体法兰定义：法兰与法兰颈部为一整体或法兰与容器的连接可视 为相当于整板结构的法兰。平焊法兰：将法兰环套在筒体外面，用填角焊与筒体连接 的法兰。因其结构简单、制造容器而广泛使用。令对焊法兰：通过锥颈与筒体对焊连接的法兰。因根部带有 较厚的锥颈圈，不仅刚性较好，不易变形，而且法兰环通 过锥颈与筒体对接，局部应力比较平焊法兰大大降低，而 强度增加。制造困难，仅用中压容器上。（二）活套法兰定义：法兰环套在筒体外面但不与筒壁固定成整体的法兰。（三）任意式法兰、将法兰环开好坡口并先镶在筒体上，然后再奉 兰。只用在直径较小的低压容器上。令三、法兰密封面及垫片（一）法兰密封面令平面型：只有一个光滑的平面，为改善密封性能，常在密封面 上车制出几道宽约1mm、深约0.5mm的同心圆沟槽。这种密封 面结构简单，容易加工，但安装时垫片不易装正，紧螺栓时也 易挤出，一般用于低压、无毒介质的容器上。.凹凸型：法兰的密封面分布为凹凸面，且凸面高度略大于凹面 深度。安装时吧垫片放在凹面上，因此容易装正，且紧螺栓时 也不会挤出。其密封性能好，用于中压容器。令 桦槽型：在一对法兰的密封面上，将其中一个加工出一圈宽度 较小的桦头，将另一个加工出于桦头相配合的桦槽，安装时垫 片放在桦槽内。这种密封面因垫片被固定在梯槽内，不可能向 两边挤出，所以密封性能更好。且垫片比较窄，减轻了压紧螺 栓的负荷。但这种密封面结构复杂，加工困难，且更换垫片比较费事，桦头也容易损坏。所以，一省 作介质或工作压力较高的中压容器上。的较多，所以又称氨气密封。自紧式密封：将密封面和垫片加工成特殊形状，承受内压 后，垫片会自动紧压在密封面上，确保密封效果。这种密 封的接触面积小，垫片在内压作用下有自紧能力，密封性 能好，减少了螺栓的紧力，也减少了螺栓和法兰的尺寸。适用于高压及压力、温度经常波动的容器上。令（二）垫片令 法兰密封面即使经过精密的加工，法兰面之间也会存在微 小的间隙，而成为泄漏的通道。垫片的作用就是在螺栓的 栓紧力作用下产生塑性变形，以填充法兰密封面之间存在 的微小间隙，堵塞介质泄漏通道，从而达到密封的目的。令令四、法兰连接的紧固型式螺栓紧固：结构简单、安全可靠，法兰通常都广泛采用这 种紧固型式，但也存在拆装费时的弱点。所以，这种紧固 型式只用于一些不经常拆卸的法兰连接。带较链的螺栓紧固：用在容器端盖需常开启的，法兰上螺 孔开有缺口，用这种紧固型式拆卸时不用从螺栓上卸下螺 母，只要拧松后螺栓就可绕较链轴从法兰边翻转下来。快开式：一种不用螺栓紧固的法兰连接结构，用于端盖开 启频繁的容器。这种紧固型式具有一对形式比较特殊的法 兰，与容器筒体连接的法兰较厚，中间有一天环形槽，槽 外端部圈环内侧开有若干个齿形缺口；焊在端盖上的法兰 较薄，其厚度略小于筒体法兰上环形槽的宽度，其外径略 小于环形槽的内径。法兰外侧开有齿形缺口，节距与筒形 法兰上齿形缺口节距相同。装配时把端盖法当娜3对齐4 筒体法兰上的齿，并放入环形槽内，然后转奇潞盖蜀 槽齿的距离，使两者的齿相对齐，两个法兰鼻第五节密封结构。一、密封结构分类令密封结构的型式越来越多，按照其密封机理的不同，密封 结构可分为强制密封和自紧密封。前者是通过紧固端盖与 筒体端部的螺栓等连接件强制将密封面压紧来达到密封的 目的；后者是利用容器内介质的压力是密封面产生压紧力 来达到密封目的。令二、几种常用的密封结构（一）平垫密封。（二）卡扎里密封（三）双锥密封（四）伍德密封令（五）。形圈密封弟六下座支一、立式容器支座令（一）悬挂式支座令（二）支承式支座（三）裙式支座二、卧式容器支座。（一）鞍式支座令（）圈座（三）支承式支座。三、球形容器支座 令（一）赤道正切柱式支承。（二）其他类型的支座