安全設(shè)備工程復(fù)習(xí)重點(diǎn).doc

安全設(shè)備工程復(fù)習(xí)重點(diǎn)第一章 鍋爐基礎(chǔ)知識(shí)一、鍋爐的基本概念1、鍋爐的中心任務(wù)就是把燃料中的化學(xué)能最有效地轉(zhuǎn)化成為蒸汽或熱水的熱能。2、特種設(shè)備安全監(jiān)察條例中對(duì)鍋爐的限制性定義在特種設(shè)備安全監(jiān)察條例中給出了限制性定義：“鍋爐，是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并承載一定壓力的密閉裝備，其范圍規(guī)定為容積大于或者等于30L的承壓蒸汽鍋爐、出口水壓大于或者等于0.1MPa（表壓），且額定功率大于或者等0.1MW的承壓熱水鍋爐、有機(jī)熱載體鍋爐。3、火管鍋爐和水管鍋爐的特點(diǎn)燃燒后的煙氣在管中流動(dòng)，叫做鍋殼鍋爐，又叫火管鍋爐。與火管鍋爐相似，水筒的數(shù)目不斷增加，發(fā)展成很多小直徑的水管，水在管中流動(dòng)，所以稱(chēng)為水管鍋爐。兩大鍋爐的特點(diǎn)：（1）火管式鍋爐這類(lèi)鍋爐的爐膛十分矮小，爐膛四周又被稱(chēng)作為輻射受熱面的筒體包圍，所以爐內(nèi)溫度低，燃燒條件差，難于燃用低質(zhì)煤。而且，煙氣縱向沖刷壁面，傳熱效果也較差，排煙溫度高，熱效率低。此外，鍋筒直徑大，既不宜提高汽壓，又增加了鋼的消耗量，蒸發(fā)量也受到了限制。對(duì)于煙管鍋爐，還存在結(jié)構(gòu)剛度大，煙管排列緊密使清洗水垢困難和煙道內(nèi)部易于堵灰等缺點(diǎn)。但因它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水和蒸汽容量大，對(duì)負(fù)荷變動(dòng)適應(yīng)性好，水質(zhì)要求低，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，有些結(jié)構(gòu)至今仍被用于一些小型工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸及生活取暖用汽。（2）水管鍋爐水管鍋爐可分為橫水管和豎水管兩種類(lèi)型。早期出現(xiàn)的是整聯(lián)箱橫水管鍋爐，由于整聯(lián)箱太大，強(qiáng)度不夠，于是改為分聯(lián)箱。分聯(lián)箱由初期的方形逐漸改為波浪形，使聯(lián)箱更有彈性。為了便于更換水管和清除水垢，聯(lián)箱上針對(duì)每根水管開(kāi)有手孔，因而制造加工量大，金屬耗量高，此外，橫水管管系的水循環(huán)不夠可靠，易出現(xiàn)故障，因此橫水管鍋爐現(xiàn)已不再生產(chǎn)。彎水管與直水管相比，不僅富有彈性而且布置方便，鍋爐的制造也大大簡(jiǎn)化。最初為了增加受熱面，采用許多個(gè)鍋筒作成鍋筒彎水管鍋爐。此后，由于傳熱學(xué)的發(fā)展，鍋爐向著減少對(duì)流受熱面，增加輻射受熱面的方向發(fā)展，于是鍋筒數(shù)目逐漸減少，演變成雙鍋筒和單鍋筒鍋爐，以至發(fā)展到現(xiàn)代的無(wú)鍋筒鍋爐直流鍋爐。二、鍋爐的分類(lèi)及參數(shù)系列1、鍋爐的分類(lèi)（1）按結(jié)構(gòu)分：火管鍋爐、水管鍋爐和水火管鍋爐（2）按用途分：電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、機(jī)車(chē)鍋爐、船舶鍋爐（3）按按燃燒方式分：層燃爐、沸騰爐、室燃爐（4）按壓力分：低壓（P2.5）、中壓（2.5P5.9）、高壓（9.8P13.7）、超高壓（9.8P13.7）、亞臨界（13.7P16.7）、超臨界（P22）單位：Mpa（5）按容量分：小型（V20t/h）、中型（20100t/h）、大型（V100t/h）2、鍋爐的參數(shù)額定蒸汽壓力、額定熱功率、工作壓力、額定蒸發(fā)量、介質(zhì)出口溫度 額定蒸汽壓力（相對(duì)蒸汽鍋爐而言）指鍋爐在額定運(yùn)行工況下，其出口處的蒸汽壓力。 額定熱功率（相對(duì)熱水鍋爐和有機(jī)熱載體鍋爐而言）指鍋爐在額定運(yùn)行工況下，在單位時(shí)間內(nèi)輸出的熱量。 工作壓力指鍋爐、鍋爐受壓元件出口處的運(yùn)行壓力。一般情況下，鍋爐的工作壓力不超過(guò)額定壓力。 額定蒸發(fā)量指蒸汽鍋爐在額定運(yùn)行工況下，單位時(shí)間內(nèi)能產(chǎn)生額定壓力蒸汽的能力。 介質(zhì)出口溫度指鍋爐在額定運(yùn)行工況下，鍋爐出口處的介質(zhì)溫度。 燃燒種類(lèi)：一般有煤、油、氣。 熱效率：是考察鍋爐的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，表示的是鍋爐所產(chǎn)生的熱量與燃料所儲(chǔ)存的熱量的比值關(guān)系。3、工業(yè)鍋爐型號(hào)表示方法三、工業(yè)鍋爐的特性1、蒸汽量：指蒸汽鍋爐每小時(shí)所生產(chǎn)的額定蒸氣量，用以表征鍋爐容量的大小。蒸汽量常用符號(hào)D來(lái)表示，單位是t/h（噸/小時(shí)），工業(yè)鍋爐蒸汽量一般從0.1 t/h到65 t/h。采暖用熱水鍋爐則用額定產(chǎn)熱量來(lái)表征容量大小，常用符號(hào)Q來(lái)表示，單位是KJ/h。2、受熱面蒸發(fā)率、受熱面發(fā)熱率鍋爐受熱面是指汽鍋和附加受熱面等與煙氣接觸的金屬表面積，即煙氣與水進(jìn)行熱交換的表面積。每平方米受熱面每小時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽量，就叫做鍋爐受熱面的蒸發(fā)率，用D/H表示。熱水鍋爐則采用受熱面發(fā)熱率這個(gè)指標(biāo)，即每平方米受熱面每小時(shí)能生產(chǎn)的熱量，用符號(hào)Q/H表示，單位kJ/(m2h)四、鍋爐的主要部件及工作原理1、鍋爐的本體設(shè)備主要包括汽鍋、爐子、蒸汽換熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器。（1）省煤器：是利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱鍋爐給水的設(shè)備。（2）鍋筒（主要作用）鍋筒的主要作用是：鍋筒與下降管，水冷壁管連接，組成自然循環(huán)回路，同時(shí)鍋筒又接受省煤器的給水，還向過(guò)熱器輸出飽和蒸汽。容納一定量的水，具有儲(chǔ)熱能力，可相對(duì)穩(wěn)定水位，在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，可以減緩汽壓的變化。具有一定的蒸汽空間，進(jìn)行汽水分離，在汽水系統(tǒng)中是汽液兩相的分接口。（3）水冷壁：主要是用水冷壁管吸收高溫?zé)煔獾拇罅枯椛?。?）蒸汽過(guò)熱器：作用是將飽和蒸汽加熱成具有一定溫度的過(guò)熱蒸汽。（5）空氣預(yù)熱器：利用鍋爐尾部低溫?zé)煔獾臒崃縼?lái)加熱燃燒所需的空氣，從而降低了排煙溫度，減少了排煙熱損失 ；提高進(jìn)入爐內(nèi)空氣的溫度，改善爐內(nèi)的燃燒條件，降低氣體和固體不完全燃燒熱損失，并且提高理論燃燒溫度，增強(qiáng)傳熱效果，相應(yīng)地提高了鍋爐受熱面的蒸發(fā)率。2、 鍋爐的基本工作原理（1）燃燒過(guò)程首先，煤由皮帶運(yùn)輸機(jī)（12）送入煤倉(cāng)（2），并在煤倉(cāng)中下漏到鏈條爐排（14）上，煤倉(cāng)下方有刮煤板使煤層在爐排上分布均勻，爐排借助電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速齒輪減速箱后由鏈輪帶動(dòng) ，隨著鏈條爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)，煤被送入到爐膛中，煤一面燃燒一面向后移動(dòng) ，燃燒需要的空氣首先由送風(fēng)機(jī)（8）送入到空氣預(yù)熱器（6），空氣被預(yù)熱后送入爐排（14）下面的風(fēng)倉(cāng)，向上穿過(guò)爐排達(dá)到燃料層，進(jìn)行燃燒反應(yīng)后形成高溫?zé)煔?，燃料最后燃盡為灰渣，在爐排末斷被除渣板（俗稱(chēng)老鷹鐵）鏟起，落入灰車(chē)（15）定期拉出，我們稱(chēng)這個(gè)過(guò)程為燃燒過(guò)程。（2）煙氣向工質(zhì)的傳熱過(guò)程由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高， 在爐膛的四周墻面上都布置有水管，俗稱(chēng)水冷壁。 高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱， 將熱量傳遞給管內(nèi)的水。隨后，高溫?zé)煔庠谒惋L(fēng)機(jī)（8）和引風(fēng)機(jī)（10）的作用下， 向爐膛上方流動(dòng)，首先流過(guò)蒸汽過(guò)熱器（18） 使鍋爐 （1）中產(chǎn)生的飽和蒸汽在蒸汽過(guò)熱器中受煙氣加熱而形成過(guò)熱蒸汽。然后， 煙氣流經(jīng)上、下鍋筒（3、4）間的對(duì)流管束（5）。在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“S”形曲折地橫向沖刷管束， 再次以對(duì)流換熱的方式將熱量傳遞給管束內(nèi)的水， 煙氣在流動(dòng)換熱中溫度不斷降低并進(jìn)入尾部煙道，與省煤器（7）和空氣預(yù)熱器（6）中的工質(zhì)進(jìn)行熱交換。最后煙氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器（9），從煙氣中分離出的煙灰落入灰車(chē)（15）中，較清潔的煙氣通過(guò)通風(fēng)機(jī)（10）和煙囪（11）排入大氣，我們把這個(gè)過(guò)程叫做煙氣向工質(zhì)的傳熱過(guò)程。（3）水的受熱和汽化過(guò)程鍋爐給水經(jīng)過(guò)給水泵（16），由給水管道送至省煤器（7）中，在其中被煙氣加熱到一定溫度后，送入鍋筒（3）。鍋爐工作時(shí)，鍋筒中的工質(zhì)是處于飽和狀態(tài)下的汽水混合物。位于溫度較低區(qū)段的對(duì)流管束，因受熱較弱，汽水工質(zhì)的密度較大，而位于煙氣高問(wèn)區(qū)段的水冷壁和對(duì)流管束，因受熱較強(qiáng)，相應(yīng)地工質(zhì)密度較小，從而密度較大的工質(zhì)則向下流入下鍋筒，而密度較小的工質(zhì)向上流入上鍋筒，形成了鍋水的自然循環(huán)。此外，為了組織水循環(huán)和進(jìn)行輸導(dǎo)分配的需要，一般在爐墻外還設(shè)置有不受熱的下降管，供以將工質(zhì)引入水冷壁的下集箱，而通過(guò)上集箱上的汽水引出管將汽水混合物引入上鍋筒（3）。進(jìn)入鍋筒的汽水混合物，借助于裝設(shè)在上鍋筒內(nèi)的汽水分離設(shè)備，將蒸汽和水分開(kāi)，蒸汽從鍋筒頂部引出進(jìn)入蒸汽過(guò)熱器（18），被加熱成過(guò)熱蒸汽并供給用戶(hù)。分離出的水與新補(bǔ)充的水一起繼續(xù)參與循環(huán)。我們稱(chēng)這個(gè)過(guò)程叫做水的受熱和汽化過(guò)程。三個(gè)過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的，其中任何環(huán)節(jié)不能正常運(yùn)行都會(huì)影響到鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。五、鍋爐水循環(huán)及汽水分離1、自然水循環(huán)（1）概念和作用鍋爐水循環(huán)指水和汽水混合物在鍋爐蒸發(fā)受熱面中的循環(huán)流動(dòng)，分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩種。依靠水和汽水混合物的密度差維持的循環(huán)叫自然循環(huán)（無(wú)確定的循環(huán)回路，在鍋殼水空間內(nèi)進(jìn)行）；依靠回路中水泵的壓頭維持的循環(huán)叫強(qiáng)制循環(huán)。作用：正常的水循環(huán)可以保證鍋蒸發(fā)受熱面的可靠冷卻，是鍋爐安全運(yùn)行基本條件之一。（2）自然循環(huán)的影響因素1）鍋爐工作壓力 ；2）循環(huán)回路高度；3）上升管受熱強(qiáng)弱；4）下降管是否含汽及含汽多少；5）循環(huán)回路的阻力特性。（3）循環(huán)倍率和循環(huán)流速循環(huán)流速：水循環(huán)回路中上升管處水的流速（大于0.2m/s即可維持水循環(huán)的安全進(jìn)行）。循環(huán)倍率：上升管入口水流量與上升管出口蒸汽量的比值。K=G/D2、水循環(huán)常見(jiàn)故障停滯：進(jìn)入上升管的水量等于上升管產(chǎn)生的蒸汽量，循環(huán)倍率K=1。倒流：在并聯(lián)上升管系統(tǒng)內(nèi)受熱弱的上升管中，工質(zhì)由上升流動(dòng)變成了下降流動(dòng)。汽水分層：當(dāng)上升管水平布置或與水平面夾角過(guò)小時(shí)，如果管中工質(zhì)流速過(guò)低，就會(huì)出現(xiàn)汽水分層現(xiàn)象，蒸汽在管子上部流動(dòng)，水在管子下部流動(dòng)，汽水兩相間有時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的分界面。3、汽水分離及分離裝置在水循環(huán)中，進(jìn)入上鍋筒的汽水混合物經(jīng)過(guò)汽水分離才能相互分開(kāi)。減少蒸汽帶水的一些簡(jiǎn)單鍋內(nèi)裝置：水下孔板、集汽管、蒸汽出口孔板（抽氣孔板）、進(jìn)口擋板、離心式分離器。汽水分離裝置的使用條件：1）在鍋爐不帶過(guò)熱器并且對(duì)蒸汽品質(zhì)要求不高時(shí)，只用集汽管；2）當(dāng)大部或全部蒸發(fā)受熱面引入鍋筒水空間，管子布置不均勻，同時(shí)對(duì)蒸汽濕度要求不高時(shí)，可采用集汽管加水下孔板；3）當(dāng)水冷壁管引入鍋筒蒸汽空間，對(duì)蒸汽濕度要求不高時(shí)，可用進(jìn)口擋板加蒸汽出口孔板；4）當(dāng)鍋爐的蒸發(fā)量稍大，蒸發(fā)受熱面管大部分引入鍋筒水空間，且要求蒸汽濕度較小時(shí)，用水下孔板加蒸汽出口孔板；第二章 鍋爐安全運(yùn)行及管理一、點(diǎn)火前的檢查和準(zhǔn)備1、程序鍋爐檢查上水烘爐煮鍋?zhàn)⒁猓褐鬆t時(shí)，一般是在鍋水中加入堿性藥劑二、鍋爐運(yùn)行1、點(diǎn)火升壓（安全注意事項(xiàng)）（1）防止?fàn)t膛爆炸（點(diǎn)火前，開(kāi)動(dòng)引風(fēng)機(jī)給鍋爐通風(fēng)510min）（2）控制升溫升壓速度（3）嚴(yán)密監(jiān)視和調(diào)整指示儀表（4）保證強(qiáng)制流動(dòng)受熱面的可靠冷卻2、鍋爐正常運(yùn)行中的監(jiān)督調(diào)節(jié) （調(diào)節(jié)的參數(shù)）水位、汽壓、汽溫、燃燒、排污和吹灰三、停爐及保養(yǎng)維護(hù)1、正常停爐的操作步驟正常停爐是預(yù)先計(jì)劃內(nèi)的停爐。停爐中應(yīng)注意的主要問(wèn)題是防止降壓降溫過(guò)快，以避免鍋爐部件因降溫收縮不均勻而產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力。停爐操作應(yīng)按規(guī)程規(guī)定的次序進(jìn)行。大體上說(shuō)，鍋爐正常停爐的次序應(yīng)該是先停燃料供應(yīng)，隨之停止送風(fēng)，減少引風(fēng)；與此同時(shí)，逐漸降低鍋爐負(fù)荷，相應(yīng)地減少鍋爐上水，但應(yīng)維持鍋爐水位稍高于正常水位。對(duì)于燃?xì)?、燃油鍋爐，爐膛?；鸷?，引風(fēng)機(jī)至少要繼續(xù)引風(fēng)5min以上。鍋爐停止供汽后，應(yīng)隔斷與蒸汽母管的連接，排汽降壓。為保護(hù)過(guò)熱器，防止其金屬超溫，可打開(kāi)過(guò)熱器出口集箱疏水閥適當(dāng)放汽。降壓過(guò)程中司爐人員應(yīng)連續(xù)監(jiān)視鍋爐，待鍋內(nèi)無(wú)汽壓時(shí)，開(kāi)啟空氣閥，以免鍋內(nèi)因降溫形成真空。停爐時(shí)，應(yīng)打開(kāi)省煤器旁通煙道，關(guān)閉省煤器煙道擋板，但鍋爐進(jìn)水仍需經(jīng)省煤器。對(duì)鋼管省煤器，鍋爐停止進(jìn)水后，應(yīng)開(kāi)啟省煤器再循環(huán)管；對(duì)無(wú)旁通煙道的可分式省煤器，應(yīng)密切監(jiān)視其出口水溫，并連續(xù)經(jīng)省煤器上水、放水至水箱中，使省煤器出口水溫低于鍋筒壓力下飽和溫度20。為防止鍋爐降溫過(guò)快，在正常停爐的46h內(nèi)，應(yīng)緊閉爐門(mén)和煙道擋板。之后打開(kāi)煙道擋板，緩慢加強(qiáng)通風(fēng)，適當(dāng)放水。停爐1824h，在鍋水溫度降至70以下時(shí)，方可全部放水。2、需緊急停爐的情況鍋爐遇有下列情況之一者，應(yīng)緊急停爐：（1）鍋爐水位低于水位表的下部可見(jiàn)邊緣；（2）不斷加大向鍋爐進(jìn)水及采取其他措施，但水位仍繼續(xù)下降；（3）鍋爐水位超過(guò)最高可見(jiàn)水位（滿(mǎn)水），經(jīng)放水仍不能見(jiàn)到水位；（4）給水泵全部失效或給水系統(tǒng)故障，不能向鍋爐進(jìn)水；（5）水位表或安全閥全部失效；（6）設(shè)置在汽空間的壓力表全部失效；（7）鍋爐元件損壞危及運(yùn)行人員安全；（8）燃燒設(shè)備損壞，爐墻倒塌或鍋爐構(gòu)件被燒紅等，嚴(yán)重威脅鍋爐安全運(yùn)行；（9）其他異常情況危及鍋爐安全運(yùn)行。3、鍋爐保養(yǎng)維護(hù)的方法（1）壓力保養(yǎng)；（2）濕法保養(yǎng)；（3）干法保養(yǎng)；（4）充氣保養(yǎng)。第三章 鍋爐事故與處理及其預(yù)防一、因鍋爐水位不正常引起的事故1、缺水事故（1）缺水的定義：當(dāng)鍋爐水位低于水位表最低安全水位刻度線時(shí)，即形成了鍋爐缺水事故。（2）鍋爐缺水的現(xiàn)象： 水位表內(nèi)往往看不到水位，表內(nèi)發(fā)白發(fā)亮； 雖有水位，但水位不波動(dòng)，形成假水位； 低水位警報(bào)器動(dòng)作并發(fā)出警報(bào)； 過(guò)熱蒸汽溫度升高； 給水流量不正常地小于蒸汽流量。 嚴(yán)重時(shí)，可嗅到焦味。（3）處理辦法：先校對(duì)各水位表所指示的水位，正確判斷是否缺水。 如果水位表中看不到水位，應(yīng)該立即采用“叫水法”。叫水后能見(jiàn)到水在水位表內(nèi)出現(xiàn)時(shí)，說(shuō)明是輕微缺水，可以謹(jǐn)慎地向鍋爐內(nèi)給水，使之逐步恢復(fù)正常水位。 如果采用叫水法，仍然不能見(jiàn)到水位出現(xiàn)時(shí)，或最低安全水位警報(bào)響過(guò)后仍未進(jìn)水，則是嚴(yán)重缺水。此時(shí)應(yīng)采用緊急停爐措施，嚴(yán)禁向鍋爐給水。 叫水法的程序是：先開(kāi)水位表的吹洗旋塞，關(guān)閉通氣旋塞，然后慢慢關(guān)閉吹洗水旋塞，觀察水位表是否有水位出現(xiàn)。 2、滿(mǎn)水事故（1）滿(mǎn)水的定義：鍋爐水位高于水位表最高安全水位刻度線的現(xiàn)象，稱(chēng)為鍋爐滿(mǎn)水。（2）鍋爐滿(mǎn)水的現(xiàn)象：鍋爐滿(mǎn)水時(shí)，水位表內(nèi)也往往看不到水位，但表內(nèi)發(fā)暗，這是滿(mǎn)水與缺水的重要區(qū)別。滿(mǎn)水發(fā)生后，高水位報(bào)警器動(dòng)作并發(fā)出警報(bào)，過(guò)熱蒸汽溫度降低，給水流量不正常地大于蒸汽流量。嚴(yán)重滿(mǎn)水時(shí)，鍋水可進(jìn)入蒸汽管道和過(guò)熱器，造成水擊及過(guò)熱器結(jié)垢。因而滿(mǎn)水的主要危害是降低蒸汽品質(zhì)，損害以致破壞過(guò)熱器。（3）處理辦法先沖洗并校對(duì)各水位表的水位，以確定水位指示的真實(shí)性。如果尚能看到水位，說(shuō)明是輕微滿(mǎn)水；如果看不到水位，則應(yīng)當(dāng)用叫水法，判斷是輕微滿(mǎn)水還是嚴(yán)重滿(mǎn)水。滿(mǎn)水叫水的做法是： 先按一般順序，把水位表沖洗一次； 沖洗完畢后，即把水位表水管上的旋塞關(guān)閉； 開(kāi)啟吹洗旋塞?？吹接兴粡牟ＡЧ艿纳线呄陆?，則可斷定是輕微滿(mǎn)水，如果看不到有水位下降而整根玻璃管只見(jiàn)水向下流，則可斷定是嚴(yán)重滿(mǎn)水。二、汽水共騰1、汽水共騰的現(xiàn)象鍋爐蒸發(fā)表面（水面）汽水共同升起，產(chǎn)生大量泡沫并上下波動(dòng)翻騰的現(xiàn)象，叫汽水共騰。汽水共騰與滿(mǎn)水一樣，會(huì)使蒸汽帶水，降低蒸汽品質(zhì)，造成過(guò)熱器結(jié)垢及水擊振動(dòng)，損壞過(guò)熱器或影響用汽設(shè)備的安全運(yùn)行。發(fā)生汽水共騰的現(xiàn)象： 水位表內(nèi)也出現(xiàn)泡沫，水位急劇波動(dòng)，汽水界線難以分清； 過(guò)熱蒸汽溫度急劇下降； 鍋水中含鹽量過(guò)高； 嚴(yán)重時(shí)，蒸汽管道內(nèi)發(fā)生水沖擊。2、汽水共騰的原因（1）鍋水品質(zhì)太差（2）負(fù)荷增加和壓力降低過(guò)快。第四章 壓力容器基礎(chǔ)知識(shí)一、壓力容器概述1、定義壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，實(shí)行安全監(jiān)察的管轄范圍即壓力容器可以定義為：工作介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（指在一個(gè)大氣壓下的沸點(diǎn)）的液體；最高工作壓力0.1Mpa（不包括液體靜壓力）；內(nèi)直徑（非圓形截面指斷面最大尺寸）Di0.15m，且容積V0.025m3。2、壓力容器的用途（1）反應(yīng)容器：反應(yīng)器、聚合釜、合成塔（2）貯存容器：壓縮氣體或液化氣體貯罐、壓力緩沖器（3）換熱容器：消毒器、水洗塔、冷卻塔、板式換熱器（4）分離容器：分離器、吸收塔、洗滌器、過(guò)濾器等3、壓力容器的工藝參數(shù)（1）壓力：（設(shè)計(jì)壓力最高工作壓力工作壓力計(jì)算壓力）工作壓力：也稱(chēng)操作壓力，指容器在正常工藝操作時(shí)的壓力。最高工作壓力：指容器在工藝操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大表壓力設(shè)計(jì)壓力：指設(shè)計(jì)的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷，其值不低于最高工作壓力。計(jì)算壓力：指在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力。（2）溫度（金屬溫度、設(shè)計(jì)溫度、試驗(yàn)溫度）（3）幾何尺寸直徑：指其內(nèi)徑，單位用mm表示。厚度(計(jì)算厚度有效厚度設(shè)計(jì)厚度最小厚度名義厚度 計(jì)算厚度：指容器受壓元件為滿(mǎn)足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求，按相應(yīng)公式計(jì)算得到的不包括厚度附加量的厚度。設(shè)計(jì)厚度：指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。名義厚度：指標(biāo)注在圖樣上的厚度。最小厚度：設(shè)計(jì)容器受壓元件時(shí)所必須考慮的附加進(jìn)取度，包括鋼板厚度附加量的厚度。有效厚度：名義厚度減去厚度附加量（腐蝕裕量與鋼材厚度負(fù)偏差之和）二、壓力容器分類(lèi)與結(jié)構(gòu)1、按工作壓力分低壓容器：0.11.6Mpa; 中壓容器：1.610Mpa;高壓容器： 10100Mpa; 超高壓容器： 100Mpa。 2、按檢察權(quán)限分第一類(lèi)壓力容器： 第二類(lèi)壓力容器：（1）中壓容器；（2）易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存容器；（3）毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲(chǔ)存容器；（4）低壓管殼式余熱鍋爐；（5）搪玻璃壓力容器；第三類(lèi)壓力容器：（1）毒性程度為高度危害的中壓容器和PV大于等于0.2MPam3低壓容器；（2）易燃或毒性為中度危害介質(zhì)且PV大于等于0.5MPam3的中壓反應(yīng)容器和PV大于等于10MPam3的中壓儲(chǔ)存容器 ；（3）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；（4）高壓容器。三、壓力容器的應(yīng)力分類(lèi)按其性質(zhì)可分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力三類(lèi)。（熱應(yīng)力）一次應(yīng)力（直接應(yīng)力）：為平衡壓力與其他機(jī)械載荷所必須的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。又分為：一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力、一次彎曲應(yīng)力。二次應(yīng)力（間接應(yīng)力）：為滿(mǎn)足外部約束條件或結(jié)構(gòu)自身變形連續(xù)要求所需的法向應(yīng)力或剪應(yīng)力。（具有自限性）峰值應(yīng)力：附加在一次加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量，此增量源于局部不連續(xù)或局部熱應(yīng)力的影響。（具有局部性與自限性）第五章 鍋爐壓力容器應(yīng)力分析一、薄殼理論1、薄壁殼體的界定：指容器的壁厚t與內(nèi)徑Di之比不大于0.1的殼體(t/Di0.1)。2、第一曲率半徑1：中間面上任意一點(diǎn)的經(jīng)線的曲率半徑3、第二曲率半徑2：中間面上垂直于經(jīng)線的平面相交截出的曲線的曲率半徑二、薄壁殼體兩向應(yīng)力方程三、無(wú)力矩理論在幾種典型殼體上的應(yīng)用1、球形殼體由于球殼幾何形狀完全對(duì)稱(chēng)，其第一曲率半徑R1和第二曲率半徑R2相等，即R1=R2=R，因而經(jīng)向應(yīng)力 與環(huán)向應(yīng)力 相等，即： = = = 2、圓筒形殼體圓筒形殼體的母線為直線，故第一曲率半徑R1=，第二曲率半徑R2=R，將此關(guān)系式代入應(yīng)力方程組，得： 由于公式中的rm=R；第二曲率 ，故經(jīng)向應(yīng)力為：3、橢球形殼體結(jié)論：橢球殼承受均勻內(nèi)壓時(shí)，在任何a/b值下，sj恒為正值，即為拉伸應(yīng)力，且由頂點(diǎn)處最大值,向赤道逐漸遞減致最小值。 應(yīng)力將變號(hào)，即從拉應(yīng)力變成壓應(yīng)力?；と萜鞒Ｓ胊/b=2的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，此時(shí)的數(shù)值。在頂點(diǎn)和赤道處大小相等但符號(hào)相反。即頂點(diǎn)處為pa/，赤道上為-pa/，而一定是拉伸應(yīng)力，在頂點(diǎn)處到達(dá)最大值，為pa/。第六章 鍋爐壓力容器強(qiáng)度設(shè)計(jì)一、強(qiáng)度設(shè)計(jì)概述1、強(qiáng)度設(shè)計(jì)的任務(wù) ：第一，根據(jù)受壓元件的載荷和工作條件，選用合適的材料；第二，基于對(duì)受壓元件一次應(yīng)力的限制，通過(guò)計(jì)算確定受壓元件的壁厚；第三，根據(jù)結(jié)構(gòu)各處等強(qiáng)度的原則，進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，包括焊縫布置及焊接接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開(kāi)孔布置及接管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，筒體與封頭、管板、法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。第四，對(duì)設(shè)備制造質(zhì)量及運(yùn)行條件作出必要的規(guī)定。2、強(qiáng)度理論(失效判據(jù)）:研究構(gòu)件在不同應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生強(qiáng)度失效的共同原因的理論。第一強(qiáng)度理論（最大拉應(yīng)力強(qiáng)度理論）： (美國(guó)、日本等國(guó)使用)第三強(qiáng)度理論（最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論）：（我國(guó)等多數(shù)國(guó)家）第四強(qiáng)度理論（歪型能強(qiáng)度理論）：3、強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）彈性失效準(zhǔn)則（極限應(yīng)力法）：它認(rèn)為構(gòu)件上應(yīng)力最大點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到材料的屈服點(diǎn)時(shí)，整個(gè)構(gòu)件即喪失正常工作能力（失效）。（2）塑性失效準(zhǔn)則（極限載荷法）：它認(rèn)為當(dāng)應(yīng)力沿截面分布不均勻時(shí)，一點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)并不失效，只有當(dāng)整個(gè)截面上各點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力均達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)才算失效。 4、安全系數(shù)與許用應(yīng)力安全系數(shù)是反映構(gòu)件安全裕度的系數(shù)許用應(yīng)力二、鍋爐壓力容器用鋼1、鋼材的機(jī)械性能強(qiáng)度極限、屈服極限、彈性極限、比例極限；常用作強(qiáng)度計(jì)算的是強(qiáng)度極限、屈服極限。2、對(duì)鍋爐壓力容器鋼材的基本要求（1）使用性能要求應(yīng)具有較高的強(qiáng)度。應(yīng)具有良好的塑性、韌性和較低的時(shí)效敏感性。鋼材應(yīng)具有較低的缺口敏感性。鋼材應(yīng)具有良好的抗腐蝕性能及組織穩(wěn)定性。（2）加工工藝性能要求 碳當(dāng)量：鋼中含碳量多少作為判別鋼材焊接性能的主要標(biāo)志。鋼中含碳量越高，焊接性能越差，所以常用的低碳鋼就具行良好的焊接性能。18MnMoNb 碳當(dāng)量為0.18%三、鍋爐壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體要求1)避免結(jié)構(gòu)上的形狀突變，使其平滑過(guò)渡。2)能引起應(yīng)力集中或削弱強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)。3)避免產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力或附加應(yīng)力的剛性焊接結(jié)構(gòu)。4)受熱系統(tǒng)及部件的脹縮不要受限制。5)對(duì)鍋爐受熱系統(tǒng)，要保證適當(dāng)?shù)乃缓涂煽康乃h(huán)2、 對(duì)焊接接頭的要求1）焊接接頭的基本形式有對(duì)接接頭、搭接接頭、角接接頭等四、常見(jiàn)受壓元件強(qiáng)度計(jì)算1、球形殼體：式中：球形殼體的設(shè)計(jì)壁厚， P設(shè)備設(shè)計(jì)壓力，MPa； t工作溫度下殼體材料的許用應(yīng)力，MPa； Di殼體內(nèi)徑，mm； 減弱系數(shù)； C壁厚附加量，mm；2、圓筒形殼體：3、 橢球殼體：4、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（1）設(shè)計(jì)壓力P（一般情況下，可取為最大工作壓力的1.01.1倍。最大工作壓力是指在正常操作情況下，設(shè)備可能出現(xiàn)的最高壓力。 ）（2）設(shè)計(jì)溫度T：指在殼壁和金屬元件可能達(dá)到的最高或最低壁溫（3）焊縫系數(shù)：表示由于焊接或焊縫中可能存在的缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)原有強(qiáng)度削弱的程度。（查表）（4）附加壁厚：C鋼板（管）負(fù)偏差C1、腐蝕裕度C2，加工減薄量C3，3部分組成。第七章 鍋爐壓力容器的安全裝置一、安全泄壓裝置分類(lèi)1、閥型安全泄放裝置：適用于介質(zhì)比較清潔的氣體，如空氣、水蒸汽等的設(shè)備，不適用于介質(zhì)具有劇毒性的設(shè)備，也不能用于容器內(nèi)可能產(chǎn)生劇烈化學(xué)反應(yīng)而使壓力急劇升高的設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)： 排放容器內(nèi)高于規(guī)定的部分壓力，當(dāng)容器內(nèi)的壓力降至正常操作壓力時(shí)，即自動(dòng)關(guān)閉；缺點(diǎn)： 密封性能較差。2、斷裂型安全泄放裝置：宜用于器內(nèi)因化學(xué)反應(yīng)等升壓速率高或介質(zhì)有劇毒性的容器不宜用于液化氣體貯罐。對(duì)于壓力波動(dòng)較大，即超壓的機(jī)會(huì)較多的容器也不宜采用。優(yōu)點(diǎn)：密封性能較好、泄放反應(yīng)較快以及氣體含的污物對(duì)它的影響較小等；缺點(diǎn)：泄放后不能繼續(xù)使用。3、熔化型安全泄放裝置4、組合型安全泄放裝置二、壓力容器的安全泄放量1壓力容器的安全泄放量：指壓力容器在超壓時(shí)為保證它的壓力不再升高，在單位時(shí)間內(nèi)必須泄放的介質(zhì)量。2、永久氣體及蒸汽儲(chǔ)藏的安全泄放量：三、安全閥1、性能參數(shù)（公稱(chēng)壓力、開(kāi)啟高度、安全閥的排放量）公稱(chēng)壓力，安全閥應(yīng)與容器的工作壓力相匹配。開(kāi)啟高度，是指安全閥開(kāi)啟時(shí)，閥芯離開(kāi)閥座的最大高度。安全閥的排放量：上有提及。2、對(duì)安全閥的基本要求：1、動(dòng)作靈敏可靠；2、在排放壓力下，閥瓣應(yīng)達(dá)到全開(kāi)位置，并能排放出規(guī)定的氣量；3、密封性好，即不但在正常工作壓力下應(yīng)保持不漏，而且要求在開(kāi)啟排氣并降低壓力后能及時(shí)關(guān)閉，關(guān)閉后繼續(xù)保持密封。3安全閥的排量一般安全閥排量計(jì)算公式 式中 P安全閥的排放壓力，MPa（絕對(duì)），一般取P為整定（開(kāi)啟）壓力的1.1倍 T排氣溫度，K； M氣體分子量，對(duì)于多種氣體組成混合氣體，其組成百分比取平均值作分子量； A安全閥的排放面積（閥排放時(shí)流體通道的最小截面積），m； X氣體特性系數(shù)； Z氣體壓縮系數(shù)；C額定排量系數(shù)。全啟式安全閥流道面積： 微啟式安全閥流道面積：（其中h為開(kāi)啟高度；為錐形密封面的半錐角）有調(diào)節(jié)圈，取 ，無(wú)調(diào)節(jié)圈，取。中低壓雙原子氣體用安全閥排量計(jì)算公式在常溫及壓力不太高的情況下，真實(shí)氣體與理想氣體的差異不大，即壓縮系數(shù)。一般常用的二原子氣體，如空氣、氧氣、氮?dú)?、氫氣等到的絕熱指數(shù)均約為.4。因此，對(duì)于工作介質(zhì)為雙原子氣體的中、低壓安全閥，可以用 ，X27 代入前述公式，即可得簡(jiǎn)化的安全閥排量計(jì)算公式：4安全閥的安裝：安全閥應(yīng)該垂直地安裝在鍋筒、集箱的最高位置；壓力容器的安全閥最好直接安裝在容器本體上；液化氣體貯罐的安全閥還必須裝設(shè)在貯罐的氣相部位。四、爆破片裝置裝設(shè)適應(yīng)情況：容器內(nèi)介質(zhì)易于結(jié)晶聚合，或帶有較多的粘性物質(zhì)，易堵塞安全閥而使安全閥不能按規(guī)定的壓力開(kāi)啟而失去作用，則應(yīng)安裝爆破片。容器內(nèi)的壓力由于化學(xué)反應(yīng)或其他原因迅猛上升，裝置安全閥難以及時(shí)排除過(guò)高的壓力。容器內(nèi)的介質(zhì)為劇毒氣體或不允許微量泄漏氣體，用安全閥難以保證這些氣體不泄漏時(shí)應(yīng)采用爆破片。氣體排放口小12mm或大于150mm，要求全量泄放或全量泄放時(shí)要求毫無(wú)阻礙的場(chǎng)合五、其他安全裝置1、壓力表2、水位計(jì)3、排污裝置4、鍋爐保護(hù)裝置壓力表的種類(lèi)很多,按其結(jié)構(gòu)和工作原理的不同可以分為液柱式、彈性元件式、活塞式和電量式四大類(lèi)。1額定蒸發(fā)量D2th的鍋爐，應(yīng)裝設(shè)高低水位報(bào)警器，并應(yīng)能區(qū)分高低水位警報(bào)信號(hào)；還應(yīng)裝設(shè)低水位聯(lián)鎖保護(hù)裝置