壓力容器安全操作技術

1、壓力容器安全操作技術壓力容器基本知識第一節(jié)  壓力容器簡介    壓力容器是化工生產(chǎn)中不可缺少的設備，作為操作人員，保證壓力容器安全運行是自己應盡的職責。下面就簡要介紹一些基本知識。    一、壓力  在物理學上把垂直作用在物體表面上的力叫做壓力。單位面積所受的力稱之為壓強。         P（壓強）F（壓力）/S(受力面積)    力的國際基本單位是“牛頓（N）”；    面積的國際基本單位是“米2（m2）”；    壓強

2、的國際基本單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，用“Pa”表示。1帕斯卡1牛頓/米2，即1 Pa1 N/ m2。    在生產(chǎn)實踐中，習慣上說的壓力就是指物理學中的壓強。人們習慣用的單位有“公斤”， 實際指的是“公斤力/厘米2”，    1公斤力/厘米210000公斤力/米29.8×104 Pa    在今后的工作中未做特別說明則所說的壓力就是指壓強。    常用的壓力單位有：    大氣壓  1大氣壓1.013×105 Pa760毫米汞柱    巴&#

3、160; 1巴1×105 Pa    1公斤力/厘米29.8×104 Pa1×105 Pa0.1M Pa    絕對壓力、表壓力與負壓力。P絕（a）P表P大氣    二、壓力容器的定義 容器是指由曲面構成用于盛裝物料的空間構件。工業(yè)生產(chǎn)中具有特定的工藝功能并承受一定壓力的設備，稱壓力容器。貯運容器、反應容器、換熱容器和分離容器均屬壓力容器。    三、壓力容器的壓力源      1.源于外部：壓力的產(chǎn)生和增大來源于蒸汽鍋爐或氣體壓縮機。 

4、60; 2.源于內部：    (1)容器內介質的聚集狀態(tài)發(fā)生改變；    (2)氣體介質在容器內受熱，溫度升高；    (3)介質在容器內發(fā)生體積增大的化學反應等。    四、壓力容器界限    1.劃分壓力容器的界限應考慮的因素主要是事故發(fā)生的可能性與事故危害性的大小兩方面。    2.我國壓力容器管制界限范圍為了與一般容器(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)最高工作壓力9.8104Pa(1Kgf/cm2)

5、；    (2)容積25L，且工作壓力與容積之積200L.Kgf/cm2(1960104L.Pa)；    (3)介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于標準沸點的液體。    五、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、壓力表、液位計及完成不同生產(chǎn)工藝作用的內件。    壓力容器由于密封、承壓及介質等原因，容易發(fā)生爆炸、

6、燃燒起火而危及人員、設備和財產(chǎn)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。    第二節(jié)壓力容器的工藝參數(shù)    壓力容器的工藝參數(shù)是由生產(chǎn)的工藝要求確定的，是進行壓力容器設計和安全操作的主要依據(jù)。壓力容器的主要工藝參數(shù)為壓力和溫度。    一、壓力     1.工作壓力。工作壓力也稱操作壓力，是指容器頂部在正常工藝操作時的壓力（即不包括液體靜壓力）。    2.最高工作壓力。是指容器頂部在工藝操作過程中可

7、能產(chǎn)生的最大表壓力（即不包括液體靜壓力）。壓力超過此值時容器上的安全裝置就要動作。如安全閥起跳，爆破板爆破等。    3.設計壓力。是指在相應設計溫度下用以確定容器計算壁厚及其元件尺寸的壓力。一般取設計壓力等于或略高于最高工作壓力。    «壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程»規(guī)定容器的設計壓力，應略高于容器在使用過程中的最高工作壓力。裝有安全裝置的容器，其設計壓力不得小于安全裝置的開啟壓力或爆破壓力。    «鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定»規(guī)定容器的設計壓力，應略高于或等于最高工作壓力。針對不同的情況，提出

8、了如下幾種確定設計壓力的方法。    （1）當容器上裝有安全泄放裝置時，取安全泄放裝置的開啟壓力作為設計壓力。    （2）當單個容器上無安全泄放裝置，而在工藝系統(tǒng)中裝有安全泄放裝置時，可根據(jù)容器在系統(tǒng)中的工作情況，以最高工作壓力增加適當裕度作為設計壓力。裕度取值無明文規(guī)定，但多數(shù)設計者往往取最高工作壓力的1.051.1倍為設計壓力。    （3）當容器內為爆炸性介質時，容器的設計壓力根據(jù)介質特性、爆炸前的瞬時壓力，爆破膜的破壞壓力以及爆破膜的排放面積與容器中氣相容積之比等因素作特殊考慮。爆破膜的實際爆破壓力之差，應在±5范

9、圍之內。實際上，對于這種工況，國內設計多取最高工作壓力的1.151.3倍作為設計壓力。    （4）對裝有液化氣體的容器，應根據(jù)充裝系數(shù)和可能達到的最高溫度確定設計壓力。    （5）外壓容器，應取不小于在正常工作過程中任何時間內可能產(chǎn)生的最大內外壓力差為設計壓力。    （6）真空容器，按外壓容器設計，當裝有安全控制裝置時，取最大內外壓力差的1.25倍或0.1MPa（1f/cm2）兩者中的較小者為設計壓力；當未安裝安全控制裝置時，設計壓力取0.1MPa（1f/cm2）；對帶有夾套的真空容器，按上述原則再加夾套內壓力為設計壓力。

10、60;   二、溫度    1.介質溫度。系指容器內工作介質的溫度，可以用測溫儀表測得。    2.設計溫度。壓力容器的設計溫度不同與其內部介質可能達到的溫度，系容器在正常工作過程中，在相應設計壓力下，表壁或元件金屬可能達到的最高或最低溫度。«設計規(guī)定»對設計溫度的選取有如下規(guī)定：    （1）當容器的各個部位在工作過程中可能產(chǎn)生不同溫度時，可取預計的不同溫度作為各相應部位的設計溫度。    （2）對有內保溫的容器應作壁溫計算或以工作條件相似容器的實測壁溫作為設計溫度，并需在容器壁上設

11、置測溫點或涂以超溫顯示劑。    值得注意的是，只有當工作溫度低于-20oC時，才按最低溫度確定設計溫度。除此而外，設計溫度一律按最高溫度選取。    第三節(jié)  壓力容器的分類    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。    一、按承受壓力的等級分為：    1.低壓容器0. 1P<1.6MPa；2.中壓容器1.6P<10MPa；    3.高壓容器10P<100MPa；4.超高壓容器P。   

12、二、按盛裝介質分為：    1.非易燃、無毒；2.易燃或有毒；3.劇毒。    三、按工藝過程中的作用不同分為：    反應容器：用于完成介質的物理、化學反應的容器。    換熱容器：用于完成介質的熱量交換的容器。    分離容器：用于完成介質的質量交換、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、貯運介質或對壓力起平衡緩沖作用的容器。    在一種容器中，如同時具有兩個以上的工藝作用原理時，應按工藝過程中的注意作用來劃分。&

13、#160;   四、為了更有效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、內容和方式做出了不同的規(guī)定。    為有利于安全技術監(jiān)督和管理，將本規(guī)程適用范圍內的壓力容器劃分為三類（壓力等級和品種的劃分，見附件一）：低壓容器（本條第、款規(guī)定的除外）為第一類壓力容器。          2.下列情況之一為第二類壓力容器：（）中壓容器（本條第款規(guī)定的除外）；（）易燃介質或毒性程度為中度危害介質的低壓反

14、應容器和儲存容器；*易燃介質是指與空氣混合的爆炸下限小于，或爆炸上限和下限之差值大于等于的氣體，如：一甲胺、乙烷、乙烯、氯甲烷、環(huán)氧乙烷、環(huán)丙烷、氫、丁烷、三甲胺、丁二烯、丁烯、丙烯、甲烷等。*介質的毒性程度參照職業(yè)性接觸毒物危害程度分級的規(guī)定，分為四級，其最高容許濃度分別為：（）極度危害（級） ；（）高度危害（級）；（）中度危害（級）；（）輕度危害（級）。舉例：    、級棗氟、氫氰酸、光氣、氟化氫、碳酸氟氯等；級棗二氧化硫、氨、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫化碳、乙炔、硫化氫等；級棗氫氧化鈉、四氟乙烯、丙酮等。    *壓力容器中的

15、介質為混合物質時，應以介質的組成并按本注的毒性程度或易燃介質的劃分原則，由設計單位的工藝設計或使用單位的生產(chǎn)技術部門，決定介質毒性程度或是否屬于易燃介質。  （3）毒性程度為極度和高度危害介質的低壓容器；  （4）低壓管殼式余熱鍋爐（管殼式余熱鍋爐是指本規(guī)程第三條所述煙道式余熱鍋爐之外的、結構類似壓力容器、并按壓力容器標準、規(guī)范進行設計和制造的余熱鍋爐）；  （）搪玻璃壓力容器。下列情況之一為第三類壓力容器：（）毒性程度為極度和高度危害介質的中壓容器和P值大于等于0.2MPam3的低壓容器；其中指設計壓力。（）易燃或毒性程度為中度危害介質且PV大于等于MPam3

16、的中壓反應容器和PV大于等于MPa 的中壓儲存容器；（）高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；（）高壓容器。壓力容器常用的鋼材    一、對選用鋼材的要求 用來制造壓力容器的鋼材應能適應容器的操作條件（如溫度、壓力、介質特性等），并有利于容器的加工制造和質量保證。具體選用時，重點應考慮鋼材的機械性能、工藝性能和耐腐蝕性。    1.機械性能。 用于制造壓力容器的鋼材主要強調其強度、塑性、韌性三個性能指標。    （1）強度  物體的原子間存在著的相互作用力稱為內力，這是物體所固有的。當對物體施加外力時，在物體內部將引起附加的內力，這一附

17、加內力會隨著外力的加大而相應的增加。我們把物體單位面積上所受的附加力稱為應力。對于某一材料來說，所能承受的應力有一定的限度，超過了這個限度，物體就會破壞，這一限度就稱為強度。在此，我們也可以將物體的強度簡單說成能承受外力和內力作用而不被破壞的能力。    概念：a.抗拉強度鋼材試樣在拉伸試驗中，拉斷前所承受的最大應力。    b.屈服極限（又稱屈服強度）試樣拉伸過程中，拉力不增加（甚至有所下降），還繼續(xù)顯著變形的最小應力。有些鋼材無明顯臨界屈服點，則規(guī)定其發(fā)生0.2殘余伸長變形的應力為“條件屈服極限”，以Ó0.2表示。   

18、 c.蠕變極限在一定溫度和恒定拉力負荷下，試樣在規(guī)定的時間間隔內的蠕變變形量或蠕變速度不超過某規(guī)定值時的最大應力。例如，在«鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定»中采用的“Ótn” ，是指在tOC溫度條件下，經(jīng)過10萬小時后的總變形量為1的蠕變極限。    d.持久強度，對于應力容器來講，失效的形式主要是破壞而不是變形，所以要有一個能更好地反映高溫元件失效特點的強度指標持久強度：試樣在給定溫度下，經(jīng)過規(guī)定時間發(fā)生斷裂的應力。在«鋼制石油化工壓力容器設計規(guī)定»中用“ÓtD”表示,即tOC溫度下，經(jīng)過10萬小時而斷裂應力。&#

19、160;   （2）塑性  指金屬材料發(fā)生塑性變形的性能。    （3）韌性  表征材料抵抗脆性斷裂的能力。    2.工藝性能。即冷塑性變形能力和可焊性。碳鋼和普通低合金鋼含碳量分別小于0.3和025時，一般都具有良好的可焊性。對于合金鋼，可焊性與其碳當量有關，一般認為，碳當量不超過0.45的合金鋼具有良好的可焊性。    3.耐腐蝕性。指材料在使用條件下抵抗工作介質腐蝕的能力。壓力容器在使用過程中接觸腐蝕性介質時會受到腐蝕，其用鋼要求具有良好的耐蝕性。金屬的耐腐蝕性（一般腐蝕，或稱連續(xù)腐蝕）通常按腐蝕

20、速率（毫米/年）評定。    二、壓力容器常用鋼材及使用范圍    1.碳鋼。含碳量<2.06的鐵碳合金為碳鋼，具有適當?shù)膹姸群退苄?，工藝性能良好，價格低廉，因而被廣泛用來制造一般的中、低壓容器。如Q235、20g等。    2.低合金鋼。如16MnR，15MnVR等    3.特殊條件下使用的容器用鋼    （1）低溫（<-20OC）容器用鋼要求在最低使用溫度下仍具有良好的韌性，以防止容器在運行中發(fā)生脆性破裂。    深冷容器常用高合金鋼制造，如0Cr18Ni9

21、、0Cr18Ni9Ti，其使用溫度下限可達-196 OC。低溫容器還常用Al、Cu等金屬制造，其特點是低溫韌性好。    （2）高溫容器用鋼，碳鋼Q235R、20g等可以用到475 OC，而其它普通碳鋼一般只能用到400 OC。使用溫度在400500 OC范圍內的容器，一般可選用錳釩鋼、錳鉬釩鋼等低合金鋼，如15MnVR,14MnMoVg等；使用溫度為500600 OC時，可選用鉻鉬低合金鋼，如15CrMo、12CrMo1等；使用溫度為600700OC時，則可選用鎳鉻高合金鋼，如0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti等。    （3

22、）抗氫腐蝕用鋼，根據(jù)國內外的使用經(jīng)驗，工作壓力為300大氣壓、介質含氫的壓力容器，可以根據(jù)不同的使用溫度選用下列一些鋼材：低于200 OC時可選用優(yōu)質碳鋼，如10號鋼；低于350OC時可用鉻鉬低合金鋼，如15CrMo、30CrMo；低于450OC時可用鉻鉬合金鋼，如Cr6Mo。更高的溫度下使用時可選用含釩量0.5的鉻鉬合金鋼。    （4）在醋酸工業(yè)中使用的耐腐蝕材料有鋯702（容器）、鋯705（緊固件）、哈氏B2、哈氏B3、哈氏G、哈C276及不銹鋼304、304L、316、316L等。由于鋯及哈氏合金價格昂貴，因此在做壓力較高及器壁較厚的容器時往往使用復合板，復合板由兩

23、層或三層構成。如反應器材料就是由鋯鈦碳鋼復合板制造而成。第五節(jié)  壓力容器的應力及其對安全的影響    應力容器在使用過程中承受著各種載荷并相應的產(chǎn)生各種應力。    各種載荷所產(chǎn)生的應力    1.由壓力而產(chǎn)生的應力。這往往是確定容器壁厚的唯一因素。    2.由重力產(chǎn)生的應力。容器、附屬設備及介質重力引起的應力。    3.由溫度而引起的應力。溫度變化引起各部分變形（收縮或膨脹）要求不一致，從而產(chǎn)生應力    4.風載荷產(chǎn)生的應力。安裝在室外的塔器，大多數(shù)是支承

24、式的，在風力作用下，塔體就會隨風向發(fā)生彎曲變形，使迎風面產(chǎn)生拉伸應力，而背風面則產(chǎn)生壓縮應力。    除上述載荷引起的應力外，還有地震、在容器側旁或頂部裝置的重量較大的附屬裝置等均會使容器壁產(chǎn)生相應的應力。    應力對容器安全運行的影響    不同的載荷使容器產(chǎn)生的應力或者由同一種載荷在容器各部位引起不同類型的應力。    有些應力分布在容器的整個截面上，它使容器發(fā)生整體變形，且隨著應力增大容器變形加劇，當這些應力達到材料的屈服極限時，容器即產(chǎn)生顯著的塑性變形，若應力繼續(xù)增加，容器則因過度的塑性變形而最終破裂。由

25、容器內的壓力而產(chǎn)生的薄膜應力就是這樣一種應力。因其能直接導致容器的破壞，所以是影響容器安全最危險的一種應力。    有些應力只產(chǎn)生在容器的局部區(qū)域內，也能引起容器變形，當應力增大到材料的屈服極限時，局部地方還可能產(chǎn)生塑性變形，但由于相鄰區(qū)域應力較低，材料處于彈性變形，使這局部地方的塑性變形受到制約而不能繼續(xù)發(fā)展，應力將重新分布。一般溫度應力和總體結構不連續(xù)處的彎曲應力就是這樣一種應力。在這種應力作用下，容器的加載與卸載循環(huán)次數(shù)不需太多，就會導致容器破壞，因此對容器的安全也構成重要影響。    有些由應力集中而次數(shù)的局部應力，只局限在一個很小的區(qū)域內，因為

26、這種應力衰減的快，在其周圍附近會很快消失，因受到相鄰區(qū)域的制約，基本上不會使容器次數(shù)任何重要變形。如容器壁上的小孔或缺口附近的應力集中就是這樣一種應力。這種類型的應力雖不會直接導致容器破壞，但可使韌性較差的材料發(fā)生脆性破壞，也會使容器發(fā)生疲勞破壞。故對容器安全也有一定影響。    從上分析可知，不同應力對壓力容器安全的影響雖然不同，但都可能導致容器破壞。為了防止在使用過程中壓力容器早期失效或發(fā)生破裂而導致嚴重的破壞事故，對容器在各種載荷下可能產(chǎn)生的各類型的應力都不需加以控制而把它限制在允許范圍內。要做到這一點，除設計人員精心設計外，操作人員認真操作，保持工況穩(wěn)定，不超溫、不

27、超壓也是十分重要的。壓力容器結構第一節(jié)  壓力容器的基本構成    壓力容器的結構形式是多種多樣的，它是根據(jù)容器的作用、工藝要求、加工設備和制造方法等因素確定的。    容器的結構是由承受壓力的殼體、連接件、密封元件和支座等主要部件組成。此外，作為一種生產(chǎn)工藝設備，有些壓力容器，如用于化學反應、傳熱、分離等工藝過程的壓力容器，其殼體內部還裝有工藝所要求的內件。    殼體  殼體是壓力容器最主要的組成部分，是貯存物料或完成化學反應所需要的壓力空間，其形狀有圓筒形、球形、錐形和組合形等，但是最常用的是圓筒形和球形兩種

28、。    1.圓筒形殼體。其形狀特點是軸對稱，圓筒體是一個平滑的曲面，應力分布比較均勻，承載能力較高，且易于制造，便于內件的設置和裝拆，因而獲得廣泛的應用。圓筒形殼體由一個圓柱形的筒體和兩端的封頭或端蓋組成。    （1）筒體  筒體直徑較小時（一般<500mm），可用無縫鋼管制作；直徑較大時，可用鋼板在卷板機上先卷成圓筒，然后焊接而成。隨著容器直徑的增大，鋼板需要拼接，因而筒體的縱焊縫條數(shù)增多。當殼體較長時，因受鋼板尺寸的限制，需要兩個或兩個以上的筒體（此時每個筒體稱為筒節(jié)）組焊成所需長度的筒體。為便于成批生產(chǎn)，筒體直徑的大小已標準化。

29、對焊接筒體，表中公稱直徑（Dg）是指它的內徑；而無縫鋼管制作的筒體，表中公稱直徑則是指它的外經(jīng)。    表21            筒體的公稱直徑300    (350)    400    （450）    500    （550）    600    （650）    700    800    900 

30、;   1000    （1100）    1200    (1300)    1400    （1500）    1600    （1700）    1800    （1900）    2000    （2100）    2200    （2300）    2400    2600

31、60;   2800    3000    3200    3400    3600    3800    4000                                                  &#

32、160;     表22用無縫鋼管作筒體的公稱直徑    筒體公稱直徑    159    219    273    325    377    426    所用無縫鋼管的公稱直徑    150    200    250    300    350    400    &#

33、160;   （2）封頭與端蓋。凡與筒體焊縫連接而不可拆的，稱為封頭；與筒體以法蘭等連接而可拆的則稱為端蓋。根據(jù)幾何形狀不同，封頭可分為半球形、橢圓形、碟形、有折邊錐形、無折邊錐形和平板封頭（也稱平蓋）等數(shù)種。對于組裝后不再需要開啟的容器，如無內件或雖有內件而不需要更換、檢修的容器，封頭和筒體采用焊接連接形式，能有效地保證密封，且節(jié)省鋼材和減少制造加工量。對需要開啟的容器，封頭（端蓋）和筒體的連接應采用可拆式的，此時封頭和筒體之間必須裝置密封件。    2.球形殼體。容器殼體呈球形，又稱球罐。其形狀特點是中心對稱，具有以下優(yōu)點：受力均勻；在相同的壁厚條件下，球形殼

34、體的承載能力最高，即在同樣的內壓下，球形殼體所需要的壁厚最薄，僅為同直徑同材料圓筒形殼體壁厚的（不計腐蝕裕度）；在相同容積條件下，球形殼體的表面積最小。殼壁薄和表面積小，制造時可以節(jié)省材料，如制造容積相同的容器，球形的要比圓筒形的節(jié)省約3040的鋼材。此外，表面積小，對于用作需要與周圍環(huán)境隔熱的容器，還可以節(jié)省隔熱材料或減少熱的傳導。所以，從受力狀態(tài)和節(jié)約用材來說，球形是壓力容器最理想的外形。但是，球形殼體也存在某些不足：一是制造比較困難，工時成本較高，往往需要采用冷壓或熱壓成形法。對于小型球形殼體，可先沖壓成兩個，然后再組焊成一個整球，由于半球的沖壓深度深，鋼材變形量大，不僅需要大型的沖壓設

35、備，而且容易產(chǎn)生沖壓裂紋和過大的局部殼壁減薄；對于大型球形殼體，往往需要先壓制成若干個球瓣，然后再將眾多的球瓣組焊成一個整球，球瓣的成形和組焊都是比較困難的，容易發(fā)生過大的角變形和焊接殘余應力，有的還會產(chǎn)生焊接裂紋；對于超大型的球形殼體，由于運輸?shù)仍?，首先在制造廠壓好球瓣，然后運到現(xiàn)場組裝，由于施工條件差，質量更不易保證。二是球形殼體用于反應傳質或傳熱容器時，既不便于在內部安裝工藝內件，也不便于內部相互作用的介質流動。由于球形容器的上述不足，所以其使用受到一定的限制，一般只用于中、低壓的貯存容器，如液化石油氣貯罐、液氨貯罐等。此外，有些用蒸汽直接加熱的容器，為了減少熱損失，有時也采用球形殼體

36、，如造紙工藝中用于蒸煮紙漿的“蒸球”等。    其它形狀的殼體，如錐形殼體，因為用的較少，故不作介紹。    二、連接件  壓力容器中的反應、分離、換熱等容器，由于生產(chǎn)工藝和安裝檢修的需要，封頭和筒體需采用可拆連接結構時就要使用連接件。此外，容器的接管與外部管道連接也需要連接件。所以，連接件是容器及管道中起作用的部件，一般均采用法蘭螺栓連接結構。    法蘭通過螺栓起連接作用，并通過擰緊螺栓使墊片壓緊而保證密封。用于管道連接和密封的法蘭叫管法蘭；用于容器端蓋和筒體連接后密封的法蘭叫容器法蘭。容器法蘭按其結構分為整體式活套式和

37、任意式，其結構特點和應用范圍，見本章第四節(jié)。    三、密封元件  是可拆連接結構的容器中起密封作用的元件。它放在兩個法蘭或封頭與筒體端部的接觸面之間，借助于螺栓等連接件的壓緊力而起密封作用。根據(jù)所用材料不同，密封元件可分為非金屬元件（如石棉橡膠板、聚四氟乙烯板、橡膠板、橡膠O形環(huán)、塑料墊、尼龍墊等）、金屬密封元件（如紫銅墊、不銹鋼墊、鋁墊等）和組合式密封元件（如鐵皮包石棉墊、纏繞墊等）。按截面形狀的不同又可分為平面墊、三角形與八角形墊片、透鏡式墊片等。    不同的密封元件和不同的連接件配合，就構成了不同的密封結構。   

38、 四、接管、開孔及其補強結構    1.接管。接管是壓力容器與介質輸送管道或儀表、安全附件管道等進行連接的附件。常用的接管有三種，即螺紋短管、法蘭短管與平法蘭。    短管螺紋式接管是一段帶有內螺紋或外螺紋的短管。短管插入并焊接在容器的器壁上，短管螺紋用來與外部管件連接。這種形式的接管一般用在連接直徑較小的管道，如接裝測量儀表等。    法蘭短管式接管一端焊有管法蘭，一端插入并焊接在容器的器壁上，法蘭用以與外部管件連接。    平法蘭是法蘭短管式接管除掉了短管的一種特殊型式。    2.開孔。為

39、了便于檢查、清理容器的內部，裝卸、修理工藝內件及滿足工藝的需要，一般壓力容器都開設有手孔和人孔。一般手孔直徑不小于150mm。對于內徑大于1000mm的容器，如不能其可拆裝置進行內部檢驗和清洗 時，應開設人孔（人孔尺寸有（400mm）、450mm、500mm、550mm、600mm）。手孔和人孔有橢圓形和圓形兩種。人孔以圓形多見。手孔和人孔的封閉型式有內閉式和外閉式兩種。    3.開孔補強結構。容器的筒體或封頭開孔后，不但減小了容器壁的受力面積，而且因為開孔造成結構不連續(xù)而引起受力集中，使開孔邊緣處的應力大大增加，孔邊的最大應力要比容器壁上大幾倍，對容器的安全運行極為不利

40、。為了補償開孔處的薄弱部位，就需要進行補償措施。開孔補償有整體補強和局部補償兩種方法。前者采用增加容器整體壁厚的方式來提高承載能力，這顯然不合理；后者則采用在孔邊增加補強結構來提高承載能力。局部補強常用的結構有補強圈、厚壁短管和整體鍛造補強等數(shù)種。    五、支座  支座對壓力容器起支承作用。第二節(jié)  圓筒體結構    整體式筒體結構有單層卷焊、整體鍛造、鍛焊、鑄鍛焊以及電渣重熔等五種結構形式。    1.單層卷焊式筒體是用卷板機將鋼板卷成圓筒，然后焊好縱焊縫制成筒節(jié)，再將若干個筒節(jié)組焊形成筒體，它與封頭或端蓋組裝

41、成容器。這是應用最廣泛的一種容器結構，具有如下一些優(yōu)點：    結構成熟，使用經(jīng)驗豐富，理論較完善；    制造工藝成熟，工藝流程較簡單，材料利用率高；    便于利用調質（淬火加回火）處理等熱處理方法改善和提高材料的性能；    開孔、接管及內件的裝設容易處理；    零件少，生產(chǎn)及管理均方便；    使用溫度無限制，可作為熱容器及低溫容器。    但是，單層卷焊筒體也存在某些缺陷，一是其壁厚往往受鋼材軋制和卷制能力的限制二是厚板各向性能差異大，產(chǎn)生脆性

42、破壞的危險性增大；三是壁厚方向上應力分布不均勻，材料利用不夠合理。隨著冶金和壓力容器制造技術的改進，單層卷焊結構的上述不足將逐步得到克服。    2.整體鍛造式筒體常用于高壓、超高壓等場合。    3.鍛焊式筒體常用于直徑較大的化工高壓容器，且在核容器上也獲得了廣泛的應用。    4.鑄鍛焊式也是主要用于高壓化工設備，其制造高壓復雜，但材料利用較為合理。    5.電渣重熔式筒體  電渣重熔也制造高壓容器的一種新工藝。    二、組合式筒體  組合是筒體結構又可多層板式結構和

43、繞制式兩大類。    應力容器的筒體結構還有套箍式、繞絲式等型式。    封  頭    封頭按形狀可以分為三類，即凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。平板封頭主要用作應力容器人孔、手孔的蓋板和高壓容器的端蓋。錐形封頭一般用于某些特殊用途的容器，而凸形封頭在應力容器中得到了廣泛的采用。    凸形封頭  凸形封頭有半球形、碟形、橢圓形和無折邊球形封頭四種。    1.半球形封頭實際上就是一個半球殼。從其受力情況而言，半球形封頭是最好的一種形式。但是由于其深度太大，加工制造困難，除用

44、于應力較高直徑較大的貯罐或其它特殊需要者外，一般較少采用。    2.碟形封頭又稱為帶折邊的球形封頭，由半徑為Ro的球面，高度為L的圓筒形直邊，半徑為r的連接球面與直邊的過度區(qū)三部分組成。設計規(guī)定就合理選r和Ro作了如下規(guī)定限制。    碟形封頭球面部分的內半徑應不大于封頭的內直徑，通常取Ro0.9Dg；    碟形封頭過渡區(qū)半徑應不小于封頭直徑的10和封頭厚度的三倍；    封頭厚度（不包括壁厚附加量）應不小于內直徑的0.30。    3.橢圓形封頭 是由半橢圓球殼和圓筒兩部分組成，增加圓筒部

45、分是為了避免邊緣應力疊加在封頭與筒體的連接焊縫上。由于封頭的深度的曲率半徑是連續(xù)均勻變化的，所以封頭上的應力分布也是連續(xù)而均勻變化的，受力狀態(tài)比碟形好，但不如半球形封頭好。    封頭的內直徑與封頭兩倍深度之比Dg/2h之值不大于2.6為宜，Dg/2hL的橢圓形封頭我們稱為標準橢圓形封頭，是壓力容器中常用的一種封頭。否則為非標準橢圓形封頭。    4.無折邊球形封頭  一般只用在直徑較小、壓力較低的容器上。為了保證封頭和筒體連接處不至于遭到破壞，要求連接處角焊縫采用全焊透結構。    二、錐形封頭 分為無折邊錐形封頭和折邊錐

46、形封頭兩種，一般用于物料排出或氣液分離的直徑較小和壓力較低的容器上。第四節(jié)  法蘭連接、密封結構    一、法蘭連接與密封作用原理  法蘭在容器與管道中起連接作用，下面以螺栓連接的法蘭為例說明其結構特點。法蘭實際上就是連在管道和容器端部的圓環(huán)，上面開有若干螺栓孔，一對相組配的法蘭之間裝有墊片，用螺栓連接在一起，通過擰緊螺栓來連接一對法蘭，并壓緊墊片，使墊片表面產(chǎn)生塑性變形，從而阻塞了容器內部介質向外流的通道，起到密封作用。這就是法蘭的密封原理。    二、法蘭與筒體的連接形式 根據(jù)法蘭與筒體的連接形式不同，常用的容器法蘭可分為整體法蘭

47、、活套法蘭和螺紋法蘭三種。    1.整體法蘭  法蘭與法蘭頸部為一整體或法蘭與筒體連接可視為相當于整體結構的法蘭。    在設備上直接加工法蘭面；    在筒體上焊接法蘭（如突面法蘭、對焊法蘭等）。    2.活套法蘭  法蘭環(huán)套在筒體外面但不與筒壁固定成為整體的法蘭稱為活套法蘭，多用于壓力較低的有色金屬制造的容器。在醋酸裝置中為了降低制造成本及便于安裝，一些貴金屬制造的設備也采用活套法蘭。    3.螺紋法蘭  多用于高壓設備上。    三、

48、法蘭密封面及墊片  法蘭連接很少是因強度不足而遭到破壞，但常由于密封不好而導致泄漏。因此，密封問題已成為法蘭連接中的主要問題，而法蘭密封面與墊片又直接影響到法蘭的密封，有必要加以介紹。    1.法蘭密封面即法蘭接觸面，簡稱法蘭面。一般均需經(jīng)過比較精密的加工，以保證足夠的精度和光潔度，才能達到預期的密封效果。常用的法蘭密封面有突面型、凹凸面型、榫槽型、自緊型等數(shù)種。    突面型密封只有一個光滑的平面，為改善密封性能，常在密封面上車制出幾道寬約1mm、深約0.5mm的同心溝槽，如同鋸齒。這種密封面結構簡單，容易加工，但安裝時墊片不易裝正，緊螺栓

49、時也易擠出，壓力較高時墊容易沖壞而引起密封失效。一般用于低壓、無毒介質的容器上。    凹凸面型密封面是一對法蘭的密封面分別為凹面和凸面，且凸面高度略大于凹面深度。安裝時把墊片方放在凹面上，因此容易裝正，且緊螺栓時也不會擠出，在壓力較高的環(huán)境下墊片不易沖壞。一般用于中壓容器。    榫槽型密封面是在一對法蘭的密封面上，將其中一個加工出一圈寬度較小的榫頭，將另一個加工出與榫頭相配合的榫槽，安裝時將墊片放入榫槽內。榫槽型密封在使用時墊片不可能向內、外擠出，所以密封性能更好，且墊片較窄，減輕了壓緊螺栓的負荷。但這種結構密封面結構復雜，加工困難，更換墊片比較費事

50、，榫頭也容易損壞。所以，一般只用于易燃或有毒的工作介質或工作壓力較高的中壓容器上。    自緊式密封面是將密封面和墊片加工成特殊形狀，承受壓力后，墊片會自動壓緊在密封面上保證密封效果。這種結構適用于高壓及壓力、溫度經(jīng)常波動的容器上。    2.墊片  法蘭密封面即使經(jīng)過精密加工，法蘭面之間也會存在微小的間隙，而成為介質泄漏的通道。墊片的作用就是在螺栓的預緊力作用下產(chǎn)生塑性變形，以填充法蘭密封面之間的間隙，堵塞介質泄漏通道，從而達到密封效果。    容器法蘭連接所用的墊片有非金屬軟墊片、纏繞墊片、金屬包墊片和金屬墊片數(shù)種。非金

51、屬墊片是用彈性較好的板材按法蘭密封面的直徑及寬度剪成一個圓環(huán)。所用材料主要有橡膠板、石棉橡膠板石棉板、聚四氟乙烯板等，根據(jù)容器的工作壓力、溫度以及介質的腐蝕性來選用。一般低壓、常溫（100）和無腐蝕性介質的容器多選用橡膠板（經(jīng)強硫化處理的硬協(xié)接工作溫度可達200）；介質溫度較高（對水蒸汽450，對油類350）的中低壓容器通常常用石棉橡膠板或耐油石棉橡膠板；一般的腐蝕性介質的低壓容器常采用耐酸石棉板；壓力較高時則用聚乙烯板或聚四氟乙烯板。    纏繞墊片是用石棉（柔性石墨、聚四氟乙烯）帶與薄金屬帶（低碳鋼帶或合金鋼帶）相間纏繞而成。因為薄金屬帶有一定的彈性，而且是多道密封，所

52、以密封性較好。用于壓力或溫度波動較大，特別是直徑較大的低壓容器上最為適宜。在直徑不大的中壓設備上也經(jīng)常使用。    金屬包墊片又稱為包合式墊片，是用薄金屬板內包石棉材料等卷制的圓環(huán)。這種墊片耐高溫、彈性好，防腐蝕能力強，有較好的密封性能。但制造較為費事，一般只用于直徑較大、壓力較高的低壓容器或中壓容器上。    四、法蘭連接的緊固型式  法蘭連接的緊固型式有螺栓緊固、帶鉸鏈的螺栓緊固和“快開式”法蘭緊固（高壓鍋）等數(shù)種。    五、密封結構  密封結構分為強制密封和自緊密封兩大類。常用的密封結構有平面密封。平面密封

53、分為強制式和自緊式兩種。我公司現(xiàn)有設備中多用強制式密封。第六節(jié)  支座    一、立式容器支座  在直立狀態(tài)下工作的容器稱為立式容器。其支座主要有懸掛式、支承式及裙式三類。    1.懸掛式支座，俗稱耳架，適用于中小型容器，在立式容器中應用廣泛。它是由兩塊筋板及一塊底板焊接而成，通過筋板與容器筒體焊在一起。底板擱置在基礎上，并用地腳螺栓固定。為了加大支座的反力分布在殼體的面積，以避免因局部應力過大使殼壁凹陷，必要時應在筋板與殼體之間放置加強墊板。    2.支承式支座（支腿）。    3.裙式支

54、座  裙式支座由裙座、基礎環(huán)、蓋板和加強筋組成，有圓筒形和圓錐形兩種形式。常用于高大的立式容器。裙座上端與容器壁焊接，下端與擱在基礎上的基礎環(huán)連接，用地腳螺栓加以固定。為便于裝拆，基礎環(huán)上裝設地腳螺栓處開成缺口，而不用圓形孔，蓋板在容器裝好后焊上，加強筋焊在蓋板與基礎之間。為避免應力集中，裙座上端一般應焊在容器封頭的直邊部分，而不應焊在封頭轉折處，因此裙座內徑應和容器外徑相同。    二、臥式容器支座  在水平狀態(tài)下工作的容器為臥式容器。其支座主要有鞍式、圈座及支承式三類。    1.鞍式支座，這是臥式容器使用最多的一種支座形式。一般

55、由腹板、底板、墊板和加強筋組成。有的支座沒有墊板，腹板則直接與容器壁連接。若帶墊板則作為加強板使用，一是加大支座反力分布在殼體上的面積，對于大型薄壁臥式容器可以避免因局部應力過大而使殼壁凹陷；二是可以避免因支座與殼體材料差別大時進行異種鋼焊接；三是對于殼體材料需進行焊后熱處理的容器，可先將加強筋焊在殼體上，在制造廠同時進行熱處理，而在施工現(xiàn)場再將支座焊在加強墊板上，從而解決支座與殼體在使用現(xiàn)場焊接后難于進行熱處理的矛盾。    此外，在設計、安裝鞍式支座時要注意解決容器的熱脹問題，要求支座的設置不能影響容器在長度方向的自由伸縮；在使用時要注意觀察容器的膨脹情況。 

56、   2.圈座，圈座的結構比較簡單。對于大直徑薄壁容器，真空下操作的容器和需要兩個以上支承的容器，一般均采用圈座支承。壓力容器采用圈座支承時，除常溫常壓下操作外，也應考慮容器的膨脹問題。    3.支承式支座，其結構也較為簡單。因支承式支座在與容器殼體連接處會造成嚴重的局部應力，所以只適用與小型臥式容器。    三、球形容器支座  一般球形容器都設置在室外，會受到各種自然環(huán)境的影響，且重量較大外形又呈圓球狀，因而支座的結構設計和強度計算比較復雜，因我公司沒有使用故不作介紹。第三章  壓力容器安全附件   

57、 安全閥、爆破片、壓力表、液位計、溫度計都是壓力容器的安全附件，也是容器得以安全和經(jīng)濟運行所必需的構成部分。容器操作人員通過對這些附件和儀表的監(jiān)視和操作來實現(xiàn)和控制壓力容器的運行。如果這些安全附件及儀表不齊全或不靈敏，就會直接影響壓力容器的安全運行。合格的操作人員要會正確地和監(jiān)視這些裝置，應了解它們的結構、工作原理及其使用管理等方面的知識。第一節(jié)  安全閥    安全閥是一種超壓防護裝置，它是壓力容器應用最為普遍的重要安全附件之一。安全閥的功能在于：當容器內的壓力超過某一規(guī)定值時，就自動開啟迅速排放容器內部的過壓氣體，并發(fā)出聲響，警告操作人員采取降壓措施。當壓力回

58、復到允許值后，安全閥又自動關閉，使容器內壓力始終低于允許范圍的上限，不致因超壓而釀成爆炸事故。一、安全閥的結構型式和工作原理  安全閥按其整體結構及加載機構的型式可以分為杠桿式、彈簧式兩種。另一種脈沖式安全閥，因其結構復雜，只在大型電站鍋爐上使用。1.彈簧式安全閥  彈簧式安全閥由閥體、閥芯、閥座、閥桿、彈簧、彈簧壓蓋、調節(jié)螺栓、銷子、外罩、提升手柄等構件組成，是利用彈簧被壓縮后的彈力來平衡氣體作用在閥芯上的力。當氣體作用在閥芯上的力超過彈簧的彈力時，彈簧被進一步壓縮，閥芯被抬起離開閥座，安全閥開啟排汽泄壓；當氣體作用在閥芯上的力小于彈簧的彈力時，閥芯緊壓在閥座上，安全閥處

59、于關閉狀態(tài)。其開啟壓力的大小可以通過調節(jié)彈簧的預緊力度來實現(xiàn)。將調節(jié)螺栓擰緊，彈簧被壓縮量增大，作用在閥芯上的彈力也增大，安全閥開啟壓力增高，反之降低。有的彈簧安全閥閥座上裝有調整環(huán)，其作用是調節(jié)安全閥回座壓力的大小。所謂回座壓力，是指安全閥開啟排氣泄壓后重新關閉時的壓力。調整安全閥回座壓力的方法：將調整環(huán)向上旋，安全閥開啟時，由閥座與閥芯間隙流出的氣體碰到調整環(huán)后被迫轉折180o，因此增加了對閥芯的沖動力，使閥芯在極短的時間內升到最大高度，并大量排出氣體。由于氣體閥芯的沖力增大，而作用在閥芯上的彈力沒有變，所以只有當容器內壓力降得稍低時，閥芯才能回到閥座上來使安全閥關閉，這樣回座壓力就較低；

60、如果將調整環(huán)向下旋，那么氣體向上的沖力，降低，則安全閥回座壓力就較高。    彈簧式安全閥的結構緊湊，輕便，較嚴密，受振動不易泄漏，靈敏度高，調整方便，使用范圍廣。但制造較為復雜，對彈簧的材質及加工工藝要求較高，使用久了彈簧容易發(fā)生變形而影響靈敏度。    2.杠桿式安全閥，主要由閥體、閥芯、閥座、閥桿、重錘、重錘固定螺栓等組成，有單杠桿和雙杠桿之分。它是運用杠桿原理通過杠桿和閥桿將重錘的重力作用于閥芯，以平衡氣體壓力作用在閥芯上的力矩。當重錘的力矩小于氣體壓力的力矩時，閥芯被頂起離開閥座，安全閥開啟排氣泄壓；當重錘的力矩大于氣體力矩時，閥芯被緊壓在閥座

61、上，安全閥關閉。重錘的位置是可動的，可根據(jù)容器工作壓力的大小來移動重錘在杠桿上的位置，以調整安全閥的開啟壓力。    杠桿式安全閥具有結構簡單，調整容易、準確，所加的載荷不因閥芯的升高而增加等優(yōu)點，適宜用于溫度較高的容器上。缺點是結構比較笨重，加載機構較易振動，常因振動而產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象?；刈鶋毫σ话愣急容^低。    二、安全閥的型號規(guī)格及主要參數(shù)    1.安全閥的型號規(guī)格  安全閥的型號按統(tǒng)一的閥門型號編排順序組成：        類型代號：    A表示安全閥&#

62、160;   傳動方式代號：安全閥均為自動開啟，故此單元略去不寫。    連接型式：    代號1表示內螺紋，代號2表示外螺紋；代號4表示法蘭連接    結構型式：見下表代號    0    1    2    3    4    5    6    7    8    9    安全閥  

63、0; A    彈  簧  式                    封  閉  式    不封閉    封閉    不  封  閉                帶散熱片全啟式    微啟式    全啟式    帶扳手

64、    微啟式    帶控制機構    帶扳手                            雙彈簧微啟式    全啟式        全起式    微啟式    全起式              密封面材料：T為銅合金；

65、F為聚四氟乙烯；Y為硬質合金    閥體材料：C表示碳鋼    2.主要性能參數(shù)公稱壓力，安全閥與容器的工作壓力應相匹配。根據(jù)彈簧的剛度不同，及為了使安全閥規(guī)范化、系列化，安全閥分為不同的工作壓力級別，它與管道、閥門、法蘭、容器的壓力等級相對應。向制造廠訂貨時，除了注明產(chǎn)品型號、適用介質、工作溫度外，還應注明工作壓力級別。    分類  目前大量生產(chǎn)的安全閥有彈簧式和桿式兩大類。另外還有沖量式安全閥、先導式安全閥、安全切換閥、安全解壓閥、靜重式安全閥等。彈簧式安全閥主要依靠彈簧的作用力而工作，彈簧式安全閥中又有封閉和不封閉的

66、，一般易燃、易爆或有毒的介質應選用封閉式，蒸汽或惰性氣體等可以選用不封閉式，在彈簧式安全閥中還有帶扳手和不帶扳手的。扳手的作用主要是檢查閥瓣的靈活程度，有時也可以用作手動緊急泄壓用。    三、安全閥的選用原則杠桿式安全閥主要依靠杠桿重錘的作用力而工作，但由于杠桿式安全閥體積龐大往往限制了選用范圍。溫度較高時選用帶散熱器的安全閥。  安全閥的主要參數(shù)是排量，這個排量決定于閥座的口徑和閥瓣的開啟高度，由開啟高度不同，又分為微啟式和全啟式兩種。微啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1/401/20。全啟式是指閥瓣的開啟高度為閥座喉徑的1/4。   

67、安全閥的選用  由操作壓力決定安全閥的公稱壓力，由操作溫度決定安全閥的使用溫度范圍，由計算出的安全閥的定壓值決定彈簧或杠桿的定壓范圍，再根據(jù)使用介質決定安全閥的材質和結構型式，再根據(jù)安全閥泄放量計算出安全閥的喉徑。以下為安全閥選用的一般規(guī)則。 （l）熱水鍋爐一般用不封閉帶扳手微啟式安全閥。 （2）蒸汽鍋爐或蒸汽管道一般用不封閉帶扳手全啟式安全閥。 （3）水等液體不可壓縮介質一般用封閉微啟式安全閥，或用安全泄放閥。 （4）高壓給水一般用封閉全啟式安全閥，如高壓給水加熱器、換熱器等。 （5）氣體等可壓縮性介質一般用封閉全啟式安全閥，如儲氣罐、氣體管道等。 （6）E級蒸汽鍋爐一般用靜重式安

68、全閥。 （7）大口徑，大排量及高壓系統(tǒng)一般用脈沖式安全閥，如減溫減壓裝置、電站鍋爐等，如圖8所示。 （8）運送液化氣的火車槽車、汽車槽車、貯罐等一般用內裝式安全閥，如圖4所示。 （9）油罐頂部一般用液壓安全閥，需與呼吸閥配合使用。 （10）井下排水或天然氣管道一般用先導式安全閥，如圖6所示。（11）液化石油氣站罐泵出口的液相回流管道上一般用安全回流閥。（12）負壓或操作過程中可能會產(chǎn)生負壓的系統(tǒng)一般用真空負壓安全閥。（13）背壓波動較大和有毒易燃的容器或管路系統(tǒng)一般用波紋管安全閥。（14）介質凝固點較低的系統(tǒng)一般選用保溫夾套式安全閥。 2.安全閥的安裝  安全閥必須垂直安裝在容器的本體上。液化氣貯罐上的安全閥必須裝在它的氣相位置。若安全閥確實不便裝在容器本體上而需用短管連接時，則接管的直徑必須大于安全閥的進口直徑，接管上一般應禁止裝設閥門或其它引出管。對于易燃、易爆，有毒或粘性介質的容器，為便于安全閥更換、清洗，可裝一只截止閥，但截止閥的流通面積不得小于安全閥的最小流通面積，并且要有可靠的措施和嚴格的制度，以保證在運行中截止閥全開。選擇安裝位置時，應考慮到安全閥的日常檢查的方便。安裝在室外露天的安全閥，要有防止冬季閥內水分凍結的可靠措施。裝有排氣管的安全閥，排氣管的最小截面應大于安全閥的出口截面積，排氣管應盡可能短而直