壓力容器基本知識與結(jié)構(gòu)

1、壓力容器基本知識與結(jié)構(gòu)一、壓力容器基本常識 壓力容器，不是指所有承受壓力的容器，而是指那些容易發(fā)生事故，危險性較大，需有專門機構(gòu)進行監(jiān)督，并按規(guī)定的技術(shù)管理規(guī)范進行制造和使用的壓力容器。壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程規(guī)定，具備下列三個條件的容器作為特殊設(shè)備來管理：一）最高工作壓力0.1兆帕，二）容積25升，且 壓力*容積200升公斤力/平方厘米（19.6升兆帕）。三）介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度高于標準沸點的液體。壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備，它在各個工業(yè)領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用，壓力容器除了用于工業(yè)生產(chǎn)外還用于基本建設(shè)、醫(yī)療衛(wèi)生、地質(zhì)勘探、文教體育等國民經(jīng)濟各部門。二、壓力容器的分類壓

2、力容器的形式很多，根據(jù)不同的要求，壓力容器可以有許多種分類方法，常用的分類方法有以下幾種。一）按壓力分類：按所承受壓力的高低，壓力容器可分為低壓、中壓、高壓、超高壓四個等級。最高工作壓力小于1.6兆帕的為低壓容器，這種低壓容器大多用于基本化學工業(yè)、機器制造業(yè)以及冶金采礦等行業(yè)；壓力為1.6兆帕至小于10兆帕的為中壓力容器，這種容器多用于石油化學工業(yè)；壓力為10兆帕至小于100兆帕的為高壓容器，這種容器主要用于氮肥工業(yè)和一部分石油化學工業(yè)；100兆帕以上的為超高壓容器，這種容器目前使用的還不太多，除實驗設(shè)備外用于工業(yè)生產(chǎn)的大部分是高分子聚合設(shè)備和人造水晶設(shè)備等。二）按殼體承壓方式分類：按殼體承壓

3、方式不同，壓力容器可分為內(nèi)壓容器和外壓容器兩大類。這兩類是截然不同的，它的差別首先反映在設(shè)計原理上，內(nèi)壓容器的壁厚是根據(jù)強度計算確定的，而外壓容器的壁厚設(shè)計則主要考慮穩(wěn)定問題；其次反映在安全性上，外壓容器一般較內(nèi)壓容器安全。三）按設(shè)計溫度分類：壓力容器按設(shè)計溫度的高低，它可分為低溫容器、常溫容器和高溫容器三種。低溫容器設(shè)計溫度小于等于負20，常溫容器設(shè)計溫度大于20小于450，高溫容器設(shè)計溫度大于等于450。四）從安全技術(shù)管理角度分類：按安全技術(shù)管理分類，壓力容器可以分為固定式容器、移動式容器兩大類。固定容器是指固定的安裝地點、工藝條件和使用操作人員也比較固定。容器一般不是單獨裝設(shè)，而是用管道

4、與其它設(shè)備相連接的容器，如合成塔、蒸球、管殼式余熱鍋爐、熱交換器、分離器等。移動式容器，這種容器主要用途是盛裝和運送氣體或液化氣體，容器在氣體制造廠充氣，然后運送到用氣單位，這類容器沒有固定的使用地點，一般也沒有專門負責的操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變動，管理比較復(fù)雜，因而也比較容易發(fā)生事故；移動式容器按容積和結(jié)構(gòu)形狀，有氣瓶、氣筒、罐車等三種。五）按在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類：壓力容器可分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和儲運容器四種類型。反應(yīng)容器主要是用來完成介質(zhì)的物理、化學反應(yīng)的容器；換熱容器主要是用來完成介質(zhì)的熱量交換的容器，如管殼式廢熱鍋爐；分離容器主要是用來完成介質(zhì)的液體壓力平衡和氣體

5、凈化分離等的容器；儲運容器主要是用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體、液體、液化氣體等容器，如各種形式的儲槽、槽車、鐵路槽車、公路槽車。六）容規(guī)對壓力容器的分類：為了有利于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器的壓力高低，介質(zhì)的危害程度以及生產(chǎn)過程中的重要作用，容規(guī)將其適用范圍的容器劃分三類。一類容器包括非易燃和無毒介質(zhì)的低壓容器，易燃或有毒介質(zhì)的低壓分類容器和換熱容器；二類容器包括中壓容器、劇毒介質(zhì)的低壓容器、易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲運容器，內(nèi)徑小于1米的低壓廢熱鍋爐；三類容器包括高壓、超高壓、劇毒介質(zhì)且工作壓力乘以容積大于等于190升兆帕的低壓容器或劇毒介質(zhì)的中壓容器，易燃或有毒介質(zhì)且工作壓力

6、乘以容積率大于等于490升兆帕的中壓反應(yīng)容器，或工作壓力乘以容積大于等于4900升兆帕中央儲運容器，中壓廢熱鍋爐和內(nèi)徑大于1米的低壓廢熱鍋爐。七）其他分類方法：按容器的壁厚分類可分為厚壁容器和薄壁容器兩類；按殼體的幾何形狀分類有球形容器、圓筒形容器、圓錐形容器等三種；按制造方法分類有焊接容器，鍛造容器、鉚接容器、鑄造容器及各式組合制造容器等；按結(jié)構(gòu)材料分類有鋼制容器、鑄鐵容器、有色金屬容器和非金屬容器等等；按容器的安放形式分類有立式容器、臥式容器等。三、壓力容器的基本結(jié)構(gòu)壓力容器的結(jié)構(gòu)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(shè)備和制造方法等因素確定的。這些壓力容器是由承受壓力的殼體

7、、連接件、密封元件、接管與開孔及其補強、支座等組成的。我們看到的這些都是殼體，是壓力容器最主要的組成部分，它的作用是儲存物料，完成化學反應(yīng)所需用的反應(yīng)空間，它的形狀有圓筒形、球形、錐形和組合形等數(shù)種，但最常用的是圓筒形和球形兩種。圓筒形殼體，它是由一個圓柱形的筒體和兩個封頭或端蓋組成的，它的特點是軸對稱，圓筒體是一個平滑的曲面，應(yīng)力分布比較均勻，承載能力較高，易制造，因而得到廣泛的應(yīng)用。球形殼體，也就是這些殼體呈球形，通常又稱為球罐，它的特點是受力均勻。在相同的壁厚條件下，它的承載能力高；在相同容積的條件下，它的表面積最小。從受力狀態(tài)和節(jié)約材料來說，它是壓力容器最理想的外形，但也存在制造比較困

8、難，工時成本高等缺陷。當壓力容器在生產(chǎn)工藝、安裝檢修時，封頭與筒體需采用可拆聯(lián)接結(jié)構(gòu)時，所用的部件稱為連接件，容器的接管與外部管道連接，也需用連接件連接，這種連接件一般采用法蘭螺栓結(jié)構(gòu)。在可拆連接結(jié)構(gòu)的容器中，放在兩個法蘭或封頭與筒體端部的接觸面之間，借助螺栓等連接件的壓力，而起密封作用的元件，叫作密封元件。密封元件根據(jù)材料的不同分為非金屬、金屬、組合式密封元件三種。如按截面形狀的不同又可分為平墊片、三角形、八角形、透鏡式墊片等。壓力容器與介質(zhì)輸送管道或儀表、安全附件、管道等進行連接的附件稱為接管。常用的有螺紋短管、法蘭短管、平法蘭短管三種。螺紋短管式接管是一段帶有內(nèi)螺紋或外螺紋的短管，它插入

9、并焊接在容器的器壁上，短管螺紋是用來與外部管件連接，它一般用于連接直徑較小的管道，如安裝測量儀表等。法蘭短管是接管的一端焊有管法蘭，另一端插入并焊接在容器的器壁上，它的作用是與外部管件連接，這種接管，要求在容器外面的短管要有一定的長度，以便與外部管件連接時能順利的穿進螺栓和上緊螺帽，短管的長度一般不能小于一百毫米，它多用于直徑稍大的接管。平法蘭接管是法蘭短管式接管除掉了短管的一種特殊形式，是直接焊在容器開孔上的一個法蘭管，它的螺孔與一般管法蘭的孔不同，是一種帶有內(nèi)螺紋的不穿透孔，在與容器連接時有貼合式，插入式兩種。壓力容器為了檢查清理內(nèi)部、裝卸修理工藝內(nèi)件等的需要應(yīng)開設(shè)手孔和人孔。手孔和人孔分

10、為圓形或橢圓形兩種。他們開孔的大小是以手握有裝拆工器和安裝零件時手能自動出入、人能自由出入為準，他們的封閉形式分為內(nèi)封閉和外封閉兩種，內(nèi)封閉式適用于高溫有毒氣體的容器，多封閉式適于裝在高處的人孔結(jié)構(gòu)。容器的筒體封頭開孔后減小了容器壁的受力面積，使應(yīng)力集中，開孔邊緣處應(yīng)力增加幾倍，對容器的安全運行極為不利，為了補償開口處的薄弱部位，一般采用局部補強法，常用的補強結(jié)構(gòu)有補強圈補強、后壁短管補強和整體鍛造補強等數(shù)種。補強圈補強結(jié)構(gòu)是在開孔的邊緣焊一個加強圈，將加強圈貼合容器外壁上，與殼體和接管焊接在一起，圈上開一帶螺紋的小孔備作補強圈周圍焊縫的氣密性試驗之用，加強圈的材料與容器材料相同，焊接性能好，

11、厚度與容器壁厚相同，外徑為孔徑的兩倍。這種補強結(jié)構(gòu)，用于需開孔補強的結(jié)構(gòu)，但容器上有些開孔是不需要補強的，這是因為容器在設(shè)計時存在某些加強因素，但當開孔較小削弱程度不大，孔邊應(yīng)力集中程度在容許范圍以內(nèi)時，開口處可以不另行補強。對壓力容器起支撐和固定作用的叫支座，根據(jù)圓筒形容器安裝位置的不同，可分為立式容器支座，臥式容器支座兩類。四、圓筒體的結(jié)構(gòu)圓筒體的結(jié)構(gòu)可分為整體式筒體、組合式筒體兩大類，它們包括單層卷焊、整體鍛造、鍛焊、鑄鍛焊、電渣重熔、多層板式結(jié)構(gòu)、繞制式等。單層卷焊筒體的制造過程：單層卷焊式筒體是用卷板機將鋼板卷成圓筒，然后焊上縱焊縫制成筒節(jié)，再將若干個筒節(jié)組焊成筒體與封頭和端蓋組成容

12、器，它是應(yīng)用最廣泛的一種容器。單層卷焊式筒體也存在某些缺陷：一）其壁厚往往受到鋼材雜質(zhì)和卷制能力的限制，我國目前單層卷焊筒體的最大壁厚一般小于等于120毫米。二）規(guī)格相同的壓力容器產(chǎn)品，單層卷焊筒體所用鋼板厚度最大，厚鋼板各項性能差異大且綜合性能也不如薄板和中厚板，因此產(chǎn)生脆性破壞的危險性增大。三）在壁厚方向上應(yīng)力分布不均勻，材料利用不夠合理，隨著壓力容器制造技術(shù)的改進單層卷焊結(jié)構(gòu)的上述不足將逐步得到克服。五、封頭凡與筒體焊接連接而不可拆的都稱作封頭如按形狀它可分為三類：凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。凸形封頭是一種被廣泛采用的一種封頭，它有半球形、蝶形、橢圓形、無折邊形四種類型。半球形封頭，也

13、就是說封頭是一個半球體。它的制造方法是，直徑較小的半球形封頭可整體壓制成型，直徑較大的則采用數(shù)塊大小相同的梯形球面板，和頂部中心的一塊圓形球面板，組焊而成的，它的優(yōu)點是受力均勻，但制造困難，一般較少采用，多用于壓力較高直徑較大的儲罐，或其他特殊設(shè)備。蝶形封又可稱作帶折邊的球形封頭，它通常由半徑為R的球面，高度為L的圓筒形折邊，半徑為小r的連接球面與折邊的過渡區(qū)三部分組成。它的優(yōu)點是制造比較容易，可模壓成型，也可用手工鍛打的方法制造。橢圓形封頭是由半橢球體、連筒體兩部分組成。一般封頭的內(nèi)直徑與封頭兩倍深度之值，以不大于二點六為宜，封頭的內(nèi)直徑與封頭兩倍深度之比應(yīng)等于橢圓封頭，我們稱為標準橢圓形封

14、頭；它的優(yōu)點是受力狀態(tài)比蝶形封頭好，但不如半球形封頭，是壓力容器中常用的一種封頭。無折邊球形封頭是將半球形封頭或蝶形封頭的大部分除掉取其上的球面體而成；為了保證封頭與筒體連接處不遭破壞，連接處的焊縫應(yīng)采用全焊結(jié)構(gòu)；它的優(yōu)點是，制造容易，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但也存在受力情況不良等缺陷；一般只用在直徑較小壓力較低的容器上。錐形封頭就是一節(jié)圓錐形筒體；它有無折邊錐形封頭和折邊錐形封頭兩種形式；折邊錐形封頭是指帶有過圓弧部分，它包括圓錐體、折邊和圓筒體三個部分；多用于椎體半頂角大于30度的場合，就受力狀態(tài)來說，它比半球型，蝶型、橢圓形封頭都差，但有時為了使氣體在容器內(nèi)均勻分布，或者要改變流體的流速，也需

15、采用錐形封頭。六、法蘭連接結(jié)構(gòu)法蘭在容器與管道中起連接與密封作用；螺栓連接的法蘭結(jié)構(gòu)特點：法蘭就是連在管道和容器端部的圓環(huán)，它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，壓緊熱片使墊片表面產(chǎn)生塑性變形阻塞容器內(nèi)介質(zhì)外流的通道，起到密封的作用，這也就是法蘭密封的原理。根據(jù)法蘭與筒體的連接形式不同，容器法蘭又分為整體法蘭、活套法蘭和任意法蘭三種；法蘭與法蘭頸部為一整體或法蘭與容器的連接視為整體結(jié)構(gòu)的法蘭，稱為整體法蘭，這就是整體法蘭。根據(jù)它與筒體的連接形式又分為平焊法蘭和對焊法蘭兩類；平焊法蘭：它是將法蘭環(huán)套在筒體外面，用填角焊與筒體連接的法蘭。

16、它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用廣泛，但也存在受力后易變形、泄漏，有時導(dǎo)致筒體彎曲的缺陷。這種法蘭一般只用于直徑較小，壓力溫度較低的低壓容器上。對焊法蘭：它是通過錐頸與筒體對焊連接的法蘭；它的優(yōu)點是，由于根部帶有較厚的錐頸圈，剛性較好，不易變形，局部應(yīng)力比平焊法蘭低，而且強度增加，但它制造比較困難，僅在中壓容器上使用?；钐追ㄌm：它是將法蘭環(huán)套在筒體外面，但不與筒壁固定成整體的法蘭，這是用螺紋與筒體連接的活套法蘭，因加工螺紋比較麻煩，所以只用在管式容器上。活套這種法蘭拆卸、維修、更換比較方便，這種法蘭一般僅用于搪瓷或有色金屬制造的低壓容器上。七、法蘭密封面及墊片法蘭密封面及墊片是在法蘭連接中起

17、密封作用的關(guān)鍵一環(huán)，為了防止泄露，保證密封效果。法蘭密封面也就是法蘭接觸面，簡稱法蘭面。它需精密的加工足夠的粗糙度和精度才能達到密封效果，常用的法蘭密封面有平面型、凹凸型、榫槽型、四井型等數(shù)種。平面型密封面：它只有一個光滑的平面，為改善密封性能常在密封面上，車制出幾道同心圓溝槽，如同鋸齒；它的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)簡單易加工，但也存在安裝時墊片不易裝正，緊螺栓時易擠出等缺陷；這種密封面一般用于低壓無毒的介質(zhì)上。凹凸型密封面：它是一對法蘭的密封面分別凹面和凸面，凸面高度略大于凹面的深度；它的優(yōu)點是，安裝時把墊片放在凹面上，易裝正，密封性能優(yōu)于平面性，但加工困難；這種密封平面，一般用于中壓容器。槽型密封面：

18、它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, 安裝時墊片放在榫槽內(nèi)；它的優(yōu)點是，密封性能好，但這種密封面結(jié)構(gòu)復(fù)雜加工困難，更換墊片費時，榫頭易損壞；它只用于易燃或有毒的工作介質(zhì)或工作壓力較高的中壓容器上。法蘭密封面不管經(jīng)過多精密的加工，在法蘭面之間，也會存在微小的間隙，成為介質(zhì)泄漏的通道，墊片的作用就是在螺栓預(yù)緊力的作用下產(chǎn)生塑性變形，這塑性變形填充了法蘭密封面之間存在的微小間隙，堵塞了介質(zhì)泄漏的通道從而達到密封作用。容器法蘭連接所用的墊片，它有金屬和非金屬等數(shù)種。常用的三種非金屬軟墊片：非金屬軟墊片是用彈性較好的板材，按法蘭密封面的不同直徑

19、和寬度制成的一個圓環(huán)；這種非金屬軟墊片所用的材料主要有橡膠板、石棉橡膠板、石棉板等等。這是用橡膠制成的不同規(guī)格的墊片，這種非金屬軟墊片一般都用在低壓常溫和無腐蝕的介質(zhì)的容器上。這是用石棉板制成的各種不同規(guī)格的墊片，這種石棉板制成墊片適于在介質(zhì)溫度較高的中低壓容器，腐蝕性介質(zhì)的低壓容器上使用，壓力較高時可用聚乙烯或四氟乙烯板制成墊片。金屬墊片主要包括金屬包墊片、金屬墊片。這是金屬包墊片，它用薄金屬板內(nèi)包石棉材料等卷制而成的圓環(huán)，這種墊片耐高溫、彈性好、防腐能力強，有較好的密封性能，一般只用于直徑較大的低壓容器或中壓容器上。法蘭連接的緊固形式：它有螺栓緊固、帶鉸鏈的螺栓緊固、快開式法蘭緊固等數(shù)種。這是螺栓緊固式，它結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠，是法蘭廣泛采用的一種緊固形式，但也存在，拆裝費時的弱點，所以這種緊固形式只用于一些不經(jīng)常拆卸的法蘭連接。如若容器端蓋長期開啟，則需用帶鉸鏈的螺栓緊固，這就是帶鉸鏈的螺栓緊固式，它因螺栓帶有鉸鏈，法蘭上螺孔開有缺口，拆卸時不用從螺栓上卸下螺母，只需擰松螺栓后，繞鉸鏈軸從法蘭邊翻轉(zhuǎn)下來。八、支座支座它是