壓力容器教案

第一章壓力容器基礎(chǔ)知識

第一節(jié)壓力容器安全管理的重要性

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的一種設(shè)備。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和

人民生活水平的提高，壓力容器的使用日益廣泛，數(shù)量日益增加，而且類型復(fù)

雜，設(shè)計制造還不斷采用新材料、新工藝和新技術(shù)。這樣，壓力容器的安全可

靠性就尤為重要。

壓力容器的安全問題之所以特別重要，主要是因為它既是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛

使用的設(shè)備，又容易發(fā)生事故，而且往往發(fā)生的事故又是災(zāi)難性事故。

舉例說明

所以無論哪個環(huán)節(jié)的工作稍有疏忽，就可能發(fā)生壓力容器爆炸事故！為保

障人身安全和設(shè)備安全，做好壓力容器的安全管理工作非常必要。

為了確保壓力容器的安全性，西方工業(yè)化國家早已把它納入政府安全監(jiān)察

體系內(nèi)進行法制化管理。我們國家自國發(fā)［1982］22號《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫

行條例》和原勞動部［1990］8號《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（簡稱“容規(guī)”）和

勞鍋字［1990］3號［壓力容器定期檢驗規(guī)則］先后頒布，以及勞部發(fā)［1993］442號

《壓力容器使用登記管理規(guī)則》等一系列相關(guān)規(guī)程標準陸續(xù)發(fā)布實施，壓力容

器安全監(jiān)察與管理逐步進入法制化管理的軌道。

我國目前主要是依據(jù)2003年2月19日國務(wù)院頒布自2003年6月

1日起施行的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，2009年修訂，代替1982年2月6日

國務(wù)院頒布的《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》。

《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》的頒布對于我國建立鍋爐壓力容器等承壓特種

設(shè)備安全監(jiān)察制度確立了依據(jù)。

壓力容器的重要性主要表現(xiàn)在以下方面

（-）壓力容器應(yīng)用廣泛

壓力容器是一種能承受壓力載荷的密閉容器。它的主要作用是貯存、運輸

有壓力的氣體或液化氣體，或者是為這些流體的傳熱、傳質(zhì)反應(yīng)提供一個密閉

的空間。壓力容器具有各式各樣的形狀結(jié)構(gòu)，從小至容積只有兒升的瓶或罐，

到大至上萬立方米的球形容器或高達上百米的塔式容器，在各種工業(yè)領(lǐng)域中都

得到最廣泛的應(yīng)用。而液化石油氣鋼瓶等壓力容器已進入千家萬花，與日常生

活密切相關(guān)。

壓縮空氣是一種使用得較為普遍的動力源，它可以帶動氣錘、風鏟、風鎬、

風動砂輪、鉀釘槍等風動機械和風動工具，進行金屬加工、礦山開采、挖掘隧

道、釧接橋梁等，還可以用作噴砂（丸）、噴漆、攪拌、輸送物料以及控制儀

表與自動化裝置等。因此，在機械制造、交通運輸、建筑、采礦、化工、冶金

及國防工業(yè)等許多部門中都大量使用著壓縮空氣。特別是在煤礦中，由于風動

機械在使用中不會產(chǎn)生火花，可以防止瓦斯爆炸，因而壓縮空氣的使用就更為

普遍。壓縮空氣主要來源于空氣壓縮機，壓縮機的一套附屬設(shè)備，如氣體冷卻

器、油水分離器、貯氣罐等都是壓力容器。有些對干燥度和清潔度要求比較高

的壓縮空氣，還要有干燥和過濾裝置，這些也是壓力容器。

除了壓縮空氣外，在工業(yè)生產(chǎn)中還經(jīng)常使用各種氣體作為原料或輔助材料。

如制造農(nóng)藥要用的氯氣，金屬的焊接和氣割需要氫氣、乙快氣和氧氣等。這些

氣體從氣體制造廠送到使用單位，除了相距較近時可用管道輸送外，大部分都

得使用盛裝容器。而為了提高運輸效率和設(shè)備利用率，這些氣體往往都要經(jīng)過

增壓使其成為壓縮氣體（如氧、氮等）或液化氣體（如液氯、液氨等）或溶解

氣體（如乙快）。這樣，貯運這些壓縮氣體、液化氣體或溶解氣體的容器，如

氣瓶、液化氣體貯罐及槽（罐）車等，也都是壓力容器。

制冷裝置是食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生等部門用以制造“人造冷”的

一種通用設(shè)備。因為食品或藥品的冷藏運輸、某些化工產(chǎn)品的制備等需要在較

低的溫度下進行，而要獲得持續(xù)的低溫就得采用制冷裝置。制冷裝置是利用制

冷壓縮機將氣態(tài)的冷凍劑（最常用的是氨和氟里昂）進行壓縮，然后在冷凝器

中用水將其冷凝為液體，再把這些液化了的冷凍劑通過調(diào)節(jié)閥節(jié)流降壓進入蒸

發(fā)器。由于壓力降低，液化冷凍劑在蒸發(fā)器內(nèi)不斷地蒸發(fā)，并吸收大量的熱，

使其周圍的介質(zhì)和環(huán)境溫度降低。蒸發(fā)后的冷凍劑再回到壓縮機，如此繼續(xù)循

環(huán)，在蒸發(fā)器中便可以連續(xù)獲得“人造冷”。制冷裝置中的多數(shù)設(shè)備，如冷凝

器、蒸發(fā)器、液體冷凍劑貯罐等都是壓力容器。

與上述情況相反，有些工業(yè)產(chǎn)品的制備需要在較高的溫度下進行。因此在

生產(chǎn)工藝過程中常常需要將物料加熱，而加熱又往往使用水蒸氣，因為它是一

種較易于獲得的熱源。水蒸氣是有壓力的氣體，用它來對物料進行加熱的設(shè)備,

無論是間接式換熱裝置，如蒸汽夾套、蒸汽列管加熱器等，或者直接式加熱設(shè)

備，如蒸煮鍋，蒸汽消毒器等都是一種壓力容器。

化工生產(chǎn)中所使用的反應(yīng)設(shè)備大部分也是壓力容器。因為有許多化學(xué)反應(yīng)

需要在加壓的條件下進行，或者需要在比較高的壓力下加速其反應(yīng)，提高設(shè)備

效率。例如，用乙烯和水（高壓過熱水蒸氣）制造乙醇（酒精），就需要在7MPa

的壓力下進行；用氫和氮來制造合成氨，則要在10?lOOMPa的壓力下才能較好

的反應(yīng)。這樣，不但是反應(yīng)器本身需要用壓力容器，而且由于這些參與反應(yīng)的

有壓力的介質(zhì)往往又都先要經(jīng)過精制、加熱或冷卻等，這些工藝過程所用的設(shè)

備，也都是壓力容器。隨著石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，高分子聚合物的生產(chǎn)不

斷擴大。高分子聚合物是由單體分子經(jīng)過聚合反應(yīng)而得到的，而大部分聚合反

應(yīng)都需要在較高的壓力下進行。例如用乙烯氣體聚合成聚乙烯，低壓法也要在

3.5~10g@的壓力下進行，高壓法則需要100?250MPa。因此制取高分子聚合物

的設(shè)備往往不僅聚合釜（進行聚合的設(shè)備）是壓力容器，而且這些單體分子在

聚合反應(yīng)以前的一系列工藝處置過程（貯存、精制、加熱等）也需要壓力容器。

由此可見，壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用是極為普遍的，尤其是在化學(xué)工

業(yè)中，幾乎每一個工藝過程都離不了壓力容器，而且它還常常是生產(chǎn)中的主要

設(shè)備。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、

文體教育，以至人們的日常生活等國民經(jīng)濟各部門。所以要發(fā)展國民經(jīng)濟，就

需要大量地制造和使用各種壓力容器。

（二）壓力容器事故率高

壓力容器之所以作為一種特種設(shè)備，要由國家設(shè)置專門機構(gòu)進行安全監(jiān)督,

最主要的原因還是它的事故率要比一般的機械設(shè)備高，而且事故的危害性往往

又特別嚴重。

設(shè)備事故率的大小，影響因素較多，也十分復(fù)雜。它不但與整個工業(yè)領(lǐng)域

的各項技術(shù)水平有關(guān)，而且還與社會和人的因素有關(guān)。各國的情況也不盡相同。

但從總的情況來看，在相同的條件下，壓力容器的事故率顯然要比其他的一般

機械設(shè)備高得多。壓力容器大多數(shù)是承受靜止而比較穩(wěn)定的載荷，并不像一般

轉(zhuǎn)動機械那樣容易因過度磨損而失效，也不像高速發(fā)動機那樣因承受高周反復(fù)

載荷而容易發(fā)生疲勞失效。為什么它的事故率比較高呢？從技術(shù)條件方面分析,

有以下一些主要原因：

1.承受一定的壓力及溫度

壓力容器承受大小不同的壓力載荷和其他載荷，有些容器還在高溫或深冷

條件下運行。壓力容器內(nèi)的壓力可能因操作失誤或反應(yīng)異常而迅速升高，從而

導(dǎo)致承壓部件超壓破裂。

2.使用介質(zhì)復(fù)雜

壓力容器的工作介質(zhì)常具有較強的腐蝕性，會導(dǎo)致氧腐蝕、硫腐蝕、硫化

氫腐蝕以及各種濃度的酸、堿、鹽腐蝕，損壞設(shè)備。有的工作介質(zhì)為易燃、易

爆、有毒介質(zhì)，一旦泄露或發(fā)生燃燒、爆炸，會造成人身傷亡和財產(chǎn)損失。

3.較為復(fù)雜的局部應(yīng)力

壓力容器通常都有開孔接管及其他的不連續(xù)結(jié)構(gòu)，在這些區(qū)域內(nèi)存在著較

高的應(yīng)力，在不利的使用環(huán)境或載荷條件下，會導(dǎo)致承壓部件破裂。

4.連續(xù)運轉(zhuǎn)不易檢驗

壓力容器大多是鋼制焊接結(jié)構(gòu)，在焊縫部位常隱含著漏檢缺陷或標準允許

的細微缺陷。在使用中，很多壓力容器必須連續(xù)運行，不便停用檢查，常因缺

陷擴展而導(dǎo)致破裂。

在上述因素共同影響下，即使是設(shè)計、制造質(zhì)量符合標準的壓力容器，在

正常操作條件下也會發(fā)生各種事故，更不用說帶有設(shè)計、制造缺陷的設(shè)備和操

作失當?shù)脑O(shè)備了。

（三）壓力容器事故后果嚴重

壓力容器承壓部件的斷裂破壞伴隨著介質(zhì)的能量釋放會形成爆炸，具有巨

大的破壞力，不僅損壞設(shè)備本身，而且損壞周圍的設(shè)備和建筑，并常常造成人

身傷亡，后果極其嚴重。

壓力容器內(nèi)的介質(zhì)都是有較高壓力的氣體或液化氣體。容器爆破時，這些

介質(zhì)即卸壓膨脹，瞬時釋放出很大的能量。這些能量產(chǎn)生空氣沖擊波，使周圍

的廠房、設(shè)備遭到嚴重的破壞。例如，1976年4月，某染料廠的一臺反應(yīng)釜（直

徑1.05米，容積約LlmD在制備某種農(nóng)藥產(chǎn)品的過程中，突然發(fā)生爆炸，產(chǎn)生

的空氣沖擊波不但摧毀了容器所在車間的廠房建筑及全部設(shè)備，還造成相距65m

的鍋爐房的房頂掀起，爐墻開裂，事故損失慘重，傷亡十余人。壓力容器爆炸

產(chǎn)生的沖擊波不僅毀壞建筑物及設(shè)備，還會直接傷人，輕的可以損傷耳膜，重

的往往傷及內(nèi)臟。如有的人因肝臟損傷而昏迷，有的甚至還會造成粉碎性骨折

而死亡。如果容器是脆性破裂，或者是由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生爆炸，還會產(chǎn)生爆

破碎片，特別是化學(xué)反應(yīng)爆炸，常使容器發(fā)生粉碎性破裂。大量的碎片飛出，

擊傷周圍的人員或設(shè)備。例如，1976年4月，某縣小化肥廠的合成氨系統(tǒng)在進行

系統(tǒng)的氣密性試驗時，整個系統(tǒng)的5臺高壓容器（直徑274mm）同時發(fā)生化學(xué)反

應(yīng)爆炸，容器殼體全部變成碎塊（約千余塊）飛出，一般距離為400?500m,最

遠的達1000m,致使周圍的人被碎片擊傷或致死，甚至禍及廠外行人，造成死傷

數(shù)十人的重大人身傷亡事故。

容器爆破以后，器內(nèi)介質(zhì)外泄，還會引起一系列的惡性連鎖反應(yīng)，使事故

的危害進一步擴大。如果介質(zhì)是有毒的氣體或液化氣體，它在周圍迅速擴展后

即會造成大面積的毒害區(qū)。例如，1979年9月，某電化廠一個容積為415L液氯瓶

發(fā)生爆炸，產(chǎn)生的碎片將周圍的10個液氯瓶及貯罐擊穿，并引起其中4個裝滿液

氯的氣瓶接連爆炸，約有10200kg的液氯外泄擴散，中毒的范圍波及7.35km?因中

毒而死亡的有數(shù)十人，輕傷需住院治療的達數(shù)百人。如果容器內(nèi)的介質(zhì)是水蒸

氣、飽和水或其他高溫液體，則會造成嚴重的燙傷事故。例如，1979年12月，

某柴油機廠職工浴室的一個熱水罐（直徑1.3m,長,3.1m）發(fā)生爆炸，浴室內(nèi)的

數(shù)十名職工幾乎無一幸免傷亡，損失慘重。更為嚴重的是，器內(nèi)介質(zhì)若為可燃

的氣體或液化氣體，在容器破裂后可燃介質(zhì)大量流出，并與周圍的空氣混合，

產(chǎn)生二次爆炸，并釀成火災(zāi)。例如，1984年11月19日，墨西哥市培麥克斯公司

所屬的液化石油氣供應(yīng)中心，6臺球形貯罐和48臺臥式貯罐接連爆炸，大火持

續(xù),6小時，附近的民宅約！1500棟被毀，造成500多人死亡，一千余人下落不

明，三萬余人流離失所。由于現(xiàn)場工作人員全部遇難死亡，事故原因一直沒有

查明。近年來，我國也發(fā)生過由液化石油氣貯罐爆破而造成的重大火災(zāi)事故，

大火持續(xù)20多小時，大量建筑物、設(shè)備、車輛被燒毀，死亡數(shù)十人。

造成傷害的因素主要有：

1.沖擊波傷害

壓力容器內(nèi)的介質(zhì)一般是具有一定壓力的氣體、液化氣體或高溫液體，承

壓部件一旦破裂，介質(zhì)即泄壓膨脹或瞬時汽化，瞬間釋放出大量的能量。其中

大約85%的能量用以產(chǎn)生沖擊波，向周圍快速傳播，破壞設(shè)備、建筑并危害人身

安全。

2.設(shè)備碎片傷害

壓力容器破裂時，有些殼體可能會斷裂成碎片并高速飛出，擊穿、撞壞相

遇的設(shè)備或建筑，有時直接傷人。

3.介質(zhì)傷害

壓力容器破裂時介質(zhì)外泄，常常造成人員燙傷、中毒、現(xiàn)場燃燒及二次爆

炸，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

總之，壓力容器爆炸，常造成大面積的、立體性的破壞和群體傷害，給事

發(fā)單位和社會造成嚴重損失。

綜上所述，壓力容器應(yīng)用廣泛，工作條件惡劣，容易損壞并發(fā)生事故，且

事故后果嚴重。因而對壓力容器安全不能等閑視之，一定要慎之又慎，確保萬

無一失。我國把壓力容器作為一種特種設(shè)備，由國家質(zhì)監(jiān)總局對其安全進行監(jiān)

督管理。國務(wù)院頒發(fā)了《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，把壓力容器作為特種設(shè)備中

的一種，對生產(chǎn)（含設(shè)計、制造、安裝、改造、維修）、使用、檢驗檢測及監(jiān)督

檢查等環(huán)節(jié)都做出了具體規(guī)定，對使用單位，要求使用符合安全技術(shù)規(guī)范要求

的特種設(shè)備，建立技術(shù)檔案，在特種設(shè)備安全監(jiān)督管理部門登記，按規(guī)定進行

定期檢驗，持證使用；管理人員和操作人員必須經(jīng)過專門的技術(shù)培訓(xùn)和考核，

持證上崗，以確保壓力容器安全運行。

壓力容器基礎(chǔ)

一、壓力容器的定義

工業(yè)生產(chǎn)裝置一般分二大類：運動的裝置稱為機器，靜止的裝置稱為設(shè)備。容器是指工

業(yè)生產(chǎn)中所有各種設(shè)備外部殼體的總稱,是由曲面構(gòu)成用于盛裝物料的空間構(gòu)件。壓力容器是

指承受介質(zhì)壓力的密閉容器。

狹義的壓力容器：按照《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》第九十九條第一款第（二）項的定義。

壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力

大于或者等于O.IMPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa?L的氣體、液化氣

體和最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體的固定式容器和移動式容器；

盛裝公稱工作壓力大于或者等于0.2MPa（表壓），且壓力與容積的乘積大于或者等于1.OMPa-L

的氣體、液化氣體和標準沸點等于或者低于60C液體的氣瓶；氧艙等。

我們通常所說的壓力容器是特指滿足TSGR0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)

程》（簡稱“固容規(guī)"）第L3條規(guī)定的容器。即同時滿足下列三個條件的容器為壓力容器。

（1）工作壓力大于或者等于0.IMPa；

注:工作壓力是指壓力容器在正常工作情況下，其頂部可能達到的最高壓力（表壓力）。

（2）工作壓力與容積的乘積大于或者等于2.5MPa?L；

注：容積是指壓力容器的幾何容積，即由設(shè)計圖樣標注的尺寸計算（不考慮制造公差）

并且圓整。一般應(yīng)當扣除永久連接在壓力容器內(nèi)部的體積。

（3）盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體和最高工作溫度高于或者等于標準沸點的液體。

注：容器內(nèi)介質(zhì)為最高工作溫度低于其標準沸點的液體時，如果氣相空間的容積與工作

壓力的乘積大于或等于2.5MPa-L時，也屬于本范圍。

其中（3種例外）超高壓容器應(yīng)當符合《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定；非金屬

壓力容器應(yīng)當符合《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定；簡單壓力容器應(yīng)當符合《簡

單壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定。

壓力容器中的壓力源

壓力容器的壓力來源于容器內(nèi)或容器外：

1、由壓縮機或液體泵產(chǎn)生的壓力

2、由蒸汽鍋爐、廢熱鍋爐產(chǎn)生的壓力

3、由液化氣體蒸發(fā)產(chǎn)生的壓力

4、由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的壓力

壓力容器的壓力來源可分為兩大類：第一類，氣體的壓力是在器外產(chǎn)生的：第二類，氣

體的壓力是在器內(nèi)產(chǎn)生的。

1.在器外產(chǎn)生壓力的情況。容器內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生于容器外，他的壓力源一般來源于氣

體壓縮機或蒸汽鍋爐等。這些壓力源一般通過縮小氣體的體積、增大氣體的密度、加速氣體

的流動速度來提高氣體的壓力。這類壓力容器可能達到的最高壓力一般只限于保持壓力源出

口的氣體壓力，除非氣體在器內(nèi)溫度大幅度升高或產(chǎn)生其他物理、化學(xué)變化。

2.在器內(nèi)產(chǎn)生的氣體壓力的情況。容器內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生于器內(nèi)，一般是由于器內(nèi)介質(zhì)

的聚焦狀態(tài)發(fā)生改變，或者介質(zhì)在器內(nèi)受熱溫度劇烈升高；或者是介質(zhì)在器內(nèi)發(fā)生體積增大

的化學(xué)反應(yīng)等。

因此，無論是介質(zhì)壓力產(chǎn)生于容器外，還是產(chǎn)生在容器內(nèi)，操作不當都有發(fā)生事故的可

能性，都存在不同的危險性。

壓力容器基本要求

壓力容器是在壓力下工作的，有些還是生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，有著安全運行的問題。為了

能長期安全高效運轉(zhuǎn)，應(yīng)具有如下基本要求：

（-）機械可靠，這是首要條件

1、要有足夠的強度

強度是壓力容器在載荷作用下抵抗破壞的能力，壓力容器應(yīng)有足夠的強度。但也

不能為了保證強度把安全系數(shù)提得太高，會造成材料的大量浪費。

2、保證剛度

剛度是壓力容器在外力作用下，保持原來形狀的能力。

受外壓的容器，如果剛度不好，將發(fā)生失穩(wěn)而破壞。受外壓的容器，即使強度足夠，只

要剛度不夠也會被壓扁而破壞。

3、保證一定緊密性

壓力容器，里面往往盛有易燃、易爆、有毒及腐蝕性的介質(zhì)，如果容器的端蓋或開孔連

接處不夠緊密，介質(zhì)會泄漏，造成危險。

4、要有相當耐久性

壓力容器一般都需有一定的使用年限，即使用壽命。其耐久性決定于介質(zhì)的腐蝕情況。

在受反復(fù)載荷、高溫操作或誘導(dǎo)振動的情況下，使用壽命還跟設(shè)備的疲勞，蠕變及振動磨損

等因素有關(guān)。

（-）生產(chǎn)能力高

壓力容器生產(chǎn)能力是指其單位時間、單位設(shè)備容積（面積）處理物料的數(shù)量。

比如硫酸吸收塔，每小時每立方米容器所處理的硫酸公斤數(shù)，換熱器每小時每平方米傳

熱面積上的傳熱量。

（三）消耗低

指某臺壓力容器生產(chǎn)每單位重量或單位體積產(chǎn)品所需消耗的原材料及能量，如原

料、燃料、水、電、蒸汽等。

（四）制造方便

要制造方便，壓力容器的結(jié)構(gòu)就必須有良好的加工工藝性，便于制造，要避免復(fù)

雜的加工工序。比如盡量采用焊接、減少鍛造或鑄造；盡量用標準件，可減少制造的工作量。

（五）運輸和安裝方便

有些壓力容器又高、又大、又重，必須考慮運輸?shù)目赡苄院桶惭b的方便性。

如大型球罐的球片、大型蒸壓釜、大型合成塔，有些內(nèi)徑達5米以上，長（高）達兒十

米。

（六）運轉(zhuǎn)性能好

操作方便，裝拆與檢修方便，可用標準件替換等等。

第二章壓力容器的基本結(jié)構(gòu)

一、壓力容器的結(jié)構(gòu)形式

（-）壓力容器是為介質(zhì)的物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)、換熱、儲存、分離等提供一個密閉空

間，其結(jié)構(gòu)一般比較簡單。壓力容器根據(jù)其用途不同，結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。常見的結(jié)構(gòu)形

式主要有球形、圓筒形、箱形、錐形等?，F(xiàn)將容器常見結(jié)構(gòu)形式介紹于下：

］球形容器

言形容器的本體是一個球殼，此種結(jié)構(gòu)由許多塊預(yù)先按一定尺寸壓制成形的球面板拼焊

而成，直徑較大。由于球殼是中心對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力分布均勻，球殼體應(yīng)力是相同直徑圓筒

形殼體應(yīng)力的一半，壓力截荷相同的情況下所需板材厚度最小，相同容積的結(jié)構(gòu)表面積最小。

因此可節(jié)省大量材料（與同壓力截荷、同容積的圓筒形容器相比，可節(jié)約材料30~40%）。但

由于制造工藝復(fù)雜、拼焊要求高，再加上內(nèi)部工藝附件安裝困難，故一般用于大型儲罐，也

有時用作蒸汽直接加熱的容器。

圖2-1球形徜罐

1.頂部極板《北極板）；2.上溫帶板

（北溫帶八3.赤道帶板；4一下溫帶板

（南溫帶）；5.底部極板；6.拉桿門,不

部盤梯；8.支柱；9.中間平令；10.上

都盤梯；11.頂部平臺

2.圓筒形容器

圓筒形容器是軸對稱結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)沒有形狀突變，應(yīng)力比較均勻，受力雖不如球形容器,

但比其他結(jié)構(gòu)形式好得多，制造工藝較簡單，便于內(nèi)部工藝附件的安裝，便于工作介質(zhì)的流動,

因而是使用最普遍的一種壓力容器。圓筒形容器一般也采用焊接結(jié)構(gòu)。

圖2-2圓筒形容器

】?封頭;2.簡體；

3.支座;4.接管

3.箱形容器；箱形結(jié)構(gòu)可分為正方形結(jié)構(gòu)和長方形結(jié)構(gòu)兩種。其兒何形狀突變，應(yīng)力分

布不均，在轉(zhuǎn)角處局部應(yīng)力較高。這類容器的結(jié)構(gòu)不合理，除常用在壓力較低的消毒柜、汽

柜外，一般很少采用。

圖2-3箱形容器（消毒柜）

4.錐形容器：

單純的錐形結(jié)構(gòu)容器沒有，一般用到的都是由圓筒體與錐形組合面的組合結(jié)構(gòu)。

由于錐體與圓筒體連接處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，產(chǎn)生較高局部應(yīng)力，錐體的錐角大小也直接關(guān)系

到容器受力狀況。故這類容器通常是生產(chǎn)工藝有特殊要求時采用，如有結(jié)晶狀或粒狀物料需

排出等。

圖2-4錐形（組合形）容器

1,接管;2.錐底;3.支座；

4.筒體;5.封頭

（二）組成

壓力容器一般由殼體、封頭（端蓋）、法蘭、密封元件、人（手）孔與接管、支座等

部分組成。

壓力容器的零部件可分為受壓元件和非受壓元件。其中受壓元件又分為主要受

壓元件和非主要受壓元件?！豆倘菀?guī)》定義主要受壓元件為殼體、封頭（端蓋）、膨

脹節(jié)、設(shè)備法蘭；球罐的球殼板；換熱器的管板和換熱管；M36以上（含M36）的設(shè)

備主螺栓及公稱直徑大于或等于250mm的接管和管法蘭，這些主要受壓元件不一定

在同一臺設(shè)備上同時出現(xiàn)。

圖2-5壓力容器的組成

1.接管;2.端蓋;3.法蘭；

4.筒體;5.加強圈;6.人孔；

7.封頭;8.支座

1.殼體

殼體是壓力容器的重要部件，與封頭或管板共同構(gòu)成承壓殼體，為物料的儲存和完成介質(zhì)的物

理，化學(xué)反應(yīng)及共他工藝用途提供所必需的空間。筒體通常用金屬板材卷制焊接而成。

2.封頭（端蓋）

封頭是保證壓力容器密閉的重要部件。凡是與筒體采用焊接聯(lián)接而不可拆的稱為封頭;與筒

體以法蘭等聯(lián)接而可拆的，稱為端蓋。封頭與端蓋按其種類不同的分類見表2—1。

裹2-1封頭與端It按其種類不同的分類

（半球形封頭

碟形封頭

凸形封頭《

橢圓形封頭

封月〔無折邊球形封頭

帶折邊錐形封頭

錐形封頭

無折邊錐形封頭

（平板封頭

凸形封頭：這是壓力容器廣泛采用的封頭結(jié)構(gòu)形式。有半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭

及無折邊球形封頭等四種，詳見圖2—6。

半球形封頭實際上是一個半球體，受力時強度最大，在相同直徑及相同壓力下所需的厚度最小。

但因其深度大，制造較困難，故除用于壓力較高、直徑較大的儲罐及其他有特殊要求的容器外,

一般較少采用。

橢圓形封頭由半橢球體及圓筒體（即直邊）兩部分組成。由于其曲率半徑連續(xù)變化，受

力狀況也較好，與半球形封頭相比，制造方便，因而被廣泛采用。

碟形封頭又稱帶折邊球形封頭，它由兒何形狀不同的三個部分組成，中央為球面體，與

筒體連接的部分為圓筒體，球面體與圓筒體用過渡圓（即折邊）連接。因過渡圓弧半徑遠小

于球體半徑，故其受力狀況較上述兩種封頭差，通常只用于壓力較低、直徑較大的容器。

無折邊球形封頭是一塊深度較小的球面體，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。但在它與筒體的連接處由

于形狀突變而存在很高的局部應(yīng)力，故只適用于直徑較小、壓力較低的容器上。

圖2-6凸形封頭

（a）半球形封頭；碟形封頭

（c）橢圓形封頭；（d）無折邊球形封頭

錐形封頭：介質(zhì)中含有顆粒狀、粉末狀物質(zhì)或粘稠液體的容器，為便于物料匯集及卸料，容

器底部常采用錐形封頭；有時為保證氣體介質(zhì)在容器中均勻分布或改變流體流速，也采用錐

形封頭。錐形封頭有帶折邊和無折邊等兩種（圖2—7略）。無折邊錐形封頭是?段圓錐體，

圓錐體與圓筒體直接連接造成形狀突變而引起局部應(yīng)力過高，故適用于壓力較低且錐體半頂

角小于30度的場合。帶折邊的錐形封頭是在錐體與圓筒體之間有一圓弧的折邊，可以降低

局部應(yīng)力。

圖2-7錐形封頭

（a）無折邊錐形封頭;仆）大第折邊錐形封頭;G）折邊錐形封頭

平板封頭：受力時強度最低，相同直徑、相同壓力下所需厚度最大，除用作人孔蓋、手孔蓋

外，一般很少采用。

管殼式熱交換器的管板起著殼程封頭的作用。對管程起端蓋作用。

3.法蘭

由于生產(chǎn)工藝需要和安裝檢修的方便，不少容器需采用可拆的連接結(jié)構(gòu)，如壓力容器的端

蓋與筒體之間、接管與管道之間的連接。這時通常采用法蘭結(jié)構(gòu)。法蘭通過螺栓、楔口等連接

件壓緊密封件保證容器的密封。故法蘭連接是由法蘭、螺栓、螺母及密封元件所組成的密封連

接件。

法蘭按照所連接的部件可分為容器法蘭及管法蘭。前者用于容器的端蓋與筒體連接；后者用

于接管（管道）與管道之間的連接。法蘭按其整體性程度分成三種形式：整體法蘭、松式法蘭

和任意式法蘭。法蘭按其密封面形式又可分為平面法蘭、凹凸面法蘭及梯槽面法蘭。

密封元件放在兩法蘭接觸面之間或封頭與筒體頂部的接觸面之間，借助于螺栓等連接件壓緊

力可達到密封的目的。按其所用材料的不同分為非金屬密封元件（石棉墊、橡膠O型環(huán)等）、

金屬密封元件（紫銅墊、鋁墊、軟鋼墊等）和組合式密封元件（鐵包石棉墊、鋼絲纏繞石棉墊

等）。按其截面形狀又可分為平墊片、三角形墊片、八角形墊片、透鏡式墊片等。

4.接管

為適應(yīng)壓力容器安全運行及生產(chǎn)工藝的需要而設(shè)置于封頭（端蓋）及筒體上，用于介質(zhì)

的進出、安全附件的安裝等。

5.人孑L、手孑L

根據(jù)結(jié)構(gòu)、介質(zhì)等情況，壓力容器需設(shè)置人孔或手孔等檢查孔，用于容器的定期檢驗、

檢查或清除污物。人孔和手孔按其形狀可分為圓形及橢圓形兩種；按其封閉形式可分為外閉

式及內(nèi)閉式兩種。

圖2-8入孔(外閉式)圖2-9入孔(內(nèi)閉式)

6.支座

支座是用于支承容器重量并將它固定在基礎(chǔ)上的附加部件，其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定于容器的安

裝方式，容器重量及其他載荷，一般分為三大類：即立式容器支座、臥式容器支座及球形容

器支座。立式支座中最常見的有懸掛式支座(耳式支座)、支承式支座及裙式支座主要用于

高大的直立容器(塔類)。臥式容器支座的結(jié)構(gòu)形式主要有鞍式支座、支承式支座等。支承

式支座只適用于小型容器；鞍式支座常用于大中型容器；圈座適用于薄壁容器及多于兩個支

承的長容器。球容器中常見的有裙式支座和柱式支座。裙式支座一般用于小型的球型容器。

球形容器支座(圖2-16)常用的有四種形式：即赤道正切

柱型、V形柱式、三柱會一型及裙式支座。柱式支座的支柱數(shù)通

常為赤道帶分瓣數(shù)目的一半。

圖2-16球罐支座

(a)赤道正切柱型支座;(b)V形柱式支座；

(c)三柱會一型支座;(d)裙式支座

(1)赤道正切柱型支座:各支柱正切于球罐的赤道帶，支柱

間有拉桿。由于支承力在赤道圈與球體相切,受力情況莪好，也

考慮了熱膨脹及承載變形的可能性，同時便于組裝、操作和

維修。

(2)V形柱式支座:支柱呈V形，等距離的和球體赤道圈相

切，支承力在赤道區(qū)域上分布均勻，受力也較好。支柱間無拉

桿,安裝檢修也較方便。.

(3)三柱會一型支座:三根支座在地基處會于一處，由于支

柱與球體接觸不均勻，故只適用于小直徑的球罐。

(4)裙式支座：由于支座較低,故球體重心也低，較穩(wěn)定，支

座耗鋼材少,但操作、維修不便。

壓力容器的分類

壓力容器的形式很多，根據(jù)不同的要求，分類方法有很多種。按容器的壁厚分為薄壁容

器和厚壁容器；按承壓方式分為內(nèi)壓容器和外壓容器；按工作壁溫分為高溫容器，常溫容器

和低溫容器；按殼體的幾何形狀分為球形容器、圓筒形容器、圓錐形容器和輪胎形容器等；

按制造方法分為焊接容器、鍛造容器、鑄造容器和釧接容器；按制造材料分為鋼制容器、鑄

鐵容器、有色金屬容器和非金屬容器。

從安全管理和技術(shù)監(jiān)督的角度，一般把壓力容器分為兩大類，即固定式容器和移動式容

器。

(一)固定式容器

固定式容器有固定的安裝和使用地點，工藝條件和使用操作人員也比較固定。固定

式容器還可以按其工作壓力和用途進行分類。

1、按壓力分類

壓力(P)是壓力容器最主要的一個工作參數(shù)。從安全角度講，壓力越高，發(fā)生爆炸事故的

危害越大。為了便于對壓力容器進行分級管理和技術(shù)監(jiān)督，我國《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)

程》將壓力容器分為四個壓力級別，即：

(1)低壓容器(L)：0.lMpaWpV1.6Mpa

(2)中壓容器(M)：L6MpaWp<10Mpa

(3)高壓容器(H)：10MpaWpV100Mpa

⑷超高壓容器(U)：p>100Mpa

其中，p為壓力容器的設(shè)計壓力。

2、按壓力容器品種用途劃分

壓力容器按照在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理，劃分為反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容器、分

離壓力容器、儲存壓力容器。具體劃分如下：

⑴反應(yīng)壓力容器(R)：主要是完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的壓力容器，例如各種反應(yīng)

器、合成塔、變換爐、煤氣發(fā)生爐等；許多反應(yīng)容器內(nèi)工作介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，往往

又是放熱或吸熱過程，為了保持一定的反應(yīng)溫度，常裝設(shè)一些加熱或冷卻、攪拌等附屬裝置。

⑵換熱壓力容器（E）：主要是用于完成介質(zhì)的熱量交換的壓力容器，以達到生產(chǎn)工藝

過程中所需要的將介質(zhì)加熱或冷卻的目的。例如各種熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等;

⑶分離壓力容器（S）:主要是用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力

容器，在分離容器中，主要介質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如各種分離器、過濾器、集油器、吸收

塔、干燥塔、分汽缸、除氧器等；

（4）漏壓力容器（代號C,立中球罐代號B），主要用于存儲、盛裝氣體、液體、液化氣體

等介質(zhì)的壓力容器，例如各種型式的儲罐、緩沖罐、消毒鍋、印染機、烘烘缸、蒸鍋等。介

質(zhì)在容器內(nèi)一般不發(fā)生化學(xué)變化或物理變化。儲存容器的結(jié)構(gòu)比較簡單，一般僅由殼體、接

管及外部一些必要的附件構(gòu)成。大型的容器多采用球形，小型的容器則常為臥式圓筒形。

在一種壓力容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應(yīng)當按照工藝過程中的主

要作用來劃分品種。

（二）移動式容器

移動式容器是一種貯運容器，它的主要用途是裝運永久氣體、液化氣體和溶解氣體。這

類容器沒有固定的使用地點，一般也沒有專職的操作人員，使用環(huán)境經(jīng)常變遷，管理比較復(fù)

雜，也比較容易發(fā)生事故。移動式容器按其容積大小和結(jié)構(gòu)形狀分為氣瓶、氣桶和槽車三種。

（三）按安全監(jiān)察管理分類

壓力容器的分類很多，按壓力等級劃分的超高壓、高壓、中壓、低壓容器的概念以及按

用途劃分的反應(yīng)、換熱、分離、存儲壓力容器的概念應(yīng)用廣泛。而實際上，這些分類方法只

是一些習慣，并沒有實際的、確切的技術(shù)意義，在技術(shù)標準中也很少應(yīng)用。到目前為止，還

沒有一個特別科學(xué)合理的分類方法，既能滿足工程技術(shù)的需要，又能滿足監(jiān)察管理，統(tǒng)計分

析的需要，這是一個十分困難的問題。目前，為了在設(shè)計制造中對安全要求不同的壓力容器

有區(qū)別地進行技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，我國《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

（TSGR0004-2009）根據(jù)容器壓力的高低、介質(zhì)的危害程度以及在使用中的重要性，將壓力容

器分為三類：HI類容器、II類容器、I類容器。

1、介質(zhì)分組

壓力容器的介質(zhì)分為以下兩組，包括氣體、液化氣體以及最高溫度高于或等于標準沸點

的液體：

（1）第一組介質(zhì)，毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。

⑵第二組介質(zhì)，除第一組以外的介質(zhì)。

2、介質(zhì)的危害性

介質(zhì)危害性指壓力容器在生產(chǎn)過程中因事故致使介質(zhì)與人體大量接觸，發(fā)生爆炸或者因

經(jīng)常泄露引起職業(yè)性慢性危害的嚴重程度，用介質(zhì)毒性程度和爆炸危害程度表示。

⑴毒性程度

綜合考慮急性毒性、最高容許濃度和職業(yè)性慢性危害等因素，極度危害最高容許濃度小

于0.Img/m*高度危害最高容許濃度0.lmg/n??l.Omg/n?；中度危害最高容許濃度LOmg/n??

10mg/m3；輕度度危害最高容許濃度大于或等于10mg/n?。

⑵易爆介質(zhì)

指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%,

或者爆炸上限和下限的差值大于或等于20強的介質(zhì)。

⑶介質(zhì)毒性危害程度和爆炸危險程度的確定

按照HG20660-2000《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》確定。

HG20660-2000沒有規(guī)定的，由壓力容器設(shè)計單位參照GB5044-85《職業(yè)性接觸毒物危害程度

分級》的原則，決定介質(zhì)組別。

3、壓力容器類別劃分方法

⑴基本劃分

壓力容器類別的劃分應(yīng)當根據(jù)介質(zhì)特性，按照以下要求選擇類別劃分圖，再根據(jù)設(shè)計

壓力P（單位MPa）和容積V（單位L），標出坐標點，確定容器類別：

①對于第一組介質(zhì)，壓力容器的分類見圖AT；

②對于第二組介質(zhì)，壓力容器的分類見圖A-2。

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圖AT壓力容器類別劃分圖一第一組介質(zhì)

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0.111010210310410510610~108

容積，V/L

圖A-2壓力容器類別劃分圖一第二組介質(zhì)

⑵多腔壓力容器類別劃分

多腔壓力容器（如換熱器的管程和殼程、夾套容器等）按照類別高的壓力腔作為該容器

的類別并且按該類別進行使用管理。但應(yīng)當按照每個壓力腔各自的類別分別提出設(shè)計、制造

技術(shù)要求。對各壓力腔進行類別劃定時，設(shè)計壓力取本壓力腔的設(shè)計壓力，容積取本壓力腔

的幾何容積。

⑶同腔多種介質(zhì)容器類別劃分

一個壓力腔內(nèi)有多種介質(zhì)時，按組別高的介質(zhì)分類。

（4）介質(zhì)含量極小容器類別劃分

當某一危害性物質(zhì)在介質(zhì)中含量極小時，應(yīng)當按其危害程度及其含量綜合考慮，由壓力

容器設(shè)計單位決定介質(zhì)組別。

⑸特殊情況類別劃分

①坐標點位于圖AT或者圖A-2的分類線上時，按較高的類別劃分其類別。

②固容規(guī)1.4范圍內(nèi)的壓力容器統(tǒng)一劃分為第I類壓力容器。

>四、其他分類方式

1、按設(shè)計溫度：

?低溫（tW-20℃）

?中溫（-20℃<t<450℃）

?高溫（t>450℃）

2、按是否固定地點：固定式、移動式

3、按材料：鋼制、鑄鐵、有色金屬、非金屬

4、按幾何形狀：球形、筒形

5、按壁厚與內(nèi)徑比：薄壁、厚壁

三、壓力容器的安全狀況等級劃分

根據(jù)壓力容器安全狀況，劃分為五個等級。安全狀況等級應(yīng)根據(jù)檢驗結(jié)果評定，以其中

評定項目等級最低者為評定級別。

1級：壓力容器出廠資料齊全；設(shè)計、制造質(zhì)量符合有關(guān)法規(guī)和標準要求；在設(shè)計條件

下能安全使用。

2級：出廠資料基本齊全；設(shè)計、制造質(zhì)量基本符合有關(guān)法規(guī)和標準的要求；根據(jù)檢驗

報告，存在某些不危及安全，可不修復(fù)的一般性缺陷；在法規(guī)規(guī)定的定期檢驗周期內(nèi)，在規(guī)

定的操作條件下能安全使用。

3級：出廠資料不夠齊全；主體材質(zhì)、強度、結(jié)構(gòu)基本符合有關(guān)法規(guī)和標準的要求，存

在某些不符合有關(guān)法規(guī)或標準的問題或缺陷，根據(jù)檢驗報告，確認為在法規(guī)規(guī)定的定期檢驗

周期內(nèi)，在規(guī)定的操作條件下，能安全使用。

4級：出廠資料不齊全；主體材質(zhì)不明或不符合有關(guān)規(guī)定；結(jié)構(gòu)和強度不符合有關(guān)法規(guī)

和標準的要求；存在嚴重缺陷；根據(jù)檢驗報告，確認在法規(guī)規(guī)定的檢驗周期內(nèi)，需要在規(guī)定

操作條件下監(jiān)控使用。

5級：缺陷嚴重，難于或無法修復(fù)，無修復(fù)價值或修復(fù)后仍難于保證安全使用；檢驗報

告結(jié)論為判廢。

需要說明的是：安全狀況等級中所述缺陷，是指該壓力容器最終存在的狀態(tài)，如缺陷已

消除，則以消除后的狀態(tài)，確定該壓力容器的安全狀況等級。

四、壓力容器的特點

1、固定式壓力容器的特點

⑴具有爆炸或中毒等危險性較大事故的特種設(shè)備。

當設(shè)備發(fā)生破壞或爆炸時，設(shè)備內(nèi)介質(zhì)迅速膨脹，釋放出極大的內(nèi)能，這些能量不僅使

設(shè)備本身遭到破壞，瞬時間釋放出巨大能量還將產(chǎn)生沖擊波，使周圍設(shè)施破壞和建筑物遭到

破壞，危及人民生命安全。如果容器裝的是易燃或有毒介質(zhì)，?旦突然發(fā)生爆炸，將造成惡

性的連鎖反應(yīng)，后果不堪設(shè)想，所以比一般設(shè)備有更高的要求。所以《固容規(guī)》的第一條制

定的目的、性質(zhì)講的很清楚，就是為了保障固定式壓力容器安全運行，保護人民生命和財產(chǎn)

的安全，促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。

⑵介質(zhì)種類繁多，千差萬別。

易燃易爆介質(zhì)一旦泄漏，可引起爆燃。有毒介質(zhì)泄漏，能引起中毒。一些腐蝕性很強的

介質(zhì)，會使容器很快發(fā)生腐蝕生效。

⑶不同容器的工作條件差別很大，有的容器承受高溫高壓；有的容器在低溫環(huán)境下工作;

有的容器投入運行后要求連續(xù)運行。

⑷材料種類多。

⑸它本身承受靜載荷、動載荷或者是交變載荷，有些還有附加的機械載荷、溫度載荷等。

因為運行溫度和壓力變化范圍相當寬廣一，

a、從-100℃以下的低溫?1000℃的高溫。

b、從真空?lOOMPa以上的超高壓。

運行條件尤為苛刻，如合成氨的操作壓力為10?lOOMPa,高壓聚乙烯裝置的操作壓力為

100-200MPa.

介質(zhì)：氣體、液化氣體、最高溫度》標準沸點的液體，多達數(shù)千個品種。有些介質(zhì)是易燃、

有毒、腐蝕等有害物質(zhì)。

由于上述這些因素使壓力容器從設(shè)計、制造、安裝、使用、維修都不同于一般的機械設(shè)

備。

2、移動式壓力容器的特點

⑴活動范圍大，運行環(huán)境條件復(fù)雜，在運輸和裝卸過程中易受沖擊、震動，有時還可能

發(fā)生碰撞、傾翻。

⑵介質(zhì)絕大多數(shù)是易燃、易爆以及有毒等液化氣體，一旦發(fā)生事故，造成的損失大，社

會影響大。

⑶活動場所不固定，監(jiān)督管理難度大。

3、氣瓶的特點

⑴容積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、數(shù)量多、流動性大。

⑵事故多數(shù)發(fā)生在充裝環(huán)節(jié)，主要是超裝、混裝造成的。

⑶充裝單位、檢驗機構(gòu)數(shù)量多，使用單位也多，還涉及千家萬戶，監(jiān)督管理難度大。

4、用^^4的點

⑴是載人壓一容器，運行時患者在醫(yī)艙中，一旦發(fā)生事故，就會有人員傷亡。

⑵內(nèi)部為高壓氧，氧氣濃度高，易發(fā)生火災(zāi)事故。

第一節(jié)壓力容器工藝參數(shù)

工藝參數(shù)是由生產(chǎn)工藝要求確定的，是進行壓力容器強度計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全操作的

主要依據(jù)。壓力容器的主要工藝參數(shù)有壓