第一章 壓力容器基本知識

1、第一章 壓力容器基礎知識,壓力容器安全技術,主講：殷恒富,,目錄,第一節(jié) 壓力容器簡介第二節(jié) 工藝參數(shù)第三節(jié) 壓力容器承受的載荷第四節(jié) 壓力容器常用的壓力來源第五節(jié) 壓力容器的安全狀況等級劃分第六節(jié) 壓力容器的分類,第一章 壓力容器基礎知識,第一節(jié) 壓力容器的含義 壓力容器是指盛裝氣體或者液體，具有一定的壓力密閉設備。從廣義上講，所有承受壓力載荷的容器都應該算壓力容器。

2、,第一章 壓力容器基礎知識,條例》中規(guī)定：壓力容器，是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0．1MPa（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1．0MPa·L的氣體、液化氣體和標準沸點

3、等于或者低于60℃液體的氣瓶；氧艙等。,《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》第2條規(guī)定,本規(guī)程適用于同時具備下列條件的壓力容器：最高工作壓力（P w)大于等于0.1MPa(不含液體靜壓力，下同）內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15米，且容積（V）大于等于0.025m33) 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。,第二節(jié) 壓力容器的參數(shù),1、工作壓力和設計壓力 （1）壓力：垂直均勻作用于物

4、體表面單位面積上力的度量.即是中學物理學的壓強 P（壓強）=F（壓力）/S（受力面積）F:壓力——牛頓（N）S:面積——米2（m2）P:壓強——帕斯卡（Pa） （2）表壓：儀表上所測出的壓力值 。是高于大氣的差值,大氣壓力——地球表面被一層很厚的大氣包裹著。大氣受地心的吸引產(chǎn)生重力，所以包圍在地球外面的大氣層對地球表面及其上的物體便產(chǎn)生了大氣壓力，即所謂大氣壓。 以往我們將海平面上的大氣壓力1.033公斤力/厘米2

5、（相當于0.1MPa，MPa讀作兆帕，1兆=1百萬），或760毫米汞柱稱為1個標準大氣壓。 把1公斤力/厘米2（0.098MPa）的壓力稱為1個工程大氣壓。 1工程大氣壓=0.968標準大氣壓=735.6毫米汞柱 1公斤力/米2（9.8Pa)=1毫米水柱 1公斤力/厘米2（0.098MPa)=10000毫米水柱=10米水柱,絕對壓力、表壓力與負壓力。 容器內(nèi)介質(zhì)（液體或氣體）的壓

6、力高于大氣壓時，介質(zhì)處于正壓狀態(tài)；如低于大氣壓時，則介質(zhì)處于負壓狀態(tài)。容器內(nèi)介質(zhì)的實際壓力稱為絕對壓力。儀表所測的壓力稱表壓力.三者關系 絕對壓力=表壓力+大氣壓力 負壓力=大氣壓 - 絕對壓力,（3）工作壓力：也稱最高工作壓力，最高工作壓力指在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力。在名牌上標注。（4）設計壓力：指設定的容器頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件

7、，其值不低于工作壓力。,2、設計溫度（1）介質(zhì)溫度：指容器內(nèi)工作介質(zhì)的溫度（2）金屬溫度：指容器受壓元件沿厚度截面的平均溫度。（3）設計溫度：指容器在正常工作條件下，設定的容器構件用材料，可能達到的最高或最低的金屬溫度。,3、公稱直徑按容器的零部件標準化系列而選定的殼體直徑。用DN及數(shù)字表示，單位是毫米焊接的圓筒形容器，公稱直徑指的是內(nèi)徑無縫鋼管制成的圓筒形容器，公稱直徑是指它的外徑。,4、容器厚度（1）計算厚度：指按各計

8、算公式計算所得的厚度（2）設計厚度：指計算厚度與腐蝕裕量之和。（3）名義厚度：指設計厚度加上鋼材厚度負偏差后向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度。即圖樣上的值。,第三節(jié) 壓力容器承受的載荷,主要有：介質(zhì)壓力（內(nèi)壓、外壓或壓差）液體靜壓力容器的自重（含內(nèi)件和填料）附屬設備（隔熱材料、襯里、管道、扶梯、平臺）重量；風載荷、地震力、雪載荷；支座反力。,第四節(jié) 壓力容器的壓力來源,容器的氣體壓力產(chǎn)生于器外(加壓設備)：其壓力源一般是

9、氣體壓縮機或蒸汽鍋爐,,容器的氣體壓力產(chǎn)生于容器內(nèi)(工作介質(zhì))： 1、容器內(nèi)介質(zhì)的聚集狀態(tài)發(fā)生改變； 2、氣體介質(zhì)在容器內(nèi)受熱，溫度急劇升高； 3、介質(zhì)在容器內(nèi)發(fā)生體積增大的化學反應等。,第五節(jié) 壓力容器的安全狀況等級劃分,共分五級，一級最好，五級最差。1級：出廠資料齊全；設計、制造質(zhì)量符合有關法規(guī)和標準要求，在設計條件下能安全使用。2級：與一級不同的是存在某些不危及安全可不修復或難以糾正的缺

10、陷。3級存在某些不符合有關法規(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)不明或不符合有關規(guī)定；結構和強度不符合有關法規(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，難以或無法修復，無修復或修復后難以保證安全使用；檢驗報告結論為判廢。,第六節(jié) 壓力容器的分類,1、按容器所

11、承受壓力分類低壓容器（ L ）：0.1≤P< 1.6MPa;中壓容器（M）： 1.6≤P < 10MPa;高壓容器（H）： 10≤P < 100MPa;超高壓容器（U）： P ≥100MPa。,2、按設計溫度分類 低溫容器t ≤ -20℃ 常溫容器-20℃＜t ＜ 450 ℃ 高溫容器t≥450 ℃,3、按在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理分類,（1）反應

12、壓力容器（代號R）： 主要用于完成介質(zhì)的物理、化學反應的壓力容器。如反應器、反應釜、聚合釜、煤氣發(fā)生爐等。,（2）換熱壓力容器（代號E）： 主要用于完成介質(zhì)的熱量交換的壓力容器。 如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷凝器等,,(3)分離壓力容器（代號S）：主要用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器。如分離器、過濾器吸收塔等,（4）儲存壓力容器（代號C其中球罐代號B）： 主要用于儲存、盛裝氣體、液體、

13、液化氣體等介質(zhì)壓力容器。如各種型式的儲罐。 壓力容器中如同時具備兩種以上的工藝作用原理時，應按工藝過程中的主要作用來劃分品種。,4、按照安全的重要程度分類,《 容規(guī)》 對壓力容器的分類下列情況之一的，為第三類壓力容器：高壓容器；中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì),且壓強和體積的（ＰV）乘積大于等于10MPa·m3)；中壓反應容器（僅限易燃或毒性程度為中

14、度危害介質(zhì)，且ＰV乘積大于等于0.5MPa·m3);低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且ＰV乘積大于等于0.2MPa·m3);高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；,中壓搪玻璃壓力容器；使用強度級別較高（指相應標準中抗拉強度規(guī)定值下限大于等于540MPa）的材料制造的壓力容器；移動式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車[液化氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）

15、車]和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）等；球形儲罐（容積大于等于50m3);低溫液體儲存容器（容積大于5m3)。,下列情況之一的，為第二類壓力容器（本條第一款規(guī)定的除外）：中壓容器；低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）；低壓反應容器和低壓儲存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）；低壓管殼式余熱鍋爐；低壓搪玻璃壓力容器。低壓容器為第一類壓力容器（本條第1款、第2款規(guī)定的除外）,第二章 壓力容器常用鋼

16、材的基本知識,第一節(jié) 壓力容器用鋼的主要力學性能第二節(jié) 壓力容器對所用鋼材的基本要求第三節(jié) 壓力容器用鋼的主要元素組成第四節(jié) 壓力容器鋼材的常見分類方法與牌號第五節(jié) 壓力容器常用鋼材第六節(jié) 事故案例分析,第二章 壓力容器常用鋼材的基本知識,第一節(jié) 壓力容器用鋼的主要力學性能 力學指標主要包括強度、塑性、硬度、和韌性等 強度:金屬材料在外力的作用下對變形或斷裂的抗力。（1）屈服強度：指鋼材在開始

17、塑性變形時單位面積上所承受的拉力，表明材料抵抗塑性變形的能力。（2）抗拉強度：材料在斷裂前單位面積上所承受 的最大拉力，是材料承受能力的極限，表明鋼材抵抗斷裂的能力。（3）蠦變極限：反應材料高溫下的變形問題。（4）持久強度：反應材料高溫下的變形問題。,2、塑性：塑性是指金屬材料發(fā)生殘余變形（變形不能完全恢復）的性能。塑性變形:構件在外力作用下發(fā)生變形,當外力撤除后變形不能完全消失的永久變形。 變形：金屬材料在一定的外

18、力作用下，構件的形狀或尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為材料的變形。,（1）、延伸率：試件被拉斷后的總長與原長比值的百分數(shù)。（2）、斷面收縮率：試件被拉斷后的斷面縮減值與原截面積比值的百分數(shù)。,3 、韌性：表征材料抵抗沖擊功的性能。 αK=AK/FAK ——沖擊試驗機的擺獨錘沖斷試樣時所作的功，J/mm2;F——試樣槽口處的初始截面（ mm2)。,4、硬度：材料抵抗更硬物壓入的能力。 同樣的重量，壓

19、痕越深，說明材料越軟。 硬度分為布氏硬度（鋼球）、洛氏硬度（120°錐角金剛石）、維氏硬度和肖氏硬度（鋼球彈跳的高度） 常見的是布氏硬度(HB),第二節(jié) 壓力容器對所用鋼材的基本要求,1、具有良好的力學性能 包括強度、塑性和韌性。 2、具有良好的工藝性能 加工及可焊性3、具有良好的耐腐蝕性能和抗氧化性能4、鋼材在高溫下應具有的性能5、鋼材在低溫下應滿足的要求

20、,第三節(jié) 壓力容器用鋼的主要元素組成,碳鋼是以鐵為基本成分，含有少量碳元素的鐵碳合金，且含有極少量有益元素錳和硅，碳鋼中還有少量雜質(zhì)元素硫和磷。按作用分基本元素、添加元素和殘留元素?；驹赜需F和碳。添加元素有錳mn、鉬mo、釩v、鎳ni、鉻cr、鈦ti、硼B(yǎng)等殘留元素有硫、磷、錳、硅、氧、氫、氮等各元素對鋼的影響見P23,碳對鋼材的工藝性能的影響,壓力容器大多數(shù)是用鋼板滾卷或沖壓后焊接制成的，所以要求壓力容器用鋼要具有良好

21、的工藝性能，即具有冷塑變形能力和可焊性。前者可以通過控制塑性指標得到保證；而可焊性是取決于鋼材的含碳量（對碳鋼）或碳當量（對合金鋼）。碳鋼和普通低合金鋼其含碳量分別小于0.25%和0.30%時，一般都具有良好的可焊性。對合金鋼常用碳當量Ccq。公式為：,公式：日本：英國：,碳當量不超 過0.45%的合金鋼具有良好的可焊性。,第四節(jié) 壓力容器鋼材的常見分類方法與牌號,按鋼的化學成份、金屬品質(zhì)、冶煉方法以及制造加工形式的不同進行分

22、類。1、按化學成份分類：碳鋼和合金鋼2、按金屬品質(zhì)分類：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼。3、按脫氧程度分類：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼。4、按制造加工形式分類：鑄鋼、鍛鋼、熱軋鋼、冷軋鋼。,5、壓力容器常用鋼種牌號表示方法,碳素結構鋼：由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成。如Q320AF優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼：鋼號開頭的兩位數(shù)字表示鋼的含碳量，以平均含碳量的萬分之幾表示。,合金結構鋼：鋼號開頭的兩位

23、數(shù)字表示鋼的碳含量，以平均含碳量的萬分之幾表示。不銹鋼和耐熱鋼：鋼號中含碳量以千分之幾表示，如鋼中碳含量小于0.03%,鋼號前以00表示.鋼中含碳量小于0.08%時鋼號前以0表示。鋼中主要合金元素以百分之幾表示，而微量合金元素的表示方法與合金結構鋼相同。,第五節(jié) 壓力容器常用鋼材,壓力容器用鋼對于不同用途的壓力容器，其工作壓力、工作溫度、介質(zhì)特性各部相同。在常溫或中溫工作下的鍋爐、壓力容器，常用的鋼材有碳鋼和低合金鋼。壓力容

24、器常用的鋼管牌號有：碳素鋼管10、20、20g。低合金鋼管16Mn、12CrMo等。,石油化工常用的不銹鋼有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr17Mn3Mo2N低溫（-20℃）容器用鋼，要求在最低使用溫度下仍具有較好的韌性，以防產(chǎn)生脆性破壞。高溫容器用鋼：400—500℃范圍用錳釩鋼；500—600℃用鉻鉬鋼。,第六節(jié) 事故案例分析,1996年10月2日20時5分，寧夏化工廠合成氨裝置4115-1段4115-V1甲醇水分離罐，在

25、正常生產(chǎn)工況下破裂甲醇工藝氣泄漏著火，繼而發(fā)生爆炸，造成該設備粉碎性破裂，罐體炸成19塊，嚴重的人員傷亡，直接經(jīng)濟損失165萬，裝置停工12天。,起火的經(jīng)過,10月2日19時45分,寧夏化工廠合成車間操作人員開始對4115、4116現(xiàn)場裝置進行巡檢，做好記錄后,到4118-Ｋ1機房打掃衛(wèi)生。19時55分,中控操作人員抄完報表后，接到班長指令,到現(xiàn)場檢查巡查情況，在現(xiàn)場看到4115-Ｖ1旁巡檢牌在“8”的位置，確認現(xiàn)場崗位已經(jīng)巡檢,便返回

26、中控室向班長作匯報。此時，另一操作人員在4115-Ｖ4工號現(xiàn)場進行巡檢時感到有熱輻射，轉身看到4115-Ｖ1甲醇分離罐中下部正在燃燒，隨后向4118-Ｋ2號機房跑去，剛到機房東側，聽到一聲巨響，甲醇分離罐發(fā)生爆炸，罐內(nèi)液體溢出，形成大面積燃燒，多處工藝管道向外噴射火焰，火勢迅速向四周蔓延，直接威脅到4115-C1甲醇洗滌塔的安全,事故原因分析,這起火災是由爆炸引起的，爆炸原因系甲醇分離罐設計選材不當和制造方面的缺陷,由于介質(zhì)中硫化氫應力

27、腐蝕與焊接氫共同作用，使罐壁出現(xiàn)裂口，導致泄漏的可燃物料遇靜電火花起火，空氣從裂口進入容器形成爆炸條件發(fā)生爆炸，引起多處工藝管道泄漏燃燒。其依據(jù)是：（一）設計選材不當。原甲醇分離罐為德國制造，1996年5月裝置大修期間更換新設備， 新罐由中國五環(huán)化學工業(yè)公司設計院設計。該罐原體積為0.88立方米，新罐擴容到8.5立方米， 生產(chǎn)廠提供的使用工況是硫化氫濃度0.33％體積當量，設計選用武漢鋼鐵廠生產(chǎn)的CF-62高強鋼。在該罐的介質(zhì)工況條件

28、下，選用CF-62高強鋼是不合適的。（二）制造方面的缺陷。甲醇水分離罐屬于三類壓力容器，但制造廠只有二類壓力容器制造許可證，不具備制造此類設備的技術條件和資質(zhì)。該罐在制造時由勞動部門頒發(fā)了臨時三類容器制造證。封頭的沖壓、筒體卷筒是委托其它廠承擔的。事故發(fā)生后，通過對現(xiàn)場設備爆炸碎片的裂口分析及取樣檢驗，從爆點的縱焊縫斷面發(fā)現(xiàn)長240毫米、深30毫米的長弧形典型氫致裂紋缺陷， 說明焊接材料產(chǎn)生的熔敷金屬擴散氫控制不嚴，是該設備破裂的突破

29、口。,事故教訓,（一）應加強對職工的崗位技能培訓，尤其要加強設備運行異常狀況下的應急處理培訓，提高預防和處理事故的能力。 （二）要抓好重要設備和備品配件的生產(chǎn)制造。在生產(chǎn)制造過程中要有人監(jiān)測，責任到人，入廠時要嚴格檢驗把關，對設備本身有問題或工程質(zhì)量差的設備決不允許使用，對已經(jīng)使用的應及時整改，以消除事故隱患。 （三）對貯存硫化氫等腐蝕性較強的設備，必須嚴格監(jiān)控，同時強化現(xiàn)場用火管理，完善各項規(guī)章制度，針對薄弱環(huán)節(jié)制定相