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1、2022-5-91压力容器操作人员讲义压力容器操作人员讲义n 第二章第二章 n压力容器分类结构及材料压力容器分类结构及材料n 2022-5-92三、压力容器的分类n1.按压力分类：n低压：0.1MPaP1.6MPa； 中压：1.6MPa P10MPa ；n高压：10MPa P 100MPa： 超高压P 100MPa n2.按壳体承压方式分类：内压（按强度计算设计）、外压（按刚度稳定性计算）。n3.按设计温度分类：低温（t -20）、n 常温（-20 t 450 ）、高温（t 450）n4.按安全技术监察管理分类：n1）固定式容器； 2）移动式容器2022-5-93n5.按在生产工艺中的作用于原
2、理分类：n1）反应容器；2）换热容器；3）分离容器；4）储运容器n6.容规分类：n一类：非易燃和无毒介质的低压容器；易燃和毒性介质n 中度危害的低压分离和换热容器；n二类：中压容器，毒性为高度和极度危害介质的低压容n 器，易燃和毒性介质为中度危害的低压反应和储n 存容器，低管壳式余热锅炉，低压搪玻璃容器；2022-5-94n三类容器：n 高压容器，毒性为高度和极度危害介质的中压容器和低压容器(仅限于pv乘积0.2MPam3)，易燃和毒性介质为中度危害的中压反应容器(仅限于pv乘积0.5MPam3)高、中压管壳式余热锅炉，中压搪玻璃容器，移动式容器，V 50m3的球形容器，；V 5m3的低温储存
3、容器，使用强度级别高的材料制造的容器；n7.其它分类方式：按壁厚、几何形状、制造方法、结构材料、安放形式等分类。2022-5-95低压容器中压容器高压容器0.1MPaP1.6MPa1.6MPaP10MPa10MPaP100MPaESCRESCRESCR介质毒性轻度类容器类容器 类容器中易度或燃 高度极度低压管壳式余热锅炉搪玻璃容器压力容器作业人员培训考核讲义结构及安全附件部分结构及安全附件部分2022-5-97压力容器结构n压力容器的基本构成压力容器的基本构成:n壳体、封头、连接件、密封元件、接管、开孔及其补强、支座。n圆筒体结构圆筒体结构: 整体式、组合式。整体式、组合式。n封头及盖板：凸形
4、封头、锥形封头、平形盖板。封头及盖板：凸形封头、锥形封头、平形盖板。n法兰及连接结构：法兰及连接结构：n法兰的连接与密封作用原理n法兰与筒体的连接形式n法兰密封面及垫片n法兰连接的紧固形式n密封结构：密封结构分类、几种常见的密封结构。密封结构：密封结构分类、几种常见的密封结构。n支座：立式容器支座、卧式容器支座、球形容器支座。支座：立式容器支座、卧式容器支座、球形容器支座。2022-5-98压力容器的基本构成压力容器的基本构成n由承压的壳体、封头由承压的壳体、封头、连接件、密封元件接管、连接件、密封元件接管、开孔及其补强、支座等主要部件组成；开孔及其补强、支座等主要部件组成；n同时作为一种工艺
5、设备，内设有用于化学反应、传热、分离等工艺过程的内件。n常见的有:圆筒形压力容器、球形压力容器、方箱形压力容器。2022-5-99圆筒形压力容器的基本构成圆筒形压力容器的基本构成2022-5-910球形压力容器的基本构成球形压力容器的基本构成2022-5-911壳体 是压力容器最主要的组成部分；是压力容器最主要的组成部分；n是储存物料或完成化学反应所需要的压是储存物料或完成化学反应所需要的压力空间；力空间；n其形状有圆筒形、球形、锥形和组合型等数种，但最常见的是圆筒形和球形圆筒形和球形两种。2022-5-912圆筒形压力容器n圆筒形压力容器：n壳体是圆筒形的，其形状特点是轴对称，筒体是一个平滑
6、的曲面，应力分布比较均匀，承载能力较高，且易于制造，便于内件的设置和装拆，因而获得广泛的应用。2022-5-913n圆筒形压力容器按其结构分：n整体式：筒体为一整体，最常用的是单层卷焊式即是用整体式：筒体为一整体，最常用的是单层卷焊式即是用卷扳机将钢板卷成圆筒，然后焊上纵焊缝制成筒节，再卷扳机将钢板卷成圆筒，然后焊上纵焊缝制成筒节，再将若干个筒节组焊成筒体，它与封头或端盖组装成容器。将若干个筒节组焊成筒体，它与封头或端盖组装成容器。是一种应用最广泛的容器结构。是一种应用最广泛的容器结构。n其优点：其优点：n结构成熟，使用经验丰富，理论较为完善；n制造工艺成熟，工艺流程较简单，材料利用高；n便于
7、利用调质处理等热处理方法，改善和提高料的能；n开孔、接管及内件的装设容易处理；n零件少，生产及管理均方便；n使用温度无限制，可作为高温或低温容器。2022-5-914n组合式：组合式：n多层板式筒体结构：多层板式包扎、多层热套、多层绕板、螺旋包扎等。n绕制式筒体结构：由一个钢板卷焊而成的内筒和在其外面缠绕的多层钢带构成这种结构包括型槽绕带式、扁平绕带式两种。n多用于高压或超高压容器。2022-5-915封头及盖板封头及盖板n封头及盖板：凸形封头、锥形封头、平形盖封头及盖板：凸形封头、锥形封头、平形盖板。板。n凸形封头：半球形、碟形、椭圆形、无折边凸形封头：半球形、碟形、椭圆形、无折边球形头。球
8、形头。2022-5-916n半球形封头：半球形封头：n应力状态好，但加工制造困难，仅用于高压或直径大的容器。2022-5-917n碟形封头：碟形封头：n 由半径为 R 的球面，高度为 L 的圆筒形直边，半径为 r 的连接球面与直边的过渡区三部分组成。 过渡区的存在是球面与圆筒体的连接由突然转折变成平滑过渡，改善了连接处的受力状态。 高度为 h的圆筒形直边的设置是为了避免边缘应力叠加在封头与筒体的连接环焊缝上。因加工制造困难，所以，使用时受到一定的限制。2022-5-918n椭圆形封头：椭圆形封头：由半椭圆球体由半椭圆球体和圆筒体两部和圆筒体两部分组成。分组成。 高度为 h 的圆筒形直边的设置有
9、如蝶形封头的圆筒体直边，在于避免边缘应力叠加在封头与筒体的连接环焊缝上。2022-5-919 其受力状态取决于封头的内直径（ Dg ）与两倍的封头深度 (2h) 之比值（ Dg/2h 2.6 为宜。 Dg/2h=L的椭圆形封头称为标准椭圆形封头，是最常见的压力容器封头否则为非标准椭圆形封头。2022-5-920其它类型封头如图所示：无折边球形封头无折边锥形封头有折边锥形封头2022-5-921n钢制封头冲压后的壁厚变化2022-5-922球形压力容器：球形压力容器：n壳体呈球形，其形状特点是中心对称壳体呈球形，其形状特点是中心对称。n其优点：其优点： 是受力均匀，同壁厚时承载能力高，同是受力均
10、匀，同壁厚时承载能力高，同容积时表面积小从受力状态和节约用材来说，是容积时表面积小从受力状态和节约用材来说，是最理想的压力容器外形。最理想的压力容器外形。n其缺点：其缺点：一是制造比较困难；二是用于反应、传热或传质时，既不便于在内部安装工艺内件，也不便于内部相互作用的介质流动。n 一般只用于中、低压力的储装容器，如液化石油气储罐、液氨储罐等另外用于减少热损失的工况，如造纸用蒸汽直接加热的蒸煮纸浆的蒸球。2022-5-9232022-5-924连接件n连接件：连接件：n在反应、换热、分离等容器中，由生产工艺和安装检修的需要封头和筒体采用可拆连接结构时就要使用连接件；容器的接管与外部管道连接也需要
11、连接件。n连接件一般常用法兰螺栓连接。连接件一般常用法兰螺栓连接。n法兰连接通过螺栓起连接作用，并通过拧紧螺栓使垫片压紧而保证密封。n管法兰：用于管道连接与密封的叫管法兰；管法兰：用于管道连接与密封的叫管法兰；n容器法兰：用于容器端盖和筒体连接和密封的法兰叫容器容器法兰：用于容器端盖和筒体连接和密封的法兰叫容器 法兰。法兰。2022-5-925密封元件n密封元件：是可拆连接结构容器中起密封作用的元件它放在密封元件：是可拆连接结构容器中起密封作用的元件它放在两个法兰或封头与筒体端部的接触面之间，借助于螺栓等连两个法兰或封头与筒体端部的接触面之间，借助于螺栓等连接件的压紧力而起密封作用。是压力容器
12、的一个相当重要的接件的压紧力而起密封作用。是压力容器的一个相当重要的组成部分。组成部分。n分类：n1.按所用材料分：n1 ）非金属密封元件（石棉橡胶板，橡胶 O 形环，塑料垫,尼龙垫等）；n2 ）金属密封垫（紫铜垫、不锈钢垫、铝垫）；n3 ）组合式密封件（铁皮包石棉垫、钢丝缠绕棉垫）。n2.按截面的形状分：平垫片、三角形与八角形垫片、透镜式垫片。2022-5-926接管、开孔及其补强结构n接管：接管：n 是容器与介质输送管道或仪表、安全附件管道等进行连接的附件。n螺纹短管式接管：螺纹短管式接管：n 一段带有内螺纹或外螺纹的短管插入并焊在容器的器壁上，短管螺纹用来与外部管件连接常用于接装测量仪表
13、的小直径短管。n法兰短管式接管：法兰短管式接管：n 一段焊有管法兰，一段插入并焊在容器的器壁上管法兰的短管要有一定的长度，一般情况下不小于 100mm ，法兰短管式接管多用于直径稍大的接管。2022-5-927n平法兰接管：平法兰接管：n 是法兰短管式接管除掉了短管的一种特殊形式，但短管螺孔于一般管法兰的孔不一样，是一种带有内螺纹的不穿透孔，实际上是直接焊在容器开孔上的一个管法兰。n其优点：既可作接管口与外部管件连接，又可作补强圈其优点：既可作接管口与外部管件连接，又可作补强圈对器壁的开孔起补强作用。对器壁的开孔起补强作用。n其缺点：是装在法兰螺孔内的螺栓容易被碰撞而折断，其缺点：是装在法兰螺
14、孔内的螺栓容易被碰撞而折断，而且，一旦折断后要取出来则相当困难。而且，一旦折断后要取出来则相当困难。2022-5-928n开孔（人孔、手孔）：开孔（人孔、手孔）：为了便于检查、清理容器的内部，装卸、修理工艺内件及满足工艺的需要而开设。n人孔、手孔开孔形式：人孔、手孔开孔形式：椭圆形和圆形，多用椭圆形。2022-5-929n人孔、手孔封闭形式：人孔、手孔封闭形式：n内闭式（孔盖放在孔壁里面，用两个螺栓把压紧在孔内闭式（孔盖放在孔壁里面，用两个螺栓把压紧在孔外放置并支承在孔边的横杆上（又称压马）：外放置并支承在孔边的横杆上（又称压马）：有自紧密封的效用，多用于工作介质为高温或有毒气体的容器。n外闭
15、式（一个带法兰的短管和一个平板型盖或稍压弯外闭式（一个带法兰的短管和一个平板型盖或稍压弯的无折边的球形盖，用螺栓或双夹螺栓紧固，盖上还的无折边的球形盖，用螺栓或双夹螺栓紧固，盖上还焊有手柄）。焊有手柄）。n开孔次数较多的人孔常采用绞接的回转盖。开孔次数较多的人孔常采用绞接的回转盖。这种装置使用带有铰链的螺栓和带有缺口螺孔的法兰，孔盖用销钉与短管绞接，拧松螺母翻转螺栓后即可把整个孔盖绕销钉翻转，装卸都较为方便，更适宜于装在高处的人孔结构。2022-5-930开孔补强结构：开孔补强结构： 开孔造成两个问题：开孔造成两个问题： 一是减少了容器壁的受力面积； 二是造成了结构不连续而引起应力集中（使开孔
16、边缘出的应力大大增加，孔边的最大应力要比器壁上的平均应力达几倍，对容器的安全运行极为不利）。n开孔补强方法有：开孔补强方法有：n整体补强：整体补强：用增加容器整体壁厚的方式，来提高承载能力不合理。n局部补强：局部补强：用在孔边增加补强结构来提高承载能力，其原理是等面积补强等面积补强。既是补强结构在有效补强范围内所增加的有效面积大于等于开孔所减少的面积。2022-5-931n局部补强常用结构：局部补强常用结构：n补强圈补强结构：补强圈补强结构：是在开孔的边缘焊一个加强圈，其材料与容器材料相同，厚度也与容器的壁厚相同，其外径约为孔径的 2 倍。n厚壁短管补强结构：厚壁短管补强结构：是把与开孔连接的
17、接管一段管壁加厚，使这段接管除了承受管内压力所需的厚度外，还有一很大部分剩余厚度用来加强孔边适用于应力集中比较敏感的低合金高强度钢制造的、开孔尺寸较小的容器。n整体锻造补强结构：整体锻造补强结构：球形容器制造中采用的结构，是先把开孔与部分球壳锻造成一个整体，在车制成形后与壳体进行焊接受力情况好，但制造困难成本高，多用于高压或某些重要的容器上。2022-5-932支座n支座对于容器起支撑和固定作用。支座对于容器起支撑和固定作用。n用于圆筒形容器的支座有用于圆筒形容器的支座有：立式和卧式两种支座。n立式支座：悬挂式、支承式、裙式。n卧式支座：鞍式、圈座式、支承式。n用于球形容器的支座有用于球形容器
18、的支座有：赤道正切柱式支承和其它式。2022-5-933常用阀门n1.截止阀：优点是结构简单、密封性能好，制造和维护方便；n 缺点是流体阻力大，阀体较长，占地较大。n 常用来截断流体和调节流量。n2. 节流阀：优点是外形尺寸小、重量轻、制造精度高、密封n 好，能准确地调节流量和压力。n 缺点是加工困难。n 常用于压缩气体的节流、液化气体的装卸和钢瓶的角阀。n3.闸阀：优点是全启时介质流动阻力小，阀体较短。n 缺点是结构较复杂，密封面易磨损，检修较困难。n 常用于容器的放料阀、离心泵进口阀，介质双向流动的管道， 要求介质输送阻力小的管道，阀体安装受限制的地方。2022-5-9344.止回阀 (逆
19、止阀、单向阀) ： 升降式：优点是结构简单、密封性能好，安装维修方便，缺点是阀芯容易被卡住； 摆动式：优点是结构简单、流动阻力小缺点是噪音大、密 封性能差。5.减压阀（节流调压阀）：常用的有弹簧式、杠杆式、气动 式、薄膜式、活塞式和波纹管式减压阀。 常用在液化气体和蒸汽管道上，为调整压力方便在减压 阀前后加设压力表；为防止减压阀失灵引起低压端管道 或容器超压爆炸，在低压部分应装设安全阀。2022-5-935n6.紧急切断阀：是装在液化石油气储罐和液化石油气汽车或n 铁路罐车的气、液相出口管道上安全装置。n 要求一旦发生事故，为防止事故蔓延和扩大，紧急切断阀n 应在 10 秒钟内关闭阀门，以迅速
20、切断物料。n常用油压式、气动式、电动式和手动式。n7.过流阀：是装在存储易燃易爆介质的液相出口管处，当管n 道或附件破裂或其它原因造成介质在管内流速急n 剧增加时，阀门自行关闭以防止管内介质大量流n 出，避免因介质与管壁剧烈摩擦而产生的电火花n 导致事故发生。2022-5-936压力容器作业人员培训考核讲义n压力容器用材部分压力容器用材部分2022-5-937钢材分类及压力容器常用钢种n一、钢材的分类：n（1）按冶金方式分：按炉别分为平炉钢、转炉钢、电炉钢；按脱氧程度、浇注分为沸腾钢、镇定钢、半镇定钢；n（2）按化学方法分：碳素钢、合金钢；n（3）按品质分:普通钢、优质钢、高级优质钢；n（4）
21、按用途分：低碳钢、低合金高强度钢；耐热钢；低温钢；不锈钢；n（5）按专业分为船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、桥梁用钢。2022-5-938n二、压力容器用钢：n（一）碳素钢：Q 235A（B、C、D、F）n Q 235-AF：常用于P设计0.6MPa，钢板使用温度0250；n 用于容器壳体厚度不大于12mm；nQ 235-A：常用于P设计1.0MPa，钢板使用温度为0350；n 用于容器壳体厚度不大于16mm；nQ 235-B：常用于P设计1.6MPa，钢板使用温度为0350；n 用于容器壳体厚度不大于20mm；nQ 235-C：常用于P设计2.5MPa，钢板使用温度为0400； n 用于容
22、器壳体厚度不大于30mm；2022-5-939钢材的基本知识及容器用钢的选材要求n一、容器用钢的选择：一、容器用钢的选择：n（一）材料机械性能；（一）材料机械性能；n（二）材料使用性能；（二）材料使用性能；n（三）材料的制造性能；（三）材料的制造性能；n（四）材料的价格及来源。（四）材料的价格及来源。n二、钢材的机械性能：n 是指在一定温度条件下和外力作用下，抗拉变形和断裂的能力如强度、塑性、硬度、冲击韧性等。2022-5-940n（一）强度：（一）强度：材料能承受外力和内力作用而不破坏的能力。n1.弹性极限e ：材料有弹性变形过渡到弹塑性变形的应力；n2.屈服极限s ：材料抵抗微小塑性变形的
23、能力；n3.强度极限 b ：材料抵抗外力破坏作用的最大能力；n4.屈强比（s / b ）:n 以上单位均为兆帕（MPa），工程单位为公斤力/毫米2 （kgf/mm2）。2022-5-941n（二）塑性（二）塑性：塑性指延伸率（ ）和断面收缩率（）。它表示材料在受力的条件下塑性变形的能力。n延伸率（ ）：材料进行拉力试验时，试样拉断后用标距n 长度的增量与原标距长度的百分比。n断面收缩率（）：材料进行拉力试验时，试样拉断后其n 缩径处横截面积的最大缩减量与原横截n 面积的百分比。n（三）硬度：（三）硬度：是指材料抵抗局部塑性变形的能力。n常用的有布氏硬度（ HB ）；维氏硬度（ HV ）；洛氏硬
24、度（ HR）。2022-5-942n（四）冲击韧性（四）冲击韧性：材料在冲击载荷的作用下折断时所吸收的功。n冲击吸收功AKV：具有一定形状和尺寸的金属试样在冲击载n 荷作用下折断时所吸收的功。单位为焦耳n （J）或公斤力米（kgf m）。n冲击韧性值dkv：冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面面n 积所得的商。n 1公斤力米9.8焦耳2022-5-943n（五）冷弯：（五）冷弯：n 可检查材料的塑性好坏，也可检查考核材料的工艺性。n 工程上常常检查钢板受试面缺陷以及焊接接头的焊接缺陷。2022-5-944n三、金属材料高温机械性能：三、金属材料高温机械性能：（一）特定温度下的屈服极限（ s ）和
25、强度极限（ b ）：（二）持久强度：是评定承载元件在高温条件下长期使用的强度指标。 如： 代表材料在500，经过105小时断裂所承受的最大应力。5001052022-5-945（三）蠕变极限：指在一定的温度和恒定拉力负荷下，试样在规定的时间间隔内的蠕变变形量或蠕变速度不超过某规定值时的最大应力。 如： 表示t温度下，蠕变速度为110-5%/h 的蠕变极限。 表示t温度下，经过1105小时总变形量为1%时的蠕变极限。 t5101t51012022-5-946n四、钢的物理化学性能：四、钢的物理化学性能：n1.钢的物理性能：线膨胀系数、导电、导热、导磁、比重、弹性模数等。n2.钢的化学性能：环境介质(腐蚀性、氧化性等）条件下的化学稳定性。n五、材料的使用性：五、材料的使用性：是指材料在服役条件下，能够保证稳定使用。如耐腐蚀性、无磁性、耐中子照射性等。n六、钢的工艺性能：六、钢的工艺性能：n 冷、热变形，焊接性能。