2容器基本知识概述

承压方式
低压(L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa
内压容器 按照设计压力P
中压(M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa 高压(H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa 超高压(U)容器 p≥100MPa
按容器壁温分类
常温容器： -20＜壁温≤200℃ 高温容器：壁温达到材料蠕变温度
（1）GB150 《钢制压力容器》
中国已经颁布并实施 了以GB150《钢制压力 容器》为核心的一系 列标准
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基础标准 产品标准 零部件标准
特点
第 1 部压力容器国家标准 基本思路与ASME Ⅷ-1相同 常规设计标准 设计压力：0.1MPa≤P ≤ 35MPa 设计温度：-196℃ ≤ t ＜蠕变限用温度 适用于：钢制压力容器设计、制造、检验及验收
分离压力容器（代号S）：主要完成介质流体压力 平衡缓冲和气体净化分离
储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：主要用 于储存、盛装气体、液体和液化气体等介质
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（3）按安装方式 分类
安装方式
固定式压力容器：固定安装和使用地点，工艺条 件和操作人员也较固定
移动式压力容器 ：该安装方式的压力容器在结构、 使用和安全方面均有其特殊的 要求。
碳素钢或低合金钢容器＞ 420℃ 合金钢＞ 450℃ 奥氏体不锈钢＞ 550℃ 中温容器：在常温和高温之间 低温容器：壁温≤ -20℃, -20℃ ～-40℃为浅冷容器
壁温≤-40℃为深冷容器。
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（2）按容器在生产中的 作用分类
生产过程 中的作用
反应压力容器 (代号R）：完成物理、化学反应 换热压力容器（代号E）：完成介质热量交换
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2.4 压力容器的安全监察
1.基本法规 ：
《压力容器安全技术监察规程》 —国家质量技术监督局 1999
2. 压力容器常用标准：
GB150-2011 《钢制压力容器》国家标准 GB151-99 《管壳式换热器 》国家标准 JB4709-2000 《钢制压力容器焊接规程》 JB4730-2005 《压力容器无损检测》
? 压力容器安全监察的范围 ① 最高工作压力≥0.1MPa（不含液体静压力） ② 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）≥ 0.15m， 且容积（V）≥0.025m3 ③ 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度≥标准沸点 的液体
《压力容器安全技术监察规程》
1981版
《压力容 器安全监 察规程》
1991版
原机械工业部 化学工业部
中国石油化工总 公司
1989年
GB150 －89《钢制压 力容器》
1998年 2011年
GB150 －1998《钢制 压力容器》
GB150 －2011《钢制 压力容器》
高中低压
全国压力容器标 准化技术委员会
级别 部级 部级
国家
2002年，成立“全国锅炉压力容器标准化技术委员会”，同 时撤消“全国压力容器标准化技术委员会”和“全国锅炉标 准化技术委员会”。
《压力容器 安全技术监
察规程》
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材料 设计 制造 使用 7个方面 检验 修理 改造
1999版
《压力容器 安全技术监 察规程》
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标准
年代
标准名称
适用范围 颁布部门
1960年
《石油化工设备零部 件标准》
中低压
原化学工业部
1967年—1977 年
《钢制石油化工压力 容器设计规定》
中低压
82版和85版
的管子或筒体的DN一致。
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法兰 （板卷）
筒体 无缝管
封头 接管
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公称压力：容器及管道的操作压力经标准化以后的 标准压力称为公称压力，PN表示。
压力容器法兰与管法兰的公称压力（MPa）
压力容器法兰 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 管法兰 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 5.0 10 15 25
结构设计 壁厚设计 零部件设计 压力试验核算
不合格
校核
不
合格
合
格
审核
合格
批准
绘制施工图
结束
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机械设计的基本要求
1. 强度—— 不发生破坏 如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。 2. 刚度—— 不发生过大变形 如塔体倾斜，塔盘下凹等。 3. 稳定性—— 不发生瘪塌或褶皱 如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负瘪
1
第二篇 化工容器设计
第二章 容器设计的基本知识
2
2.1 容器的结构
?容器——化工生产所用各种设备外部壳体的总称。 ?容器的结构
化工设备通 用零部件
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压力容器基本组成
基本组成
筒体 封头 密封装置 开孔与接管
支座 安全附件
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（1）筒体 储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
形式：圆柱筒体、球形筒体。
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（3）密封装置：其可靠性关系到压力容器能否正常、安全地运行。 最常见的密封装置： 螺栓法兰连接（简称法兰连接）
法兰连接
容器法兰：用于筒体与封头或两筒体间的连接 管道法兰：用于管道连接 筒体端部：高压容器中，用于顶盖和筒体连接
并与筒体焊接在一起的容器法兰
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（4）开孔与接管
开孔类型： 人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装 压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。
二类容器
（1） 中压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； （3） 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器； （4） 低压管壳式余热锅炉； （5） 低压搪玻璃压力容器。
一类容器 不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。
压力容器类别简易判断表
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（6）安全附件 主要有： 安全阀 爆破片装置 紧急切断阀 安全联锁装置 压力表 液面计 测温仪表等
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筒体 ╬ 封头 ╬ 密封装置 ╬ 开孔接管 ╬ 支座 ╬ 安全附 件
压力容器的外壳 ╬ 内件
储运容器
反应、传热、传质、分离等容器
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压力容器零部件间的焊接
焊接结构设计
接头的形式（如对接、搭接、角接） 坡口形式和尺寸 焊接方法（如手工焊、自动焊等） 检验要求（表面探伤、透射探伤等）
塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。
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4.耐久性—— 保证使用寿命。 一般化工设备设计使 用寿命为 10～15年。大多取决于腐蚀情况，有些 取决于疲劳、蠕变或振动。
5.密封性—— 包括内漏和外漏 。
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2.3 容器的零部件标准化
?容器零部件标准化的基本参数
公称直径——指标准化以后的标准直径， 以DN表示。规定如下:
钢板卷制的圆筒体——筒体内经； 接管 无缝钢管制的圆筒体——筒体外径； 封头的公称直径与筒体一致。 管子的公称直径为一名义尺寸，钢管
的DN≠Di,D0 容器零部件如法兰、支座等与其相配
?标准化的意义
? 设计——无需计算和制图，按已有标准图选择。 ? 制造——有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，
提高竞争力。 ? 维修——备件规格尺寸通用，实现互换性。 ? 通商贸易——国内、国际间通用，消除贸易障碍。 我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法兰、
支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。
毒性大小：以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需的 剂量来表示
（1）极度危害（Ⅰ级）：最高容许浓度＜0.1 mg/m3；
（2）高度危害（Ⅱ级）：最高容许浓度0.1～＜1.0 mg/m3；
（3）中度危害（Ⅲ级）： 最高容许浓度1.0～＜10 mg/m3；
（4）轻度危害（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10 mg/m3。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等
提出了较高的要求
易燃介质容器
全焊透结构
采用
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问题
判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？ 1）φ2000 ，容积为 20m 3的液氨储罐 2）p为4MPa 的剧毒介质容器 3）p为10MPa ，V为800L 的乙烯储罐。
2.3 容器的零部件标准化
手孔≥150 mm
开孔大小
人孔 ≥400 mm （椭圆人孔一般350x450） 物料进出口 根据工艺计算确定
仪表接口
根据仪表确定
开孔对壳体的 开孔部位的强度被削弱，故应少开孔并考
影响：
虑作开孔补强设计。
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（5）支座
卧式容器支座（鞍座）
圆筒形容器 支座类型：
立式容器支座
球形容器：柱式或裙式支座
腿式支座 支承式支座 耳式支座 裙式支座
介质性质
PV值 MPa·m3
低压 (MPa) 0.1≤p <1.6
换热 分离 储存 反应
中压 (MPa) 1.6≤p <10
换热 分离 储存 反应
高压 (MPa) 10≤p<100
非易燃 无/轻毒
易燃、中度毒性 ≥0.5 ≥10 一类 容器
二类容器
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高度、极度毒性 ≥0.2
三类 容器
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（1）毒 性 是指某种化学毒物引起机体损伤的能力，用来表示 毒物计量与毒性反应之间的关系。
无缝钢管（无纵焊缝） 直径较小
圆筒体制造方法
卷焊（有纵环焊缝）
直径较大
整体锻造（可能有环焊缝） 高压容器
整体铸造（无纵环焊缝） 高压容器
圆筒体结构
单层式 组合式
多层式 缠绕式
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6
7
（2）封头 与筒体等部件形成封闭空间
封头形式
凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封头 锥壳 平盖
封头与筒体的连接
不可拆式（焊接） 可拆式（法兰螺栓连接）
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（4）按安全技术管理 分类
《压力容器安全技术监察规程》将容器分为三类：
（1）压力（ P ）
分类依据
（2）压力与容积的乘积（PV） （3）介质危害程度
（4）容器的作用
三类容器
第一类压力容器
压
第二类压力容器 力
升
第三类压力容器 高
介
重
质
要
毒
性
性
增
增
强
强
名称
说明
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三类容器
（1） 高压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； （3） 中度危害介质，且 pV 大于等于 10MPa·m3中压储存容器； （4） 中度危害介质，且 pV 大于等于 0.5MPa·m3中压反应容器； （5） 毒性程度为极度和高度危害介质，且 pV乘积大于等于 0.2MPa·m3的低压 容器； （6） 高压、中压管壳式余热锅炉； （7） 中压搪玻璃压力容器； （8） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器； （9） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等； （10） 容积大于等于 50 m 3的球形储罐； （11） 容积大于 5 m 3的低温液体储存容器。
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2.2 容器的分类
世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同，本节着重 介绍我国《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法。
分类
按压力、温度等级 按容器在生产中的作用 按安装方式 按安全技术管理
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（1）按压力、温度等级 分类
外压容器
[ 当容器的内压力小于一个绝对大气 压（约0.1MPa）时又称为真空容器]
Q235-B 不能使用 碳钢、低合金钢板应逐张超声检测 A、B类焊缝100%射线或超声检测 气密性试验 法兰带颈，且PN≥1.6MPa
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（2）易燃性
易燃介质： 爆炸下限＜10%，
或爆炸下限和上限之差≥20%的介质。
压力容器盛装的易燃介质主要指 易燃气体和液化气体。
常见易燃介质：一甲胺，乙烷，乙烯，氯甲烷，环氧乙 烷，环丙烷，氢，丁烷，三甲胺，丁二烯，丁烯，丙烷， 丙烯，甲烷等。
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适用于：固定的承受恒定载荷的压力容器
直接用火焰加热的容器
不适用8种
核能装置中的容器
旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压气室
经常搬运的容器
设计压.02MPa的容器
内直径小于150mm的容器
要求做疲劳分析的容器等
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技术内容
圆柱形筒体和球壳的设计计算 零部件结构和尺寸的具体规定 密封设计 超压泄放装置的设置 容器的制造 、检验与验收要求等
※ 介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害 22
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※极度危害、高度危害介质：氟，氢氰酸，光气，氟化氢， 碳酰氟，氯等； ※中度危害介质：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，硫化氢等； ※轻度危害介质：氢氧化钠，四氟乙烯，丙酮等。
介质危害性 （Ⅰ、Ⅱ级毒性）
在中国具有法律效用 强制性标准
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2.5 容器机械设计的基本要求
? 容器机械设计条件及程序 ： 1.容器机械 设计条件： （1）工艺结构要求及基本工艺尺寸； （2）工作压力、工作温度及工作介质； （3）容器的工作环境、重要程度；
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开始
2.机械设计程序
确定设计依据及相关标准
选择材料 确定容器类别
HG20592~20635-97 《钢制管法兰、垫片、紧固件》 JB/T4700~4707-2000《压力容器法兰》
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法规
?政府对特种设备安全性能和相应的设计、制造、安装、 修理、改造、使用和检验检测等环节所提出的一系列 安全基本要求，许可、考核条件、程序的一系列具有 行政强制力的规范性文件。《压力容器安全技术监察 规程》