压力容器的设计、制造和检验(正式版)

文件编号：TP-AR-L7601In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________压力容器的设计、制造和检验(正式版)压力容器的设计、制造和检验(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。

材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。

一、压力容器概述1．压力容器规范化早在19世纪末就有了对锅炉和压力容器规范化的要求。

20世纪最初的十年，发生了近一万起锅炉爆炸，造成了约一万人的死亡和约一万五千人的伤残。

这些血的教训使人们对压力容器制造和安装的规范化有了更清醒的认识。

1907年，美国Massachusetts州继1905年和1906年两次灾难性的锅炉爆炸之后，提出了世界上第一部锅炉制造和安装的法规。

循着Massachusetts州的范例，美国其他州和城市也制定出了蒸气锅炉制造、安装和检验的不同形式的法规或条例。

不同州的技术规范缺乏一致性，使得制造者无法制造出其他州可以接受的标准锅炉。

制造出的锅炉不能运出州界，一个州的有资格的锅炉检验员也得不到其他州的承认。

要求订出蒸气锅炉和压力容器制造的标准规范的呼声越来越强烈，为解决这个问题，美国机械工程师协会于1911年成立了一个专门委员会，后来被称为锅炉规范委员会。

美国机械工程师协会非燃火压力容器规范对压力容器没有给出定义。

压力容器一般是指装有加压流体用于完成某项过程的封闭容器，例如贮罐、热交换器、蒸发器和反应器等。

规范规定压力容器的范围还包括容器外的管线，终止于管线端焊连接的第一条焊缝、螺栓连接的第一个法兰面、或类似连接的第一个有连接迹象的点或面。

美国非燃火压力容器规范的短评U-1列出了超出规范权限的一些例外。

这些例外是必须的还是已被解除，不同地区有很大的不同。

有关这方面的细节，需要查阅“锅炉和压力容器的法规和条例说明书”，或向有管辖权的地方管理机构咨询。

非规范压力容器是指不能满足设计、制造、检验和鉴定规范的最低要求的容器。

这些容器不打印规范代号，除非有特殊的裁定，不得在接受美国机械工程师协会规范的区域安装。

目前，许多国家都设置了压力容器规范的立法和管理机构，颁布了各自的压力容器规范。

在我国，原国家劳动总局1979年颁布了《气瓶安全监察规程》；1980年颁布了《蒸汽锅炉安全监察规程》；1981年颁布了《压力容器安全监察规程》。

2．非燃火压力容器分类压力容器可以粗分为蒸汽锅炉和非燃火压力容器两大类型。

两者在压力容器规范中一般都作为专项处理。

后者是化学工程和工艺人员最常接触的，这一部分将只介绍非燃火压力容器的分类。

非燃火压力容器应用面广，种类繁多。

根据不同的侧重点，可以有多种分类方法。

压力容器按照其工艺功能可以划分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器四个类型。

(1)反应容器；主要用来完成物料的化学转化。

如反应器、发生器、聚合釜；合成塔、变换炉等。

(2)换热容器：主要用来完成物料和介质间的热量交换。

如热交换器、冷却器、加热器、蒸发器、废热锅炉等。

(3)分离容器：主要用来完成物料基于热力学或流体力学的组元或相的分离。

如分离器、过滤器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔、萃取器等。

(4)贮运容器：主要用来完成流体物料的盛装、贮存或运输。

如贮罐、贮槽和槽车等。

承受压力负荷是压力容器的显著特征。

压力容器按照其设计压力p的大小，可以划分为低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器四个类型。

(1)低压容器：0．1．MPa≤p<1．6 MPa；(2)中压容器：1．6 MPa≤p<100MPa；(3)高压容器：10 MPa≤p100MPa。

以上是压力容器根据其工艺功能或设计压力的单一的分类方法。

从安全监察的角度，应该综合考察压，力容器设计压力的大小、其中物料的危险程度以及所属过程的复杂性和潜在危险，进行压力容器的综合分类。

我国原国家劳动总局在《压力容器安全监察规程》中提出了压力容器的综合分类方法。

压力容器按照设计压力户和容积V，结合容器的工艺功能和其中物料的危险性，划分为以下三个类型：(1)第一类容器：非易燃或无毒介质的低压容器；易燃或有毒介质的低压换热容器和低压分离容器。

(2)第二类容器：pV<196．2 kJ、剧毒介质的低压容器；易燃或有毒介质的低压反应容器和低压贮运容器；内径<1 m的低压废热锅炉；一般介质的中压容器。

(3)第三类容器：pV≥196．2kJ、剧毒介质的低压容器，内径≥1m的低压废热锅炉；中压废热锅炉；pV≥490．5 kJ、易燃或有毒介质的中压反应容器；pV≥4905 kJ、易燃或有毒介质的低压贮运容器；剧毒介质的中压容器；高压或超高压容器。

3．结构材料的机械性能结构材料在受到外力作用时，会有抵抗变形和断裂的能力。

这种能力称为结构材料的机械性能。

常规机械性能主要包括强度、塑性、韧性、硬度等。

(1)强度常用的强度指标有抗拉强度、屈服强度、疲劳极限和屈强比。

抗拉强度是指材料在拉伸试验中所能承受的最大表观应力。

其数值等于拉断前试样所承受的最大拉力与试样原始横截面面积的比。

屈服强度又称为屈服极限，是指材料在拉伸实验中出现屈服现象时的应力值。

所谓屈服是指材料在拉伸实验中，载荷不再增加甚至有所减少时仍继续塑性变形的现象。

如果有些材料屈服现象不明显或无屈服现象，则以塑性变形量达到试样原始长度的2％时的应力，定义材料的屈服强度。

疲劳极限是指材料经一千万次循环而不发生破坏的最大应力值。

对于绝大多数压力容器，即使频繁地开车和停车、加压和卸压、升温和降温，循环次数也不至于达到十万次以上。

故一般只是绘出材料的低周疲劳曲线，采用低循环次数时不发生疲劳的最大应力值，作为材料的疲劳极限。

在压力容器强度计算时，一般只是做疲劳分析，以校核强度计算结果。

屈强比是指屈服强度与抗拉强度的比值。

屈强比是表征材料机械性能的特征参数。

屈强比越小，发生脆性破坏的可能性越小。

但屈强比太小，材料的强度水平就不能充分发挥。

屈强比越大，承载能力越强，但塑性下降，容器易发生脆性破坏。

(2)塑性塑性是指材料在外力作用下产生塑性形变的能力。

代表塑性指标的是延伸率和端面收缩率。

延伸率这一塑性指标并不反映在强度计算中，但和制造过程中的冷加工和焊接等关系密切，从而和压力容器的使用安全直接相关。

延伸率低，在锤击、剪切、冷卷、冲压等冷操作和焊接时，可能产生裂纹，甚至脆性断裂；使运行中的容器塑性贮备的安全性降低。

(3)韧性韧性又称为冲击韧性，是指材料抵抗冲击载荷的能力。

从能量观点认为材料在变形过程中，当吸收的能量达到某一数值时便发生断裂，利用断裂前吸收的能量的大小来衡量材料的韧性。

材料的韧性用锤击一定形状缺口试样的冲击功来表示。

压力容器用钢材在满足强度要求并具有良好塑性的情况下，有时(特别是在低温下)仍不可避免脆断，故对压力容器用钢还要有韧性要求。

(4)硬度硬度是指材料抵抗硬物侵入的能力。

由于测定方法不同，表示硬度指标的方法有多种，如用金刚石压人法，称为洛氏硬度；用钢球压入法，称为布氏硬度。

(5)安全系数安全系数是承压设备设计中的一项基本因素，是为了在设备使用期间对可能损害设备安全的各种因素提供适当的安全裕度。

二、压力容器设计1．设计的一般要求压力容器的设计应该符合规范、手续完备、选材得当和结构合理，应该符合安全可靠和经济合理的要求。

(1)设计单位资格为确保压力容器的设计质量，国家规定凡设计锅炉、压力容器的专业单位，须经主管部门和劳动部门的审查、批准，发给设计许可证书，方可承担设计任务。

无证单位不准自行设计压力容器。

压力容器设计，应由设计单位技术负责人批准。

设计图纸上应该有设计、校对和审批人员三级签字。

设计总图除上述要求外，还必须有单位技术负责人签字和《压力容器设计单位批准书》的编号和批准日期。

没有设计单位批准书的编号和批准日期的图纸不得在社会上流通，制造单位可以拒绝加工。

全国性锅炉定型设计，须经国务院主管部门和国家劳动人事部门审批。

非全国性锅炉定型设计则要经过省、自治区、直辖市主管部门和同级劳动部门审批。

锅炉总图上应该有劳动部门锅炉压力容器安全监察机构的审批标记，无审批标记的总图不得流通。

(2)压力容器结构压力容器设计应该尽可能避免应力的集中或局部受力状况的恶化。

受压壳体的几何形状突变或其他结构上的不连续，都会产生较高的不连续应力。

因此，应该力求结构上的形状变化平缓，避免不连续性。

在压力容器中，总是不可避免地存在一些局部应力较高或对部件强度有所削弱的结构，如开孔、转角、焊缝等部位。

能够引起应力集中或削弱强度的结构应该互相错开。

压力容器封头从力学的角度分析球形最理想，在相同的直径和压力下，球形封头所需壁厚最小。

但是由于它的深度太大，加工制造比较困难，一般很少采用。

用的比较多的是椭圆形封头。

在封头半径与高度的比值相同的情况下，碟形封头比椭圆形封头存在较大的弯曲应力，故应尽量少采用碟形封头。

无折边球形封头使简体产生较大的附加弯曲应力，因而只适用于直径较小、压力较低、无毒非易燃流体的容器。

锥形封头只在工艺条件确实需要的情况下才采用。

平板角焊封头一般不宜用于压力容器。

压力容器壳体上的开孔，如人孔、手孔和检查孔等，一般应为圆形、椭圆形或长圆形。

壳体上所有开孔都应与焊缝错开。

容器开孔，受压壳体因结构不连续而引起应力集中，在孔的边缘产生很高的局部应力。

为了降低壳体开孔边缘的局部应力，在开孔处应进行补强。

(3)材料的选用材料的质量和规格应该符合国标、部标和有关的技术要求。

选用的钢材要有良好的机械性能，即强度高、塑性和韧性好、冷脆倾向较低、缺口和时效敏感性不明显。

钢板的分层和夹渣等缺陷较少，无白点和裂纹。

承压元件必须采用镇静钢，不宜采用沸腾钢。

由于沸腾钢是在不完全脱氧的条件下炼得的，含氧量较高，硫、磷等杂质分布不均匀。

焊接时裂纹倾向较大，厚板焊接时有层状撕裂倾向。

同时沸腾钢在钢水浇模时残留氧与钢中的碳化合为一氧化碳，气体排出时使钢呈沸腾状态，极易在钢锭内形成小气泡，成为钢材内部缺陷。

而镇静钢脱氧完全，组织均匀，冲击韧性也较好。

选用的钢材要有良好的工艺性能，即轧制、成型；锻造、焊接等冷热加工性能。