压力容器的基本知识

一般由材料所引起的风险：
①材料本身与容器介质不匹配 ②材料本身存在缺陷，如砂眼 ③材料用错 ④材料在使用中发生脆化现象 ⑤材料在使用中发生腐蚀
压力容器用钢基本知识
压力容器大都采用金属材料： 即碳钢或合金钢
1.钢材的分类 钢材可按其化学成分、质量：
碳素钢 按化学成分类
合金钢
低碳钢（含碳量＜0.25%） 中碳钢 (含碳量0.25～0.6%) 高碳钢 (含碳量＞0.6%)
（4）储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）： 主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气等 介质的压力容器，如各种形式的储罐。
按容器设计温度分：
低温容器t≤-20℃ 常温容器-20℃＜t＜150℃ 中温容器150℃≤t＜450℃ 高温容器t≥450℃
二﹑压力容器常用材料
压力容器无论是设计，还是制造﹑安装﹑改 造﹑修理等各阶段，如果选用或使用材料 不合理，都将给压力容器的使用带来严重 的后果。
要求最为严格
按《压力容器安全技术监察规程》划分 如下：
下列情况之一，为第三类压力容器
①高压容器
②中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）
③中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害 介质，且PV乘积大于等于10MPa ˙m3）
④中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害 介质，且PV乘积大于等于0.5MPa ˙m3）
球形容器应力分布情况最佳，其应力是圆筒形壳 体的1/2，如果容器的直径、材料和工作压力相同， 则球形容器所需壁厚仅为圆筒形容器的一半。在 同样容积下，球表面积比圆筒形壳体小10%～ 30%，所以特别适用于大型液化气、液氨或石油 化工介质等的贮罐。球形容器直径一般都较大， 所以大多数是由许多块按一定尺寸预先压制成形 的球瓣到现场组焊而成。
为保证法兰的密封性，设计、制造质量及 互换性，我国已编制了一系列各种用途和 结构型式的法兰标准。
图4
压力容器法兰：
压力容器法兰是指容器筒体和封头用的法兰。
法兰通过螺栓连接，并通过预紧螺栓使垫片压紧而保证密 封，法兰连接是压力容器上使用最多一种连接形式，如封 头和筒体，人孔和人孔盖的连接。
机械电子部、化工部、石化总公司、劳动部1992年发布的 “压力容器法兰”标准中包括：JB4701“甲型平焊法兰”、 JB4702“乙型平焊法兰”、JB4703“长颈对焊法兰”和所用 “等长双头螺柱”(JB4707)、各种垫片(JB4704～4706)。 并对他们的结构型式、系列尺寸与适用范围作了具体规定。
有关压力容器的名词解释
强度—指容器在确定的压力或其他外部载荷作用下，抵抗 破裂或过量塑性变形的能力。
刚度—是指构件在外力作用下保持原来形状的能力。 稳定性—是指在外部载荷作用下，容器保持其固有形状不
变的能力。 耐久性—是容器使用寿命表征。他是评定容器性能的重要
标志。 密封性—压力容器的密封不仅指可拆连接处，而且也包括
当钢材的含铬量大于11.7%时，钢材的耐蚀性就 可以有显著提高，实际应用的不锈钢，其平均 含铬量都在13%以上，常用的铬不锈钢有0Cr13， 1Cr13，2Cr13等钢种。
特点：具有较好的塑性，而且耐氧化性酸和硫 化氢气体腐蚀，常用来部分代替18-8型不锈钢。
b.铬镍不锈钢
典型钢号0Cr18Ni9也称18-8不锈钢，该类钢加热至 1100-1150℃，并在水中淬火后，得到单一的奥氏体 组织，奥氏体18-8不锈钢具有较高的强度极限﹑极 好的塑性和韧性，它的焊接性能和冷弯成型等工艺 性也很好，是目前制造各种容器﹑塔器﹑反应器﹑ 阀件等设备应用最广泛的一类不锈钢。
当不锈钢中含碳量≤0.03% ，Байду номын сангаас写成00； 如00Cr17Ni13Mo 。
0Cr18Ni9也称18-8不锈钢，其中含碳量 C≤0.08%，Cr=17%-19%，Ni=8%-11% 。
根据所含合金元素不同，不锈钢可
分为以铬为主的铬不锈钢和铬﹑镍 为主的铬镍不锈钢。
a.铬不锈钢
在铬不锈钢中，起耐蚀作用的主要元素是铬， 铬能溶于铁的晶格中形成固溶体。
➢ 减少钢中的含碳量，以减少碳化物的析出，从而 减少晶间腐蚀的倾向。如超低碳18-8钢（即 00Cr19Ni10）
➢ 在钢中加入与碳亲和力比Cr更强的Ti﹑Nb等元素以 形成稳定TIC和NbC，将碳固定住，以免形成碳化铬， 大大减小晶间腐蚀的倾向。
三。压力容器的结构
3.1压力容器的基本结构
压力容器具有多种多样的结构形式，但最 常用的是圆筒形和球形。
低合金钢（合金元素总含量＜5%） 中合金钢（合金元素总含量5～10%） 高合金钢（合金元素总含量＞10%）
按质量分类
普通钢 优质钢 高级优质钢
1．1 碳钢
碳钢是指含碳量为0.02～2.06%的 铁碳合金。按化学成分、 质量普通碳素钢和优质碳素钢,两者区别在于对杂质硫，磷的
含量控制程度不同。
1.2.2高合金钢
石油化工中常用的高合金钢主要指不锈钢 和耐热钢。
一般把在空气﹑水中及一些弱酸性介质中能 耐蚀的合金钢叫不锈钢。
它的编号方法类似合金结构钢，但含 碳量以千分数表示。
例如：1Cr18Ni9 含碳量千分之一（即 0.1%C）； 但当不锈钢中含碳量 C≤0.08%，就写成0；如0Cr18Ni9，；
1.2合金钢
以改善碳钢性能为目的，特意在其中融 入某些合金元素所得的钢统称合金钢。
1.2.1低合金钢
合金钢采用 数字+元素符号+数字 表示其钢号 前面的数字表示钢中平均碳含量的万分之几；元
素符号表示所含的合金元素；元素符号后面的数 字表示该合金元素平均含量的百分之几；如果合 金元素含量少于1.5%时则不标明其含量。 若钢的质量为高级优质钢，在钢号的最后面还要 加上“A”或“高”字
⑩球形储罐（容积大于等于50 m3）与低温液 体储存器（容积大于5 m3）
第二类压力容器
①中压容器； ②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介
质）； ③低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质
或毒性程度为中度危害介质）； ④低压管壳式余热锅炉； ⑤低压搪玻璃容器。
低压容器（除属于第二类和第三类 容器之外的压力容器）为第一类压 力容器。
压力容器常用低合金钢,专用钢板16MnR， 15CrMoR ，16MnDR；钢管16Mn，09MnD； 锻件16Mn，20MnMo
15CrMoR 属低合金珠光体热强钢，是中温 抗氢钢板，常用制造壁温不超过560℃ 的压 力容器。
12Cr1MoV，2.25CrMo，2.25Gr-1Mo0.25V常用于制造高温（350～480℃）， 高压（～25MPa）的临氢压力容器，我国已 将次类钢用于制造加氢裂化反应器。
封头成型方法有：冲压成型、旋压成型和爆炸成型。冲压成 型质量好，生产率高、适合于大批量、厚壁、小直径封头生 产，目前国内以冲压成型应用最为广泛。
图3
C. 法兰
法兰连接是压力容器上工艺、监视、安全 附件等开孔最常用的连接形式。
法兰连接如图4，是借助螺栓作用，夹紧密 封面之间的垫圈实现连接口的密封。
它由极带、赤道带和支座等组成。如图1；球形容 器的不足，是球瓣的成形和组焊比圆筒的卷板和 焊接困难，成本较高，同时不便安装内件，也不 便内部相互作用介质的流动。
实际中大量采用圆筒形容器，其基本结构如图2所 示
图1
图2
3.2 压力容器主要受压元件包括：
筒体、封头(端盖)、球壳板、换热器管板和 换热管、膨胀节、开孔补强板、设备法兰、 M36以上的主螺栓设备、人孔盖、人孔法兰、 人孔接管以及直径大于250mm的接管。
普通碳素钢
如：Q-235 （A B C D） （F B Z TZ） Q — 钢材的屈服点“屈”字汉语拼音首位字母 235 — 屈服强度值（MPa） A B C D — 分别为质量等级 F — 沸腾钢 B —半镇静钢 Z — 镇静钢
TZ —特殊镇静钢
优质碳素钢
例如： 20g：优质碳素锅炉钢 20——平均含碳量为0.2%， g—— 锅炉钢（GB713-86）
B.封头
封头是圆筒形容器的重要组成部分
封头依几何形状分为端盖（平板封头）、椭圆形封头、碟形 封头、无折边球形封头、90°折边锥形封头和半圆形封头见 图3
实际生产中，中低压容器大都采用椭圆形封头；在压力较高 的容器中，当封头和筒体焊接时，只能采用球形，椭圆形或 锥形封头，而不允许用平盖；平盖和筒体焊接时，只能用于 常压容器和中低压容器。
在很多介质中比铬不锈钢具有更高的耐蚀性，并且 有良好的抗氢性能，而对还原性介质如盐酸，稀硫 酸则不耐腐蚀。18-8钢在含氯子的溶液中还易受腐 蚀，严重时可引起钢板穿孔。
18-8钢容易产生晶间腐蚀，将变脆，强度极低，无 法挽救。
防止18-8钢晶间腐蚀的方法：
➢ 重新进行淬火处理（如焊接后），使Cr，C重新 溶于奥氏体中。
例如：
18Cr2Ni4WA：表示钢中的平均含碳量为0.18%， 平均含铬量为2%，平均含镍量为4%，平均含钨 量＜1.5%的优质高级合金钢
16MnR：低合金容器钢，按钢号含义理解，其含 碳量应为万分之十六，即0.16% ，含Mn量应不大 于1.5% ，R——容器用钢（GB6654-86）
屈服点340MPa级的压力容器专用钢板，也是中国 压力容器行业使用量最大的钢板，主要用于制造 中低压压力容器和多层高压容器。
⑤低压容器（仅限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）
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（指相应标准中抗拉强度 规定值下限大于等于540 MPa）的材质制造 的压力容器；
⑨移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液 化气体、低温液体）罐式汽车液化气体运输 （半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永 久气体运输（半挂）车、和罐式集装箱（介 质为液化气体、低温液体）等；