压力容器的基本知识

1.2压力容器基本知识1.2.1 概述1.2.1.1 压力容器的定义及用途从广义上说，凡承受流体介质压力的密闭壳体都可称作压力容器。

按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，设计压力低于0.1MPa的容器属于常压容器，而设计压力高于0.1MPa的容器属于压力容器。

从安全角度看，单纯以压力高低定义压力容器不够全面，因为压力不是表征安全性能的唯一指标。

在相同压力下，容器的容积越大，其积蓄的能量就越多，一旦发生破裂造成的损失和危害也就越大。

此外，容器内的介质特性对安全的影响也很大，气体的危害程度大于液体，尤其易燃易爆的气体或液化气体，如果容器发生事故，除了爆炸造成的损失外，由于介质泄漏或扩散而引起的化学爆炸、起火燃烧、中毒污染，导致的后果极其严重。

因此，压力、容积、介质特性是与安全相关的三个重要参数。

《压力容器安全技术监察规程》从安全管理角度出发，将同时具备下列三个条件的容器称为压力容器：l.最高工作压力（P w）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；2.内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大干等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3；3.盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。

《特种设备安全监察条例》附则中规定，压力容器的含义是：盛装气体或液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力（P w）大于或等于0.1MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于2.5MPa×L的气体或液化气体和最高工作温度高于或等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或等于0.2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或等于1.0MPa×L的气体、液化气体和标准沸点等于或低于60℃的液体的气瓶；医用氧舱等。

可以认为这个规定是对压力容器作出的最权威的定义，只要符合上述规定的容器即为压力容器，其设计、制造、安装、使用、检验、修理和管理都必须接受安全监察。

压力容器是工业生产中的常用设备，它广泛地用于石油、化工、动力、食品等行业中，尤其是石油化工，许多化学反应过程都需要在有压力的条件下才能进行，或者要用增高压力的方法来加快反应速度，如用乙烯和水（高压过热蒸汽）制造乙醇（酒精），就需要在7.0MPa 下进行；用氮和氢合成氨则要在32.MPa下才能较好地反应。

这样，不但反应器本身是压力容器，而且必须经过的精制、加热或冷却等工艺过程中所使用的所有的设备也都是压力容器。

在人们的日常生活中也离不开压力容器，如压缩空气是一种使用得最为普遍的动力源。

它可以带动气锤、风镐或其他风动工具进行加工、矿山开采等。

压缩空气来源于空气压缩机，而空气压缩机的辅助设备如气体冷却器、油水分离器、储气罐等都是压力容器。

压力容器发生事故时不仅使容器本身遭到破坏，往往还会诱发一连串恶性事故，给国民经济造成重大损失。

如1979年12月吉林煤气公司液化石油气球罐的爆炸，引起燃烧，并使附近的三个同样的球罐和5000只气瓶爆炸，约600吨液化石油气流出燃烧，大火持续燃烧20小时，死伤近百人，直接经济损失达500余万元。

又如某电化厂一个盛装液氯介质的容器发生爆炸后，约有4吨的液氯介质外流，造成大面积的毒害区，中毒范围波及7.35平方公里。

压力容器的潜在的危险性，还表现在其使用条件比较苛刻：它要承受大小不同的压力载荷（有时还是脉动的）和其他附加载荷（如重力、地震、风载等）；容器内的压力还会因操作失误或反应异常而升高，往往在尚未被发现的情况下容器即被破坏；不少压力容器工作时不仅承受较高的压力，同时还经常处于高温或低温状态。

此外内部介质的特性对容器的运行安全和使用寿命影响较大，尤其是化工容器，其介质常常具有强烈的腐蚀性（氢腐蚀、硫化氢腐蚀、各种浓度的酸、碱、盐腐蚀等）。

要保证容器长期安全运行，就必须在设计、选材、制造、检验和使用管理上严格要求，所以世界上许多国家都设置了专门机构，负责压力容器的安全监督工作。

1.2.1.2 压力容器的主要工艺参数压力容器的工艺参数是进行压力容器强度计算和结构设计的主要依据。

工艺参数是由生产的工艺要求确定的。

影响压力容器设计的主要工艺参数有压力、温度、直径等。

1.压力容器的压力参数压力容器的压力参数有工作压力（操作压力）、最高工作压力和设计压力。

工作压力（操作压力）是指压力容器在正常的操作条件下，压力容器所承受的内（外）部表压力。

工作压力是由生产工艺的要求决定的。

最高工作压力对于承受内压的压力容器，其最高工作压力是指在正常使用过程中，容器顶部可能出现的最高压力；对于承受外压的压力容器，其最高工作压力是指在正常使用过程中，容器可能出现的最高压力差值；对于夹套容器，其最高工作压力是指在正常使用过程中，夹套顶部可能出现的最高压力差值。

一般用来表示。

设计压力是指在相应设计条件下用以确定压力容器壳体壁厚及其元件尺寸的压力，用P来表示。

在正常的情况下，设计压力应等于或略高于最高工作压力。

公称压力为了提高制造质量，并降低制造费用，增加零部件的互换性，使容器及其零部件的制造趋于标准化，把标准化后的压力数值称为公称压力，容器设计时应尽量采用标准的公称压力系列参数。

容器的公称压力是指容器在规定温度下的最大操作压力。

用符号P g来表示。

2.压力容器的温度参数压力容器的温度参数有工作温度（操作温度）、设计温度。

工作温度（操作温度）是指容器在操作过程中，在工作压力（操作压力）下壳体可能达到的最高或最低温度。

设计温度是指容器在操作过程中，在相应的设计压力下壳体或元件可能达到的最高或最低温度。

3.直径一般所说的容器直径系指其内径，单位多用mm表示出于标准化的需要，把容器的直径按尺寸大小排成一定数目的系列，该系列中的各尺寸称为容器的公称直径，用符号D g来表示。

在确定容器直径时应选取与之相近的公称直径，以利于封头、法兰等零部件的标准化。

1.2.1.3 压力容器的分类压力容器的使用极其普遍，型式也很多，根据不同的要求，压力容器的分类方法可以有很多种，例如：按容器的壁厚可分为：薄壁容器和厚壁容器。

一般认为当容器的壳体厚度大于容器内直径的1／10时为厚壁容器，小于或等于至1／20时属于薄壁容器；按容器的承受压力方式可分为：内压容器和外压容器。

当容器内部承受压力时称内压容器，当容器外部承受压力时称外压容器，如夹套容器、真空容器等；按容器的工作温度可分为：高温容器、常温容器、低温容器。

一般情况下，当压力容器的工作温度小于等于—20℃时称为低温容器；当压力容器的工作温度大于等于金属材料的蠕变开始温度时称为高温容器；按容器壳体的几何形状可分为：球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器。

从安全的角度出发目前广泛采用的比较重要的分类方法有两种：1.按压力容器的安全重要程度分类。

《压力容器安全技术监察规程》根据容器在使用中的重要作用、设计压力以及介质的危害性程度，从高到低将压力容器依次分为第三类压力容器、第二类压力容器以及第一类压力容器：（1）第三类压力容器下列情况之一的容器：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）；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540MPa）的材料制造的压力容器；9）移动式压力容器，它包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车（液化气体运输车、低温液体运输车、永久气体运输车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；10）球形容器（容积大于等于50m3）；11）低温液体储存容器（容积大于5m3）。

（2）第二类压力容器下列情况之一的容器（除了已被规定为第三类压力容器的以外）：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）低压储存容器和低压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质）；4）低压管壳式余热锅炉；5）低压搪玻璃压力容器。

（3）第一类压力容器介质为无毒、非易燃低压容器和易燃或毒性程度为中度危害介质的低压换热容器、分离容器为第一类压力容器。

由于压力容器品种规格极其复杂繁多，按《压力容器安全技术监察规程》划分第三类压力容器、第二类压力容器以及第一类压力容器的具体规定也较多，为便于对照查找，现将压力容器分类归纳成表，见附录C。

按照《压力容器安全技术监察规程》的规定分类，压力容器的类别和介质有很大的关系，因此确定介质毒性程度和爆炸程度是一个重要的方面。

《压力容器安全技术监察规程》中规定：压力容器中化学介质毒性危害和易燃介质的划分参照HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》的规定，无规定时，按下述原则确定毒性程度：极度危害（I级）最高容许浓度＜0.1mg／m3高度危害（Ⅱ级）最高容许浓度0.1～＜1.0mg／m3中度危害（Ⅲ级）最高容许浓度1.0～＜10mg／m3轻度危害（Ⅳ级）最高容许浓度≥10mg／m3当压力容器的介质为混合物质时，应以介质的组分并根据毒性或易燃介质的划分原则，由设计单位的工艺设计或使用单位的生产技术部门提供介质毒性程度或者是否属于易燃介质的依据，无法提供依据时，按毒性危害程度或爆炸危险程度最高的介质确定。

2.根据使用情况分类。

按使用情况不同，压力容器可分为固定式容器和移动式容器两大类。

我国对这两类容器分别制订了不同的规程或技术规范。

例如对移动式容器中的气瓶制订了《气瓶安全监察规程》，对铁路罐车和汽车罐车分别制订了“管理规定”。

（1）固定式容器固定式容器的特点是：具有固定的安装和使用地点，工艺操作条件和操作人员都比较固定。

它可以按用途和工作压力进一步分类。

1）按用途分类：根据容器在生产工艺过程中所起的主要作用不同，可以归纳为四大类，即反应容器、储存容器、换热容器和分离容器。

a.反应容器：主要用来完成介质化学反应的设备，如反应器、聚合釜、变换炉和氨合成塔等。

考虑到反应容器的操作条件复杂，压力不易控制，发生爆破的危险性大，因而对其设计、制造、使用等方面提出严格的要求。

b.储存容器：主要用以储备工作介质，以保持工艺操作压力稳定，保证生产的连续进行。

介质在容器内一般不发生化学或物理的变化。

常见的压缩气体或液化气体储罐、压力缓冲器都属于这一类。

大型的储存容器多做成球形容器，小型的储存容器常为卧式圆筒形容器。

这类容器的操作条件没有反应容器复杂，但是由于容积比较大，储存的介质多，即使在操作压力比较低的情况下，其爆炸的潜在的能量也是很大的，因而对这类容器也提出了比较严格的要求。