第2章 压力容器的基本知识

第二章压力容器的基本知识

§2-1压力容器

一、压力

(一)压力及单位

均匀地垂直作用于单位面积上的力，实际上就是压强。

MKS制→国际单位制(SI)→1牛顿/米2=1Pa(帕斯卡)=10-6MPa

CGS制→1dyn/cm2(达因/厘米2)=1μbar(微巴)=10-6bar

工程单位→1Kgf/cm2(公斤力/厘米2)=1工程大气压(at)

(atm)标准大气压或物理大气压→在纬度为450的海平面上(即重力加速度为9.80665米/秒2处)，大气的压力相当于在每平方厘米的面积上作用着1.0332公斤力。

表压力——压力表上所指示的压力值是指容器中的压力与容器周围大气压力之差，这个压力值称作表压力，是相对值。

绝对压力——表压力+容器周围的大气压力。

(二)压力的形成——

气体的分子与分子之间存有很大的间隙，分子引力甚小，因而分子在其中就可以不受分子力的约束而作无规则的运动。无数个分子频繁地碰撞器壁的结果，自然就会对器壁产生一个持续而稳定的垂直作用力，这样就形成了气体的压力。

气体压力的大小决定于在单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数和每个分子对器壁冲击力的大小。碰撞次数取决于：①单位容积内气体的分子数；②分子的平均运动速度。冲击力取决于：①气体的分子质量(一般是一定的)；②分子的运动速度。所以气体的压力与它的分子的平均运动速度的平方以及单位容积内的气体分子数成正比。

二、压力容器定义及其运行特性

(一)压力容器的定义

承受流体介质压力的密闭壳体都可属于压力容器。我们能考虑的压力容器是指那些相对来说比较容易发生事故，而且事故的危害性比较大的特殊设备。它们需要由专门的机构进行监督，并按规定的技术管理规范进行制造和使用。

压力容器的界限，国际上还没有一个完全统一的规定，它的界限范围就应该从发生事故的可能性和事故危害性的大小来考虑。一般来说，压力容器发生爆炸事故时，其危害的严重程度与压力容器的工作介质，工作压力及容积有关。

工作介质是指容器内所盛装的、或在容器中参加反应的物质。压力容器爆破时所释放的能量与它的工作介质的物性状态有关。一个容积为10米3，工作压力为11个绝对大气压的容器：①空气爆破时释放能量(气体绝对膨胀所作的功)1.3×107焦耳；②如果装水时释放能量为2.16×103焦耳；前者为后者的6200倍。

一般都不把介质为液体的容器列入作为特殊设备的压力容器的范围。这里所说的液体是

常温下的液体，而不包括：

饱和液体——温度高于其标准沸点，如锅炉中的高温饱和水。

液化气体——标准沸点在常温(或环境温度)以下的液体。

所以从工作介质的状态这一方面来考虑划分压力容器的界限范围，它应该包括压缩气体、水蒸汽、液化气体和工作温度高于其标准沸点的饱和液体。

工作压力——表压为一个大气压为下限。

容积——最好有一个下限，有些国家以工作压力(大气压)×容积(米3)≥0.2作为下限。

按照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，而设计压力大于或等于0.lMPa的容器属于压力容器。

从安全角度考虑，压力并不是表征压力容器安全性能的唯一指标。在相同压力下，容器容积的大小不同，意味着容器内积蓄的能量也不同，一旦发生破裂或爆炸造成的危害也不同。此外，容器内盛装的介质特性也影响了设备的安全性能。因此，压力、容积、介质特性是关联到压力容器安全的三个重要指标。

中国《压力容器安全技术监察规程》中定义同时具备下列三个条件的容器可作为压力容器。

①最高工作压力大于等于0.1MPa (不含液体静压力）；

②内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于或等于0.15m，且容积大于或等于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。

按中国《特种设备安全监察条例》附则的规定，压力容器的含义是：盛装气体或者液体，承受一定压力的密闭设备，其最高工作压力大于或等于0.lMPa(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的气体或液化气体和标准沸点等于或低于60°C的液体气瓶；医用氧舱等。

(二)压力容器的运行特性

I压力

①器外产生压力：

（1）气体压缩机：是用机械方法来提高气体压力的一种机器。

1）容积型压气机：通过缩小气体的体积、增加气体的密度来提高气体的压力。

如：螺杆式、活塞式、转子式、滑片式等。

2）速度型压气机：通过增加气体的流动速度、并使气体的动能转变为势能来提高气体的压力。如：离心式，轴流式、混流式等。

工作介质为工作介质为压縮气体的压力容器，可能达到的最高压力一般也只限于保持压气机出口的气体压力，除非气体在器内温度大幅度升高或产生其他物

理化学变化。

（2）蒸汽锅炉或余热锅炉：用加热的方法将水蒸发而产生水蒸汽的一种设备。

1个绝对大气压下：沸腾水的比容为1.043升/公斤，饱和蒸汽的比容为1725

升/公斤。也就是说，水变为相同压力的水蒸汽时体积约增大1700倍。

工作介质为水蒸汽的压力容器，其可能达到的最高压力也只限于锅炉的出汽压力。有时候压力容器所需要的蒸汽压力小于锅炉的出汽压力，则在容器的

蒸汽进口管上装设减压阀，调整减压阀即可得到容器所需的蒸汽压力。

②器内产生压力：

（1）器内介质的聚集状态发生改变：一般是液态或固态物质在器内受热，因而蒸发或分解为气体，体积剧列膨胀。容器密闭，密度增加，压力增高如：氨0℃