压力容器基础知识和设计2014

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压力容器设备
河北工业大学 张少峰
涉及压力容器设计的基本法规和标准
《特种设备安全监察条例》,国务院令549号,2009.
1 《固定式压力容器安全技术监察规程》,国家质监总局 ,2010.12第二版,2010.12.1施行
TSGR1001—2008
《压力容器压力管道设计许可规则
》,2008.1.8 GB150.1~150.4—2011《压力容器》2012.3.1 JB4732《钢制压力容器——分析设计标准》 NB/T 47003.1—2009《钢制焊接常压容器》 GB151-1999《管壳式换热器》




受压元件:容器中直接承受压力载荷(包括内压和外压) 的零部件。 压力容器本体中的主要受压元件,包括壳体、封头(端盖 )、膨胀节、设备法兰,球罐的球壳板,换热器的管板和 换热管,M36以上(含M36)的设备主螺柱以及公称直径大 于或者等于250mm的接管和管法兰。 非受压元件:为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为 整体,不承受压力载荷(只承受重力载荷)的零部件,如 支座、吊耳、垫板等。 安全附件 压力容器的安全附件,包括直接连接在压力容器上的安 全阀、爆破片装臵、紧急切断装臵、安全联锁装臵、压力 表、液位计、测温仪表等。
含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。
5、特殊情况分类 (1)坐标点位于图1 或者图2 的分类线上时,按较高的类别划分其类别。
(2) 1.4范围内特殊的压力容器统一划分为第Ⅰ类压力容器。
6.对多腔压力容器(换热器的管程和壳程、余热锅炉的汽包和换 热室、带夹套压力容器的内筒和夹套等 ) 类别划分等作出了 规定: a) 对各压力腔进行类别划定时 , 设计压力取本压力腔的设计压 力,容积取本压力腔的几何容积; b) 按照类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别进行使用 管理; c) 按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。
5.1压力容器基础知识
一、压力容器的定义
压力作用下盛装流体介质的密闭容器 尺寸容积形状,压力和温度条件,介质,制造材料
GB150.1~150.4—2011《压力容器》2012.3.1实施,总则: 适用设计压力:钢制容器不大于35MPa;其他材料制容器 按相应引用标准确定。不适用:设计压力低于0.1MPa且真 空度低于0.02MPa的容器(常压)。 固定式压力容器: 固定式压力容器是指安装在固定位置使用的压力容器(以 下简称压力容器)。 对于为了某一特定用途、仅在装置或者场区内部搬动、使 用的压力容器,以及移动式空气压缩机的储气罐按照固定式 压力容器进行监督理。
《固容规》:同时具备下列条件的压力容器(适用范围): (1)最高工作压力大于或者等于0.1MPa; (2)工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa〃L ; (3)盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高 于或者等于其标准沸点的液体 。 其中,超高压容器应当符合《超高压容器安全技术监察规 程》的规定,非金属压力容器应当符合《非金属压力容器安 全技术监察规程》的规定,简单压力容器应当符合《简单压 力容器安全技术监察规程》的规定。
按温度:常温容器(设计温度(壁温)高于-20℃ 至200℃)、中温容器(200 ℃ 至材料蠕变温度 )、高温容器(壁温达到材料蠕变温度:对碳素钢 或低合金钢容器,温度超过420℃,合金钢超过 450℃,奥氏体不锈钢超过550℃,均属高温容器 ;)和低温容器(设计温度低于-20℃的碳钢、低 合金钢、双相不锈钢、铁素体不锈钢制容器,以及 设计温度低于-196 ℃的奥氏体不锈钢制容器) 按形状:圆筒形、方形或矩形、球形;
三、压力容器术语(含参数) 1、压力(5个压力) (1)设计压力:是指设定的容器顶部的最高压力,与相应的设 计温度一起作为设计载荷条件,其值不低于工作压力; (2)工作压力:正常工况下,容器顶部可能达到的最高压力。 (3)计算压力:是指在相应设计温度下,用以确定元件厚度的 压力,包括液柱静压力等附加载荷。 (4)试验压力PT:耐压试验或泄漏试验时,容器顶部的压力。 (5)最高允许工作压力:最高允许工作压力(MAWP):在指定 的相应温度下,容器顶部所能承受最高压力。
2.基本分类
压力容器分类应当先按照介质特性,按照以下要求选择分
类图 , 再根据设计压力 p ( 单位 MPa) 和容积 V ( 单位 L) , 标
出坐标点,确定容器类别。
3、同腔多种介质容器分类
一个压力腔内有多种介质时,按组别高的介质分类。
4、介质含量极小容器分类 当某一危害性物质在介质中含量极小时,应当按其危害程度及其
只需要满足固容规总则、设计和制造许可要求的压力容器: 容积大于1L并且小于25L,或者内直径(对非圆形截面, 指截面内边界的最大几何尺寸,例如矩形为对角线,椭圆 为长轴)小于150mm的压力容器,只需要满足本规程总则和 3.1、4.1.1的规定,其设计、制造按照相应产品标准的要 求。 只需满足固容规总则和制造许可要求的压力容器: 容积小于或者等于1 L的压力容器,只需要满足总则和 4.1.1的规定,其设计、制造按相应产品标准的要求。
(3)介质分组 压力容器的介质分为两组,包括气体、液化气体或者 介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液 体。 1)第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危害的化 学介质,易爆介质,液化气体。 2)第二组介质:由除第一组以外的介质组成,如毒性 程度为中度危害以下的化学介质,包括水蒸气、氮 气等。
介质毒性危害强度和爆炸危险程度按 HG 20660《压力 容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》规定,没 有的按 GB 5044《职业性接触毒物危害程度分级》确定。
压力容器范围的界定 《固容规》明确规定了压力容器的范围,包括压力容器本 体和安全附件。 压力容器的本体界定在下述范围内: (1)压力容器与外部管道或者装臵焊接连接的第一道环向接头的 坡口面、螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰连接的第一 个法兰密封面、专用连接件或者管件连接的第一个密封面; (2)压力容器开孔部分(接管、人孔、手孔等)的承压盖(封头 、平盖)及其紧固件; (3)非受压元件与压力容器的连接焊缝。 (GB150:非受压元件与受压元件的连接焊缝;还包括了: 直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等; 容器的超压泄放装臵(本条比固容规安全附件范围窄)


压力容器设计许可级别: (TSGR1001—2008 《压力容器压力管道设计许可规 则 》) A1 A级 (1)A1级,指超高压容器、高压容器(注明单层、多层); (2)A2级,指第三类低、中压容器; (3)A3级,指球形储罐; (4)A4级,指非金属压力容器。 A2 C级 (1)C 1级,指铁路罐车; (2)C2级,指汽车罐车、(或)长管拖车; (3)C3级,指罐式集装箱。 A3 D级 (1)D1级,指第一类压力容器; (2)D2级,指第二类压力容器。 A4 SAD级 指压力容器应力分析设计。 不属于《固定式压力容器安全技术监察规程》、《超高压容器安全技术监察规 程》范围的压力容器,其设计单位至少应当取得压力容器A级、C级或D级中任 一级别的许可。
《特种设备安全监察条例》(国务院令549号, 2009. 1修订): 特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅 炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起 重机械、客运索道、大型游乐设施、场(厂)内 机动车辆。(承压设备3类、机电类5类) 压力容器,是指盛装气体或者液体,承载一定 压力的密闭设备;其范围规定为:
固容规适用范围的特殊规定
只需要满足固容规总则、设计、制造要求的压力容器: 容规适用范围内,容积大于或者等于25L的下列压力容器,只需要满 足第1、3、4章的规定: (1)《简单压力容器安全技术监察规程》不适用的移动式空气压缩机 的储气罐; (2) 深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力 容器、铝制板翅式热交换器、空分装置中冷箱内的压力容器; (3) 无壳体的套管热交换器、螺旋板热交换器、钎焊板式热交换器; (4) 水力自动补气气压给水(无塔上水)装置中的气压罐,消防装置 中的气体或者气压给水(泡沫)压力罐; (5) 水处理设备中的离子交换或者过滤用压力容器、热水锅炉用膨胀 水箱; (6) 电力行业专用的全封闭式组合电器(如电容压力容器); (7) 橡胶行业使用的轮胎硫化机以及承压的橡胶模具; (8) 机器设备上附属的蓄能器。
(1)最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压) ,且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa·L的气 体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点 的液体的固定式容器和移动式容器; (2)盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa(表 压),且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPa·L 的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液 体的气瓶; (3)氧舱。
不适用范围 固容规不适用于下列压力容器: (1)移动式压力容器、气瓶、氧舱; (2)锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉;
(3)正常运行工作压力小于0.1MPa的容器(包括在进料或者 出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于0.1MPa的容器); (4)旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或者作为部件的 受压器室(如泵壳﹑压缩机外壳﹑涡轮机外壳﹑液压缸等); (5)可拆卸垫片式板式热交换器(包括半焊式板式热交换器) 、空冷式热交换器、冷却排管。
1.压力容器分类时考虑的因素 (1)设计压力 指设定的容器顶部的最高பைடு நூலகம்力,与相应的设计温度一起 作为设计载荷条件,其值不低于工作压力。 (2)容积 指压力容器的几何容积,即由设计图样标注的尺寸计算(不 考虑制造公差)并且圆整。应当扣除永久连接在容器内部的 内件的体积。 永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。

固容规分类: 根据危险程度,容规适用范围内的压力容器划分为三类,以 利于进行分类监督管理。 由设计压力、容积和介质危害性三个因素决定压力容器 类别,不再考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、 结构形式等因素,简化分类方法,强化危险性原则,从单一理 念上对压力容器进行分类监管,突出本质安全思想。根据危 险程度的不同,利用设计压力和容积在不同介质分组坐标图 上查取相应的类别,简单易行、科学合理、准确唯一。
对于需安装安全泄放装置且需进行气密性试验的容器,为使安全泄放 装置的整定压力高于气密性试验压力(一般为设计压力),应确定设备的最高 允许工作压力(MAWP);一台设备的最高允许工作压力(MAWP) 是客观存在 的,在工程设计中一般可不要求得到其精确值;当设计文件没有给出MAWP 时,可认为设计压力为该容器的最高允许工作压力;如在图纸上标注了设 备的MAWP,则应以该值来确定压力试验的最低值。 MAWP由各受压元件有效厚度,考虑了该元件承受的所有载荷计算得到 的,且取最小值。
二、压力容器的分类
按材质:钢制压力容器、铝制焊接容器(JB/T4734)、钛制焊接容器( JB/T4745) 、铜制焊接容器(JB/T4755) 、镍及镍合金焊接容器( JB/T4756) 、锆制压力容器(NB/T47011) 按制造方法:板焊、锻焊、铸造、包扎式、绕带式容器等 按承压方式:内压容器、外压容器 按壁厚(k=Do/Di):薄壁(k≤1.2)、厚壁(k>1.2) 根据设计压力p等级:低压(L):0.1MPa≤p<1.6MPa,中压 (M):1.6MPa≤p<10MPa,高压(H):10MPa≤p<100MPa ,超高压(U): p≥100MPa。 根据生产过程作用原理:反应压力容器(R),用于完成介质的物理、 化学反应。换热压力容器(E),用于完成介质的热量交换。分离压力 容器(S),用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。储存 压力容器(C,其中球罐B)用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介 质。在一种压力容器中,如同时具备两个以上的工艺作用原理时,应按 工艺过程中的主要作用来划分品种。
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