压力容器基础知识2017(上传)

4、高温压力容器用钢：钼钢、铬钼钢、铬钼钒钢 12Cr2Mo1R(2.25Cr-1.0Mo) 5、压力容器常用的不锈钢： 奥氏体钢 0Cr18Ni9 铁素体钢 Cr13 马氏体钢 Cr13~30% 双（复）相钢 Cr,Mo,Ti,Cu
第二章 压力容器的基本结构
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压力容器基本部件
壳体 封头（端盖）
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压力容器的主要工艺参数
1、压力：一般是指压力容器工作介质的压力，也是压力 容器工作时承受的主要载荷。 压力 单位：Pa（帕斯卡） N/m2
压力——均匀垂直作用在物体表面上的力（物理学），单 位是N。 压强——均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力 （工程上压力就是压强）。 工程应用上，我们所说的压力容器压力实际应称为压强， 常用MPa为基本单位。
2. 封头：与筒体一起构成设备的壳体。 结构 凸形封头 封头 锥形封头 平板形封头
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椭圆形封头 碟形封头 球冠形封头
半球形封头 球形封头 无折边半球形封头 带折边锥形封头 无折边锥形封头
封头形式实例
球形
椭圆形
碟形
锥形
平板形
凸形封头形式
（1）半球形封头 ——有很好的力学性能。 （2）椭圆形封头 ——制造容易。 （3）蝶形封头 ——加工容易、方便，但在 折边处有较大的应力。 （4）锥形封头 ——便于收集和卸除设备中 黏度较大的物料。
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压力容器的分类
a、按压力等级分类（指设计压力） 低压(代号L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa； 中压(代号M)容器 1.6MPa≤p<l0.0MPa； 高压(代号H)容器 10MPa≤p<100MPa； 超高压(代号U)容器 p≥100MPa。
b、按承压方式分类 内压容器----失效形式是破裂，在应力达到或超过材料 的屈服极限和强度极限时发生。 外压容器----失效形式是失稳，在应力远远小于材料的 屈服极限和强度极限（大约在1/2~1/3）时发生。
隙尺寸有关。加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成 “界面泄漏”的直接原因。“界面泄漏”是密封失效的主要途径。
法兰密封面机构
法兰密封面结构
榫槽型密封面密封性高，适用于温度压力高，易燃易爆有 毒介质场合。 一般与硬金属垫片相配合的压紧面，有较高的硬度和粗糙 度要求，与软质垫片相配合的压紧面，可相对降低要求。
整体法兰的分类
（1）平焊法兰
甲型——只有法兰环， 直接与筒体角焊连接。适合于温度、 压力较低的场合。 乙型——法兰环上带一短节，短节与筒体或封头对接连接，强 度和刚度优于甲型。
（2）对焊法兰
由法兰环、锥颈和直边三部分整体锻造构成，整体性最优，通 过锥颈与筒体对焊连接。
容器法兰的分类—活套法兰
活套法兰：法兰与设备或管道不直接联成一体，而是 把法兰盘套在设备或管道的外面。
转换关系：摄氏温度=5/9×（华氏温度-32）=开氏温度-273.15
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压力容器的主要工艺参数
临界温度——气体以液体出现的最高温度。 气体的临界温度越高，就越容易液化；其温度比 临界温度越低，液化所需的压力就越小。
下面列出了一些物质的临界温度： 氦-267．9℃ 氢 -240 ℃ 氮-147 ℃ 氧 -118.8 ℃ 甲烷-83 ℃ 二氧化碳 31 ℃ 氯化氢51.5 ℃ 氨 132 ℃ 水374 ℃ 将气体变成液体后体积大为减小，便于储存运输和使用。 如常见的液氨、液氯和液化石油气。
按法兰接触面的宽窄分
宽面法兰：即螺栓孔两侧都有垫片----螺栓从垫片 中穿过，主要用于中、低压设备上； 窄面法兰：即螺栓孔一侧有垫片。
容器法兰的分类—整体法兰
按法兰与设备或管道的联接方式分
整体法兰：法兰与设备或管道不可拆卸。
(a)
(b)
(c)
(a)(b)适用于压力范围较低； (c)适用于压力、温度较高和设备直径较大的场合。
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压力容器的分类
e、按容器形状分类
方形或矩形容器----由平板焊制而成 球形容器-------------由数块球瓣拼焊而成 圆筒形容器----------由圆柱形筒体和各种形状 的成型封头组成
f、按容器壁厚分类
薄壁容器 直径比K=D0/Di≤1.2的容器 厚壁容器 直径比K=D0/Di＞1.2的容器
退火：缓慢冷却降低硬度，提高塑性，改善钢的切削性能 和加工性能，细化晶粒，消除内应力，均匀组织。
正火：冷却速度比退火稍快 ，空冷。主要用于细化晶粒， 改善力学性能。 回火：用以减低或消除淬火钢件中的残余应力 。分为低温 回火，中温回火，高温回火。
常用的压力容器用钢
1、碳素钢：良好的塑性、韧性和可焊性， 强度较低。Q245R(20R) 2、低合金钢：强度高，塑性、韧性良好， 焊接性能及其它工艺性能也好。Q345R(16MnR) 3、低温压力容器用钢：按温度划分为6个等级 。16MnDR
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钢材的分类方法3、4
3、按冶金方法分类
沸腾钢、镇静钢、半镇静钢
4、按用途分类
普通碳素钢和低合金高强钢、耐热钢、低温钢、不锈耐酸 钢等 按专业分，可以分为压力容器用钢、锅炉用钢等。
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材料性能
1、材料的力学性能 （1）强度——金属材料在外力作用下抵抗永久变 形和断裂的能力称为强度 抗压强度，抗拉强度Rm，抗弯强度，抗剪强度 。 （2）塑性——塑性是指在外力作用下，材料能稳 定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 塑性变形不可逆。
(a)套在翻边上
(b)套在焊环上
受力后不会对筒体或管道产生附加的弯曲应力，强度 较低，用于钢制陶瓷或有色金属的低压容器。
法兰联接的泄露途径
垫片渗漏:通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质压力、温
度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与材 料性质有关。
压紧面泄漏:沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间
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标准和工程大气压
1、标准大气压atm 又称物理大气压 1atm=101.33KPa≈0.1MPa=760mmHg=10.33mH2o 1bar（巴）=0.1MPa 1at=1kgf/cm2=98.1KPa≈0.1MPa =735.6mmHg
2、工程大气压at
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表压力
表压 大气压 真空 绝压
绝压
基本组成
设备法兰 开孔与接管 支座 安全附件
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筒体定义及形式 1. 壳体：存储物料或完成物理化学反应或
传质传热所需的主要压力空间。
形式：圆柱筒体、球形筒体。
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筒体结构
结构：
单层式 无缝钢管式 单层卷焊式 整体锻造式 锻焊式 层板包扎式 多层式 热套式
筒体
组合式
缠绕式
绕板式 绕带式
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封头定义、结构
绝压=表压+大气压
0Pa
绝压=大气压-真空
表压力：压力表上所指示的压力值是指容器内的压力与 容器周围大气压力的差值。压力容器的设计压力、工作 压力及计算压力等都是指表压力。 5
表压力
工作压力——指正常工艺操作情况下，容器顶部的 最高压力。 最高工作压力——正常使用过程中，顶部可能出现的最大表 压力（不包括液柱静压力）。 设计压力——指相应的设计温度下确定容器计算壁厚及其元 件尺寸的压力。设计压力不得低于工作压力。一般不得低于 安全阀的开启压力或爆破片的爆破压力。 计算压力——指相应设计温度下，用以确定压力容器元件 厚度的压力。 临界压力Pc——物质处于临界状态时的压力。
可焊接性能(碳当量）Cd,低则可焊性好0.40%~0.60% 冲压性能：冷塑性变形能力 热处理性能：容易消除残余应力，焊后裂纹不敏感
3、材料的耐腐蚀性能
用单位时间内的腐蚀深度表示（腐蚀速率），采用三级标 准。0.1mm/y~1mm/y
常用的热处理工艺
淬火：快速冷却，水冷.主要目的是提高钢的强度和硬度， 增加钢的耐磨性。
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压力容器的分类
c、按作用原理 反应容器（R）----主要用于完成介质的化学反应 换热容器（E）----主要用于实现介质的热量交换 分离容器（S）----主要用于对混合物料进行分离 贮运容器（C，其中球罐B） ----主要用于盛装物料 d、按安装方式分类 固定式容器----有相对固定的安装、工作地点，工艺 条件和操作人员也较为固定。 移动式容器----需经常搬运的容器,如罐车、气瓶等。
材料性能
（3）硬度——材料局部抵抗硬物压入其表面的能 力称为硬度 硬度不是一个简单的物理概念，而是材料弹性、 塑性、强度和韧性等力学性能的综合指标
（4）韧性——表示材料在塑性变形和断裂过程中 吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的 可能性越小 。 冲击韧性KV2(J)、断裂韧性
材料性能
2、材料的工艺性能
封头的成型方法
（1）冲压法 ——最常用的方法。 （2）旋压法 ——国外生产的主要方法。 （3）爆炸成型法——近年发展起来的新工艺。
法兰图例
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法兰联接
法兰连接: 是由一对法兰、一个垫片、数个螺栓和螺母组成。
法兰联接的结构类型
法兰联接的结构类型
按使用场合分：
容器法兰：用于容器的壳体和封头连接的法兰，用 于容器的筒节和筒节连接的法兰； 管法兰：用于管道连接的法兰。
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压力容器的分类
g、按工作温度分类
低温容器 常温容器 中温容器 高温容器 设计温度≤-20℃ 设计温度＞-20～200℃ 设计温度＞200～450℃ 设计温度＞450℃
h、按安全监督管理分类（综合因素，即介质、（设计）压
力高低、容积、介质危险程度和事故的严重性等）
一类容器、二类容器、三类容器，是一种综合考虑各 种因素的比较全面的分类方法。
压力容器基础知识
第一章 压力容器的基础知识
1.1 压力容器的基本概念
广义——承受流体介质压力的密闭设备称压力容器。 按《特种设备安全监察条列》对压力容器的定义——盛 装气体或液体，承载一定压力的密闭设备。 它必须满足以 下几个要求： ①最高工作压力大于等于0.1Mpa（表压） ②压力与容积的乘积(PV)大于等于2.5MPa· L ③介质为气体，液化气体或最高温度高于等于标准沸点的液体。
垫片的选择应考虑工作温度、工作压力、介质的腐蚀性 及成本、制造、更换等因素。 对垫片的要求：能耐介质腐蚀、不污染被密封的介 质、有一定的弹性及机械强度，在工作温度下不易变质 硬化或软化。
（1）非金属软垫片：适用于温度、压力较低场合。 （2）金属包垫：适用于温度、压力较高场合。 （3）缠绕式垫片：适用于温度、压力较高场合。
特点和优点：强度低，塑性和可焊性较好，价格低廉。常 用于常压或中、低压容器，也做垫板、支座等零部件材料。
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钢材的分类方法1
（2）合金钢——除碳、铁基本元素和残留元素外， 还含有添加元素的合金。 合金元素总含量 ≤5% 低合金钢 合金总含量 5~10% 中合金钢 合金总含量 >10% 高合金钢
特点和优点：具有优良的综合力学性能，其强度、韧度、 耐腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。 采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节 约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、 安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。
法兰密封面形式
法兰密封面形式 （1）平面型密封面——压力较低的场合（2.5MPa） 与泄漏不会造成危害的场合。 （2）凹凸型密封面——压力稍高（6.3MPa）、公称 直径800mm的场合。 （3）榫槽型密封面——压力高（20MPa）或泄漏会造 成严重后果的场合。
法兰垫片
垫片：垫片与介质直接接触，是法兰连接密封的核心。
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钢材的分类方法2
2、按钢的品质分类
（1）普通钢——硫、磷含量较多 S ≤0.055%，P ≤0.040%或S、P均 ≤0.05%
（2）优质钢——硫、磷含量较少 S ≤0.040%，P ≤0.040% （3）高级优质钢——硫、磷含量最少 S ≤0.030%，P ≤0.035
硫磷对Fra Baidu bibliotek钢材：硫引起钢的“热脆”,磷引起钢的“冷脆”； 降低钢的焊接性能。
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压力容器的主要工艺参数
2、温度：是表示物体冷热程度的物理量。 摄氏温度℃——标准大气压下水的结冰温度为零度，把水的沸 腾温度定为100度。
华氏温度℉——标准大气压下水的结冰温度为32度，把水的沸 腾温度定为212度。
开氏温度K（绝对温度）——以水的三相点（即冰、水和水蒸 汽三相平衡共存时的温度）定为273.16k。是国际单位。
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钢材的分类方法1
1、按化学成份分类 （1）碳素钢——是指含碳、铁两种基本元素（含碳量低
于2.11%）和少量的残留元素（如硅、锰、硫、磷等）的 铁碳合金，一般没有添加元素。 含碳量 含碳量 含碳量 含碳量 >2.11% 铸铁 ≤0.25% 低碳钢 02.25~0.6% 中碳钢 >0.6% 高碳钢