1压力容器基础知识.ppt
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1、压力容器基本知识压力容器基本知识上海市松江区特种设备监督检验所上海市松江区特种设备监督检验所 余卫国余卫国提纲提纲4压力容器定义压力容器定义4压力的概念压力的概念4受监管的压力容器的界定受监管的压力容器的界定4压力容器的主要工艺参数压力容器的主要工艺参数4压力容器的分类压力容器的分类4压力容器常用的材料压力容器常用的材料4应力对压力容器安全的影响应力对压力容器安全的影响一、压力容器的定义一、压力容器的定义一般压力容器的定义一般压力容器的定义所谓容器,是指生产或生活中,由曲面构成用所谓容器,是指生产或生活中,由曲面构成用于盛装物料的空间构件。于盛装物料的空间构件。从广义上讲,所有承受压力的密闭容
2、器称为压从广义上讲,所有承受压力的密闭容器称为压力容器,又称为受压容器。力容器,又称为受压容器。二、压二、压力的概念力的概念1、压力、压力均匀垂直作用在物体表面上的力称为压力。均匀垂直作用在物体表面上的力称为压力。在国际单位中,压力的单位采用牛顿在国际单位中,压力的单位采用牛顿/米米2,其定义为将,其定义为将1牛顿的力均匀垂直牛顿的力均匀垂直地作用在地作用在l平方米的面上所产生的压力,称为帕斯卡平方米的面上所产生的压力,称为帕斯卡(Pa),简称帕。,简称帕。1 Pa1N/m2。由于由于“帕帕”这个单位太小,因而常用这个单位太小,因而常用“兆帕兆帕”(MPa)作为压力的基本单位,作为压力的基本单
3、位,即:即:1MPa=106Pa。过去工程上习惯用的压力单位是千克力过去工程上习惯用的压力单位是千克力/厘米厘米2(kgf/cm2)。压力的工程单位。压力的工程单位与法定计量单位之间的换算关系为:与法定计量单位之间的换算关系为:1MPa=10.2kgf/cm2 lkgf/cm2=0.098MPa。其它压力的单位还有巴(其它压力的单位还有巴(bar)、磅力)、磅力/英寸英寸2(1bf/in2)、毫米汞柱)、毫米汞柱(mmHg)、毫米水柱()、毫米水柱(mmH2O)等。)等。2、压强、压强均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力称为压强。均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力称为压强。在工程技术
4、与日常生活中,常把压强称为压力,并用符号在工程技术与日常生活中,常把压强称为压力,并用符号“P”表表示。示。P(压强)(压强)=F(压力)(压力)/S(受力面积)(受力面积)(1)标准大气压)标准大气压标准大气压又称为物理大气压,是地球引力对大气层作用的结标准大气压又称为物理大气压,是地球引力对大气层作用的结果。果。1个标准大气压是在温度为个标准大气压是在温度为0时时1个标准大气压个标准大气压=760mmHg=1.0332kgf/cm23、大气压力、大气压力工程大气压分为表压力和绝对压力。工程大气压分为表压力和绝对压力。(2)工程大气压)工程大气压工程上为了计算方便,规定:工程上为了计算方便,
5、规定:1个工程大气压个工程大气压=1kgf/cm2=735.6mmHg以水柱高度计算压力,以水柱高度计算压力,1kgf/cm2=10000 mmH2O=10 mH2O6、负压力、负压力介质压力低于大气压力的部分,称为负压力或真空。简称负压。介质压力低于大气压力的部分,称为负压力或真空。简称负压。5、绝对压力、绝对压力容器内介质的实际压力称为绝对压力。绝对压力就是实际作用在容器内介质的实际压力称为绝对压力。绝对压力就是实际作用在容器壁上的压力。其值应该是压力表上指示的压力再加上容器周围容器壁上的压力。其值应该是压力表上指示的压力再加上容器周围的大气压力。由于大气压力近似等于的大气压力。由于大气压
6、力近似等于0.1 MPa,故:故:P绝绝P表表0.1 MPa。4、表压力、表压力容器内压力的大小需用测量压力的仪表容器内压力的大小需用测量压力的仪表压力表来测量。压力压力表来测量。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,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,这个压力值称为表压力。这个压力值称为表压力。表压力是一个相对值,表明容器内部的压力比容器周围的大气压表压力是一个相对值,表明容器内部的压力比容器周围的大气压力大多少。压力容器的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力大多少。压力容器的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力及计算容器强度所用的压
7、力都是指表压力。力及计算容器强度所用的压力都是指表压力。容器内的介质压力高于大气压力时,介质处于正压状态;介质压容器内的介质压力高于大气压力时,介质处于正压状态;介质压力低于大气压力时,介质处于负压状态。力低于大气压力时,介质处于负压状态。压压力力的的来来源源 容器容器外部外部产生或增大产生或增大 容器容器内部内部产生或增大产生或增大(1)来自于容器内部由液化气体蒸发产生的压力(如液化气体储罐、液化气)来自于容器内部由液化气体蒸发产生的压力(如液化气体储罐、液化气体钢瓶),此时压力容器中压力取决于储存温度下,液化气体的饱和蒸汽压。液化体钢瓶),此时压力容器中压力取决于储存温度下,液化气体的饱和
8、蒸汽压。液化气体的类型不同、操作温度不同则其对应的饱和蒸汽压也不同。气体的类型不同、操作温度不同则其对应的饱和蒸汽压也不同。(2)来自于容器内部介质由于化学反应产生的压力,如果反应容器中存在二)来自于容器内部介质由于化学反应产生的压力,如果反应容器中存在二种或二种以上的单体化学物质,在一定的温度和压力条件下,进行化学反应,在反种或二种以上的单体化学物质,在一定的温度和压力条件下,进行化学反应,在反应过程中,反应物的体积和温度会发生急剧变化,同时引起容器内压力的变化应过程中,反应物的体积和温度会发生急剧变化,同时引起容器内压力的变化(1)由压缩机或泵产生的压力,此时压力容器中的介质压)由压缩机或
9、泵产生的压力,此时压力容器中的介质压力取决于压缩机或泵出口的压力。力取决于压缩机或泵出口的压力。(2)由蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力,此时压力容器中)由蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力,此时压力容器中的介质压力取决于蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力或减压后的的介质压力取决于蒸汽锅炉或余热锅炉产生的压力或减压后的蒸汽压力。蒸汽压力。三、受监管的压力容器的界定三、受监管的压力容器的界定压力容器监察范围应该主要从发生事故压力容器监察范围应该主要从发生事故的可能性和事故危害的严重性来考虑。的可能性和事故危害的严重性来考虑。一般来说,压力容器发生爆破事故时,一般来说,压力容器发生爆破事故时,其危害的严重程度与压
10、力容器的其危害的严重程度与压力容器的工作介质工作介质、工作压力及容积工作压力及容积等因素有关。等因素有关。工作压力越高,容积工作压力越高,容积越大,储存能量越大,越大,储存能量越大,爆破释放能量越大,爆破释放能量越大,危害大。危害大。1.液体介质:压缩性极小,液体介质:压缩性极小,爆破膨胀功(即释放能量)小,爆破膨胀功(即释放能量)小,危害小。危害小。2.气体介质:压缩性很大,气体介质:压缩性很大,爆破膨胀功(即释放能量)大,爆破膨胀功(即释放能量)大,危害大。危害大。特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例的规定的规定2003年年6月国务院颁发了第月国务院颁发了第373号令,发布了号令,发布
11、了特种设备安全监察特种设备安全监察条例条例 2009年年1月月24日国务院第日国务院第549号令修订并颁布了号令修订并颁布了特种设备安全特种设备安全监察条例监察条例(2009年年5月月1日施行)日施行)压力容器(属承压类特种设备)压力容器(属承压类特种设备):是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设备。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:其范围规定为:1.最高工作压力大于或者等于最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压),且压力与容积的(表压),且压力与容积的乘积大于或者等于乘积大于或者等于2.5MPaL的气体、液化气体和最高工作温度高于的气体、液化气体和最高工作温
12、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;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盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa(表压),且压力与容(表压),且压力与容积的乘积大于或者等于积的乘积大于或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于或者低于60液体的气瓶液体的气瓶3.氧舱等。氧舱等。压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程的规定的规定根据国家质量技术监督局根据国家质量技术监督局1999年颁布,年颁布,2000年年1月月1日开始实施的日开始实施的压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术
13、监察规程(以下简称(以下简称容规容规)规定:)规定:只有同时具备下列三个条件的压力容器才属于其压力容器的监察只有同时具备下列三个条件的压力容器才属于其压力容器的监察范围:范围:(1)最高工作压力大于等于)最高工作压力大于等于0.1MPa(不包括液体静压力);(不包括液体静压力);(2)内直径大于等于)内直径大于等于150mm,且容积大于等于且容积大于等于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)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。沸点的液体。超高压容器、各类气瓶、非金属材料制造的压力容器、船舶和铁路机车上附超高压容器、各类气瓶、非金属材
14、料制造的压力容器、船舶和铁路机车上附属的压力容器、核能压力容器、国防和军事装备上压力容器、真空下压力容器属的压力容器、核能压力容器、国防和军事装备上压力容器、真空下压力容器(不含夹套压力容器),各项锅炉安全技术监察规范适用直接火焰加热的设备因(不含夹套压力容器),各项锅炉安全技术监察规范适用直接火焰加热的设备因另有专门监察规程进行安全监察,不属另有专门监察规程进行安全监察,不属压力容器安全监察规程压力容器安全监察规程的监察范围。的监察范围。正常运行最高工作压力小于正常运行最高工作压力小于0.1MPa的压力容器(包括在进料或出料过程中需的压力容器(包括在进料或出料过程中需要瞬时承受压力大于等于要
15、瞬时承受压力大于等于0.1MPa的压力容器。但不包括消毒、冷却等工艺过程中的压力容器。但不包括消毒、冷却等工艺过程中需短时承受压力大于等于需短时承受压力大于等于0.1MPa的压力容器)、机器上非独立的承压部件(包括的压力容器)、机器上非独立的承压部件(包括压缩机、发电机、泵、柴油机的汽缸或承压壳体)、无壳体的套管换热器、波纹板压缩机、发电机、泵、柴油机的汽缸或承压壳体)、无壳体的套管换热器、波纹板换热器、空冷式换热器、冷却排管不属于换热器、空冷式换热器、冷却排管不属于压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程的监察范的监察范围。围。容容规规管管辖辖以以外外简单压力容器安全技术监察规程简单
16、压力容器安全技术监察规程的规定的规定根据国家质量技术监督局根据国家质量技术监督局2007年年1月颁布,月颁布,2007年年7月月1日开始实施的日开始实施的简单压力容器安全技术监察规程简单压力容器安全技术监察规程(TSG R0003-2007)规定:)规定:简单压力容器是指结构简单、危险性较小的压力容器。简单压力容器是指结构简单、危险性较小的压力容器。同时满足以下条件的为简单压力容器:同时满足以下条件的为简单压力容器:(一一)容器由筒体和平封头、凸形封头(不包括球冠形封头),或者由两容器由筒体和平封头、凸形封头(不包括球冠形封头),或者由两个凸形封头组成;个凸形封头组成;(二二)筒体、封头、接管
17、等主要受压元件的材料为碳素钢、奥氏体不锈钢;筒体、封头、接管等主要受压元件的材料为碳素钢、奥氏体不锈钢;(三三)设计压力小于或者等于设计压力小于或者等于1.6MPa;(四四)容积小于或者等于容积小于或者等于1000L;(五五)工作压力与容积的乘积大于或者等于工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL,并且小于或者等,并且小于或者等于于1000MPaL;(六六)介质为空气、氮气和医用蒸馏水蒸发而成的水蒸气;介质为空气、氮气和医用蒸馏水蒸发而成的水蒸气;(七七)设计温度大于或者等于设计温度大于或者等于-20,最高工作温度小于或者等于,最高工作温度小于或者等于150;(八八)非直接火焰的焊接容器
18、。非直接火焰的焊接容器。(一一)军事装备、核设施、航空航天器、海上设施和船舶军事装备、核设施、航空航天器、海上设施和船舶使用的压力容器;使用的压力容器;(二二)机器上非独立的承压部件(如压缩机缸体等);机器上非独立的承压部件(如压缩机缸体等);(三三)危险化学品包装物;危险化学品包装物;(四四)灭火器;灭火器;(五五)快开门式压力容器;快开门式压力容器;(六六)移动式压力容器。移动式压力容器。TSG R0003-2007 管辖以外规定:管辖以外规定:固定式压力容器安全技术监察规程固定式压力容器安全技术监察规程的规定的规定根据国家质量技术监督局根据国家质量技术监督局2009年年8月颁布,月颁布,
19、2009年年12月月1日开始日开始实施的实施的固定式压力容器安全技术监察规程固定式压力容器安全技术监察规程(TSG R0004-2009)规定:规定:固定式压力容器是指固定式压力容器是指安装在固定位置使用安装在固定位置使用的压力容器的压力容器适用范围适用范围同时具备下列条件的压力容器:同时具备下列条件的压力容器:(一一)最高最高工作压力工作压力大于或者者等于大于或者者等于0.1MPa;(二二)设计压力与设计压力与容积容积的乘积大于或者者等于的乘积大于或者者等于2.5MPaL(注注1-3);(三三)盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或者者等盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度高于或
20、者者等于其标准沸点的液体于其标准沸点的液体。对于为了某一特定用途、仅在装置或者者场区内部搬动、使用的压力容器,以对于为了某一特定用途、仅在装置或者者场区内部搬动、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管理。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管理。工作压力是指压力容器在正常工作情况下,其顶部可能达到的最高压力(表压力)。工作压力是指压力容器在正常工作情况下,其顶部可能达到的最高压力(表压力)。容积,是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)并容积,是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
21、整。一般应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。且圆整。一般应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。容器内主要介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时,如果气相空间与工作压力容器内主要介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时,如果气相空间与工作压力的乘积大于等于的乘积大于等于2.5MPaL时时,也属于本规程的适用范围。也属于本规程的适用范围。不适用范围不适用范围超高压容器应当符合超高压容器应当符合超高压压力容器安全技术监察规程超高压压力容器安全技术监察规程的规定;的规定;非金属压力容器应当符合非金属压力容器应当符合非金属压力容器安全技术监察非金属压力容器安全技术监察规程规程的规定;的规定;简单
22、压力容器应当符合简单压力容器应当符合简单压力容器安全技术监察规程简单压力容器安全技术监察规程的规定。的规定。(1)移动式压力容器、气瓶、氧舱;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;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正常运行工作压力小于0.1MPa的容器(包括在进料的容器(包括在进料或者出料过程中需要瞬时承受压力大于或者者等于或者出料过程中需要瞬时承受压力大于或者者等于0.1MPa的的容器):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
23、壳、涡轮机外壳、液压部件的受压器室(如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等);缸等);(5)可拆卸式垫片式板式热交换器(包括半焊式热交换可拆卸式垫片式板式热交换器(包括半焊式热交换器)、空冷式热交换器、冷却排管。器)、空冷式热交换器、冷却排管。四、压力容器的主要工艺参数四、压力容器的主要工艺参数1、压力、压力2、温度、温度3、介质、介质工工 作作 压压 力力最最 高高 允允许许工工 作作 压压 力力设设 计计 压压 力力计计 算算 压压 力力毒毒 性性 程程 度度 易易 燃燃 易易 爆爆工工 作作 温温 度度设设 计计 温温 度度临临 界界 温温 度度压力压力工作压力工作压力也称为操作压力,
24、是指正常工艺操作情况下,容器顶部也称为操作压力,是指正常工艺操作情况下,容器顶部的最高压力(不包括液体静压力)。的最高压力(不包括液体静压力)。最高允许工作压力是根据容器的有效厚度计算得到的容器实际可最高允许工作压力是根据容器的有效厚度计算得到的容器实际可承受压力。承受压力。设计压力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起作为设计载荷条件,其值不低于工作压力(即:是指相应的设计温(即:是指相应的设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力)度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力)。设
25、计压力选取方法设计压力选取方法计算压力是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,并指在相应设计温度下,用以确定元件厚度的压力,并且应当考虑液柱静压力等附加载荷。且应当考虑液柱静压力等附加载荷。各种压力之间的关系各种压力之间的关系温度温度工作温度:工作温度:容器在正常工作情况下介质温度。容器在正常工作情况下介质温度。设计温度:设计温度:是指压力容器在正常工作情况下,设定的元件金属温度(沿元是指压力容器在正常工作情况下,设定的元件金属温度(沿元件金属截面的温度平均值),设计温度与设计压力一起作为设计载件金属截面的温度平均值),设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。荷条件。临界温度是
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