压力容器安全技术(1)

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,压力容器安全技术,2016,年,3,月,主讲：付洪亮,目录,前 言,第一章,压,力容器界定、分类和规范,第二章,压力容器结构,第三章,压,力容器的生产,第四章,压,力容器安全附件,第五章,典型压力容器,第六章 压力容器,安全管,理,第七章 压力容器事故处理,前言,一、事故率：高于其他机械设备的事故率，不容乐观。,二、事故率高的原因：,1,、技术条件,1.1,使用条件比较苛刻；,1.2,容易超负荷运行；,1.3,局部应力比较复杂；,1.4,容器常存在有严重缺陷。,2,、使用管理。,2.1,使用非法产品；,2.2,压力容器管理和操作人员不符合要求；,2.3,压力容器管理处于,“,四无,”,状态；,2.4,擅自改变使用条件，擅自修理改造；,2.5,政府部门安全监督管理不到位。,三、事故造成的危害：,压力容器是一种比较容易发生事故，而且事故造成的危害又特别严重的特种设备。一旦发生事故不仅设备本身遭到毁坏，而且会波及周围的设备及建筑物，甚至造成灾难性事故。,第一章 压力容器界定、分类,和规范标准,1.1,压力容器的界定及分类,1.1.1,压力容器的概念,是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于,0.1MPa(,表压,),气体或液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积大于或者等于,30L,且内直径,(,非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸,),大于或者等于,150mm,的固定式容器和移动式容器,;,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,气体、液化气和标准沸点等于或者低于,60,液体的气瓶；氧舱。,1.1,压力容器的界定及分类,1.1.2,容器的分类,按,2009,版,特种设备安全监察条例,中，压力容器包括固定式压力容器、移动式压力容器、气瓶和氧舱四类设备。,1,、按制造方法分,焊接容器，铆接容器、铸造容器、锻造容器等。,2,、按承压力方式分可分为内压容器和外压容器。,3,、按设计压力分,a),低压容器,(,代号为,L）0.1MPaP,1.6MPa,b),中压容器,(,代号为,M）1.6MPaP,10MPa,c),高压容器,(,代号为,H）10MPaP,100MPa,d),超高压容器,(,代号为,U）P100MPa,1.1,压力容器的界定及分类,4,、按容器的设计温度分,a),低温容器,T-20,b),常温容器,-20,T,150,c),中温容器,150T,400,d),高温容器,T400,5,、按容器的制造材料分,钢制容器、铸铁容器、有色金属容器和非金属容器等。,6,、按容器外形分,圆筒形容器、球形容器，矩形容器和组合式容器等。,1.1,压力容器的界定及分类,7,、按容器在生产工艺过程中的作用原理分,反应容器（代号为,R,）如,:,反应器、反应釜；,换热容器（代号为,E,）如,:,热交换器、冷凝器；,分离容器（代号为,S,）如,:,分离器、吸收塔；,储存容器（代号为,C,）如,:,储罐、缓冲罐。,8,、根据容器的压力高低、容积大小，使用特点、材质，介质的危害程度,(,第一组为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体；除第一组介质以外为第二组介质。）“固容规”将容器分为第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。,1.2,压力容器规范标准,1.ASME,规范,ASME,是美国机械工程师学会的英文简称。,ASME,锅炉压力容器规范规定了锅炉和压力容器以及核电设备建设过程中有关设计、制造及检测的各项安全事项。,第,I,卷 动力锅炉建造规则； 第,II,卷 材料,第,III,卷,NUC,核容器建造规则； 第,IV,卷 采暖锅炉建造规则,第,V,卷 无损检测； 第,VI,卷 采暖锅炉维护和运行推荐规则；,第,VII,卷 动力锅炉维护推荐指南；,第,VIII,卷压力容器建造规则（共分,VIII-1,，,VIII-2,，,VIII-3,）；,第,IX,卷焊接和钎接评定标准；,第,X,卷纤维增强料压力容器；,第,XI,卷核动力厂部件在役检验规则；,第,XII,卷运输罐建造和延续使用规则。,2.TSG R0004-2009,固定式压力容器安全技术监察规程,2009,年国家质检总局颁布，共八章,155,条，规定了固定式压力容器的相关要求，其内容包括总则、材料、设计、制造、安装、使用管理与修理改造、定期检验、安全附件和附则。,2011,年国家质检总局又颁布了,移动式压力容器安全技术监察规程,其内容包括总则、材料、设计、制造、使用管理、充装与卸载、改造与维修、定期检验、安全附件和承压附件、附则。,3.GB150-2011,压力容器,本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会负责制定和归口的压力容器大型通用技术标准之一。用以来规范在中国境内建造和使用压力容器设计、制造、检验和验收的相关技术标准。,本标准分为四个部分：,第,1,部分：通用要求,第,2,部分：材料,第,3,部分：设计,第,4,部分：制造、检验和验收,4.,压力容器有关的特种设备安全技术规范,(TSG),TSG Z6001-2008,压力容器安全管理人员和操作人员考核大纲,TSG Z6002-2010,特种设备焊接操作人员考核细则,TSG Z0004-2007 ,特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求,TSG Z0005-2007 ,特种设备制造、安装、改造、维修许可鉴定评审细则,TSG R6003-2007 ,简单压力容器安全技术监察规程,TSG R1001-2008 ,压力容器压力管道设计许可规则,4.,压力容器有关的特种设备安全技术规范,(TSG),(7)TSG ZC001-2009,锅炉压力容器用钢板（带）制造许可规则,（,8,）,TSG R6003-2006,压力容器压力管道带压密封作业人员考核大纲,（,9,）,TSG RF001-2009,气瓶附件安全技术监察规程,（,10,）,TSG R6004-2006,气瓶充装人员考核大纲,（,11,）,TSG R4001-2006 ,气瓶充装许可规则,（,12,）,TSG R6002-2006,医用氧舱维护管理人员考核大纲,（,13,）,TSG R3001-2006 ,压力容器安装改造维修许可规则,5.,压力容器部分国家标准,(1) GB/T151-2014 ,热交换器,(2) GB12337-2014 ,钢制球形储罐,(3) GB25198-2010 ,压力容器封头,(4) GB713-2008 ,锅炉和压力容器用钢板,(5)GB3531-2008 ,低温压力容器用低合金钢钢板,(6)GB8163-1999 ,输送液体用无缝钢管,(7)GB/T21433-2008,不锈钢压力容器晶间腐蚀敏感性检验,(8) GB/T27698-2011,热交换器及传热元件性能测试方法,(9),GB567-2012,爆破片安全装置,6.,国家能源局推荐性标准,-,行业标准,(1)NB/T47041-2014,塔式容器,(2) NB/T47008-2010 ,承压设备用碳钢和合金钢锻件,(3) NB/T47009-2010 ,低温承压设备用低合金钢锻件,(4) NB/T47010-2010 ,承压设备用不锈钢和耐热钢锻件,(5)NB/T47014-2011 ,承压设备焊接工艺评定,(6)NB/T47015-2011,压力容器焊接规程,(7)NB/T47016-2011 ,承压设备产品焊接试件的力学性能检验,(8)NB/T47019-2011 ,锅炉、热交换器用管订货技术条件,作业：,1.,压力容器的定义,?,2.,压力容器的分类,？,第二章 压力容器结构,压力容器的结构形式是多种多样的，它是根据容器的作用、工艺要求、加工设备和制造方法等因素确定的。如图所示分别是常见的球形容器、圆筒形容器、箱形容器和锥形容器等。,第一节 壳体,一、圆筒形壳体：,形状特点是轴对称，圆筒是一个平滑的曲面，应力分布比较均匀，承载能力较高，易于制造，便于内件的设置和装拆。应用比较广泛。,第一节 壳体,二、球形壳体,球形壳体：,本体是一个球壳，其形态特点是中心对称。,1,、优点：,受力均匀；在相同的壁厚条件下，承载能力最高，或者可以说在同样的内压下，球形壳体所需的壁厚最薄；在相同容积条件下，球形壳体表面积最小；节约保温或隔热材料，降低成本。,2,、缺点：,制造比较困难，工艺复杂，成本高；不便于在容器内部安装工艺内件，也不便于内部互相作用的介质流动；一般只用于中、低压的储装容器。,第二节 封头,一、封头的概念：,凡与筒体焊接连接而不可拆的称为封头，与筒体及法兰等连接而可拆的则称为端盖。,二、封头按形状可以分为凸形，锥形和平板封头。,1,、凸形封头有半球形，碟形，椭圆形和无折边球形封头等。,2,、锥形封头。,3,、平板封头。,第三节 开孔及接管、法兰,一、接管：,接管一般设置在封头或筒体上，用于介质的进出，安全附件的安装等，为适应压力容器的安全运行和工艺生产的需要，常用的接管有：,螺纹短管、法兰短管和平法兰接管。,第三节 开孔及接管、法兰,二、人孔和手孔：,人孔和手孔的作用,#,人孔和手孔的形状,#,人孔和手孔的封闭形式,#,第三节 开孔及接管、法兰,三、法兰：,法兰按其密封面形式又可分为：,平面法兰；凹凸面法兰。,在法兰之间，利用不同的密封元件和不同的连接件相组配，构成了各种不同的密封结构。,1,强制密封。,2,自紧密封。,3,半自紧密封。,第四节 支座,支座是用于支承容器的重量并将它固定在基础上的附加部件。,支座的结构形式取决于容器的安装方式，容器的重量和其他载荷。,支座一般分为两大类：,立式支座；卧式支座。,作业：,1.,压力容器的圆筒形壳体及球形壳体的优点,?,2.,常见的封头、接管、法兰及支座各有几种？,第二章 压力容器的生产,设计,制造,检验,第一节 设计,根据给定的 ，,遵循 规定，,在确保 的前提下，,经济、正确地 ，,并进行,结构,、,强（刚）度,和,密封设计,。,工艺设计条件,现行的规范标准,安全,选择材料,设计依据的法规和标准：,TSG R0004-2009,固定式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,移动式压力容器安全技术监察规程,GB150-2011 ,压力容器,GB151-2014,热交换器,失效形式,失效判据,（选择）,设计准则,（相应）,设计是否合理,（判别）,设计准则,一、正确,选材,制造压力容器的材料种类较多，但目前绝大多数的压力容器都是钢制的。,压力容器是在承压下工作的，还有些要承受高温或腐蚀介质的作用，此外，在制造时要进行冷热成形加工，因此压力容器要比其他设备容易损坏。为保证压力容器安全运行，正确选用钢材是一个重要的保证。,一、制造压力容器的钢材选用要重点考虑钢材的力学性能、物理性能、工艺性能和耐腐蚀性。,1,、力学性能：是指材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力；主要有,强度、塑性、韧性和硬度四,个指标。,1.1,强度：物体的原子间存在着的相互作用力称为内力。金属材料的强度是指金属材料抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度指标有抗拉强度,b,和屈服强度,s,是材料的短时强度性能，在高温条件下，还要考虑蠕变极限,n,和高温持久强度,D,是金属材料的长时间高温强度性能。设计中许用应力是根据这些数值决定的。,1.2,塑性：是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。塑性指标包括伸长率,和断面收缩率,。,塑性变形,是物体在外力作用下，应力超过材料屈服极限以后产生的变形，即使除去外力，也不能恢复到变形前的形状和尺寸。塑性变形是一种不可自行恢复的变形。,断面收缩率,是试样拉断后，颈缩处横断面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比，也是拉伸试验提供的一个塑性指标。,越大，塑性越好。,1.3,韧性：是指金属材料在使用温度下抵抗脆性破坏的能力。韧性常用冲击功,A,k,和冲击韧性,a,k,表示，材料抵抗冲击性能一般用有缺口的冲击试样作冲击实验测得。,冲击韧性也称缺口韧性是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比,V,型缺口的标准试件做冲击试验（下图），以击断试件所消耗的冲击功大小来衡量钢材抵抗脆性破坏的能力。冲击韧性也叫冲击功，用,AKV,或,CV,表示，单位为,J,（,1J=1N1m,，即,1,焦耳,1,牛顿,1,米）。,试验表明，钢材的冲击韧性值随温度的降低而降低，但不同牌号和质量等级钢材的降低规律又有很大的不同。因此，在寒冷地区承受动力作用的重要承重结构，应根据其工作温度和所用钢材牌号，对钢材提出相当温度下的冲击韧性指标的要求，以防脆性破坏发生。,1.4,硬度：表示材料抵抗局部变形的能力，是衡量金属材料软硬程度的性能指标。一般情况下材料的硬度与强度呈一定的正比关系，最常用的是静负荷压入法硬度试验如布氏硬度（,HB,） 、洛氏硬度（,HRC,） 、维氏硬度（,HV,）等，其中以布氏,HB,硬度及洛氏,HRC,硬度指标较为常用。还有回跳法硬度试验如肖氏硬度（,HS,）。,*硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的综合性能指标。,2,、物理性能：,主要物理性能指标有密度,，热导率,，比热容,，熔点,t,m,，线胀系数,，电阻率,r,，弹性模量,E,等。,弹性模量,E,定义为理想材料有形变时应力与相应的应变之比。,3,、耐腐蚀性能,材料的腐蚀速度在工程上常用,K,a,(mm/a),来表示，材料的腐蚀速度在,1mm/a,以下的，可认为能用于制造化工容器。考虑材料的耐腐蚀性能是设计化工容器材料选择中的一个重要问题。,4,、工艺性能：材料的制造工艺性能包括可锻性、可焊性、切削加工性、冲击性能、热处理性能等。,制造压力容器用钢要求具有良好的工艺性能，主要是应具有良好的冷塑性变形能力和可焊性。,*,可焊性：是指钢材在规定的焊接工艺条下，能否得到质量优良的焊接接头的性质。钢材中含碳量的大小是判别钢材可焊性的主要标志，碳钢和普通低合金钢其含碳量小于,0.25%,时，一般都具有良好的可焊性。,二、影响材料性能的因素,影响材料性能的主要因素有冶炼方法、合金元素、制造工艺、操作温度、介质的腐蚀性等。,1,、冶炼方法：主要用碱性平炉钢和碱性电炉钢。,2,、合金元素：为了提高钢的力学性能，必须在钢中添加一些合金元素，其中最主要的有锰、硅、镍、铬、钼、钛、钒、铝和铜等元素。（,P35-38,页）,3,、制造工艺：压力容器大多数是经轧制、锻造、成型、焊接和热处理等加工后才投入使用的。了解加工过程对钢材综合性能的影响，对正确选用材料是很重要的。,4,、腐蚀：压力容器经常碰到的危害特别大的两种腐蚀为晶间腐蚀和应力腐蚀。,5,、氢破坏（氢损伤、氢脆）：主要有局部裂纹和氢脆化两种形式。,6,、操作温度：选择压力容器用钢时，主要从高温、常温、低温三个层次来考虑。,三、压力容器常用钢材及其选用,1,、碳钢：含碳量,2.06%,的铁碳合金为碳钢；具有一定的强度和塑性，工艺性能良好。广泛应用于中、低压容器，常用的有：,Q235A(B,）、,A,3,R,、,20g,等。,2,、普通低合金钢：其力学性能和工艺性能都较好。耐腐蚀性也比碳钢好。最常用的低合金钢是,16MnR,，除此之外还有如,15MnVR,、,18MnMoNbR,等也常用于制造中低压容器。,3,、特殊条件下使用的容器用钢：,3.1,低温容器用钢（,-20,）常用的有,0Cr18Ni9Ti,、,0Cr18Ni9,（低温下限为,-196 ,）。,GB150-1998,中规定,“,低温容器受压元件用钢必须是镇静钢,”,。,3.2,高温容器用钢：常用的有,A,3,R,、,20g,只能用到,400 ,；,400500 ,一般用,15MnVR,等；,500600 ,一般用铬钼低合金钢；,600700 ,一般用,0Cr18Ni9,、,0Cr18Ni9Ti,等高合金镍铬钢。,3.3,抗氢腐蚀用钢：一般用铬钼合金钢，如：,15CrM0,、,30CrM0,和,Cr,6,M0,等。,3.4,复合钢板：由碳钢或普通低合金钢作基层、不锈钢为复合层组成的钢板。,材料选用一般原则,1,、选择压力容器用钢材必须考虑设备的操作条件、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构等。,2,、选择压力容器用钢材必须在满足第,1,条的前提下，考虑经济合理性。,3,、设计时选用钢材要符合下列指导准则：,3.1,碳素钢用于介质腐蚀性不强的常压、低压容器和壁厚不大的中压容器。,3.2,低合金高强度钢用于介质腐蚀性不强、壁厚较大的压力容器。,3.3,珠光体耐热钢用作抗高温氢或硫化氢腐蚀、或设计温度在,350650 ,的压力容器。,3.4,不锈钢用于介质腐蚀性较高、设计温度大于,500 ,或设计小于,-100 ,的压力容器。,3.5,奥氏体不锈钢需经焊接或,400 ,以上热加工时，不应使用于可能引起不锈钢晶间腐蚀的环境。,4,、钢材应符合有关国家标准的要求。,5,、用作设备法兰、管法兰、管件、人手孔、液面计等化工设备标准零部件的钢材，应符合有关零部件的国家标准、行业标准对钢材的技术要求。,四、其他要求,1,、质量证明书和标记：材料质量证明书上应有炉号、批号、规格；化学成分和力学性能；供货的热处理状态。钢板切割下料前，必须作标记移植，便于识别。,2,、材料代用：代用原则是代用钢材的技术要求不低于被代用的钢材。材料代用要办理代用手续,（,1,）材料代用必须经单位的技术部门同意，并将材料代用的质量证明书或复检报告报主管负责人审批。（,2,）材料代用必须征得原设计单位的书面同意。（,3,）压力容器出厂质量证明书和施工图上应注明代用材料的材质、规格和部位。,3,、采用进口材料的要求：应选用国外压力容器规范采用的材料；制造单位首次使用前，应进行有关试验和验证，才能投入使用。,二、,结构安全设计,压力容器筒体结构主要为圆柱形，少数为球形或其他形式。,一、筒体,筒体是压力容器最主要的组成部分，是储存物料或完成化学反应所需要的压力空间，其形状有圆筒形、球形、锥形和组合形等数种。但最常见的是圆筒形和球形两种。,1,、圆筒形筒体：其筒体主要由筒体、封头和端盖等组成。有整体式和组合式两大类。,2,、球形筒体：又称球罐。其优点是受力均匀，在相同的壁厚条件下，球罐的承载能力最高。能节省,30,40%,的钢材。,压力容器结构设计的原则：,1,、结构不连续处应平滑过渡。,2,、引起应力集中或削弱强度的结构应相互错开，避免高应力叠加。,3,、避免采用刚性过大的焊接结构。,4,、受热系统及部件的胀缩不要受限制。,二、主要零部件的结构设计,1,、一般要求：,1.1,各受压部件应有足够的强度，并装有可靠的安全保护设施，防止超压；,1.2,受压元件、部件结构的形式、开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力和应力集中；,1.3,承重结构在承受设计载荷时应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性；,1.4,容器的整体结构应便于安装、检修和清洗。,图,1-1,压力容器的整体结构,1-,法兰；,2-,支座；,3-,封头拼接焊缝；,4-,封头；,5-,环焊缝；,6-,补强圈；,7-,人孔；,8-,纵焊缝；,9-,筒体；,10-,压力表；,11-,安全阀；,12-,液面计,储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。,（,1,）筒体,形式,：圆柱筒体、球形筒体。,圆筒体,制造方法,无缝钢管,（无纵焊缝） 直径较小,卷焊,（有纵环焊缝） 直径较大,整体锻造,（可能有环焊缝） 高压容器,整体铸造,（无纵环焊缝） 高压容器,圆筒体,结构,单层式,组合式,多层式,缠绕式,筒体：筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。,（,2,）,封头,与筒体等部件形成封闭空间,封头形式,凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封头,锥壳,平盖,封头与筒体的连接,不可拆式（焊接）,可拆式（螺栓连接）,球形封头,椭圆封头,球冠形封头,平盖,（,3,）,密封装置：,其可靠性关系到压力容器能否正常、安全地运行。,最常见的密封装置：,螺栓法兰连接（简称,法兰连接,）,法兰连接,容器法兰：用于筒体与封头或两筒体间的连接,管道法兰：用于管道连接,筒体端部：高压容器中，用于顶盖和筒体连接,并与筒体焊接在一起的容器法兰,由于工艺要求和检修的需要，常在压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、 视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。,筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱，并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大，因而容器应尽量减少开孔的数量，尤其要避免开大孔。对容器已开设的孔，还应进行开孔补强设计，以确保所需的强度。,筒体,封头,密封装置,开孔接管,支座,安全附件,压力容器的外壳,内件,反应、传热、传质、分离等容器,储运容器,多层包扎筒节,一、多层包扎式(续),5、应用情况：,目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构。,3、优点：,制造工艺简单，不需大型复杂加工设备；,安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力；减少了脆性破坏的可能性,;,包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择合适的内筒材料。,4、缺点：,筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材利用率低（仅60%左,右）；深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。,无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；,焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；,环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。,二、热套式,1,、结构，制造：,内筒（厚度, 30mm,）卷焊成直径不同但可,过盈配合,的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。,热套筒节,2、优点：,工序少，周期短，且具有,包扎式筒体的大多数优点。,3、缺点：,筒体要有较准确的过盈量，,卷筒的精度要求很高，且套,合时需选配套合；,套合时贴紧程度不很均匀；,套合后，需热处理以消除,套合预应力及深环焊缝的焊,接残余应力。,三、绕带式,优点：筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布较均匀。,缺点：钢带需由钢厂专门轧制，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层钢带能相互啮合，需采用精度较高的专用缠绕机床。,图,2,-4 （,a,）型槽绕带式筒体 （,b,）型槽钢带结构示意图,缩套环,双锥面垫片,焊缝,（,a,）,（,b,）,五、绕带式（续）,各部件间的连接大多需要,经过焊接，对焊接进行质,量控制是整个容器质量保,证体系中极为重要的一环。,储气罐,三、强度计算与校核,进行压力容器设计时，主要是对压力容器各个部分进行应力分析，确定最大应力值并将其限制在许用范围内。,一、应力与应力分析,1,、一次应力：是外部载荷引起的正应力和切应力，是满足外力、内力和弯矩的平衡所需的力。可分为一次薄膜应力,m,、局部薄膜应力,L,和一次弯曲应力,u,2,、二次应力,F,：是指由于相邻部件的约束或结构本身约束引起的局部附加薄膜应力和弯曲应力。,3,、峰值应力,P,：,是指扣除薄膜应力和弯曲应力后，沿壁厚成非线性分布的应力。,4,、局部应力：,5,、应力强度极限,r,6,、基本设计准则：,6.1,必须做防止塑性破坏的设计；,6.2,由载荷引起的塑性变形必须加以限制；,6.3,应避免除局部应力集中外的其他应力引起的塑性应变；,6.4,应通过疲劳分析限制疲劳破坏的产生。,二、设计参数,压力容器设计参数主要有设计压力、设计温度、壁厚、许用应力、焊缝系数等。,1,、设计压力：在正常操作过程中、在相应设计温度下、容器可能承受的最高工作压力。安全阀的开启压力和爆破片的爆破压力应小于或等于设计压力。盛装液化气体的压力容器，设计压力一般按最高温度相应的饱和蒸气压选取。,2,、设计温度：压力容器在正常操作过程中，在相应设计压力下，容器可能承受的最高或最低温度。,3,、腐蚀裕量：取决于介质的腐蚀性能、材料的化学稳定性和容器的使用时间。,4,、最小壁厚,min,：对于碳钢和低合金钢制的容器，若内径,Di3800mm,时，,min,2Di/1000mm,，并不得小于,3mm,。,奥氏体不锈钢容器，,min,2mm,铝制的压力容器，,min,2mm,5,、安全系数,n,与许用应力,=,b,/n,b,=,s,/n,s,钢制压力容器的安全系数一般为,n,b,3.0 n,s,1.6,铸铁压力容器的安全系数一般为,n,b,10.0,铸钢压力容器的安全系数一般为,n,b,4.0,有色金属钛、铝、铜容器的安全系数一般为,n,b,4.0 n,s,1.5,球墨铸铁压力容器的安全系数一般为,n,b,8.0,6,、焊缝系数：取决于焊缝结构、检验方法和检验程度。,双面焊的对接焊缝,100%,无损探伤的焊缝系数,=1.0,；局部无损探伤的焊缝系数,=0.85,。单面焊的对接焊缝,100%,无损探伤的焊缝系数,=0.90,；局部无损探伤的焊缝系数,=0.80,。,计算厚度（,）,由公式采用计算压力得到的厚度。,必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。,设计厚度（,d,）,计算厚度与腐蚀裕量之和。,d,C,2,名义厚度（,n,）,设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度，即标注在图样上的厚度。,n,d,C,1,= ,C,1,C,2,有效厚度（,e,）,名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕,量。,e,n,C,1,C,2,厚度附加量（,C,）,由钢材的厚度负偏差,C,1,和腐蚀裕量,C,2,组成，不包括加工减薄量,C,3,。,C=C,1,+C,2,加工减薄量,根据具体制造工艺和板材实际厚度由制造,厂而并非由设计人员确定。,厚度关系示意图,四、压力试验,压力试验的目的是检验压力容器承压部件的强度和严密性，通过试验来验证压力容器是否具有设计压力下安全运行所必须的承压能力以及压力容器的严密性。,1,、耐压试验（液压试验）,(,内压容器）,P,r,=1.25p,/,t,(,外压容器）,P,r,=1.25p,2,、气压试验（严密性试验）,(,内压容器）,P,r,=1.15p,/,t,(,外压容器）,P,r,=1.25p,*,压力试验应在无损探伤合格和热处理以后进行。,作业：,1.,压力容器设计常选用的材料有哪些,?,第三章 压力容器的生产,第二节 制 造,备料加工工艺,装配焊接工艺,压力容器制造的技术要求,一、备料加工工艺,1,备料,1.1,放样、画线,放样、画线是压力容器制造过程的第一道工序，直接决定零件成型后的尺寸和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序都有很大的影响。,放样、画线包括展开、放样、画线、打标记等环节。,筒节的展开计算比较简单，即以筒节的平均直径为基准（式,2-1,）,L=D-L=,（,Di+S)-L (,式,2-1,）,L,筒节展开长，,mm,D,筒节平均直径，,mm,Di,筒节内径，,mm,S,板厚，,mm,L,钢板伸长量，,mm,筒节的放样、划线工作一般靠人工进行，而压力容器的制造大多为单件小批生产，因些划线的劳动量大，速度慢。容器的划线又是十分重要的工作，一旦产生错误，将导致整个筒节报废。,近年来，在划线工序的改进方面，已出现数控自动划线及电子 照相划线。,1.2,下料,1,）剪切下料,2,）冲落下料,3,）火焰切割,4,）等离子切割,火焰切割,通常称为气割，它是利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的火焰流（通常称为预热火焰），将被切割的金属材料加热到其燃烧温度，然后喷射高速氧流（称为切割氧），使割缝处被 加热到燃点的金属发生剧烈灼灼，并吹除掉燃烧后产生的氧化物，从而把金属分割开来。,等离子切割原理,众所周知，常温下的气体是不导电的，它是由中性的分子和原子所组成。如果设法提高气体分子和原子的能量，使原子外层电子具有足够能量，从原子中分离出来。这样，原来是中性的原子就变成了带负电的电子和带正电的离子，这个过程称为气体的电离。充分电离了的气体就是等离子气体，它是一种特殊的物质状态，现在物理学上把它列于固体、液体、气体之后，作为物质第四态。由于等离子体全部由正离子和电子组成，因而具有极高的导电能力，可以承受很大的电流密度，从而具有极高的温度，并有极好的导热性。,等离子弧具有下特点：,1,）能量高度集中。由于等离子具有很高的导电性，可以通过极大的电流，具有极高的温度，故等离子的弧的能量是高度集中的。,2,）极大的温度梯度。由于等离子弧的横截面积很小，从温度最高的弧柱中心到温度较低的弧柱边缘，其温度的变化是很大的。,3,）具有很强的冲刷力。高能量的等离子弧由喷嘴的细孔中喷出，可达到极高的速度，因耐 使之具有很强的机械冲刷力。,4,）等离子弧具有很大的调节范围。对等离子弧的喷射速度、冲击力、能量密度等均可进行调节，以得到“钢性弧”和柔性弧“，适应不同工作的要求。,由于等离子弧具有上述特点，用来进行切割工作有具有其特殊优点，可用以切割各种火焰切割所不能切割的材料，如不锈钢、铝及其合金、铜及其合金能及其它特殊合金和各种非金属材料。而且切口狭窄，切缝边缘质量好，等离子弧切割已在我国获得比较广泛的应用。,二、装配焊接工艺,1,、封头成型,封头成型的方法大致可分为两大类，一种是水压机或油压机上利用胎模压制成型，另一中是在旋压机上旋压成型。,下图为一油压机工作情况：,封头成型,下图为,旋压机工作的情况：,2,、筒身卷焊,筒身通常是用钢板在专用设备上弯卷成筒节，再由筒节对焊而成。,下图是钢板在设备上弯卷的情况,预弯工作可用各,种压力机进行，也,可利用预弯模在三,辊卷板机上进行，,如图所示，在两下,辊的上面搁置一块,由厚钢板制成的预,弯模，将钢板的端,部放入预弯模中，,依靠上辊把它压弯,成形。,改变预弯模在下辊中位置以及钢板的伸入长度，便可获得不同的预弯半径，用这种方法进行预弯，也只能弯板厚,1214mm,的钢板，否则只能在油压机上借助于预弯模进行板头的预弯，因而这类对称式三辊还很难适应卷制成形工艺的发展需要。,近年来，在工业上开始应用一些可以直接进行预弯工作的三辊和四辊卷板机，以便于卷制工作的进行。,这种卷板机的上辊,是主动的，电动机通过,减速箱带动上辊转动。,下辊可上下移动，用于,夹紧钢板，两侧可沿斜,向升降，用于对钢板施,加变形力，把钢板端头,压紧在上下辊之间，然,后利用侧辊的移动，使,钢板端部产生了弯曲变形，,达到所要求的曲率。两头,可分别预卷而不需调头。,2,、筒身卷焊（续）,下图是钢板弯卷后进行对焊,3,、焊接,压力容器筒体的焊接，最重要的是筒身（包括封头、筒节法兰等）纵缝、环缝的焊接，是压力容器筒体制造中最关键的工序。,3.1,焊接前的基本要求, 焊工,所有承压部件的焊接都应由经过考试合格的焊工施焊。焊工应按焊接工艺指导书或工艺卡施焊，并在焊缝附近,50mm,处的指定部位打上焊工代号钢印；制造单位应建立焊工技术档案。, 焊接工艺评定：是在压力容器焊接前，以所用钢材的焊接性能试验为基础，根据压力容器结构特点、技术条件的要求，在与产品实际制造条件相同情况下进行的焊接工艺验证性试验。,（,3,）焊缝布置：要尽量均匀合理，壳体上不应采用十字焊缝，对接焊缝要相互错开，其中心距应大于筒体壁厚的,3,倍且不小于,100mm,。凸形封头应尽量采用整块钢板制造。,3.2,焊缝表面质量的要求,3.2.1,外形尺寸,3.2.2,焊缝和热影响区表面不得有裂纹、气孔和肉眼可见的夹渣等缺陷，焊缝上的熔渣和两侧物必须清除干净。,3.2.3,焊缝与母材应圆滑过渡。,3.2.4,用抗拉强度大于,540MPa,的钢材及,Cr-Mo,低合金钢材制造的压力容器、奥氏体不锈钢材制造的压力容器、低温压力容器、球形容器以及焊接系数取,1.0,的压力容器，其焊缝表面不得有咬边；其他的压力容器的焊缝表面的咬边深度不得大于,0.5mm,，咬边的连续长度不得大于,100mm,，焊缝两侧咬边的总长度不得超过该焊缝长度的,10%,。,3.2.5,角焊缝的焊脚尺寸，应符合技术标准和设计文件的要求，外形应平缓过渡。,3.3,、焊接缺陷,压力容器的焊接缺陷包括表面缺陷、气孔和夹渣、未焊透和未熔合、裂纹及组织缺陷等几类。,表面缺陷主要包括咬边、弧坑和擦伤、焊缝尺寸不符合要求等。,气孔和夹渣。,未焊透和未熔合。,裂纹,-,最危险的一类缺陷,按裂纹在焊缝处产生部位不同分为纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹、热影响区裂纹等,按裂纹产生的温度和时间不同分热裂纹、冷裂纹（延迟裂纹）、再热裂纹等。,三、压力容器制造的技术要求,1.,不宜采用十字焊缝。,相邻筒节的纵焊缝以及与封头拼接焊缝应错开，其焊缝中心线之间的外圆弧长一般应大于筒体厚度的,3,倍，且不小于,100mm,。,2 .,焊接的临时吊耳和拉筋的垫板等，应采用与容器筒体相同或相似的材料，用相同的焊接工艺进行焊接。,3 .,不允许用大锤敲打或用千斤顶等强力组装。,4 .,各组装元件的定位焊，应按受压元件的焊接工艺要求施焊。,四,.,焊后热处理,焊后热处理的目的是消除焊接残余应力、防止冷裂纹和改善焊接接头性能。其中最常见的是退火处理。,五,.,加工成型与组装缺陷,加工成型与组装中产生的主要缺陷是几,何形状不符合要求。,（,1,） 表面凹凸不平,（,2,） 截面不圆,（,3,） 错边,（,4,） 对接接缝角变形,六,.,组织缺陷,-,是难于发现而又十分危险的缺陷,（,1,）过热、过烧和疏松,（,2,）淬硬性马氏组织,（,3,）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀,作业,:1.,压力容器常见的焊接缺陷有哪些,?,2.,压力容器制造的技术要求,?,第三节 检 验,主要流程：,加工成型和组装的检查,焊缝检查 无损探伤 耐压试验和气密性试验,出厂要求：,压力容器出厂时，制造单位应随容器至少向用户提供以下技术文件和资料,竣工图样，竣工图上应有设计单位资格印章（复印章无效）和竣工图章。,产品质量证明书及产品铭牌拓印件。,压力容器产品安全质量监督检验证书（未实施监检的产品除外）。,移动式压力容器还应提供产品使用说明书、随车工具及安全附件清单、底盘使用说明书等。,强度计算书。,*现场组焊的压力容器质量验收时，应有当地安全质量监察机构的代表参加。,第四章 压力容器安全附件,安全阀,防爆片,压力表,液位计,温度计,常用阀门,一、安全附件分类,* 连锁装置；,警报装置；,计量显示装置；,安全泻放装置：主要零件有安全阀、爆破片和易熔塞等,二、设置原因,2.1,操作失误或零件破损引起的压力容器超压；,2.2,装满液体后容器因液体受热膨胀而超压；,2.3,容器内燃烧爆炸生成高温高压气体；,2.4,压力容器内出现化学反应失控造成超压；,2.5,液化气体意外受热饱和蒸气压增大而造成超压。,*在压力容器上为什么一定要装设超压防护装置？,安全泄压装置是压力容器安全保护装置，除了具有自动泄压功能外，还有自动报警的作用。压力容器在运行过程中会由于各种原因引起超压。比如：,1,、由于操作失误或零件破损而引起超压；,2,、容器满液后因液体受热膨胀而引起超压；,3,、容器内因燃烧爆炸产生高温高压气体而引起超压；,4,、容器内的化学反应失控造成容器超压。,5,、液化气体意外受热饱和蒸气压增大而造成超压。,为了确保压力容器安全运行，防止压力容器由于超压而发生事故，压力容器必须安装超压防护装置。,三、安全泻压装置：,阀型、断裂型、熔化型、组合型,四、设置要求,1,、设置原则,凡,容规,适用范围内的压力容器，均应装 设安全泄放装置（安全阀或爆破片装置）。,安全阀不能可靠工作时，应装设爆破片装置，或采用爆破片装置与安全阀装置组合结构。,压力容器最高工作压力低于压力源压力时，在通向压力容器进口管道上必须装设减压阀。,压力表,液面计,校验,便于检修,2,、选用要求,制造符合标准要求；,排放要求：对易燃、毒性强度为极度、高度、中度危害介质的压力容器，应在爆破片的排出口装设导管，将排放介质引至安全地点，并进行妥善处理，不得排入大气。,排放能力不得小于压力容器的安全泄放量。,调整依据：以最大允许工作压力作为调整依据，应在设计文件和压力容器的铭牌上注明。,压力表、液面计应根据介质、最高工作压力和温度、黏度等正确选用。,第一节 安全阀,安全阀是一种超压防护装置，它是压力容器应用最为普遍的重要安全附件之一。,一、工作原理,安全阀基本上是由阀座、阀瓣和加载机构等三个部分组成。,二、基本要求,必须是有质量保证的产品，即具有出厂随带的产品质量说明书，铭牌。,动作灵敏、可靠。,具有良好的密封性能。,结构紧凑，调节方便。,三、安全阀的结构型式和工作原理,1,、按整体机构及加载机构分为：弹簧式安全阀、杠杆式安全阀和脉冲式安全阀三种。,2,、按气体排放方式分为：全封闭式、半封闭式和开放式三种。,3,、按安全阀开启程度分为：全启式和微启式两种。,四、安全阀的型号规格及主要性能参数,1,、安全阀的型号规格,*型号标注方法及其含义（,P174,）,2,、主要性能参数：,(1),公称压力：,（,2,）开启高度：,（,3,）安全阀的排放量。,五、安全阀的选用与安装,1,、安全阀的选用原则,（,1,）制造单位应符合国家规定的要求；,（,2,）安全阀应有标牌，并标明主要技术参数；,（,3,）应根据容器的工艺条件和工作介质的特性等方面考虑；,（,4,）安全阀的排量必须不小于它的安全泄放量；,（,5,）根据使用条件选择安全阀；,（,6,）根据封闭机构，选择全启式、微启式安全阀；,（,7,）对有毒、易燃、危险介质的容器应选择封闭式安全阀；,（,8,）选用安全阀时，应注意它的工作压力范围；,2,、安全阀的安装要求。,2.1,新安全阀在安装前，应根据使用情况进行调试校验后才准安装使用；,2.2,安全阀必须垂直安装在压力容器液面以上气相空间部分，或装设在与气相空间相连的管道上；,2.3,安全阀与容器之间连接管和管件的通径应不小于安全阀的进口截面积；当装设两个以上安全阀时，则连接口的截面积，应至少等于这些安全阀的进口截面积的总和。,2.4,安全阀与容器间一般不宜装设截止阀。但对于易燃、有毒介质的容器为便于安全阀更换，可装一只截止阀，截止阀的流通面积不得小于安全阀的最小流通面积，并保证在运行中截止阀全开。,2.5,装设排放导管的安全阀，排放导管的内径应不小于安全阀的公称直径。,2.6,安装杠杆式安全阀时，必须使其阀杠严格保持在铅垂的位置。,弹簧式安全阀,液化气安全阀 高压安全阀,平行式安全阀,本阀门安装于液化石油气站罐泵出口的液相回流管道上，当泵前压力超过规定值时，阀门自动开启并起安全回流作用，保证设备和管路的安全运行。,弹簧微启式安全阀,A27H/A28,型适用于工作温度,200,的水、空气、蒸气等介质的设备或管路上。,A27Y,适用于工作温度,200,有腐蚀性介质的设备或管路上，作为超压保护装置。,空压机安全阀,杠杆式安全阀,可用于锅炉汽包。,介质可以是饱和蒸汽。,使用双环控制起跳、回座性能。,系统压力,96%,整定压力时仍可保证密封。,可使用法兰或焊接入口。,尺寸有,2.5K6,2.5 K2 6,3 M 6 ,3 M2 6,，,4 P2 8,五种。,整定压力,:13.793-21.379MPag.,工作温度为饱和蒸汽温度,脉冲式安全阀,脉冲式安全泄压阀是一种新颖结构的安全阀。主要用于石油天然气、化工、电力、冶金和城市燃气等领域，是受压设备、容器或管路上的最佳超压保护装置。其主要优点是变弹簧直接作用为导阀间接作用，提高了动作的灵敏度，而且主阀采用套筒活塞式，双重密封阀座结构，动作精度高、重复性好、回座快、不泄漏、能带高背压排放、工作等命长、工作稳定可靠，它还可在线调校，反复启跳排放后，,仍然能自动回座，关闭严密，操作维护方便。,第二节,爆破,片,一、,爆破,片的作用和适用范围,爆破片是一种断裂型的超压防护装置，装设在一些不宜装设安全阀的压力容器上。当容器内的压力超过正常工作压力并达到设计压力是即自行爆破，使容器内的气体经爆破片断裂后形成的流出口向外排出，避免容器本体发生爆炸。是一种安全阀的代用装置，以下三种情况下应装设爆破片：,1,、压力容器内的介质为易于结晶或聚合时；,2,、压力容器内的压力由于化学反应或其它原因迅速上升，装设安全阀难以及时排除过高的压力。,3,、压力容器内的介质为剧毒气体或不允许微量泄漏的气体，安全阀难以保证时应采用爆破片。,二、,爆破,片的结构型式：,爆破,片,主要由一块很,薄的膜片和一副夹盘组成。常用的防爆片组合件有,5,种型式：,1,、剪切型（切破型）；,2,、弯曲型（碎裂式）；,3,、正拱普通拉伸型（破裂式）；,4,、正拱开缝型；,5,、反拱型（失稳型、压缩型）。,*爆破,片装置,应符合,GB567,爆破,片与爆破装置,的要求。爆破片的最低标定爆破压力与工作压力的比值，应根据爆破片的不同型式来确定，通常比最大工作压力略大。,爆破片图片,产品外观质量要求,P189,装设要求,P190,更换,P191,正拱开缝型爆破片及夹持器,三、爆破片的选用,压力容器应根据介质的性质、工艺条件及载荷特性等选用爆破片：,1,、要考虑介质在工作条件下对膜片有无腐蚀作用。对腐蚀性介质，宜采用正拱开缝型爆破片；如果介质是可燃气体，则不宜选用铸铁或碳钢等材料制造的膜片，以免膜片破裂时产生火花。,2,、脉动载荷或压力大幅度频繁波动的压力容器，应选用反拱型或弯曲型爆破片。,3,、为防止膜片金属在高温下产生蠕变，使它在低于设计爆破压力时即爆破，要求膜片的最高使用温度必须高于介质的温度。,四、装设与更换,1,、爆破片装置与容器的连接管应为直管，通道面积不得小于膜片的泄放面积；,2,、对易燃、毒性强度为极度、高度、中度危害介质的压力容器，应在爆破片的排出口装设导管，将排放介质引至安全地点，并进行妥善处理，不得排入大气。,3,、爆破片应与容器液面以上的气相空间相连，其中普通正拱型爆破片也可安装在正常液面以下。,4,、爆破片装置应定期进行更换。对于超过最大设计爆破压力而未爆破的爆破片应立即更换；在苛刻条件下使用的爆破片装置应每年更换；一般爆破片装置应在,23,年内更换。,第三节,压力表和液面计,一、压力表：,压力容器以及需要控制压力的设备都必须装压力表，压力表有液柱式、弹性元件式、活塞式和电量式四大类。,1,、压力表的结构和工作原理,1.1,、单弹簧管式压力表：分为扇形齿轮式和杠杆式两种。这种压力表具有结构坚固、不易泄漏、准确度较高、安装使用方便、测量范围较宽、价格低廉等优点，是使用最广泛的压力表。,1.2,、波纹平膜式压力表：,2,、压力表的选用,2.1,选用压力表必须与压力容器内的介质相适应；,2.2,压力表的量程：压力表的最大量程最好选用压力容器工作压力的,1.5-2.5,倍。,2.3,压力表的精度：应根据容器的压力等级和实际工作需要确定。低压容器使用的压力表精度不应低于,2.5,级，中压、高压容器使用的压力表精度不应低于,1.5,级。,2.4,压力表的表盘直径：一般不应小,100mm,；距离超过,2,米时，不应小于,150mm,；距离超过,5,米时，不应小于,250mm,。,3,、压力表的安装,3.1,装设位置应便于操作人员观察和清洗；,3.2,为了便于更换和校验，应在压力表与容器之间设置三通旋塞阀或针形阀；,3.3,用于蒸汽介质的压力表，要考虑高温介质的影响，在压力表与容器之间应装有存水弯管；,3.4,用于腐蚀性介质的压力表，应考虑腐蚀介质的影响，在压力表与容器之间应装设有隔离介质的缓冲装置；,3.5,在压力表表盘上应标出警戒红线。,4,、压力表的维护,4.1,压力表应保持清洁，玻璃要明亮清晰；,4.2,压力表连接管要定期吹洗，以免堵塞；,4.3,压力表必须按规定进行定期校验（每半年一次）。,压力表的工作原理是测量系统中的弹簧管在被测介质的压力作用下，迫使弹簧管之末端产生相应的弹性变形,-,位移，借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定于齿轮轴上的指示指针,(,连同触头,),逐将被测值在度盘上指示出来。与此同时，当其与设定指针上的触头,(,上限或下限,),相接触,(,动断或动合,),的瞬时，致使控制系统中的电路得以断开或接通，以达到自动控制和发信报警的目的。,二、液位计,液位计是用来测量液化气体或物料的液位、流量、装量、投料量等的一种计量仪表。,一、液位计的型式及结构,1.1,、玻璃管式液位计。,1.2,、玻璃板式液位计。,1.3,、浮球液位计。,1.4,、旋转管式液位计。,1.5,、滑管式液位计。,二、对液位计的安全技术要求,1,、液位计要求结构简单、安全可靠、测量准确、液位指示明显醒目，操作维修方便。,2,、在刻度盘上应标出最高、最低液位警告红线。,3,、应安装在便于操作人员观察的地方。,4,、对于盛装易燃易爆或剧毒、有毒介质的液化气体的容器，应采用板式玻璃液位计。,5,、液化气体槽车应使用磁力式、拉杆式、浮球式液位计等，不得采用玻璃管式或玻璃板式液位计。,三、 温度计,1,、常用温度计形式及工作原理,1.1,、膨胀式温度计。压力容器中常用玻