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1、会计学1压力容器作业人员培训一基础知识 压力容器是工业生产过程中不可缺少的一种设备。它广泛应用于国民经济的各个部门，目前压力容器不仅数量多，增长速度快，而且类型复杂，发生事故的可能性也较大。作为压力容器操作人员，保证压力容器安全运行是自己应尽的职责。 第一章 压力容器基础知识 第1页/共53页压力容器爆炸图片第2页/共53页第一节 压力容器简介一、压力与压强 1、压力：垂直作用在物体表面上的力叫做压力。 第3页/共53页2、压强：单位面积上承受的力叫压强(P)。在工 程上习惯称为压力。 式中：F表示力，单位是牛顿（N）， S表示面积单位是平方米（m2）和（ cm2 ） ， P表示压强，单位是帕
2、斯卡（Pa）。第一节 压力容器简介第4页/共53页3. 1 压力、压强的传递固体第一节 压力容器简介第5页/共53页3.2、压力、压强的传递液体第一节 压力容器简介第6页/共53页 第一节 压力容器简介3.2、压力、压强的传递液体第7页/共53页 第一节 压力容器简介3.3 压力、压强的传递气体第8页/共53页 第一节 压力容器简介4、压强的单位 1、法定的计量单位：Pa,（帕） 2、工程上有时会用到：公斤力（公斤） 3、其他加强单位：mmHg（毫米汞柱） mmH2O（毫米水柱） 第9页/共53页 第一节 压力容器简介5、常见压强单位的换算（1）标准大气压0.1MPa760 mmHg （2）工
3、程大气压第10页/共53页第一节 压力容器简介如果以水柱高度来计算压力，其换算关系为： 1kgf /m2(9.8Pa) =1 mmH2O 1kgf /mm2(0.098MPa) =10000mmH2O =10mH2O第11页/共53页 第一节 压力容器简介 绝对压力、表压力、负压力（1）绝对压力：容器内的实际压力。（2）表压力：压力表上的读数或液柱差H的压力值就是容器内介质压力超出大气压力的部分P绝=P表+P大气压（3）负压力（真空度）：介质的压力低于大气压力的部分,称为负压力或真空,简称负压。此时P表为负值，或表示为 P负= P大气压 -P绝。第12页/共53页 第一节 压力容器简介几种压力
4、的关系图第13页/共53页 第一节 压力容器简介第14页/共53页 第一节 压力容器简介 P绝P大气压 P绝P大气压 P绝P大气压第15页/共53页第一节 压力容器简介二、压力容器的定义1、容器：由曲面构成用于盛装物料的空间构件。2、广义的压力容器：即所有承受压力的密闭容器均称为压力容器，或者称为受压容器。（它包括内压和外压容器）3、狭义的压力容器：按照特种设备安全监察条例第九十九条第一款第（二）项的定义。第16页/共53页第一节 压力容器简介 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： 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
5、.5MPaL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；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1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。 第17页/共53页第一节 压力容器简介 按TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程规定： 1.工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）； 2.容积大于或者等于0.03m3(30L)的气体、并且内直径 (非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）大于或者等于150mm; 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标准沸点的液体
6、。第18页/共53页第一节 压力容器简介三、压力容器中的压力源 工作介质：容器所盛装的或在容器内参加反应的物质。1、来自容器外部：蒸汽锅炉或压缩机2、来自容器内部：受热、介质化学反 应、聚集状态发生改变等第19页/共53页 第二节 压力容器的工艺参数一、压力（一）工作压力：容器顶部在正常工艺操作时的压力。（二）最高工作压力：容器顶部在工艺操作过程中可能产生的最高压力。（三）设计压力：在设计过程中，在相应设计温度下用以确定容器壁厚及其元件尺寸的压力。第20页/共53页第二节 压力容器的工艺参数（四）相关压力之间的关系 *设计压力最高工作压力工作压力 设计压力超压泄放装置动作压力 超压泄放装置动作
7、压力设计图样注明的最高允许工作压力二、温度（一）介质温度：容器内工作介质的温度。第21页/共53页第二节 压力容器的工艺参数 （二）设计温度：容器在正常工作过程中，在相应的设计压力下，表壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。 这里值得注意的是，只有当壳壁或元件金属的温度低于-20 时，才按最低温度确定没计温度。除此而外，设计温度一律按最高温度选取。第22页/共53页第三节 压力容器的分类依照固定式压力容器安全技术监察规程附件A的规定， 主要有以下几种分类方法：一、按设计压力分：（1）低压（代号L）： 0.1MPaP1.6MPa（2）中压（代号M）：1.6MPaP10MPa（3）高压（代号H）：
8、10MPaP100MPa （4）超高压（代号U）：100MPaP第23页/共53页第三节 压力容器的分类二、壳体承压方式分类 按壳体承压方式不同，压力容器可分为： 内压（壳体内部承受介质压力）容器， 外压（壳体外部承受介质压力）容器两大类。 这两类容器是截然不同的其差别首先反映在设计原理上，内压容器壁厚是根据强度指标确定的，而外压容器设计则主要考虑稳定性。 第24页/共53页第三节 压力容器的分类三、按设计温度 压力容器按设计温度（t）的高低可分为： 低温容器（t-20）、 常温容器（-20t450）、 高温容器（t450）。第25页/共53页四、从安全技术管理分类 压力容器可分为固定式容器和
9、移动式容器两大类。 （一）固定式容器：指有固定的安装和使用地点，工艺条件和使用操作人员也比较固定，一般不是单独装设，而是用管道与其他设备相连接的容器。如合成塔、蒸球、管壳式余热锅炉、热交换器、分离器等。 （二）移动式容器：指一种储装容器，如气瓶、汽车槽车等。其主要用途是装运有压力的气体。这类容器无固定使用地点，一般也没有专职的使用操作人员，使用环境经常变迁，管理比较复杂，较易发生事故。 第三节 压力容器的分类第26页/共53页第三节 压力容器的分类五、按生产工艺原理分类（1）反应容器（R）（2）换热容器（E）（3）分离容器（S）（4）储存容器（C）品种划分详见固定式压力容器安全技术监察规程P5
10、9页第27页/共53页第三节 压力容器的分类具体划分如下：（1）反应压力容器（代号R），主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器，例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、变换炉、煤气发生炉等；反应釜第28页/共53页（2）换热压力容器（代号E），主要是用于完成介质的热量交换的压力容器，例如各种热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器等；管壳式换热器第三节 压力容器的分类烘干机第29页/共53页第三节 压力容器的分类（3）分离压力容器（代号S），主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器。 例如各种分离器、过滤器、集油器、 洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、 分汽缸、 除氧器
11、等；第30页/共53页（4）储存压力容器（代号C ，其中球罐代号B），主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，例如各种型式的储罐、缓冲罐、消毒锅、印染机、烘缸、蒸锅等。第三节 压力容器的分类第31页/共53页六、压力容器的分类（根据新容规划分） (一）介质分组 压力容器的介质分为以下两组（包括气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体）（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，除第一组以外的介质。第三节 压力容器的分类第32页/共53页第三节 压力容器的分类（二）介质危害性 介质危害性指压力容器在生产过程中因
12、事故致使介质与人体大量接触，发生爆炸或者因经常泄漏引起职业性慢性危害的严重程度，用介质毒性程度和爆炸危害程度表示。 1. 毒性程度： 综合考虑急性毒性、最高容许浓度和职业性慢性危害等因素， 极度危害最高容许浓度小于0.1mg/m3； 高度危害最高容许浓度0.1mg/m3-1.0mg/m3时； 中度危害最高容许浓度1.0mg/m3-10mg/m3； 轻度危害最高容许浓度大于或者等于10mg/m3。第33页/共53页第三节 压力容器的分类（二）介质危害性 2.易爆介质： 指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的
13、介质。 3.介质毒性危害程度和爆炸危险程度的确定 按照HG 20660-2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类确定。HG 20660没有规定的，由压力容器设计单位参照GB 5044-85职业性接触毒物危害程度分级的原则，决定介质组别。第34页/共53页第三节 压力容器的分类（三）压力容器类别划分方法1.基本划分：压力容器类别划分应当根据介质特性、设计压力、容积，标出坐标点，确定压力容器类别。（1）第一组介质设备的分类（见下图）第35页/共53页第三节 压力容器的分类（2）第二组介质设备的分类（见下图）第36页/共53页第三节 压力容器的分类2. 多腔压力容器类别划分： 多腔压力容
14、器（如换热器的管程、壳程，夹套容器）按类别高的压力腔作为该容器的类别并且按照该容器类别进行使用和管理。3. 同腔多种介质压力容器类别划分：一个压力腔内有多种介质时，按照组别高的介质划分类别。4. 介质含量极小的压力容器类别划分：当某一危害性物质在介质中含量极小时，应当根据其危害程度及其含量综合考虑，按照压力容器设计单位决定的介质组别划分类别。第37页/共53页第三节 压力容器的分类七、其他分类方式 1、按壁厚与内径比：薄壁、厚壁。 2、按几何形状：球形、筒形、圆锥形。 3、按制造方法：焊接、锻造、铆接、铸造。 4、按结构材料：钢制、铸铁、有色金属、非金属。 5、按安放形式：立式容器、卧式容器。
15、第38页/共53页第四节 压力容器常用钢材 制造压力容器的材料种类较多,有金属材料和非金属材料,黑色金属和有色金属等,但目前绝大多数的压力容器是钢制的.一、对选用钢材的要求 具体选用压力容器用钢材时,应重点考虑钢材的机械性能、工艺性能和耐腐蚀性能（物理及化学性能）。 第39页/共53页（一）钢材的机械性能（强度、塑性、韧性）1.强度：1.1 抗拉强度：抗拉强度:钢材试样在拉伸试验中,拉断前所能承受的最大应力。 1.2 屈服强度：试样在拉伸过程中,拉力不断增加(甚至有所下降),还继续显著变形时的最小应力. 1.3 蠕变极限：在一定温度和恒定拉力负荷下,试样在规定的时间间隔内的蠕变变形量或蠕变速度
16、不超过某规定值时的最大应力.1.4 持久强度:钢材试样在给定的温度下,经过规定时间发生断裂的应力.第四节 压力容器常用钢材第40页/共53页2.塑 性：表征金属材料发生塑性变形的能力. 伸长率:试样拉断后总伸长与原来比值的百分数. =(L1-L0)/L0100% 断面收缩率:试样拉断后,断口面积缩减值与原截面积比值的百分数 =(F0-F1)/F0100% 伸长率和断面收缩率越大,则钢材的塑性愈好. 3.韧性：(冲击韧性)表征材料抵抗冲击功的性能. ak=Ak/F第四节 压力容器常用钢材第41页/共53页 (二）钢材的工艺性能 工艺性能是材料的冷塑性与焊接性能的统称.冷塑性一般从塑性指标得到保证
17、,焊接性能是工艺性能中控制的主要指标。钢的焊接性能或称可焊性,是指钢材是否具有在规定的焊接工艺条件下获得质量优良的焊接接头的性能。钢的可焊性主要决定于它的化学成分,其中含碳量影响最大。一般认为碳当量不超过0.45%的合金钢具有良好的可焊性。为了保证焊接质量，压力容器用钢需选用不发生裂纹、可焊性好的钢材。第四节 压力容器常用钢材第42页/共53页（三）钢材的耐腐蚀性能 是指材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀的能力。压力容器在使用过程中接触腐蚀性介质时会受到腐蚀，其用钢要求具有良好的耐蚀性。金属的耐蚀性（一般腐蚀，或称连续腐蚀）通常按腐蚀速率（mm/a）评定。 第四节 压力容器常用钢材第43页/共5
18、3页 二、压力容器常用钢材及其使用范围 （一）碳素钢： 1. 低碳钢：wc 0.25% 2.中碳钢：wc =0.25%0.6% 3.高碳钢：wc 0.6 用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢其含碳量不应大于0.25%。在特殊条件下，如选用含碳量超过0.25%的钢材，应限定碳当量不大于0.45%。它虽然含较多杂质,但生产方便、成本低、性能良好,故得以广泛使用,如Q235B、Q245R等. GB150(压力容器）标准对Q235B系列钢板的使用规定：设计压力小于1.6MPa使用,温度200C 3000C，厚度 16mm,不得用于毒性程度为级为极毒或高度危害的介质 。第四节 压力容器常用钢材第44
19、页/共53页(二) 低合金钢 普通碳钢添加少量合金元素即成,其机械性能和工艺性能都较好。如Q345R (16MnR)等。用这种钢板制造的容器比一般碳素钢（Q235）减轻重量30%-40%，使用温度为-20475。 (三)特殊条件下使用的容器用钢 (1) 低温(20)容器用钢要求在最低使用温度下仍具有较好的韧性,以防止容器在运行过程中产生脆性破裂。深冷容器常采用高合金钢制造，其使用温度下限为-196。一般低温容器常用锰钢及锰钒钢制造，其下限使用温度分别为-40和-70。Q345DR (16MnDR)钢板用于低温时，需要做低温冲击试验。第四节 压力容器常用钢材第45页/共53页 （2) 高温容器用
20、钢 使用温度在400-500范围内的容器一般可选用锰钒钢、锰锢钒钢等低合金钢，使用温度为500-600时，可选用铬铂低合金钢，如15CrMo；使用温度为600-700 时，则可选用镍铬高合金钢。 (3)抗氢腐蚀用钢 根据国内外的使用经验，工作压力为300个大气压、介质含氢的压力容器，可以根据不同的使用温度选用下列一些钢材：低于200时可用优质碳钢，如10号钢； 低于350时可用铬钼低合金钢； 低于450时可用铬钼合金钢； 在更高温度下使用时可选用含钒量0.5的铬钼合金钢。第四节 压力容器常用钢材第46页/共53页（4）不锈钢：（主要是含有铬Cr钼Mo等元素）如 0Cr18Ni9、1Cr18Ni
21、9Ti等注: 新GB713-2008对命名方法的修改将碳素钢、优质碳素钢和低合金高强钢的命名作了统一，均用原碳素钢的命名方法表示， 如：原20g、20R均改为Q245R， 原16MnR改为 Q345R。 而原铬钼钢、钼钢的命名方法基本不变。第四节 压力容器常用钢材第47页/共53页第五节压力容器的应力及其对安全的影响 压力容器承受的常见载荷有压力载荷、重力载荷、温度载荷、风载荷和地震载荷。这些载荷都会使容器产生整体的或局部的变形，并相应地产生各种应力.一、各种载荷所产生的应力(一)由压力所产生的应力 压力是压力容器最主要的载荷，受内压的容器，由于壳体在压力作用下要向外扩张，所以在器壁上总是要产
22、生拉伸应力，这一应力又称为薄膜应力。由压力而产生的应力则是确定容器壁厚的主要因素，对大多数容器来说往往是唯一的因素。 第48页/共53页(二)由重量所产生的应力 压力容器本体就具有一定的重量，此外，容器内的工作介质、工艺装置附件以及容器外的其他附加装置，如保温装置、 、扶梯、平台等也有较大的重量。所有这些重量作用在器壁上也会使器壁产生应力。(三)由温度所引起的应力 压力容器在使用过程中，由于温度变化也会引起应力。热胀冷缩是物体的固有特性，如果物体的温度发生了变化而它又受到相邻部分或其他物体的牵制约束而不能自如地热胀冷缩，则此物体内部就会产生应力。这种应力称为温度应力。 第五节压力容器的应力及其
23、对安全的影响第49页/共53页第五节压力容器的应力及其对 安全的影响(四)由风载荷所产生的应力 安装在室外的塔容器，大多数是支承式的，在风力作用下塔体就会随风向发生弯曲变形，使迎风面产生拉伸应力，而背风面则产生压缩应力。除上述载荷引起的应力外，地震、在容器侧旁或顶部装置的重量较大的附属装置等均会使容器壁产生相应的应力。 第50页/共53页二、应力对容器安全的影响 (一) 有些应力分布在容器壁的整个截面上,它使容器发生整体变形,且随着应力增大,容器变形加剧,引起塑性变形,进而到过度塑性变形而破坏,是影响容器安全最危险的一种应力. (二) 有些应力只产生在容器的局部区域内,导致局部塑性变形,此时材
24、料处于弹性变形,受到变形处周边制约而不会变形继续发展.这种应力作用下,容器的加载和卸载循环次数不需要太多,就会导致容器破坏,因此对容器的安全也构成重要影响. 第五节 压力容器的应力及其对 安全的影响第51页/共53页第五节 压力容器的应力及其对 安全的影响二、应力对容器安全的影响 (三) 有些由应力集中而产生的局部应力,只局限在一个很小区域内,因为这种应力衰减消失很快,基本上不会使容器产生任何重要变形.这种应力虽然不会直接导致容器破坏,但可使韧性较差的材料发生脆性破坏,也会使容器发生疲劳破坏. 由此可见,除设计人员精心设计外,操作人员认真操作外,保持工况稳定、不超温、不超压是十分重要的.第52页/共53页
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