第2章壓力容器的基本知識

2022-09-03 15:48:07 字數 4853 閱讀 5667

(一)壓力及單位

均勻地垂直作用於單位面積上的力,實際上就是壓強。

mks制→國際單位制(si)→1牛頓/公尺2=1pa(帕斯卡)=10-6mpa

cgs制→1dyn/cm2(達因/厘公尺2)=1μbar(微巴)=10-6bar

工程單位→1kgf/cm2(公斤力/厘公尺2)=1工程大氣壓(at)

(atm)標準大氣壓或物理大氣壓→在緯度為450的海平面上(即重力加速度為9.80665公尺/秒2處),大氣的壓力相當於在每平方厘公尺的面積上作用著1.0332公斤力。

表壓力——壓力表上所指示的壓力值是指容器中的壓力與容器周圍大氣壓力之差,這個壓力值稱作表壓力,是相對值。

絕對壓力——表壓力+容器周圍的大氣壓力。

(二)壓力的形成——用分子論來解釋

氣體的分子與分子之間存有很大的間隙,分子引力甚小,因而分子在其中就可以不受分子力的約束而作無規則的運動。無數個分子頻繁地碰撞器壁的結果,自然就會對器壁產生乙個持續而穩定的垂直作用力,這樣就形成了氣體的壓力。

氣體壓力的大小決定於在單位時間內氣體分子對器壁的碰撞次數和每個分子對器壁衝擊力的大小。碰撞次數取決於:①單位容積內氣體的分子數; ②分子的平均運動速度。

衝擊力取決於:①氣體的分子質量(一般是一定的);②分子的運動速度。所以氣體的壓力與它的分子的平均運動速度的平方以及單位容積內的氣體分子數成正比。

(一)壓力容器的定義

承受流體介質壓力的密閉殼體都可屬於壓力容器。我們能考慮的壓力容器是指那些相對來說比較容易發生事故,而且事故的危害性比較大的特殊裝置。它們需要由專門的機構進行監督,並按規定的技術管理規範進行製造和使用。

壓力容器的界限,國際上還沒有乙個完全統一的規定,它的界限範圍就應該從發生事故的可能性和事故危害性的大小來考慮。一般來說,壓力容器發生**事故時,其危害的嚴重程度與壓力容器的工作介質,工作壓力及容積有關。

工作介質是指容器內所盛裝的、或在容器中參加反應的物質。壓力容器爆破時所釋放的能量與它的工作介質的物性狀態有關。乙個容積為10公尺3,工作壓力為11個絕對大氣壓的容器:

①空氣爆破時釋放能量(氣體絕對膨脹所作的功)1.3×107焦耳;②如果裝水時釋放能量為2.16×103焦耳;前者為後者的6200倍。

一般都不把介質為液體的容器列入作為特殊裝置的壓力容器的範圍。這裡所說的液體是常溫下的液體,而不包括:

飽和液體——溫度高於其標準沸點,如鍋爐中的高溫飽和水。

液化氣體——標準沸點在常溫(或環境溫度)以下的液體。

所以從工作介質的狀態這一方面來考慮劃分壓力容器的界限範圍,它應該包括壓縮氣體、水蒸汽、液化氣體和工作溫度高於其標準沸點的飽和液體。

工作壓力——表壓為乙個大氣壓為下限。

容積——最好有乙個下限,有些國家以工作壓力(大氣壓)×容積(公尺3)≥0.2作為下限。

按照gb150-1998鋼製壓力容器的規定,設計壓力低於0.1mpa的容器屬於常壓容器,而設計壓力大於或等於的容器屬於壓力容器。

從安全角度考慮,壓力並不是表徵壓力容器安全效能的唯一指標。在相同壓力下,容器容積的大小不同,意味著容器內積蓄的能量也不同,一旦發生破裂或**造成的危害也不同。此外,容器內盛裝的介質特性也影響了裝置的安全效能。

因此,壓力、容積、介質特性是關聯到壓力容器安全的三個重要指標。

中國《壓力容器安全技術監察規程》中定義同時具備下列三個條件的容器可作為壓力容器。

① 最高工作壓力大於等於0.1mpa (不含液體靜壓力);

② 內直徑(非圓形截面指其最大尺寸)大於或等於0.15m,且容積大於或等於0. 025m3 ;

③ 盛裝介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高於等於標準沸點的液體。

按中國《特種裝置安全監察條例》附則的規定,壓力容器的含義是:盛裝氣體或者液體,承受一定壓力的密閉裝置,其最高工作壓力大於或等於表壓),且壓力與容積的乘積大於或等於2.5mpal的氣體或液化氣體和最高工作溫度高於或等於標準沸點的液體的固定式容器和移動式容器;盛裝公稱工作壓力大於或等於0.

2mpa (表壓),且壓力與容積的乘積大於或等於1.0mpal的氣體或液化氣體和標準沸點等於或低於60°c的液體氣瓶;醫用氧艙等。

(二)壓力容器的執行特性

壓力1 器外產生壓力:

(1) 氣體壓縮機:是用機械方法來提高氣體壓力的一種機器。

1) 容積型壓氣機:通過縮小氣體的體積、增加氣體的密度來提高氣體的壓力。如:螺桿式、活塞式、轉子式、滑片式等。

2) 速度型壓氣機:通過增加氣體的流動速度、並使氣體的動能轉變為勢能來提高氣體的壓力。如:離心式,軸流式、混流式等。

工作介質為工作介質為壓縮氣體的壓力容器,可能達到的最高壓力一般也只限於保持壓氣機出口的氣體壓力,除非氣體在器內溫度大幅度公升高或產生其他物理化學變化。

(2)蒸汽鍋爐或餘熱鍋爐:用加熱的方法將水蒸發而產生水蒸汽的一種裝置。

1個絕對大氣壓下:沸騰水的比容為1.043公升/公斤,飽和蒸汽的比容為1725公升/公斤。也就是說,水變為相同壓力的水蒸汽時體積約增大1700倍。

工作介質為水蒸汽的壓力容器,其可能達到的最高壓力也只限於鍋爐的出汽壓力。有時候壓力容器所需要的蒸汽壓力小於鍋爐的出汽壓力,則在容器的蒸汽進口管上裝設減壓閥,調整減壓閥即可得到容器所需的蒸汽壓力。

②器內產生壓力:

(1) 器內介質的聚集狀態發生改變:一般是液態或固態物質在器內受熱,因而蒸發或分解為氣體,體積劇列膨脹。容器密閉,密度增加,壓力增高如:

氨0℃時飽和蒸氣壓4.38絕對大氣壓→50℃,20.7絕對大氣壓。

(2) 介質在器內受熱溫度劇列公升高(一般是少見的):溫度每公升高1℃壓力的增加等於它在0℃時壓力的1/273。查理定律:

溫度公升高1℃,壓力增大1/273。如果發生聚合反應,產生大量的聚合熱,壓力也會劇烈增高。

(3) 介質在器內發生體積增大的化學反應:碳化鈣加水,產生乙炔;密閉容器電解水(1m3→1240m3氫氣+620m3氧氣),體積增大近2000倍

溫度容器的設計溫度是指在正常操作情況時,在相應的設計壓力條件下,殼壁或受壓元件可能達到的最高或最低(≤﹣20℃)溫度。溫度是壓力容器材料選用的主要依據之一,也是壓力容器設計和使用中需要考慮的因素。

介質特性

由用途和生產工藝所決定的壓力容器的介質品種繁多複雜,從安全方面考慮,對介質的特性主要考慮三個方面:一是介質與壓力和溫度相關的物理特性;二是介質對材料的腐蝕性;三是介質的化學特性,主要是易燃和易爆性質,以及毒性程度。

(三) 壓力容器的基本要求

對壓力容器最基本的要求是在確保安全的前提下長期有效地執行,因此壓力容器應滿足以下幾個方面的要求。

1) 強度強度是指容器在外力作用下不失效和不被破壞的能力。壓力容器的受壓元件都應有足夠的強度,以保證在壓力、溫度和其他外載荷作用下不發生塑性變形、破裂或**等事故。

2) 剛度剛度是指容器在外力作用下保持原來形狀的能力。與強度不同,容器或容器的部件往往不會由於強度不足發生破裂,但會由於過大的變形而喪失正常的工作能力,如容器及管道的法蘭,由於剛度不足產生翹曲變形而發生密封洩漏,使密封失效。

3) 穩定性穩定性是容器在外力作用下保持其幾何形狀不發生突然改變的效能,如外壓薄壁圓筒可能會突然壓癟而失穩。

4) 密封壓力容器往往盛裝一些易燃、易爆或有毒的介質,一旦洩漏,不僅會對環境帶來汙染,還可能引起財產的損失和人員**,因而對其密封效能的要求至關重要,如攪拌反應釜攪拌軸處的軸封。

5) 使用壽命壓力容器的設計使用年限一般為2023年,對於高壓容器等重要的容器,設計使用年限可為20年。容器的設計使用年限與其實際使用年限是不同的,如果操作使用得當,檢驗維修的好,則實際使用年限可能會比設計使用年限長得多。壓力容器的使用年限主要取決於容器的腐蝕、疲勞和磨損等。

6) 製造與維修壓力容器的結構應便於製造、安裝和檢查,以保證容器安全執行。如採用標準化的零部件、設定尺寸適宜的人孔和檢查孔。此外,容器的外形和尺寸上還應考慮運輸的方便。

①按容器的壁厚分:薄壁容器(厚度≤1/10內徑),厚壁容器。

②按殼體承受壓力方式分:可分為內壓容器和外壓容器。容器的內部介質壓力大於外界壓力時為內壓容器;反之,則為外壓容器。

真空容器是指內部壓力小於乙個絕對大氣壓(0. impa)的外壓容器。

內壓容器按其設計壓力,可劃分為低壓、中壓、高壓和超高壓四個壓力等級,見表1-4。

③按容器工作壁溫分:可分為常溫容器(-20200℃)、中溫容器(在常溫和高溫之間)、高溫容器(達到蠕變溫度,對碳素鋼或低合金鋼容器,溫度超過420℃,合金鋼超過450℃,奧氏體不鏽鋼超過550℃)和低溫容器(-20℃)。

④按殼體幾何形狀分:球形、圓筒形、圓錐形、輪胎形。

⑤按製造方法分:焊接容器,鍛造、鉚接、鑄造、組合式等。

⑥按構造材料分:可分為金屬製的和非金屬制的兩類。金屬容器中,又可分為鋼製容器(低碳鋼、普通低合金鋼、不鏽鋼等)、鑄鐵容器及有色金屬容器(鈦、鋁等)。

非金屬材料既可作容器的襯裡,又可作獨立的構件。

⑦按容器安放形式分:立式容器,臥式等。

壓力容器按使用特點和安全管理方面分類:可分為固定式容器和移動式容器兩大類。

固定式容器具有固定的安裝和使用地點,工藝操作條件和操作人員都比較固定。移動式壓力容器分為汽車罐車、鐵路罐車、罐式貨櫃和長管拖車。按其結構形式分為常溫裸型、堆積絕熱型、真空粉末絕熱型及高真空多層絕熱型。

移動式壓力容器屬於貯運容器,主要盛裝和運輸壓縮氣體、液化氣體和溶解氣體。由於這類容器活動範圍大,環境條件變化複雜,在運輸和裝卸過程中容易受到外界的衝擊、振動,甚至可能發生碰撞或傾翻,一旦發生事故,帶來的危害性可能更嚴重,所以對此類壓力容器的設計、製造、檢驗和使用管理要求更高。

按容器在生產工藝過程中的用途分:可分為反應容器、盛裝(貯運)容器、換熱容器和分離容器四大類。即用來完成介質化學反應的裝置為反應容器;用以盛裝工作介質的裝置為盛裝 (貯運)容器;用來使介質在容器內實現熱交換的裝置為換熱容器;讓介質通入容器內,利用降低流速、改變流向或用其他物料吸收等方法來進行分離,以達到淨化介質或提取其中有用物料的目的為分離容器。

1.盛裝容器盛裝容器的作用主要是用來儲備數量較多的工作介質,以保持介質壓力的穩定,保證生產的持續進行。工作介質在器內一般不發生化學的或物理的性質的變化。

常用的壓縮氣體和液化氣體貯罐(槽)、計量槽、壓力緩衝器等都屬於這種容器。

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7 壓力容器的主要工藝引數包括哪些?壓力的國際單位是什麼?答 壓力容器的工藝引數主要是指壓力 溫度 容積 介質等。壓力的國際單位是mpa 兆帕 8 請說出普通低碳鋼 優質低碳鋼 低碳合金鋼 不鏽鋼牌號的各一種?答 普通低碳鋼牌號是q235b q235c 屈235b 優質低碳鋼牌號是20r 20容 低...

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