【壓縮機(jī)網(wǎng)】壓力容器的分類及其介紹

 

　　什么是壓力容器？我們可以這樣認(rèn)為凡承受液體介質(zhì)壓力的密封設(shè)備稱為壓力容器。壓力容器一般泛指在石油化工和其他工業(yè)生產(chǎn)中用于完成反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)、分離和貯運(yùn)等生產(chǎn)工藝過程，并具有特定功能的承受一定壓力的設(shè)備。它主要用于石油化工、能源工業(yè)、科研和軍事工業(yè)等方面；同時(shí)在民用工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，如煤氣或液化石油氣罐、各種蓄能器、換熱器、分離器以及大型管道工程等。

 

　　1、壓力容器的定義

 

　　根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，壓力容器必須同時(shí)具備：z*高工作壓力≥0.1MPa,容器的容積≥25L,工作介質(zhì)為氣體、液化氣體和z*高的工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（指一個(gè)大氣壓的沸點(diǎn)）的液體這三條規(guī)定。否則屬于常壓容器。

 

　　壓力容器主要為圓柱形，少數(shù)為球形或其他形狀。圓柱形壓力容器通常由筒體、封頭、接管、法蘭等零件和部件組成，壓力容器工作壓力越高，筒體的壁就應(yīng)越厚。

 

　　2、壓力容器的分類

 

　　壓力容器的分類方法很多，按照不同的方法可以有不同的分類。

 

　　2．1 制造分類：可分焊接容器、鍛造容器、鉚接容器、鑄造容器和組合容器五種。

 

　　2．2 按材料分類：有鋼制容器、有色金屬容器和非金屬容器。

 

　　2．3 按壁厚分類：可分薄壁容器和厚壁容器兩種。

 

　　2．4 按形狀分類：有球形容器、圓筒形容器、圓錐形容器、

 

　　2．5 按承壓方式分類：有內(nèi)壓容器和外壓容器。

 

　　2．6 按設(shè)計(jì)壓力劃分

 

　　低壓容器（代號L）       0.1MPa≤p﹤1.6MPa

 

　　中壓容器（代號M）      1.6MPa≤p﹤10MPa

 

　　高壓容器（代號H）       10MPa≤p﹤100MPa

 

　　超高壓容器（代號U）         p≥100MPa

 

　　2．7 按綜合因素（如壓力容器的高低、容積的大小、介質(zhì)的危害程度以及在生產(chǎn)過程中的重要作用）劃分

 

　　Ⅰ類容器：指裝有非易燃或無毒介質(zhì)的低壓容器，或是裝有易燃或有毒介質(zhì)的低壓分離容器和換熱容器

 

　?、蝾惾萜鳎褐笇儆谙铝星闆r之一的容器

 

　　1．  中壓容器

 

　　2．  裝有劇毒介質(zhì)的低壓容器

 

　　3．  裝有易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器及貯罐

 

　　4．  內(nèi)徑小于1m的低壓廢熱鍋爐

 

　?、箢惾萜鳎褐笇儆谙铝星闆r之一的容器

 

　　1．  高壓、超高壓容器

 

　　2．  裝有易燃或有毒介質(zhì)的中壓反應(yīng)容器，中壓貯罐或槽車

 

　　3．  裝有劇毒介質(zhì)的大型低壓容器和中壓容器

 

　　4．  中壓廢熱鍋爐或內(nèi)徑大于1m的低壓廢熱鍋爐

 

　　2．8 按容器工作溫度劃分

 

　　高溫容器     200～500℃

 

　　常溫容器自然環(huán)境溫度

 

　　低溫容器     -20～-253℃

 

　　2．9 按壓力容器作用劃分

 

　　反應(yīng)壓力容器主要用于完成介質(zhì)物理、化學(xué)反應(yīng)的容器。如反應(yīng)器、發(fā)生器、分解鍋、蒸煮爐等。

 

　　換熱壓力容器主要用于完成介質(zhì)熱量交換的容器。如廢熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、蒸發(fā)器等。

 

　　分離壓力容器主要用于完成介質(zhì)的流體壓力平衡和氣體凈化分離等的容器，如分離器，過濾器、集油器。

 

　　儲存壓力容器主要用于盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體、液體、液化氣體的容器。如個(gè)中形式的貯罐、槽車等。

 

　　2.10按安裝方式分類：

 

　　固定式壓力容器：有固定安裝和使用地點(diǎn)，工藝條件和操作人員也較固定的壓力容器。

 

　　移動式壓力容器：使用時(shí)不僅承受內(nèi)壓或外壓載荷，搬運(yùn)過程中還會受到由于內(nèi)部介質(zhì)晃動引起的沖擊力，以及運(yùn)輸過程帶來的外部撞擊和振動載荷，因而在結(jié)構(gòu)、使用和安全方面均有其特殊的要求。

 

　　3、壓力容器特點(diǎn)

 

　　3．1  工作條件惡劣

 

　　主要表現(xiàn)在載荷、溫度和介質(zhì)三個(gè)方面

 

　　①載荷。出承受靜載荷外，還承受低周疲勞載荷。

 

　?、诃h(huán)境溫度。在高溫下工作，有時(shí)還要在低溫下工作。

 

　?、劢橘|(zhì)。有空氣、水蒸氣、硫化氫、液化石油氣、液氨、液氯、各種酸和堿。

 

　　3．2  容易發(fā)生事故

 

　?、倥c其他的設(shè)備相比，容易超負(fù)載運(yùn)行。容器內(nèi)壓力會因操作失誤或反應(yīng)異常而迅速升高。往往在尚未發(fā)現(xiàn)的情況下，容器已經(jīng)遭到破壞。

 

　?、诰植繀^(qū)域受力情況比較復(fù)雜。如在容器開孔周圍及其他結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，常因過高的局部應(yīng)力和反復(fù)的加壓、卸壓而造成破壞事故。

 

　?、垭[藏難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。例如制造過程中留下的微小的裂紋沒有被發(fā)現(xiàn)，在使用過程中裂紋就要擴(kuò)展，或在合適的條件下（使用溫度、工作介質(zhì)等）突然發(fā)生破壞。

 

　?、苁褂脳l件比較苛刻。

 

　　3．3 使用廣泛并要求連續(xù)使用

 

　　壓力容器一般要求連續(xù)運(yùn)行，它不能像其他設(shè)備那樣可隨時(shí)停下檢修。如果突然停止運(yùn)行，酒會給一條生產(chǎn)線、一個(gè)工廠，甚至一個(gè)地區(qū)的生產(chǎn)和生活造成極大的影響，間接和直接的經(jīng)濟(jì)損失也是非常大的。

 

　　4、壓力容器的構(gòu)成

 

　　壓力容器的構(gòu)成形式很多，z*常見的結(jié)構(gòu)為圓柱形、球形和錐形三種。壓力容器工作壓力越高，筒體的壁就應(yīng)越厚。現(xiàn)以z*常見的圓柱形壓力容器為代表做一說明。這類容器主要由筒體、封頭、法蘭、密封元件、開孔和接管、支座等構(gòu)成。

 

　　4．1筒體

 

　　筒體是壓力容器主要組成部分之一。儲存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的壓力空間大部分是由它完成的，所以筒體的大小往往是根據(jù)工藝要求來確定的。形狀有圓筒形、錐形和球形等。

 

　　4．2封頭

 

　　根據(jù)幾何形狀的不同，封頭可分為球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭和平蓋形封頭幾種形狀。在壓力容器中，封頭與筒體連接時(shí)，只能采用球形或橢圓形封頭，不允許用平蓋形封頭。

 

　　4．3法蘭

 

　　法蘭是容器及管道連接中的重要部件，它的作用是用螺栓連接，并通過擰螺栓使墊片壓緊而保證密封 。

 

　　4．4密封元件

 

　　密封元件是放在兩個(gè)法蘭或封頭與筒體端部接觸面之間，借助于螺栓等連接件壓緊，使筒體內(nèi)的液體或氣體介質(zhì)不致泄漏。根據(jù)容器的工作壓力、介質(zhì)、溫度等來選擇密封元件。密封元件有金屬（銅、鋁、軟鋼）密封元件、非金屬（石棉、橡膠等）密封元件和組合型密封元件（鐵包石棉、鋼絲纏繞石棉等）。

 

　　4．5開孔和接管

 

　　由于工藝和檢修的需要，在容器的筒體或封頭上開設(shè)各種或安裝接管，如人孔、視鏡孔、物料進(jìn)出口孔，以及安裝壓力表、液位計(jì)流量計(jì)、熱電偶、安全閥等接管開孔。

 

　　4．6支座

 

　　支座是支撐壓力容器并固定基礎(chǔ)上的受壓元件。支座是根據(jù)容器安裝形式來決定的。常見的支座形式有鞍式、支撐式、懸掛式、裙座式等，球形容器常采用柱式和裙式兩種支座。

 

　　5、壓力容器用鋼的選用原則

 

　　壓力容器的用途極廣，工作條件也千差萬別，因此在容器的設(shè)計(jì)過程中正確地選擇材料是一件極為復(fù)雜而又特別重要的工作。很多壓力容器造成事故的重要原因之一就是選用材料不當(dāng)。例如，采用焊接性差的鋼材焊制壓力容器時(shí)，就容易在焊接接頭中產(chǎn)生裂縫；有些鎳鉻不銹鋼的壓力容器，常因鋼號或成分選用不當(dāng)，在使用中發(fā)生晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等形式的破壞；選用鐵素體鋼制造低溫壓力容器時(shí)，如鋼的轉(zhuǎn)變溫度高于容器的工作溫度，則容器工作時(shí)就容易發(fā)生脆性破壞。所以，在選擇壓力容器用鋼時(shí)，必須根據(jù)容器的工作條件(如壁溫、壓力、介質(zhì)腐蝕性、介質(zhì)對材料的脆化作用及其是否易燃、易爆、有毒等)選擇具有合適力學(xué)性能、物理性能和耐腐蝕性能的材料，所選用的材料還必須考慮加工工藝的影響(可焊性、是否便于加工)，并考慮其經(jīng)濟(jì)合理性及來源等情況。需指出的是，壓力容器用的鋼材，除極個(gè)別的采用鑄件外，絕大多數(shù)都是經(jīng)軋制、鍛造、成型、焊接和熱處理等加工后才投入使用的。

 

　　5.1 質(zhì)量上的選擇原則

 

　?、龠x擇壓力容器用鋼材必須考慮設(shè)備的操作條件(如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)的特性)、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結(jié)構(gòu)等。

 

　?、谶x擇壓力容器用鋼材必須在滿足第①條的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)合理性。一般情況下，下列規(guī)定是經(jīng)濟(jì)合理的。

 

　　a．所需鋼板厚度小于8mm時(shí)，在碳素鋼與低合金高強(qiáng)度鋼之間，應(yīng)盡量采用碳素鋼鋼板(多層容器用材除外)。

 

　　b．在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。在強(qiáng)度設(shè)計(jì)為主的場合，應(yīng)根據(jù)壓力、溫度、介質(zhì)等使用限制，依次選用Q235A、Q235B、20R(當(dāng)20R供應(yīng)有困難時(shí)，可采用20g)、16MnR等鋼板。

 

　　c．所需不銹鋼厚度大于12mm時(shí)，應(yīng)盡量采用襯里、復(fù)合、堆焊等結(jié)構(gòu)形式。

 

　　d．不銹鋼應(yīng)盡量不用作設(shè)計(jì)溫度小于等于500℃的耐熱用鋼。

 

　　e．珠光體耐熱鋼應(yīng)盡量不用作設(shè)計(jì)溫度小于等于350℃的耐熱用鋼。在必須使用珠光體耐熱鋼作耐熱或抗氫用途時(shí)，應(yīng)盡量減少、合并鋼材的品種、規(guī)格。

 

　?、郾緱l所列的各類鋼材選用對象是設(shè)計(jì)的指導(dǎo)準(zhǔn)則，通常情況下應(yīng)予執(zhí)行。

 

　　a．碳素鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強(qiáng)的常壓、低壓容器，壁厚不大的中壓容器，鍛件、承壓鋼管、非受壓元件以及其他由剛性或結(jié)構(gòu)因素決定壁厚的場合。

 

　　b．低合金高強(qiáng)度鋼用于介質(zhì)腐蝕性不強(qiáng)、壁厚較大(不小于8mm)的受壓容器。

 

　　c．珠光體耐熱鋼用作抗高溫氫或硫化氫腐蝕，或設(shè)計(jì)溫度在350～650℃的壓力容器用耐熱鋼。

 

　　d．不銹鋼用于介質(zhì)腐蝕性較高(電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕)、防鐵離子污染、設(shè)計(jì)溫度大于500℃或設(shè)計(jì)溫度小于～100℃的耐熱或低溫用鋼。

 

　　e．不含穩(wěn)定化元素，且含碳量大于0．03％的奧氏體不銹鋼需經(jīng)焊接或400℃以上熱加工時(shí)，不應(yīng)使用于可能引起不銹鋼晶間腐蝕的環(huán)境。

 

　　④鋼材應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

　　⑤用作設(shè)備法蘭、管法蘭、管件、人手孔、液面計(jì)等化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)零部件的鋼材，應(yīng)符合有關(guān)零部件的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對鋼材的技術(shù)要求。

 

　　5.2經(jīng)濟(jì)上的選用原則

 

　　設(shè)備成本的很大一部分決定于材料的價(jià)格。因此，在選用材料時(shí)，應(yīng)了解它們的價(jià)格。在壓力容器用鋼中，各種鋼材的價(jià)格差異是較大的。如果將碳素鋼板Q235-A的價(jià)格定為1，其余的板材相對價(jià)格大致有如下關(guān)系，16MnR為1．4、 20R(20g)為1．8 、鉻鋼(1Cr13，2Cr13)為5．1、 高合金鋼0Cr18Ni10為14．1。

 

　　當(dāng)然，采用價(jià)廉的材料不一定在經(jīng)濟(jì)上就是合理的，因?yàn)閮r(jià)貴的材料可能具有較好的性能，用它可以制成器壁較薄而輕的容器，而且使用年限也比較長，經(jīng)濟(jì)效果更好。

 

　　分析材料的經(jīng)濟(jì)性不能僅看它們的價(jià)格，同時(shí)要看國家的資源情況。應(yīng)多用普通易取的材料，少用昂貴稀缺的材料；多用國產(chǎn)材料，少用或不用進(jìn)口材料。