1、压力容器基本知识第一讲压力容器概论一、压力容器在工业生产中的广一、压力容器在工业生产中的广泛应用泛应用1 1、容器定义：、容器定义：由曲面构成用于盛装物料的空间构件。 2 2、压力容器定义：、压力容器定义：承受压力的密闭容器称为压力容器，或者称为受压容器。 第一讲压力容器概论 3 3、容规包含压力容器范围：、容规包含压力容器范围： 是指最高工作压力Pw0.1MPa（表压，不含液柱静压）； 内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）Dn0.15m，容积V0.025m3；且盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或者等于标准沸点（标准大气压对应的饱和温度）的液体的。 第一讲压力容器概论4 4、压力容器在
2、各个工业领域中应、压力容器在各个工业领域中应用广泛：用广泛： 化学工业、炼油、制药、炸药、化肥、食品工业、水泥、冶金、涂料、合成橡胶、造纸、潜水舱、火力发电站、航空、深冷、运输储罐、原子能发电。石油化学工业约占压力容器总数的50%左右。 第一讲压力容器概论 5 5、压力容器举例：、压力容器举例： 液氨储罐、氢气、氮气储罐、氨合塔、尿素合成塔、废热锅炉、二氧化碳吸收塔、氨分离器 、空气压缩机、制冷装置、加热设施、反应设备等。 第一讲压力容器概论二、压力容器的使用特征二、压力容器的使用特征 1、生产工艺要求高 2、使用条件比较恶劣 3、压力容器承受多种载荷 4、操作要求高三、压力容器的事故特点三、
3、压力容器的事故特点 1 1、压力容器事故率高压力容器事故率高 这两年我们周边接连发生了好几起压力容器安全事故。濮城、东明、吉林等 2、压力容器事故破坏严重，损失大、压力容器事故破坏严重，损失大 压力容器一旦发生爆炸，不仅仅是设备本身遭到破坏，而且常常要破坏周围的设备及建筑物。甚至产生连锁反应，酿成灾难性事故。 第一讲压力容器概论 第一讲压力容器概论四、压力容器爆炸事故的危害四、压力容器爆炸事故的危害 1、爆炸和火灾互为因果。 2、容器盛装易燃、有毒介质 。 3、可燃液化气体危害。 4、冲击波的破坏作用。 5、碎片的破坏作用。 第一讲压力容器概论 五、事故率高的原因五、事故率高的原因 1.使用条
4、件比较苛刻 2.容易超负荷运转 3.局部受力情况比较复杂 4.常隐藏着严重的缺陷 六、培训考核持证上岗的必要性六、培训考核持证上岗的必要性 压力容器的操作人员属特殊工种，对压力容器的操作人员属特殊工种，对他们必须通过培训教育并定期进行考核，他们必须通过培训教育并定期进行考核，考核合格后报请上级主管部门和劳动部门考核合格后报请上级主管部门和劳动部门核准，发给操作证后方可上岗独立操作。核准，发给操作证后方可上岗独立操作。培训的主要内容为工艺流程、压力容器的培训的主要内容为工艺流程、压力容器的基本结构及基本原理，运行时的安全操作基本结构及基本原理，运行时的安全操作要点、事故的判断、处理与预防常识和措
5、要点、事故的判断、处理与预防常识和措施，以及日常的安全维护保养的要求等。施，以及日常的安全维护保养的要求等。关于压力和温度的基本概念：关于压力和温度的基本概念： （一）、压力： 1、表压力： 2、绝对压力： 3、关系式： P绝=P表+P大气（0.1兆帕）； P负=P大气（0.1兆帕）-P绝第二讲压力容器中的基本概念和工艺参数（二）、温度（二）、温度 n1.温度及温度计n温度：表示物体的冷热程度的物理量。n温度计有四种：水银温度计、酒精温度计、电阻温度计、热电偶温度计。n2.温度的表示方法：n摄氏温度、华氏温度、开氏温度（热力学温度或者绝对温度）。n3.换算关系为： 开氏温度=摄氏温度+273.
6、16n 华氏温度=9/5*摄氏温度+32压力容器的参数（一）压力1.1.工作压力：工作压力：操作压力，系指容器顶部在正常工艺操作时的压力（不包括液体静压力）2.2.最高工作压力：最高工作压力：系指容器顶部在正常工艺操作过程中可能产生的最大表压力。压力超过此值时，安全装置就要动作。 （对承受内压的容器指在正常使用过程中，顶部可能出现的最高压力；对承受外压的容器，指在正常使用过程中，可能出现的最高压力差值；对夹套容器指夹套顶部可能出现的最高压力差值）。 最高工作压力在容器出厂时已做了规定，在出厂最高工作压力在容器出厂时已做了规定，在出厂的的压力容器产品质量证明书压力容器产品质量证明书中已明确，产中
7、已明确，产品铭牌和注册铭牌也中有注明。在使用中有些品铭牌和注册铭牌也中有注明。在使用中有些容器经检验后发现缺陷，检验单位又重新核定容器经检验后发现缺陷，检验单位又重新核定其允许继续使用的压力参数，操作人员操作压其允许继续使用的压力参数，操作人员操作压力容器时，不得高于上述压力力容器时，不得高于上述压力. .压力容器的最压力容器的最高工作压力应不大于容器的设计压力或检验单高工作压力应不大于容器的设计压力或检验单位核定的压力。位核定的压力。 P PW WPP（P P核）或者核）或者P=1.05P=1.051.1PW 1.1PW 注意：压力容器操作人员操作压力容器时，注意：压力容器操作人员操作压力容
8、器时，不得高于上述压力不得高于上述压力. .压力容器的最高工作压力压力容器的最高工作压力应不大于容器的设计压力或检验单位核定的压应不大于容器的设计压力或检验单位核定的压力。力。 n3.设计压力设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，并与相应设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于最高工作压力其值不低于最高工作压力( (即标注在即标注在铭牌上的容器设计压力铭牌上的容器设计压力) )。压力容器的压力容器的“设计压力设计压力”不得低于容器的不得低于容器的“最高工作最高工作压力压力”。对装有安全泄放装置的压力容器，其“设计压力”不得低于安全泄放装置的不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破片的爆破压力。开启
9、压力或爆破片的爆破压力。对盛装液化气体的固定式压力容器的设计压力，应遵循容规等有关规定。n4.4.试验压力：指压力容器在压力试验时，试验压力：指压力容器在压力试验时，容器顶部的压力。容器顶部的压力。 n（1）压力试验种类n试验压力分两种,为耐压试验和气密性试验。n耐压试验又分为水压试验和气压实验,这两种试验同时又称为强度试验。n气密性试验又称为密封性试验。n（2）压力计算公式n液压试验n试验压力为设计压力的1.25倍,即nP液压试验=1.25P设计压力n压力计算公式n气压试验n气压试验为设计压力的1.15倍,即nP气压试验=1.15P设计压力n气密性试验n气密性试验为设计压力,即nP气密=P设
10、计压力n一般情况实验压力为上述公式计算数值,也有特例.n 1. 1.介质的温度介质的温度：系指容器内工作介质的温度，用仪表测得。n2.2.金属温度：金属温度：指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下，元件金属的表面温度不得超过钢材的容许使用温度。n3.3.设计温度设计温度：指容器在正常操作情况和在相应设计压力下，壳壁或元件金属可能达到的最高和最低温度。容器设计温度(即标注在容器铭即标注在容器铭牌上的设计温度牌上的设计温度) )不得低于元件金属在工作状态可能达到的最高温度；对于-20以下的壳壁和元件金属的温度，按最低温度确定设计值。n4.4.试验温度试验温度：指压力试验时，容器壳体的金属温
11、度 （1） 液压试验 a 试验温度: 碳素钢、16MnR和15MnVR钢，不得低于5； 其他低合金钢，不得低于15 ； 注意材料的无延性转变温度。 b 试压用水：奥氏体不锈钢用水进行液压试验后应立即将水渍清理干净，否则应控制水的氯离子含量不超过25mg/L。 （2）气压试验： 试验温度： 碳素钢、低合金钢，不得低于15 n（三）直径n1.直径：一般指压力容器的内径，是确定压力容器容积的主要尺寸之一。n2.公称直径：指经标准化、系列化后的尺寸，以适应容器标准化、系列化的需要。n 筒体的公称直径 （单位：mm）300900(1900)3400(350)100020003600400(1100)(2
12、100)3800(450)120022004000500(1300)(2300)(550)14002400600(1500)2600(650)16002800700(1700)300080018003200n用无缝钢管作筒体的公称直径 （单位：mm）筒体的公称直径所用无缝钢管作筒体的公称直径159150219200273250325300377350425400n( (一一) )压力容器压力容器： 是指最高工作压力是指最高工作压力Pw0.1MPaPw0.1MPa（表压，（表压，不含液柱静压）；不含液柱静压）； 内直径（非圆形截面指内直径（非圆形截面指断 面 最 大 尺 寸 ）断 面 最 大 尺
13、 寸 ） D n 0 . 1 5 mD n 0 . 1 5 m ， 容 积， 容 积V0.025mV0.025m3 3；且盛装介质为气体、液化气体；且盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或者等于标准沸点（标或最高工作温度高于或者等于标准沸点（标准大气压对应的饱和温度）的液体的。准大气压对应的饱和温度）的液体的。第三节压力容器的第三节压力容器的界定界定（二）压力管道：（二）压力管道：n是指在生产、生活中使用的可能引起爆炸或者中毒等危害性比较大的特种设备。压力管道按其用途划分为工业管道、公用管道和长输管道。具备下列条件之一的管道及其附属设备：n1.1.输送GB5044职业性接触毒物危害程度分
14、级中规定的毒性程度为极度危害介质的管道；毒性程度为极度危害介质的管道；n2.输送GB50160石油化工企业设计防火规范及GBJ16建筑设计防火规范中规定的火灾火灾危害性为甲、乙类介质的管道。危害性为甲、乙类介质的管道。n3.最高工作压力大于等于最高工作压力大于等于0.1MPa0.1MPa（表压），输（表压），输送介质为气（汽）体、液化气体的管道。送介质为气（汽）体、液化气体的管道。n4.最高工作压力大于等于0.1MPA（表压），输送介质为可燃、易爆、有腐蚀性的或者最高工最高工作温度高于等于沸点的液体的管道作温度高于等于沸点的液体的管道。 （二）压力管道（二）压力管道第四节压力容器的分类n一、压
15、力等级分类：一、压力等级分类： 压力是压力容器最主要的一个工作参数。从安全方面来讲，容器的工作压力越大，发生爆炸事故时的危害就越大。便于对压力容器进行分级管理和监督，按设计压力予以分级是必要的压力容器安全技术监督规程将压力容器按设计压力（p）分为四个等级 低压容器：0.1MPap1.6 MPa 中压容器： 1.6 MPap10 MPa 高压容器： 10 MPap100MPa 超高压容器 p100MPa二、按壳体的承压方式分类二、按壳体的承压方式分类 1内压容器：壳体内部承受介质的压力。 2外压容器：壳体外部承受介质的压力。 设计原理上的区别、安全问题上的区别。三、按设计温度分类三、按设计温度分
16、类n1低温容器：t-20n2常温容器：-20 t450 n3. 高温容器：t450 四、安全技术管理角度分类四、安全技术管理角度分类 （一）固定式的容器：n 是指除了用于储存气体的盛装容器外的所有容器。有固定的安装和使用地点。工艺条件和使用者也相对固定，容器一般不单独装设，而是用管道和其他的设备相连。固定式的容器移动式的容器压力容器（二）移动式的容器： 属于储运容器，主要用途是盛装和运送有压力的气体和液化气体。容器在气体制造厂充气，然后送到用户。没有固定的使用的地点，一般也没有专门负责的使用操作人员，使用环境经常发生变化，管理比较复杂，因而比较容易发生事故。按其容积的大小和结构形状分为气瓶、槽
17、（罐）车两大类。n（1）永久气体气瓶：一般以较高的压力充装气体。目的是增加气瓶的单位容积的装气量，提高气瓶的利用率和运输效率。常用的充气压力为15 MPa和 12.5MPa ，也有20MPa和30MPa的。所装的永久气体为：氧、氮、空气、氢气、一氧化碳和惰性气体。 n（2） 液化气体气瓶：液化气体的气瓶充装时都是以低温液态罐装。有的全部气化，有的气液两相平衡。常用的有液化石油气、氨气等。n（3）溶解气体气瓶：专供盛装乙炔的气瓶。由于乙炔气体极不稳定，不能像气体那样压缩装入瓶内，必须溶解在丙酮中。这种瓶内装满多孔性的物质，用以吸收溶剂。充装时将乙炔气体加压罐装入瓶内，乙炔即被溶解而储存在瓶中。1
18、、气瓶n2.槽（罐）车n是固定安装在流动的车架上的一种卧式贮罐，有火车槽车和汽车槽车两种。它的容积大，常达十立方米。是专门运输液化气体用的。它的直径很大，一般不宜受太高的压力，所以只限于充装液化气体。较普遍的是液化石油气槽车、液液化石油气槽车、液氨槽车、液氯槽车氨槽车、液氯槽车。其最高工作压力为介质在最高使用环境温度下的饱和蒸汽压力。五、按用途分类五、按用途分类n压力容器按其工艺用途的不同分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器（也叫盛装容器）。n（一）反应容器 主要用来完成工作介质的物理、化学反应的容器称为反应容器，如反应器、发生器、聚合釜、合成塔、变换炉等；n（二）换热容器 主要用来完成
19、工作介质热量交换的容器称为热交换器、如冷却器、加热器、硫化罐、消毒锅、废热锅炉等；（三）分离容器 主要用来完成介质的流体压力平衡、气体净化、液体气化、分离等的容器称为分离容器，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、贮能器、洗涤塔、铜洗塔、干燥器等；（ 四）贮运容器 主要用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体的容器称为贮运容器，如贮槽、贮罐、槽车、气瓶等。 n根据其工作压力的高低、介质的危险性和危害程度、压力和容积的乘积以及在生产过程中的作用，将压力容器分为三类：一类容器、二类容器、三类容器。 六六容规容规按危险程度分类按危险程度分类n（一）下列情况之一的，为第三类压力容器： （1） 高压容
20、器； （2） 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； （3） 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积大于10Mpa.m3）; （4） 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘各大于等于0.5Mpa.m3）; （5） 低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2Mpam3）； 制造的压力容器； （6） 高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 中压搪玻璃压力容器；（8） 使用强度级别较高（指相应标准中搞拉强度规定值下限大于等于540Mpa）的材料温液体）等；（9） 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车液化气
21、体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、水久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气） （10） 球形储罐（容积大于等于50m3（11） 低温液体储存容器（容积大于5m3）。压力容器类别的简明判断压力容器类别的简明判断介质性质非易燃易燃高度毒性无毒/轻毒性中度毒性极度毒性PV值（MPa.m3）0.5100.2低压（MPa）0.1p1.6换热容器分离容器一类容器储存容器反应容器管壳式余热锅炉搪玻璃压力容器中压（MPa）1.6p10换热容器二类容器分离容器储存容器反应容器管壳式余热锅炉搪玻璃压力容器高压（MPa）10p 半水煤气脱硫 - 压缩机1，2工段 - 变换 - 变换气脱硫 -压缩机3
22、段 - 脱硫 -压缩机4，5工段 - 铜洗 - 压缩机6段 - 氨合成 - 产品NH3 合成氨工艺n采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2 时, 合成氨工艺流程图如下: 造气 -半水煤气脱硫 -压缩机1,2段 -变换 - 变换气脱硫 - 压缩机3段 -脱碳 - 精脱硫 -甲烷化 -压缩机4,5,6段 -氨合成 -产品NH3 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n合成氨的生产方法，一般包括三个基本过程。 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n（1）原料气的制备合成氨需要纯净的氢、氮混合气体，氢、氮比约为3（3 1）。n以煤、焦炭为原料制备原料气分两个阶段。第一阶段是生产半水煤气，也叫制气阶段，其计量方
23、程式如下：n2CO23.76N22CO3.76N2248.7kJn5C5H2O5CO5H2590.5kJn总反应为n7C3.76N25H2O7CO5H23.76N2341.8kJ 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n半水煤气中的一氧化碳在下阶段的变换反应中转化为氢气（转化率约90），这样可使氢、氮比达到3左右。n第二阶段是CO的变换。n 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n变换时用铁铬或铁镁作催化剂。前者的活性温度低（350520），但对H2S等抗中毒能力差；后者的活性温度高（400550），但对H2S等抗中毒能力较强。n（2）原料气的净化原料气需要经过净化后才能满足合成氨的要求。净化任务是清除变
24、换后生成的CO2（约含30）、残余的C0（约含23）以及微量的O2、H2S等。此外，还有一些气体，如CH4、Ar虽然对催化剂无毒，但会影响合成氨的反应速率和转化率，在可能条件下，最好也要除去。 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n清除杂质的方法基本上有三种：n吸收法利用H2O，或K2CO3，或甲醇，氯仿等吸收CO2、CO、H2S等气体。n转化法使CO在较低温度下再次变换成CH4。n CO3H2CH4H2O 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n液氮洗涤法让气体在低温下，使杂质气体逐一液化，最后用液氮洗涤，这可以比较彻底地清除有害气体。n在生产上，有的只采用法，有的采用、或、并用。 n（3）氨的合成氨
25、的合成是一个放热、气体体积缩小的可逆反应：n 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n工艺条件工艺条件的择优，是以取得最大的经济效益为目标的。实践证明，用以铁为主的催化剂，在3.2104kPa、450、催化剂粒度为1.22.5mm，原料气体的氮氢比为3、循环气的氮氢比为2.8时，出口气体中氨的浓度较大。n压强越大，反应速率也越大。过去常采用3.2104kPa的压强进行生产，后来由于能源费用增加，压强才逐渐降下来。目前许多新建的大型工厂采用1.51042.0104kPa的压强，有的甚至用7.11038.1103kPa的压强。 合成氨的生产方法合成氨的生产方法n根据催化剂的活性温度，合成氨的温度一般控制
26、在400500范围内。n催化剂合成氨采用以铁为主体的催化剂，它有多种型号。我国生产使用的A10型催化剂，起燃温度为370，耐热温度为500，活性最高时的温度为450左右。n催化反应的机理一般认为是a氢氮混合气体向催化剂表面（主要是内表面）扩散。 合成氨的生产方法合成氨的生产方法nb气体在催化剂表面发生活性吸附。nN2（气）2N（吸附）nH2（气）2H（吸附）nc吸附的氮和氢发生反应生成氨。nN（吸附）H（吸附）NH（吸附）nNH（吸附）H（吸附）NH2（吸附）nNH2（吸附）H（吸附）NH3（吸附） 合成氨的生产方法合成氨的生产方法nd生成的氨从催化剂表面解吸nNH3（吸附）NH3（气）ne解吸出来的氨向气体主流扩散。n（4）氨的分离分离氨时，先用冷水冷却，使绝大部分氨液化而分离出来。再在较低温度下，用冷冻机使数量不多的氨进一步冷凝分离。n分离氨后的混合气体，作为循环气，再导入合成塔。
