第一章 压力容器基本知识
主要内容：
第一节 压力容器简介
第二节 压力容器的工艺参数 第三节 压力容器的分类
第四节 压力容器的应力及其全的影响
第一节 压力容器简介
一、压力容器概念 1、压力容器定义：
作为特种设备的一种，一般泛指在工业生产中盛装气体或液体用于完成反应、传质、传热、分离和储存等生产工艺过程，并能承载一定压力的密闭设备。 2、压力容器应用：
它被广泛用于化工、炼油、机械、石油、动力、轻工、纺织、冶炼、核能及运输等工业部门，是生产过程中必不可少的重要设备。
如制冷装置是食品工业、化学工业和医疗卫生等部门用以制造“人造冷”的一种通用设备；化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳，流体储罐，核动力反应堆的压力壳，电厂锅炉系统的汽包，钻井气动装置的储气罐，采油采气用的分离器、脱水器、加热炉，石油练制工程中的各种塔和罐。还有使用广泛的液化石油气瓶、高分子聚合反应的反应釜等都是压力容器。
例如：用乙烯和水（高压过热蒸汽）制造乙醇，就需要在7MPa的压力下进行；用氢和氮制造合成氨，要在10—100MPa的压力下才能交好的反应。 二、压力容器的压力载荷
压力容器器壁两边（内、外部）所存在的压力差称作压力载荷。所以压力容器也称为受压容器。
压力容器所承受的压力载荷等于人为地将能量进行提升、积蓄，使容器具备了能量随时释放的可能性和危险性，也就是会发生泄漏和爆炸事故，而且事故的危害比较大。 随着生产规模和油田开发面积的扩大，压力容器的品种越来越多，使用范围越来越广。因此，设计好、管理好、使用好、检验好压力容器是非常重要的；其压力容器操作人员、管理人员、检验人员都应熟悉压力容器的基本知识，经过专门培训，以确保压力容器安全运行。 三、压力容器的工作介质
容器所盛装的，或在容器内参加反应的物质，称之为工作介质。
压力容器的危险程度跟压力容器的工作介质、工作压力和容积、温度等密切相关。
常用压力容器的工作介质一般包括压缩气体、水蒸汽、液化气体和工作温度高于其标准沸点的饱和液体。由于液体的压缩性小，卸压时液体的膨胀很小，容器爆炸时所释放的能量也很小。工作介质是气体的，由于气体的压缩性很大，卸压膨胀所释放的能量也很大。所以，工作介质为气体的压力容器其爆炸危险性比介质为液体的压力容器大很多。 四、压力容器的压力源
压力来源：根据气体压力的产生或增大,从广义和狭义来讲,有来自容器内的和容器外的二种。
1、来自容器外的压力源：
来源于容器外的压力，其压力源一般是气体压缩机或蒸汽锅炉。 1) 气体压缩机:主要有容积型和速度型两类。
A 容积型气体压缩机是通过缩小气体的体积，增加气体的密度来提高气体压力的。
B 速度型气体压缩机是通过增加气体的流速，使气体的动能转变为势能来提高气体压力的。
气体压缩机的附属设备如气体冷却器、油水分离器、储气罐、干燥过滤装置等都是压力容器。
工作介质为压缩气体的压力容器，其可能达到的最高压力为气体压缩机出口的气体压力。
2）蒸汽锅炉
是利用燃料燃烧放出的热量将水加热蒸发而产生水蒸汽的一种设备。
由于在相同压力下水蒸汽的体积是饱和水的1600多倍，例如在1个绝对大气压力下，1公斤饱和水的体积是1．043升，而变为水蒸汽后的体积则是1725升，约增大1700倍。因为锅炉是密闭的，锅筒的体积有限，随着炉水不断受热蒸发，蒸汽密度不断增加，压力也随之增高。
工作介质为水蒸汽的压力容器，其可能达到的最高压力为锅炉出口处的蒸汽压力。 2、来自容器内的压力源：
（1）容器内介质的聚集状态发生改变；
（2）气体介质在容器内受热，温度急剧升高； （3）介质在容器内发生体积增大的化学反应等 。
1）由于介质的聚集状态发生改变而产生或增加压力：
是由于液态或固态物质在容器内受热(如周围环境温度升高、容器内其他物料发生放热化学反应等)，蒸发或分解为气体，体积剧烈膨胀；但因受到容器容积的限制，气体密度增加，因而在容器内产生压力或使原有的气体压力增加。 2）气体介质在容器内受热，温度急剧升高而产生或增大压力
这种情况一般少见。因特殊原因，气体在容器内吸收了大量的热量，温度大幅度升高时压力显著增加的情况才会发生。例如有些贮装易于发生聚合反应的气体容器(如某些碳氢化合物贮罐)，在合适条件下单分子气体可以局部发生聚合反应，产生大量的聚合热，使容器内的气体受热，温度大幅度上升，使压力剧烈增高，有时还会因此而发生容器超压爆破事故。
3）由于介质在容器内发生体积增大的化学反应使压力升高 如：碳酸钙加水经化学反应生成乙炔气体，体积增加，在密闭的容器内产生较高的压力； 又如电解水制取氢和氧，因为1米3的水可以分解成1240米3的氢气和620米3的氧气，体积约增大2600倍，在密闭的容器内也会产生很高的压力。 五、压力容器的界定
划分压力容器的界限应从事故发生的可能性与事故危害性的大小两个方面来考虑： 工作介质是气体的压力容器，因气体具有很大的压缩性，容器爆破时膨胀大，即瞬时所释放的能量很大，危害性也就大；
工作介质是液体的压力容器，由于液体的压缩性极小，因此在容器爆破时其膨胀小，即所释放的能量很小，危害性也小。 这是指常温下的液体，而不包括高于标准沸点（在标准大气压下的沸点）的饱和液体（如锅炉中汽包的高温饱和水）和沸点低于常温的液化气体。因为这些介质在容器内由于压力较高才呈现液态（实际在容器内是汽液并存的饱和状态），如果容器破裂，容器内的压力下降，饱和液体呈现过热状态，并立即蒸发汽化，体积急剧膨胀，发生“蒸汽爆炸”（暴沸），所释放的能量要比同体积、同压力的饱和蒸汽大的多，相当于瞬间不断地产生饱和蒸汽。
我国压力容器的界定，按照《压力容器安全技术监察规程》，同时要具备下列三个条件: (1)最低工作压力≥0．1MPa(不包括液体静压力，下同)；
(2) 内直径(非圆形截面指断面最大尺寸)≥0．15m，且容积(V) ≥25L且最高工作压力与容积的乘积≥20L?MPa
(3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。
压力容器每年要进行一次外检，每3年进行一次内检，每6年进行一次全面检查 。
第二节 压力容器的工艺参数
一、压力
1、定义：在物理学中，压力指垂直作用于物体表面上的力，而垂直作用在物体单位面积上的力称为压力强度,简称压强。
在工业上，压力的概念实质上就是物理学中的压强。 P（压强）= F（压力）／S（受力面积） 1帕斯卡=1牛顿／平方米，即1Pa=1N／m2 l公斤力／厘米2=0.098 ×106Pa 1兆帕=106Pa 2．大气压力
地球表面被一层很厚的大气包裹着,大气受地心的吸引产生重力，所以包围在地球外面的大气层对地球表面及其上的物体便产生了大气压力，即所谓大气压；
? 大气层越厚，压力就越大，反之就越小。所以大气压力不是恒定不变的；
? 将0℃北纬23.5度的海平面上的大气压力1.033公斤力／厘米2(相当于0.1MPa)，或
760毫米汞柱称为1个标准大气压。 3．绝对压力、表压力与负压力
(1)容器内介质的实际压力称为绝对压力 ；
(2)当容器内介质的压力大于大气压力时，压力表的指针所指示的压力简称表压力； (3)当容器内介质的压力低于外界大气压力时，简称负压 ； ? 人们通常所说的容器压力或介质压力均指表压力 ? P绝= P表+P大气 P负= P大气- P绝
4．工作压力：也称操作压力，系指容器顶部在正常工艺操作时的压力（不包括液柱压力）。
5．最高工作压力：系指容器在工艺操作过程中可能产生的最大表压力 (不包括液体静压力) 。
压力超过最高工作压力时，容器上的安全装置就动作。 容器最高工作压力的确定与工作介质有关。
在不同情况下，最高工作压力的选取应具备如下三条规定：
(1)盛装临界温度高于50℃的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷设施，其最高工作压力应为所盛装液化气体在可能达到的最高工作温度下的饱和蒸气压力，如无保冷设施，其最高工作压力不得低于该液化气体在50℃时的饱和蒸气压力。
（2）盛装临界温度低于50℃的液化气体的压力容器，如设计有可靠的保冷措施，并能确保低温贮存的，其最高工作压力不得低于试验实测的最高温度下的饱和蒸气压力， 没有实测数据或没有保冷设施的压力容器，其最高工作压力不得低于所装液化气体在规定的最大充装量时，温度为50℃的气体压力。
（3）常温下盛装混合液化石油气的压力容器，应以50℃为设计温度。
当其50℃的饱和蒸气压力低于异丁烷50℃的饱和蒸气压力时，取50℃异丁烷的饱和蒸气压力为最高工作压力；
如其高于50℃异丁烷的饱和蒸气压力时，取50℃丙烷的饱和蒸气压力为最高工作压力； 如其高于50℃丙烷的饱和蒸气压力时，取50℃丙烯的饱和蒸气压力为最高工作压力。 6．设计压力：系指在相应设计温度下用以确定容器计算壁厚及其元件尺寸的压力。一