壓力容器基礎知識

1、壓力容器的基本概念

  所有化工設備的殼體都是一種容器，它要承擔化學工藝過程的壓力、溫度和化學介質的作用，要保證長期安全工作，同時要考慮經濟性。壓力容器技術就是綜合了應用力學、材料學、冶金工藝、機械制造工藝、以及技術物理學等的內容，專門用于化工生產壓力操作的容器。

  壓力容器的結構特點是通常由殼體、封頭、接管、密封件、支座等部件組成。材料主要由：最多為鋼材，制造方法主要為壓力加工和焊接。管理規范《壓力容器安全技術監察規程》。

2、壓力容器的范圍

  最高工作壓力(pw)大于等于0.1MPa(不含液體靜壓力，下同)；內直徑(非圓形截面指其最大尺寸)大于等于0.15m，且容積(V)大于等于O.03m3；盛裝介質為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。

3、壓力容器的分類

  壓力容器劃分為三類：

A 下列情況之一的．為第三類壓力容器：

  (a) 高壓容器；

  (b) 中壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質)；

(c) 中壓儲存容器(僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，且pV乘積大于等于10 MPa•m3)；

(d) 中壓反應容器(僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，且pV乘積大于等于0.5MPa•m3)；

(e) 低壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質，且pV乘積大于等于0.2MPa•m3；            

(f) 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；

(g) 中壓搪玻璃壓力容器；

(h) 使用強度級別較高(指相應標準中抗拉強度規定值下限大于等于540 MPa)的材料制造的壓力容器；

(i) 移動式壓力容器:包括鐵路罐車(介質為液化氣體、低溫液體)、罐式汽車[液化氣體運輸(半掛)車、低溫液體運輸(半掛)車、氣體運輸(半掛)車]和罐式集裝箱(介質為液化氣體、低溫液體)等；

(j) 球形儲罐(容積大于等于50m3)；

(k) 低溫液體儲存容器(容積大于5m3)。

B. 下列情況之一的，為第二類壓力容器：

  (a) 中壓容器；

  (b) 低壓容器(僅限毒性程度為極度和高度危害介質)；

  (c) 低壓反應容器和低壓儲存容器(僅限易燃介質或毒性程度為中度危害介質)；

  (d) 低壓管殼式余熱鍋護；

  (e) 低壓搪玻璃壓力容器。
C. 低壓容器為第一類壓力容器(本條第1款、第2款規定的除外)。

  壓力容器選材除應考慮力學性能和彎曲性能外，還應考慮與介質的相容性。壓力容器專用鋼材的磷含量(熔煉分析，下同)不應大于0.030％，硫含量不應大于0.020％。壓力容器的設計壓力不得低于最高工作壓力，裝有安全泄放裝置的壓力容器，其設計壓力不得低于安全閥的開啟壓力或爆破片的爆破壓力。
4、壓力容器的壓力等級、品種、介質毒性程度和易燃介質的劃分：
A、按壓力容器的設計壓力(p)分為低壓、中壓、高壓、超高壓四個壓力等級，具體劃分如下：

  (a) 低壓(代號L)0．1MPa＜p＜1．6MPa；

  (b) 中壓(代號M)1．6MPa＜p＜10 MPa；

  (c) 高壓(代號H)10MPa＜p＜100 MPa；

  (d) 超高壓(代號U) p＞100 MPa。

B、按壓力容器在生產工藝過程中的作用原理，分為反應壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器具體劃分如下：

  (a) 反應壓力容器(代號R)：主要是用于完成介質的物理、化學反應的壓力容器，如反應器、反應釜、分解鍋、硫化罐、分解塔、聚合釜、高壓釜、超高壓釜、合成塔、變換爐、蒸煮鍋、蒸球、蒸壓釜、煤氣發生爐等；

  (b) 換熱壓力容器(代號E)：主要是用于完成介質的熱量交換的壓力容器，如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、加熱器、消毒鍋、染色器、烘缸、蒸炒鍋、預熱鍋、溶劑預熱器、蒸鍋、蒸脫機、電熱蒸汽發生器、煤氣發生爐水夾套等；

  (c) 分離壓力容器(代號S)：主要是用于完成介質的流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的壓力容器，如分離器、過濾器、機油器、緩沖器、洗滌器、吸收塔、鋼洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等；

  (d) 儲體壓力容器(代號C，其中球罐代號B)：主要是用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的壓力容器，如各種型式的儲罐。

  在—種壓力容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用流程，順按工藝過程中的主要作用來劃分品種。
C、介質形性程度的分級和易燃介質的劃分如下：

  (a)風力容器中化舉介質碌性程度和易燃介質的劃分參照HG20660《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》的規定。無規定時，按下述原則確定毒性程度：
  極度危害(Ⅰ級)最感容許濃度＜0.1mg/m3；
  高度危害(Ⅱ級)最高容許濃度0.1~＜1.0mg/m3；

  中度危害(Ⅲ級)最高容許濃度1.0~<10mg/m3 
  輕度危害(Ⅳ級)最高容許濃度≥10mg/m3。
  (b) 壓力容器中的介質為混合物質時，應以介質的組分并按上述毒性程度或易燃介質的劃分原則，出設汁單位的工藝設計或使用單位的生產技術部門提供介質毒性程度或是否屬于易燃介質的依據，無法提供依據時，按毒性危害程度或爆炸危險程度最高的介質確定。

二、壓力容器無損檢測
  壓力容器的焊接接頭，應*行形狀尺寸和外觀質量的檢查，合格后，才能進行無損檢測。有延遲裂紋傾向的材料應在焊接完成24小時后進行無損檢測；有再熱裂紋傾向的材料應在熱處理后再增加一次無損檢測。
  壓力容器的無損檢測方法包括射線、超聲、磁粉、滲透和渦流檢測等。壓力容器制造單位應根據設計圖樣和有關標準的規定選擇檢測方法和檢測長度。

  壓力容器的對接焊接接頭的無損檢測比例，一般分為全部(100％)和局部(大于等于20％)兩種。對鐵素體鋼制低溫容器，局部無損檢測的比例應大于等于50％。

  壓力容器的無損檢測按JB4730《壓力容器無損檢測》執行。

  對壓力容器對接接頭進行全部(100％)或局部(20％)無損檢測：當采用射線檢測時，其透照質量不應低于AB級，其合格級別為Ⅲ級，且不允許有未焊透；當采用超聲檢測時，其合格級別為Ⅱ級。

  對GBl50、GBl5l等標準中規定進行全部(100％)無損檢測的壓力容器、第三類壓力容器、焊縫系數取1.0的壓力容器以及無法進行內外部檢驗或耐壓試驗的壓力容器，其對接接頭進行全部(100％)無損檢測：當采用射線檢測時，其透照質量不應低于AB級，其合格級別為Ⅱ級；當采用超聲檢測時，其合格級別為I級。

三、壓力容器的耐壓試驗和氣密性試驗

  壓力容器的耐壓試驗分為液壓試驗和氣壓試驗兩種。壓力容器各元件(圓筒、封頭、接管、法蘭及緊固件等)所用材料不同時，計算耐壓試驗應取各元件材料[σ]／[σ]t比值中最小者。

  耐壓試驗前，壓力容器各連接部位的緊固螺栓，必須裝配齊全，緊固妥當。試驗用壓力表應符合第七章的有關規定，至少采用兩個量程相同且經校驗的壓力表，并應安裝在被試驗容器頂部便于觀察的位置。

  耐壓試驗場地應有可靠的安全防護設施，并應經單位技術負責人和安全部門檢查認可。耐壓試驗過程中，不得進行與試驗無關的工作，無關人員不得在試驗現場停留。

  壓力容器液壓試驗的要求如下：

（1）凡在試驗時，不會導致發生危險的液體，在低于其沸點的溫度下，都可用作液壓試驗介質。一般應采用水。當采用可燃性液體進行液壓試驗時，試驗溫度必須低于可燃性液體的閃點，試驗場地附近不得有火源，且應配備適用的消防器材。

（2）以水為介質進行液壓試驗，其所用的水必須是潔凈的。奧氏體不銹鋼壓力容器用水進行液壓試驗時，應嚴格控制水中的氯離子含量不超過25mg/L。試驗合格后，應立即將水漬去除干凈。
（3）壓力容器中應充滿液體，滯留在壓力容器內的氣體必須排凈。壓力容器外表面應保持干燥，當壓力容器壁溫與液體溫度接近時，才能緩慢升壓至設計壓力；確認無泄漏后繼續升壓到規定的試驗壓力，保壓30分鐘，然后，降至規定試驗壓力的80％，保壓足夠時間進行檢查。檢查期間壓力應保持不變，不得采用連續加壓來維持試驗壓力不變。壓力容器液壓試驗過程中不得帶壓緊固螺栓或向受壓元件施加外力。
（4）液壓試驗后的壓力容器，符合下列條件為合格：
  （a）無滲漏。

  （b）無可見的變形。
  （c）試驗過程中無異常的響聲。
  （d）對抗拉強度規定值下限大于等于540 MPa的材料，表面經無損檢測抽查未發現裂紋。

  壓力容器氣壓試驗的要求如下：
（5）由于結構或支承原因，不能向壓力容器內充灌液體，以及運行條件不允許殘留試驗液體的壓力容器，可按設計圖樣規定采用氣壓試驗。
（6）試驗所用氣體應為干燥潔凈的空氣，氮氣或其他惰性氣體。
（7）碳素鋼和低合金鋼制壓力容器的試驗用氣體溫度不得低于15℃。其他材料制壓力容器，其試驗用氣體溫度應符合設計圖樣規定。
（8）氣壓試驗時，試驗單位的安全部門應進行現場監督。
（9）應先緩慢升壓至規定試驗壓力的l0％，保壓5~10 分鐘，并對所有焊縫和連接部位進行初次檢查。如無泄漏可幾繼續升壓到規定試驗壓力的50％。如無異常現象，其后按規定試驗壓力的10％逐級升壓，直到試驗壓力，保壓30分鐘。然后降到規定試驗壓力的87％，保壓足夠時間進行檢查，檢查期間壓力應保持不變。不得采用連續加壓來維持試驗壓力不變。氣壓試驗過程中嚴禁帶壓緊固螺栓。
（10）氣壓試驗過程中，壓力容器無異常響聲，經肥皂液或其他檢漏液檢查無漏氣，無可見的變形即為合格。
（11）壓力容器氣密性試驗壓力為壓力容器的設計壓力。
（12）壓力容器氣密性試驗的要求如下：
  （a）介質毒性程度為極度、高度危害或設計上不允許有微量泄漏的壓力容器，必須進行氣密性試驗。

  （b）氣密性試驗應在液壓試驗合格后進行。對設計圖樣要求做氣壓試驗的壓力容器，是否需再做氣密性試驗，應在設計圖樣上規定。
  （c）碳素鋼和低合金鋼制壓力容器，其試驗用氣體的溫度應不低于50℃，其他材料制壓力容器按設計圖樣規定。
  （d）氣密性試驗所用氣體，應符合本規程第100條第2款的規定。
  （e）壓力容器進行氣密性試驗時，一般應將安全附件裝配齊全。如需投用前在現場裝配安全附件，應在壓力容器質量證明書的氣密性試驗報告中注明裝配安全附件后需再次進行現場氣密性試驗。
  （f）經檢查無泄漏，保壓不少于30分鐘即為合格。
  壓力容器的使用單位，在壓力容器投入使用前，應按《壓力容器使用登記管理規則》的要求，到安全監察機構或授權的部門逐臺辦理使用登記手續。
(13) 壓力容器定期檢驗
  壓力容器定期檢驗單位及檢驗人員應取得省級或國家安全監察機構的資格認可和經資格鑒定考核合格并接受當地安全監察機構監督，嚴格按照批準與授權的檢驗范圍從事檢驗工作。檢驗單位及檢驗人員應對壓力容器定期檢驗的結果負責。
(14) 壓力容器的定期檢驗分為：
 (a) 外部檢查：是指在用壓力容器運行中的定期在線檢查，每年至少一次。外部檢查可由檢驗單位有資格的壓力容器檢驗員進行，也可由經安全監察機構認可的使用單位壓力容器專業人員進行。
 (b) 內外部檢驗：是指在用壓力容器停機時的檢驗。內外部檢驗應由檢驗單位有資格的壓力容器檢驗員進行。其檢驗周期分為：
(15) 安全狀況等級為l、2級的，每6年至少一次；
  (a) 耐壓試驗：是指壓力容器停機檢驗時，所進行的超過最高工作壓力的液壓試驗或氣壓試驗。對固定式壓力容器，每兩次內外部檢驗期間內，至少進行一次耐壓試驗，對移動式壓力容器，每6年至少進行一次耐壓試驗。外部檢查和內外部檢驗內容及安全狀況等級的規定，按在用壓力容器檢驗規程》執行。

  (b) 投用后內外部檢驗周期一般為3年。以后的內外部檢驗周期，由檢驗單位根據前次內外部檢驗情況與使用單位協商確定后報當地安全監察機構備案。
  (c) 設計壓力容器時，應有足夠的腐蝕裕量。腐蝕裕量應根據預期的壓力容器使用壽命和介質對材料的腐蝕速率確定，還應考慮介質流動時對壓力容器或受壓元件的沖蝕量和磨損量。

（16）對壓力容器檢查孔的要求如下：
  (a) 為檢查壓力容器在使用過程中是否產生裂紋、變形、腐蝕等缺陷，壓力容器應開設檢查孔。檢查孔包括人孔、手孔。
  (b) 檢查孔的最少數量與最小尺寸應符合要求。
(17) 檢查孔的開設位置要求如下：
  (a) 檢查孔的開設應合理、恰當，便于觀察或清理內部；
  (b) 手孔應開設在封頭上或封頭附近的筒體上。
(18) 球形儲罐應在上、下極板上各開設一個人孔(或制造工藝孔)。
四、壓力容器的安全附件
  壓力容器的安全附件包括安全閥、爆破片裝置、緊急切斷裝置、安全聯鎖裝置、壓力表、液面計、測溫儀表等安全附件。

1、安全閥的參數：
  (1) 開啟壓力：安全閥閥瓣在運行條件下(或在校驗裝置上進行校驗時)開始升起時的進口壓力。在該壓力下，開始有可測量的開啟高度，介質可呈觀由視覺或聽覺感知的連續排出狀態。
  (2) 整定壓力(或始啟壓力)：按國家有關規程、標準規定或根據實際需要，對安全閥應調整的開啟壓力．安全閥在枚驗裝置上所調整的整定壓力，實際上是調整到安全閥剛開啟時進口處的靜壓力(也稱冷態試驗差壓力)，該壓力應包括對于背壓力和測試溫度的修正值．
  (3) 排放壓力：閥瓣達到規定開啟高度時的進口壓力。排放壓力的上限需服從國家有關標準成規范的要求，這個上限值也稱為額定排放壓力。
  (4) 回座壓力：排放后閥瓣重新與閥座接觸，即開啟高度變為零時的進口壓力。
  (5) 啟閉壓差：整定壓力與回座壓力之差，通常用整定壓力的百分數來表示，只有當壓力很低時才用MPa表示。
  (6) 背壓力：安全閥出口處壓力。
  (7) 排放背壓力：由于介質通過安全閥流入排放系統而在閥出口處形成的壓力。
  (8) 附加背壓力：安全閥動作前在閥出口處存在的壓力，該壓力是由其它壓力源在排放系統中引起的。
  (9) 密封試驗壓力：進行密封試驗時的進口壓力，在該壓力下測量通過關閉件密封面的泄漏率。
  (10) 開啟高度：閥瓣離開關閉位置的實際升程。安全閥校驗時，所需要的開啟高度，是指在排放壓力條件下的開啟高度。
2、固定式壓力容器上只安裝一個安全閥時，安全閥的開啟壓力加不應大于壓力容器的設計壓力p，且安全閥的密封試驗壓力A應大于壓力容器的最高工作壓力pw，即：
                 pz≤p          pt>pw
3、固定式壓力容器上裝有爆破片裝置時，爆破片的設計爆破壓力加不得大于壓力容器的設計壓力，且爆破片的最小設計爆破壓力不應小于壓力容器最高工作壓力入的1．05倍、即：
        pB≤p         pBmin≥1.05pw
4、安全閥安裝的要求如下：
  （1）安全閥應垂宜安裝，并應裝設在壓力容器液面以上氣相空間部分，或裝設在與壓力容器氣相空間相連的管道上。
  （2）壓力容器與安全閥之間的連接管和管件的通孔，其截面積不得小于安全閥的進口截面積，其接管應盡量短而直。
  （3）壓力容器一個連接口上裝設兩個或兩個以上的安全閥時，則該連接口人口的截面積，應至少等于這些安全閥的進口截面積總和。
  （4）安全閥與壓力容器之間一般不宜裝設截止閥門。為實現安全閥的在線校驗，可在安全閥與壓力容器之間裝設爆破片裝置。對于盛裝毒性程度為極度、高度、中度危害介質，易燃介質，腐蝕、粘性介質或貴重介質的壓力容器，為便于安全閥的清洗與更換，經使用單位主管壓力容器安全的技術負責人批準，并制定可靠的防范措施，方可在安全閥(爆破片裝置)與壓力容器之間裝設截止閥門。壓力容器正常運行期間截止閥必須保證全開(加鉛封或鎖定)，截止閥的結構和通徑應不妨礙安全閥的安全泄放。
  （5）安全閥裝設位置，應便于檢查和維修。
  安全閥一般每年至少應校驗一次，拆卸進行校驗有困難時應采用現場校驗(在線校驗)。爆破片裝置應進行定期更換，對于超過最大設計爆破壓力而未爆破的爆破片應立即更換；在苛刻條件下使用的爆破片裝置應每年更換；一般爆破片裝置應在2—3年內更換(制造單位明確可延長使用壽命的除外)。壓力表和測溫儀表應按使用單位規定的期限進行校驗。
5、安全閥有下列情況之一時，應停止使用并更換：
  （1）安全閥的閥芯和閥座密封不嚴且無法修復。
  （2）安全閥的閥芯與閥座粘死或彈簧嚴重腐蝕、生銹。
  (3) 安全閥選型錯誤。
6、壓力表選用的要求如下：
  (1) 選用的壓力表，必須與壓力容器內的介質相適應。
  (2) 低壓容器使用的壓力表精度不應低于2.5級；中壓及高壓容器使用的壓力表精度不應低于1.5級。
  (3) 壓力表盤刻度極限值應為最高工作壓力的1.5~3.0，表盤直徑不應小于100mm。
7、壓力表的校驗和維護應符合國家計量部門的有關規定。壓力表安裝前應進行校驗，在刻度盤上應劃出指示最高工作壓力的紅線，注明下次校驗日期。壓力表校驗后應加鉛封。
8、壓力表的安裝要求如下：
  (1) 裝設位置應便于操作人員觀察和清洗，且應避免受到輻射熱、凍結或震動的不利影響。
  (2) 壓力表與壓力容器之間，應裝設三通旋塞或針形閥；三通旋塞或針形閥上應有開啟標記和鎖緊裝置；壓力表與壓力容器之間，不得連接其他用途的任何配件或接管。
  (3) 用于水蒸氣介質的壓力表，在壓力表與壓力容器之間庇裝有存水彎管。
  (4) 用于具有腐蝕性或高粘度介質的壓力表。在壓力表與壓力容器之間應裝設能隔離介質的緩沖裝置。
9、壓力表有下列情況之一時，應停止使用并更換：
  （1）有限止釘的壓力喪，在無壓力時，指針不能回到限止訂處；無限止釘的壓力表，在無壓力時，指針距零位的數值超過壓力表的允許誤差。
  （2）表盤封面玻璃破裂或表盤刻度模糊不清。
  （3）封印損壞或超過校驗有效期限。
  （4）表內彈簧管泄漏或壓力表指針松動。
  （5）指針斷裂或外殼腐蝕嚴重。
  （6）其他影響壓力表準確指示的缺陷。
10、壓力容器用液面計應符合有關標準的規定，并應符合下列要求：

  （1）應根據壓力容器的介質、最高工作壓力和溫度正確選用。

  （2）在安裝使用前，低、中壓容器用液面計，應進行1.5倍液面計公稱壓力的液壓試驗；高壓容器的液面計，應進行1.25倍液面計公稱壓力的液壓試驗。
  （3）盛裝0℃以下介質的壓力容器，應選用防霜液面計。
  （4）寒冷地區室外使用的液面計，應選用夾套型或保溫型結構的液面計。
  （5）用于易燃、毒性程度為極度、高度危害介質的液化氣體壓力容器上，應有防止泄漏的保護裝置。
  （6）要求液面指示乎穩的，不應采用浮子(標)式液面計。
  （7）移動式壓力容器不得使用玻璃板式液面計。
11、液面計有下列情況之一的，應停止使用并更換：
  （1）超過檢修周期。
  （2）玻璃板(管)有裂紋、破碎。
  （3）閥件固死。
  （4）出現假液位。
  （5）液面計指示模糊不清