压力容器(yā lì róng qì),英文:pressure vessel,是指盛装气体或者液体,承载一定压力的密闭设备。为了更有效地实施科学管理和安全监检,我国《压力容器安全监察规程》中根据工作压力、介质危害性及其在生产中的作用将压力容器分为三类。

并对每个类别的压力容器在设计、制造过程,以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度,未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。应该按照最新TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中划分,先按介质划分为第一组介质和第二组介质,然后再按照压力和容积划分类别Ⅰ类,Ⅱ类,Ⅲ类,老容规的所谓第一类、第二类、第三类已经不适用了。

压力容器是一种能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛,它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。其中以在化学工业与石油化学工业中用最多,仅在石油化学工业中应用的压力容器就占全部压力容器总数的50 %左右。压力容器在化工与石油化工领域,主要用于传热、传质、反应等工艺过程,以及贮存、运输有压力的气体或液化气体;在其他工业与民用领域亦有广泛的应用,如空气压缩机。各类专用压缩机及制冷压缩机的辅机(冷却器、缓冲器、油水分离器、贮气罐、蒸发器、液体冷却剂贮罐等)均属压力容器。

1、压力容器制造工序一般可以分为:原材料验收工序、划线工序、切割工序、除锈工序、机加工(含刨边等)工序、滚制工序、组对工序、焊接工序(产品焊接试板)、无损检测工序、开孔划线工序、总检工序、热处理工序、压力试验工序、防腐工序。

2、不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分,焊件结构类型,焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法,如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等,焊接方法的种类非常多,只能根据具体情况选择。确定焊接方法后,再制定焊接工艺参数,焊接工艺参数的种类各不相同,如手弧焊主要包括:焊条型号(或牌号)、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。

1、受到国家产业政策的鼓励 金属压力容器行业受到相关产业政策所列的相关国家产业政策的鼓励,良好的产业政策环境有利于本行业未来的持续发展。

2、装备制造业的升级是中国迈向制造业强国的必经之路 装备制造业的技术水平和实力,直接影响和决定着其下游产业和产品的竞争力,是国家综合国力的重要体现。纵观世界各工业强国,无一例外都是装备制造业的强国。受益于我国国民经济的持续快速发展和国家的大力扶持,我国由制造业大国向制造业强国转变已经成为必然趋势。 在我国工业装备升级的大背景下,金属压力容器的重要应用领域如清洁能源应用、新能源制造、海水淡化装备制造等被列入《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2007年度)》和《产业结构调整指导目录(2005 年本)》,下游产业的升级换代必将为金属压力容器制造行业带来巨大的发展机遇和市场前景。

3、装备制造业的发展重心正逐步向亚太地区转移

受经济全球化和人工成本不断增加的影响,世界制造业的重心正在逐步向亚太地区转移。美国ASME认证作为国际上接受和应用最为广泛的压力容器标准,受到我国越来越多的企业的学习和推广。根据中国化工装备协会的统计,2007年我国的ASME持证厂商为260家,较上年增长33%;截至2009年6月,这一数量已增加至390家,位列全球第二。其中又以江苏省的持证企业数量最多为126家。我国制造业经过多年的发展,已具备了相当的规模和实力基础,为国外向我国转移装备制造业提供了现实的可能。

4、在引进、吸收、消化、创新的基础上发展出适合我国国情的新技术、新工艺,培养了一大批技术骨干和经验丰富的管理者,具备了开拓国内外市场的核心竞争力。

分类概述

压力容器的分类方法很多,从使用、制造和监检的角度分类,有以下几种。

(1)按承受压力的等级分为:低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。

(2)按盛装介质分为:非易燃、无毒;易燃或有毒;剧毒。

(3)按工艺过程中的作用不同分为:

①反应容器:用于完成介质的物理、化学反应的容器。

②换热容器:用于完成介质的热量交换的容器。

③分离容器:用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。

④贮运容器:用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。

基本分类方法

压力容器分类应当先按照介质特性,按照以下要求选择分类图,再根据设计压力p(单位MPa)和容积V(单位L),标出坐标点,确定容器类别:

(1)对于第一组介质,压力容器的分类见图A-1。

(2)对于第二组介质,压力容器的分类见图A-2。

图A-1 压力容器分类图-第一组介质

图A-2 压力容器分类图-第二组介质

多腔压力分类

多腔压力容器(如换热器的管程和壳程、夹套容器等)按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按该类别进行使用管理。但应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划定时,设计压力取本压力腔的设计压力,容积取本压力腔的几何容积。

1、同腔多种介质容器分类

一个压力腔内有多种介质时,按组别高的介质分类。

2、介质含量极小容器分类

当某一危害性物质在介质中含量极小时,应当按其危害程度及其含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。

特殊情况分类

(1)坐标点位于图A-1或者图A-2的分类线上时,按较高的类别划分其类别。

(2)对于GB 5044和HG 20660两个标准中没有明确规定的介质,应当按化学性质、危害程度及其含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。(3)本规程1.4条范围内的压力容器统一划分为第Ⅰ类压力容器。

压力等级划分

压力容器的设计压力(p)划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级:

(1)低压(代号L) 0.1MPa≤p<1.6MPa

(2)中压(代号M) 1.6MPa≤p<10.0MPa

(3)高压(代号H) 10.0MPa≤p<100.0MPa

(4)超高压(代号U) p≥100.0MPa。

品种划分

压力容器按在生产工艺过程中的作用原理,分为反应压力容器、换热压力容器、分离压力容器、储存压力容器。具体划分如下:

(1)反应压力容器(代号R):主要是用于完成介质的物理、化学反应的压力容器,如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。

(2)换热压力容器(代号E):主要是用于完成介质的热量交换的压力容器,如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。

(3)分离压力容器(代号S):主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器,如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。

(4)储存压力容器(代号C,其中球罐代号B):主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器,如各种型式的储罐。

在一种压力容器中,如同时具备两个以上的工艺作用原理时,应当按工艺过程中的主要作用来划分品种。

相关规定标准

与其他技术标准,与其他管理规定的关系:

本规程是固定式压力容器的基本安全性能保证,也是必须满足和达到的安全要求,其他标准不得低于本规程的各项规定

不符合本规定时,如何处理:

指"三新"试验、研究数据报告报国家质检总局委托技术机构评审、处理,并将结果经总局批准后进行试制

相关标准

(1)国 标

GB 150-2011 压力容器

GB/T 151-2014热交换器

GB18442-2001 低温绝热压力容器

GB50094-98 球形储罐施工及验收规范

GB50128-2005 立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范

3

(2)机 械 部

JB4700——2000 压力容器法兰

JB4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定

JB/T4709-2000 钢制压力容器焊接规程

JB4710-2005 钢制塔式容器

NB/T 47008-2017 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件

NB/T 47009-2017 低温压力容器用低合金钢锻件

NB/T 47010-2017压力容器用不锈钢锻件

JB4731-2005 钢制卧式容器

JB4732-95 钢制压力容器-分析设计标准及标准释义

JB/T4734-2002 铝制焊接容器

JB/T4735-1997 钢制焊接常压容器

JB4736-2002 补强圈

JB/T4745-2002 钛制焊接容器

JB/T5104-91 焊接接头脆性破坏的评定

JB6917-1998 制冷装置用压力容器

JB/T6920-1993 管壳式油冷器用换热管

JB/T8930-1999 冲压工艺质量控制规范

(3)石 油 部

SY/T0404-98 加热炉工程施工及验收规范

SY/T0419-97 油田专用水套加热炉制造、安装及验收规范

SY/T0448-97 油田油气处理用钢制压力容器施工及验收规范

SY/T0449-97 油气田用钢制常压容器施工及验收规范

SY/T0469-98 石油建设工程质量检验评定标准(油田钢制容器及加热炉制作)

SY/T0538-2004 管式回热炉规范

SY/T4004-90 管式加热炉工程施工及验收规范

SY4024-93 石油建设工程质量检验评定标准(通则)

SY4026-93 石油建设工程质量检验评定标准(储罐工程)

SY/T4041-95油田专用湿蒸汽发生器安装及验收规范

SY/T4069-93 石油建设工程质量检验评定标准(油田钢制容器制作)

SY4081-95 钢质球形储罐抗震鉴定技术标准

SY6279-1997 大型塔类设备吊装安全规程

SY6444-2000 石油工程建设施工安全规定

SY6457-2000 含硫天然气管道安全规程

SY/T10006-2000 结构钢管制造规范

化工

HG20517-92 钢制低压湿式气柜

HG20536-93 聚四氟乙烯衬里设备

HG20545-92 化学工业炉受压元件制造技术条件

HG/T20589-96 化学工业炉受压元件强度计算规定

HG21502.1-92 钢制立式圆筒形固定顶储罐系列

HG21502.2-92 钢制立式圆筒形内浮顶储罐系列

HG21503-92 钢制固定式薄管板列管换热器

HG21504.1~2-92 玻璃钢储槽标准系列

HG21504.1-92 玻璃钢储槽标准系列VN0.5-100立方米

HG21504.2-92 拼装式玻璃钢储罐标准系列(VN100-500立方米)

HG21505-92 组合式社镜

HG21506-92 补强圈

HG/T3112-1998 浮头列管式石墨换热器

HG/T3113-1998 YKA型圆块孔式石墨换热器

HG/T3114-1998 聚丙烯海尔环填料

HG/T3116-1998 玻璃设备、管道和配件检验、安装和使用的一般规则

HG/T3117-1998 耐酸陶瓷容器

HG/T3124-1998 焊接金属波纹管釜用机械密封技术条件

HG/T3126-1998 搪玻璃蒸馏容器

HG3129-98 整体多层加紧式高压容器

HGJ208-83 高压化工设备施工及验收规范

HGJ209-83 中低压化工设备施工及验收规范

HGJ210-83 圆桶形钢制焊接贮罐施工及验收规范

HGJ211-85 化工塔类设备施工及验收规范

HGJ212-83 金属焊接结构湿式气柜施工及验收规范

10

HGJ226-87 管式炉安装工程施工及验收规范

HGJ230-88 乙烯装置裂解炉施工及技术规程

(4)中 石 化

SH3074-95 石油化工钢制压力容器

SH3075-95 石油化工钢制压力容器材料选用标准

SH3512-2002 球形储罐工程施工工艺标准

SH3513-2000 石油化工铝制料仓施工及验收规范

SH3524-99 石油化工钢制塔、容器现场组焊施工工艺标准

15

SH3065-94 石油化工管式炉急弯弯管技术标准

SH3074-95 石油化工钢制压力容器

SH3075-95 石油化工钢制压力容器材料选用标准

SH3086-1998 石油化工管式炉钢结构工程及部件安装技术条件

SH3087-1997 石油化工管式炉耐热钢铸件技术标准

SH/T3112-2000 石油化工管式炉炉管胀接工程技术条件

SH/T3113-2000 石油化工管式炉燃烧器工程技术条件

SH/T3114-2000 石油化工管式炉耐热铸铁件工程技术条件

SH/T3414-1999 钢制立式轻质油罐罐下采样器选用、检验及验收

SH3504-2000 催化裂化装置反应再生系统设备施工及验收规范

SH3506-2000 管式炉安装工程施工及验收规范

SH3512-2002 球形储罐工程施工工艺标准

16

SH3513-2000 石油化工铝制料仓施工及验收规范

SH3529-93 石油化工企业厂区竖向布置工程施工及验收规范

SH3530-2001 石油化工立式圆筒形钢制储罐施工工艺标准

SH3532-95 石油化工换热设备施工及验收规范

SH3534-2001 石油化工筑炉工程施工及验收规范

SH/T3537-2002 立式圆筒形低温储罐施工技术规程

内部或外部承受气体或液体压力,并对安全性有较高要求的密封容器。早期的化学工业,反应压力多在10兆帕以下。但合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后,要求压力容器的压力达100兆帕以上。随着化工和石油化工等工业的发展,压力容器的工作温度范围越来越宽,容量不断增大,有些还要求耐介质腐蚀。20世纪60年代开始,核电站的发展对反应堆压力容器提出了更高的安全和技术要求,从而促进了压力容器的进一步发展,广泛应用于各工业部门。压力容器主要为圆柱形,也有球形或其他形状。根据结构形式,可分为多层式压力容器,绕板式压力容器、型槽绕带式压力容器、热套式压力容器、锻焊式压力容器和厚板卷焊式压力容器等。大多数压力容器由钢制成,也有的用铝、钛等有色金属和玻璃钢、预应力混凝土等非金属材料制成。压力容器在使用中如发生爆炸,会造成灾难性事故。为了使压力容器在确保安全的前提下达到设计先进、结构合理、易于制造、使用可靠和造价经济等目的,各国都根据本国具体情况制定了有关压力容器的标准、规范和技术条件,对压力容器的设计、制造、检验和使用等提出具体和必须遵守的规定。

外部检查

亦称运行中检查,检查的主要内容有:压力容器外表面有无裂纹、变形、泄漏、局部过热等不正常现象;安全附件是否齐全、灵敏、可靠;紧固螺栓是否完好、全部旋紧;基础有无下沉、倾斜以及防腐层有无损坏等异常现象。外部检查既是检验人员的工作,也是操作人员日常巡回检查项目。发现危及安全现象(如受压元件产生裂纹、变形、严重泄渗等)应予停运并及时报告有关人员。

内外部检验

压力容器内外部检验这种检验必须在停车和容器内部清洗干净后才能进行。检验的主要内容除包括外部检查的全部内容外,还要检验内外表面的腐蚀磨损现象;用肉眼和放大镜对所有焊缝、封头过渡区及其他应力集中部位检查有无裂纹,必要时采用超声波或射线探伤检查焊缝内部质量;测量壁厚。若测得壁厚小于容器最小壁厚时,应重新进行强度校核,提出降压使用或修理措施;对可能引起金属材料的金相组织变化的容器,必要时应进行金相检验;高压、超高压容器的主要螺栓应利用磁粉或着色进行有无裂纹的检查等。通过内外部检验,对检验出的缺陷要分析原因并提出处理意见。修理后要进行复验。压力容器内外部检验周期为每三年一次,但对强烈腐蚀性介质、剧毒介质的容器检验周期应予缩短。运行中发现有严重缺陷的容器和焊接质量差、材质对介质抗腐蚀能力不明的容器也均应缩短检验周期。

全面检验

压力容器全面检验除了上述检验项目外,还要进行耐压试验(一般进行水压试验)。对主要焊缝进行无损探伤抽查或全部焊缝检查。但对压力很低、非易燃或无毒、无腐蚀性介质的容器,若没有发现缺陷,取得一定使用经验后,可不作无损探伤检查。容器的全面检验周期,一般为每六年至少进行一次。对盛装空气和惰性气体的制造合格容器,在取得使用经验和一两次内外检验确认无腐蚀后,全面检验周期可适当延长。

需注意以下事项

材料代用规定

在设备的设计和制造过程中,常常受到材料的采购和选择困难或者是处于在经济上的不足考虑和分析,材料代用在压力容器的设计中广泛应用。《固定式压力容器安全技术监督规程》在压力容器材料代用中做了明确的规定,在其设计和制造中,主要要求是通过压力容器的承压部件材料的选择中要和被代用的材料不仅外形质量相似,而且要充分考虑材料的化学成分、尺寸标准、性能指标和监测方式进行合理的代用。材料代用最基本的原则是:在代用中要杜绝各种指标不达标材料的应用,严格确保材料质量和达到绝对保证,在技术上代用材料的技术要求不能够低于被代用材料,可以通过多种材料选择方式对材料进行检测和测试。

材料代用的手续要求为:

(1)容器承压部件的代用要严格进行,须经由代用单位技术部门的批准并上报代用材料的复检报告或质量证明,由主管负责人核准批复;

(2)必须在获得原设计单位的允许并拿到证明文件后,才可以在压力容器制造时进行材料代用;

(3)压力容器的设计图、施工图以及出厂时的质量证明书中要细致标注代用材料的规格部位、材质和规格。

以优代劣

压力容器所用的全部金属材料要具有优良的性能,包括材料的力学性能、耐腐蚀性、耐高温性和制作工艺等。每一种材料的性能都是固定不变的从性能比较的角度出发,常常会出现材料间的"优"和"劣"的问题。但每种压力容器对对材料性能的要求在不同情况下也是不一样的,所以,材料代用中的"优"与"劣"判断从实际出发,具体问题具体分析。下面,笔者基于自身工作经验,主要探讨了几种典型的"以优代劣"问题。

2.1 压力容器制作中,在强度、力学特征等机械能方面,其常用到的低合金钢尽管明显优于碳素钢,但其冷加工性能与可焊性都比不过碳素钢。一般来说,强度级别高的,其冷加工性能与可焊性就较差,二者负相关。所以在进行这方面的代用时,应相应调整焊接工艺,在热处理时也可能会有相应变化,应给予充分重视。

2.2材料代用时进行细致、周全的考虑,否则压力容器实际使用中可能会出现各种安全隐患。比如处于湿硫化氢环境下及存在应力腐蚀开裂风险的设备中,容器对应力腐蚀开裂地敏感性随容器使用的钢材的强度级别的提高而增大,二者正相关。此时若将20R和Q235和20R系列的钢材用16MnR等低合金钢待用就极易产生问题,因此,此类"以优代劣"行径在原则是行不通的,应当被禁止。镇静钢在许多性能方面上,镇静钢都比沸腾钢要更占优势,但在搪玻璃容器制造时,镇静钢的搪瓷效果反而不如沸腾钢好。

2.3 一般来说, 不锈钢的耐腐蚀性较出色但在含有氯离子的环境下,其耐腐蚀性却不如低合金钢和碳素钢。

2.4 和普通不锈钢相比,超低碳不锈钢虽然具有价格优势和良好的耐腐蚀性,但前者的高温热强性却更为出色。一般情况下,为了提高耐腐蚀性,需降低炭含量,而为了提高高温性,则要提高炭的含量。故而,此种情况下的"以优代劣",要尤其精确设计设备温度,如有必要,应当重新计算。

以厚代薄

"以厚代薄"常常使从平面应力状壳体的受力态转变为平面应变状态,这对容器受力状态来说,是有百害而无一利的,通常情况下,厚壁容器比薄壁容器更容易产生三向拉应力,进而产生平面应变脆性断裂。

3.1 对原设计中封头和筒体间等厚焊接的容器,若对容器壳体的个别部件进以厚代薄,很容易增加壳体的几何不连续情况,从而使封头和简体间的连接部位受到的局部应力增加,此时,对于有应力腐蚀倾向的容器来说,会造成很大的损害。可能会导致疲劳裂纹,严重的可能造成疲劳断裂。

3.2 在厚板替代薄板时,常常导致连接结构发生相应改变,例如,简体与加厚的封头连接时,通常需要对封头进行削边处理。对以管道为主要简体构成的设备,若增加筒壁厚度,在封头与简体的连接部位也须对简体侧实施内削边处理。在厚度增加较大时,往往也关系到焊接工艺的变化。

3.3 容器壳体整体层面上的"以厚代薄",虽然并不会造成简体连接处和封头的局部应力增加,但不了避免地,仍会导致不良影响。(1)厚度增加后,原来的壳体设计中的探伤方式和焊接工艺也要进行相应的改变,增加难度;(2)壳体厚度的增加必然使容器的重量加大,当容器重量增加过大时,必然会对容器的基础和支座产生不利影响;(3)对壳体同时具有传热作用的容器,壳体厚度的增加肯定会影响其传热效果。

其他注意事项

进行材料代用时, 应根据实际用材情况对焊接工艺进行适当的调整,一般调整原则为:用高级材料替代低级材料时,实验和验收仍可采用低级材料的标准,不用提高标准;不同材料的耐高温性、韧度等性能不同时, 进行最低水压实验时, 其相应的温度也可能发生改变,此时,要严格按 GB150 的相关规定执行;当板厚增加超过 GB150所规定的冷卷厚度时,一定要对筒体进行消除应力的热处理;钢板的厚度达到一定水平时,还需要进行超声探伤,必要时,提高水试验的压力。

5结论通过刚才为主要的材料主体进行压力容器设计和制造是当前容器应用的基础,更是在压力容器的材料代用中性能要求合理和中要难点。在材料的机械性能要求上,在考两次材料强度的同时,也应考虑其韧性,在韧性满足的条件下,则应尽可能提高其强度。从这个角度上来说,在压力容器材料选择上要正确界定"优"和"劣",不要单纯的从材料的厚度和强度来考虑,而要进行综合辨析和考虑。

维护

化工行业大量使用的压力容器,由于介质的腐蚀性、反应条件忽冷忽热、运输、使用、人为等问题,总会出现这样那样的搪瓷层损坏,造成不必要的生产停止,如大面积脱落,建议只能返厂重新搪瓷。压力容器价格较高,微小损坏时没有必要整台设备更新,这就需要选用合适的修补法,用(劲素成)JS916马上进行修补,否则,就会使压力容器被容器里溶剂腐蚀,搪瓷面的损坏会迅速扩大,并由此造成停产、安全事故及环境污染等不可预计的损失。

实际应用

压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品,其建造技术涉及到冶金、机械加工、腐蚀与防腐、无损检测、安全防护等众多行业。压力容器广泛应用于化工、石油、机械、动力、冶金、核能、航空、航天、海洋等部门。它是生产过程中必不可少的核心设备,是一个国家装备制造水平的重要标志。如化工生产中的反应装置、换热装置、分离装置的外壳、气液贮罐、核动力反应堆的压力壳、电厂锅炉系统中的汽包等都是压力容器。随着冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步。

行业产值增长

金属压力容器广泛应用于化工、石油、机械、冶金、核能、航空、航天等部门,是生产过程中必不可少的核心设备。冶金、机械加工、焊接和无损检测等技术的不断进步,特别是以计算机技术为代表的信息技术的飞速发展,带动了相关产业的发展,在世界各国投入了大量人力物力进行深入的研究的基础上,金属压力容器技术领域也取得了相应的进展。

金属压力容器制造行业作为石油和石油化工设备的子行业,在原油价格增长的带动下其发展呈稳定增长态势。《2013-2017年中国金属压力容器行业市场前瞻与投资机会分析报告》显示,2010年规模以上金属压力容器生产企业共计588家,资产总计413.91亿元;实现销售收入488.19亿元,同比增长21.47%;获得利润总额24.83亿元,同比增长37.24%。

随着金属压力容器行业竞争的不断加剧,大型金属压力容器企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的金属压力容器生产企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对企业发展环境和客户需求趋势变化的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的金属压力容器品牌迅速崛起,逐渐成为金属压力容器行业中的翘楚!

2003-2007年间,我国金属压力容器行业产值保持高速增长态势,年均复合增长率(CAGR)为26.4%,2008年全年金属压力容器企业的总产值估计达264亿元,同比增长13.90%。2010年金属压力容器行业产值达到350亿元左右的产业规模。2011年385亿左右的规模。2011年12月份,我国生产工业锅炉3.5万蒸发量吨,同比增长32.74 %。数据显示:2011年1-12月,全国工业锅炉的产量达41.3万蒸发量吨,同比增长28.86 %。

压力

压力容器的压力可以来自两个方面,一是压力是容器外产生(增大)的,二是压力是容器内产生(增大)的。

最高工作压力,多指在正常操作情况下,容器顶部可能出现的最高压力。

设计压力,系是指在相应设计温度下用以确定容器壳体厚度的压力,亦即标注在铭牌上的容器设计压力,压力容器的设计压力值不得低于最高工作压力;当容器各部位或受压元件所承受的液柱静压力达到5%设计压力时,则应取设计压力和液柱静压力之和进行该部位或元件的设计计算;装有安全阀的压力容器,其设计压力不得低于安全阀的开启压力或爆破压力。容器的设计压力确定应按GB 150的相应规定。

温度

金属温度,系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允许使用温度。

设计温度,系指容器在正常操作情况下,在相应设计压力下,壳壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。当壳壁或元件金属的温度低于-20℃,按最低温度确定设计温度;除此之外,设计温度一律按最高温度选取。设计温度值不得低于元件金属可能达到的最高金属温度;对于0℃以下的金属温度,则设计温度不得高于元件金属可能达到的最低金属温度。容器设计温度(即标注在容器铭牌上的设计介质温度)是指壳体的设计温度。

介质

生产过程所涉及的介质品种繁多,分类方法也有多种。按物质状态分类,有气体、液体、液化气体、单质和混合物等;按化学特性分类,则有可燃、易燃、惰性和助燃四种;按它们对人类毒害程度,又可分为极度危害(I)、高度危害(Ⅱ)、中度危害(Ⅲ)、轻度危害(Ⅳ)四级。

易燃介质:是指与空气混合的爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体,如一甲胺、乙烷、乙烯等。

毒性介质:《压力容器安全技术监察规程》(以下简称《容规》)对介质毒性程度的划分参照GB 5044《职业性接触毒物危害程度分级》分为四级。其最高容许浓度分别为:极度危害(I级)<0.1 mg/m3;高度危害(Ⅱ级)0. 1 ~<1.0 mg/m3;中度危害(Ⅲ级)1.0 ~<10 mg/m3;轻度危害(1V级)≥10 mg/m3。

压力容器中的介质为混合物质时,应以介质的组成并按毒性程度或易燃介质的划分原则,由设计单位的工艺设计部门或使用单位的生产技术部门决定介质毒性程度或是否属于易燃介质。

腐蚀性介质,石油化工介质对压力容器用材具有耐腐蚀性要求。有时是因介质中有杂质,使腐蚀性加剧。腐蚀介质的种类和性质各不相同,加上工艺条件不同,介质的腐蚀性也不相同。这就要求压力容器在选用材料时,除了应满足使用条件下的力学性能要求外,还要具备足够的耐腐蚀性,必要时还要采取一定的防腐措施。

设备事故率的大小,影响因素较多,也十分复杂。它不但与整个工业领域的各项技术水平有关,而且还与社会文化和人的素质有关。

在相同的条件下,压力容器的事故率要比其他机械设备高得多。本来压力容器大多数是承受静止而比较稳定的载荷,并不像一般转动机械那样容易因过度磨损而失效,也不像高速发动机那样因承受高周期反复载荷而容易发生疲劳失效。究其原因,主要有以下几方面。

技术条件

1、使用条件比较苛刻。压力容器不但承受着大小不同的压力载荷(在一般情况下还是脉动载荷)和其他载荷,而且有的还是在高温或深冷的条件下运行,工作介质又往往具有腐蚀性,工况环境比较恶劣。

2、容易超负荷。容器内的压力常常会因操作失误或发生异常反应而迅速升高,而且往往在尚未发现的情况下,容器即已破裂。

3、局部应力比较复杂。例如,在容器开孔周围及其他结构不连续处,常会因过高的局部应力和反复的加载卸载而造成疲劳破裂。

4、常隐藏有严重缺陷。焊接或锻制的容器,常会在制造时留下微小裂纹等严重缺陷,这些缺陷若在运行中不断扩大,或在适当的条件(如使用温度、工作介质性质等)下都会使容器突然破裂。

使用管理

1、使用不合法。购买一些没有压力容器制造资质的工厂生产的设备作为承压设备,并非法当压力容器使用,以避开报装、使用注册登记和检验等安全监察管理,留下无穷后患。

2、容器虽合法而管理操作不符合要求。企业不配备或缺乏懂得压力容器专业知识和了解国家对压力容器的有关法规、标准的技术管理人员。压力容器操作人员未经必要的专业培训和考核,无证上岗,极易造成操作事故。

3、压力容器管理处于"四无"状态。即一无安全操作规程,二无建立压力容器技术档案,三无压力容器持证上岗人员和相关管理人员,四无定期检验管理。使压力容器和安全附件处于盲目使用、盲目管理的失控状态。

4、擅自改变使用条件,擅自修理改造。经营者无视压力容器安全,为了适应某种工艺的需要而随意改变压力容器的用途和使用条件,甚至带"病"操作,违规超负荷超压生产等造成严重后果。

5、地方政府的安全监察管理部门和相关行政执法部门管理不到位。安全监察管理部门和相关行政执法部门的工作未能使用社会主义市场经济的发展,特别是规模小、分布广的民营和私营企业的激增,使压力容器的安全监察管理存在盲区和管理不到位的现象,助长了压力容器的违规使用和违规管理。

反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品,用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器,例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等;材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔、因康镍)合金及其它复合材料。

反应釜分类

根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜三大类,每一种结构都有他的适用范围和优缺点。反应釜按材质及用途可有以下几种:

不锈钢反应釜

不锈钢反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基(哈氏、蒙乃尔)合金及其它复合材料。

不锈钢反应釜搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等,搅拌装置在高径比较大时,可用多层搅拌桨叶,也可根据用户的要求任意选配.

不锈钢反应釜的密封型式不同可分为:填料密封机械密封和磁力密封。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、外(内)盘管加热等,冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却。

搪玻璃反应釜

搪玻璃反应釜是将含高二氧化硅的玻璃,衬在钢制容器的内表面,经高温灼烧而牢固地密着于金属表面上成为复合材料制品。因此搪玻璃反应釜具有玻璃的稳定性和金属强度的双重优点,是一种优良的耐腐蚀设备。

磁力搅拌反应釜

采用静密封结构,搅拌器与电机传动间采用磁力偶合器联接,由于其无接触的传递力矩,以静密封取代动密封,能彻底解决以前机械密封与填料密封无法解决的泄漏问题,使整个介质各搅拌部件完全处于绝对密封的状态中进行工作,因此,更适合用于各种易燃易爆、剧毒、贵重介质及其它渗透力极强的化学介质进行反应,是石油、化工、有机合成、高分子材料聚合、食品等工艺中进行硫化、氟化、氢化、氧化等反应最理想的无泄漏反应设备。

一、应力变形及预防

1、火焰切割变形

(1)筒节:大直径壳体短筒节下料(料较长且较窄)时,其端口的火焰切割加工边易发生变形。因切割高温冷却后,加工边产生收缩,直线边变为"弧线"边,筒节辊圆后,其端口就不在一个水平面上,误差较大时,满足不了组对和焊接的要求。应采取对称切割或机械加工等方法避免产生变形。

(2)封头:成型封头火焰净料切割后,其端口周边会产生收缩,使封头口径变小。严重时,收缩后的封头口径满足不了尺寸要求。对整体成型的封头端口加工,如采取火焰切割,则其成型模具设计时要考虑切割后的收缩量;对瓣片式组合封头的端口加工,如采取火焰切割,则封头组装时口径要适当放大,以弥补切割后的收缩量。也可采取机械加工的方法避免产生变形。

(3)机加工件坯料(主要是钢板坯料):这种坯料多用于压力容器上的大型法兰或密封圈等。火焰切割后,由于钢板胀缩不均,致使坯料板面不平,严重时造成坯料面的加工量不够。应在坯料板切割后进行平整矫形,对难以矫形的坯料板,可适当增大其加工余量。

2、加工失稳变形

加工失稳变形往往是在已成型的封头或筒节上开大型孔(如容器的装卸孔)、由于开孔区及其附近稳定性减弱,造成壳体局部或部件的变形。尽量避免在单独筒节或单独封头上直接开大孔,可视情况将壳体组装成大段或整体后再开大孔;开大孔前将开孔区用紧贴壳体的筋板进行加强,组焊接管后壳体处于整体稳定状态时,再把加强板撤掉。

3、焊接变形

焊接工艺是容器焊接的技术要求和操作规定,包括:采用的焊接方法、焊接坡口、焊条种类及直径,焊接工艺参数、焊接顺序、焊道层数、焊前和焊后的处理、焊接环境要求以及防变形、反变形措施等。焊接工艺必须经过工艺评定达到合格,而且在焊接操作过程中必须严格执行工艺要求。

根据压力容器和大型部件的焊接条件和焊接量,预先分析焊接将要产生的变形大小和形态,有针对性地制定的控制措施:

(1)对多焊道的大型压力容器,例如球形容器,应先组装联结成整体后再进行焊接,焊接应对称进行,并要遵守规定的焊接顺序。

(2)对多焊道的大型部件,如瓜瓣式组合封头和由瓣片组合的壳体过渡段,除执行上述要求外,还应在施焊场地设口形固定卡具。

(3)较长且分多节组焊的压力容器,其筒节下料时尺寸要适当放出焊接收缩量,以避免出现焊后壳体缩短现象。

(4)对压力容器,特别对结构复杂的压力容器的组焊,要采取合理的组装顺序和焊接防变形措施,确保其制造中不变形。

(5)反变形措施:根据实践经验或推算,预先在焊接件上向焊接变形相反的方向给以变形,焊接后这个预变形量刚好得到抵消,具体做法是:压力容器筒节的纵缝对接处两端头压弧时,在发生焊接变形方向的相反向留出反变形量;组合式瓣形封头和过渡段模具尺寸考虑抵消焊接变形的反变形量。

4、热处理变形的预防措施

(1)热处理炉必须符合规范要求,炉内温度均匀准确,炉壁火焰喷嘴处应设挡火墙,严禁火焰直接接触或接近热处理件。

(2)长度较大的压力容器进炉后,要加临时支座支垫,所用数量视容器具体尺度而定。

(3)直径较大、厚度较薄的壳体,一般应进行内部加强。

(4)分段预制的压力容器,分段端口处应设加强支撑。

(5)对受高温易失去稳定的压力容器部件,也应根据具体情况进行加固加强。

二、加工误差变形

1、下料误差变形

由于下料尺寸不准,使成型后的部件形状超出了标准规定。下料尺寸不准主要是由于计算或放大样有误,除了提高下料人员的技术水平,还应施行下料尺寸校对制,并尽可能采取下料尺寸计算机软件管理。

2、成型误差变形

压力容器部件在加工成型中,由于操作不当或模具不标准而产生变形:热成型封头脱模温度有一定要求,如温度尚高就过早脱模会导致封头收缩较大,严重时可使其几何尺寸超标;机械辊制或压制的容器部件,因操作不当使之产生变形;模具设计考虑不周或有误,使成型后压力容器部件的几何尺寸不符合要求。主要预防措施有:

(1)成型操作严格按工艺技术要求进行。

(2)用检查样板严格控制加工件的形状。

(3)模具设计在依照加工件的理论尺寸形状的基础上,充分考虑压力容器部件加工成型中和成型后发生的变化,冷成型模具要考虑成型件的回弹量,热成型模具要考虑成型件冷却后的收缩量。

3、组装误差变形

压力容器壳体组装时由于错口或不直度误差等超标所产生的变形,称组装变形。其预防措施:

(1)壳体组装应使用定位卡具,直径较大、厚度较薄的壳体,组装时筒节还要加支撑,严格限制壳体对接边的错口。

(2)壳体卧式组装应在托辊上进行,并用直线检查其不直度。

(3)分段预制的压力容器,安装时要设定位卡具,并用经纬仪检查其不直度。