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特种设备压力容器基础知识 特种设备相关法规标准体系 标准:GB150压力容器 GB151热交换器 NB/T47041塔式容器 NB/T47042卧式容器 GB12337钢制球形储罐 一、特种设备特种设备安全监察条 例 n本条例所称特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容 器(含气瓶,下同)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型 游乐设施和场(厂)内专用机动车辆。 n特种设备的生产(含设计、制造、安装、改造、维修,下同)、使用 、检验检测及其监督检查,应当遵守本条例,但本条例另有规定的除 外。 军事装备、核设施、航空航天器、铁路机车、海上设施和船舶以 及矿山井下使用的特种设备、民用机场专用设备的安全监察不适用本 条例。 房屋建筑工地和市政工程工地用起重机械、场(厂)内专用机动 车辆的安装、使用的监督管理,由建设行政主管部门依照有关法律、 法规的规定执行。 锅炉 n锅炉,是指利用各种燃料、电或者其他能源 ,将所盛装的液体加热到一定的参数,并通 过对外输出介质的形式提供热能的设备,其 范围规定为设计正常水位容积大于或者等于 30L,且额定蒸汽压力大于或者等于0.1MPa (表压)的承压蒸汽锅炉;出口水压大于或 者等于0.1MPa(表压),且额定功率大于 或者等于0.1MW的承压热水锅炉;额定功 率大于或者等于0.1MW的有机热载体锅炉 。 压力容器 n压力容器,是指盛装气体或者液体,承载一定压 力的密闭设备,其范围规定为最高工作压力大于 或者等于0.1MPa(表压)的气体、液化气体和最 高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积 大于或者等于30L且内直径(非圆形截面指截面内 边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm的固定式 容器和移动式容器;盛装公称工作压力大于或者 等于0.2MPa(表压),且压力与容积的乘积大于 或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点 等于或者低于60液体的气瓶;氧舱。 压力管道 n压力管道,是指利用一定的压力,用于输送气体或者 液体的管状设备,其范围规定为最高工作压力大于或 者等于0.1MPa(表压),介质为气体、液化气体、蒸 汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度 高于或者等于标准沸点的液体,且公称直径大于或者 等于50mm的管道。公称直径小于150mm,且其最高 工作压力小于1.6MPa(表压)的输送无毒、不可燃、 无腐蚀性气体的管道和设备本体所属管道除外。其中 ,石油天然气管道的安全监督管理还应按照安全生 产法、石油天然气管道保护法等法律法规实施 。 电梯 n电梯,是指动力驱动,利用沿刚性导轨 运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级 (踏步),进行升降或者平行运送人、 货物的机电设备,包括载人(货)电梯 、自动扶梯、自动人行道等。非公共场 所安装且仅供单一家庭使用的电梯除外 。 起重机械 n起重机械,是指用于垂直升降或者垂直升降并 水平移动重物的机电设备,其范围规定为额定 起重量大于或者等于0.5t的升降机;额定起重 量大于或者等于3t(或额定起重力矩大于或者 等于40tm的塔式起重机,或生产率大于或者 等于300t/h的装卸桥),且提升高度大于或者 等于2m的起重机;层数大于或者等于2层的机 械式停车设备。 客运索道 n客运索道,是指动力驱动,利用柔性绳 索牵引箱体等运载工具运送人员的机电 设备,包括客运架空索道、客运缆车、 客运拖牵索道等。非公用客运索道和专 用于单位内部通勤的客运索道除外。 大型游乐设施 n大型游乐设施,是指用于经营目的,承 载乘客游乐的设施,其范围规定为设计 最大运行线速度大于或者等于2m/s,或 者运行高度距地面高于或者等于2m的载 人大型游乐设施。用于体育运动、文艺 演出和非经营活动的大型游乐设施除外 。 场(厂)内专用机动车辆 n场(厂)内专用机动车辆,是指除道路 交通、农用车辆以外仅在工厂厂区、旅 游景区、游乐场所等特定区域使用的专 用机动车辆。 安全附件 n安全阀 n爆破片 n紧急切断阀 n气瓶阀门 二、固定式压力容器 n压力容器定义 n压力容器名词定义 n压力容器设计制造的主要特点 n压力容器的范围 n压力容器分类 n压力容器结构 大容规的压力容器定义 n本规程适用于同时具备下列条件的固定式压力容器: n(1)工作压力大于或者等于0.1MPa;(注1-2) n注1-2:工作压力指压力容器在正常工作情况下,容器顶部可能达 到的最高压力(表压力)。 n(2)容积大于或者等于0.03m3并且内直径(非圆形截面指截面内 边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm;(注1-3) n注1-3:容积是指压力容器的几何容积,即由设计图样标注的尺寸 计算(不考虑制造公差)并且圆整。一般应当扣除永久连接在容 器内部的内件的体积。 n(3)盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者 等于其标准沸点的液体。(注1-4) n注1-4:容器内介质为最高工作温度低于其标准沸点的液体时,如 气相空间的容积大于或者等于0.03m3时,也属于本规程的适用范围 。 特种设备目录定义的压力容器 n压力容器,是指盛装气体或者液体,承载一定压 力的密闭设备,其范围规定为最高工作压力大于 或者等于0.1MPa(表压)的气体、液化气体和最 高工作温度高于或者等于标准沸点的液体、容积 大于或者等于30L且内直径(非圆形截面指截面内 边界最大几何尺寸)大于或者等于150mm的固定式 容器和移动式容器;盛装公称工作压力大于或者 等于0.2MPa(表压),且压力与容积的乘积大于 或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点 等于或者低于60液体的气瓶;氧舱。 压力容器的范围 n压力容器的本体界定在下述范围内: 压力容器与外部管道或装置焊接连接的第一道环向 焊接接头的焊接坡口、螺纹连接的第一个螺纹接头、 法兰连接的第一个法兰密封面、专用连接件或管件连 接的第一个密封面; 压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件; 非受压元件与压力容器本体连接的连接焊缝。 压力容器本体中的主要受压元件 n压力容器本体中的主要受压元件:包括壳体、封头(端 盖)、膨胀节、设备法兰,球罐的球壳板,换热器的管 板和换热管,M36以上(含M36)的设备主螺柱以及公称 直径大于或者等于250mm的接管和管法兰。 压力容器的安全附件 n安全附件包括直接连接在压力容器上的安全阀、爆破 片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液 位计、测温仪表等安全附件 。 名词定义 名词定义 名词定义 名词定义 名词定义 压力容器设计制造的主要特点 n压力容器设计一般包括结构设计(选择)、设计 计算与材料选择。其中结构是设计计算的基础, 即根据各类承压零部件不同的结构、形状,分别 进行设计计算。 压力容器设计制造的主要特点 n压力容器设计计算一般要解决三类问题: n1. 强度在内压作用下不允许产生塑性(永久 )变形,是涉及安全的主要问题,如筒体、封头 等; n2. 刚性在外力作用(制造、运输、安装与使 用)下产生不允许的弹性变形,如法兰(密封) 、管板等; n3. 稳定性在外压作用下防止突然失去原有形 状的稳定性,如外压及真空容器。 压力容器设计制造的主要特点 n依各类承压零部件不同的结构、形状,采用不同 的加工方法分别制造,然后通过多种方法(焊接 、法兰螺栓、螺纹)连接在一起,构成一台完整 的容器,其中焊接是主要方法。 压力容器主要失效方式 n压力容器可能存在的八种失效方式: 1. 过量的弹性变形,包括弹 2. 过量的塑性变形; 性不稳定; 3. 脆性断裂; 4. 由应力引起破坏/蠕变变形; 5. 塑性不稳定渐增的垮塌; 6. 高应变、低循环疲劳; 7. 应力腐蚀; 8. 腐蚀疲劳。 压力容器主要失效方式 n压力容器的常规设计方法是基于弹性失效准则; 弹性失效准则下的四个强度理论: n第一强度理论(最大主应力理论) 认为材料的三个主应力中只要最大的拉应力1达到了极限应力,材料就发生破坏。 强度条件:1 t n第二强度理论(最大变形理论) 认为材料的最大的应变达到了极限状态,材料就发生破坏。 强度条件: max n第三强度理论(最大剪应力理论) 材料的最大剪应力max达到了极限应力,材料就发生破坏。 强度条件:max =(1-3) t n第四强度理论(剪切变形能理论) 材料变形时,即内部变形能量达到材料的极限值时,材料破坏。 强度条件: e= (1-2)2+(2-3)2+(3-1)2 t 内压圆筒计算 n薄壁圆筒容器在工程中采用无力矩理论来进行应力计算,在内压P作用下 ,筒壁承受轴向应力和切向应力(薄膜应力)作用。 内压圆筒计算 n内压圆筒计算 n设计温度下的计算厚度按下式计算: n公式适用范围:Pc0.4t 或 Do/Di1.5 n公式中应力的推导是根据薄膜应力理论。用第一强度理论,以圆筒平均直 径为基准计算的环向应力,考虑了圆筒内壁上最大主应力与平均拉应力的 差值进行了修正,并考虑了纵向焊缝(A类焊接接头)在强度方面相对于 母材的削弱。 外压圆筒计算 n外压圆筒及外压球壳: n承受外压的圆筒,其失效方式有二种:一是因强度不足而导致破坏,另一 是因为刚度不足而引起失稳 。 n失稳:是指容器所受的外压达到某种极限时,(即:达到临界压力PCr时 )容器突然失去原来的形状,而出现有规则的波形,在卸去外压后,仍不 能恢复原来的形状。 外压圆筒计算 压力容器的分类 n分类繁多,从不同的角度出发(介质、温度、压力、用途等等 ),主要的分类: n压力:低压:设计压力1.6MPa n 中压:1.6MPa 设计压力10MPa n 高压:10MPa 设计压力100MPa n 超高压:设计压力100MPa n温度:常温压力容器 n 低温压力容器(设计温度-20度) n 高温压力容器(设计温度450度) 压力容器的分类 n按在生产工艺过程中的作用原理分类: n(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,例如各种反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、变换炉、煤气发 生炉等; n(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,例如各种热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器等; n(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,例如各种分离器、过滤器、集油器、洗涤 器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等; n(4)储存压力容器(代号C,其中球罐代号B),主要是用于储存或者盛 装气体、液体、液化气体等介质的压力容器,例如各种型式的储罐。 压力容器的分类 按其结构形式分类 n塔式容器 n卧式容器 n管壳式换热器 n立式容器 n球形储罐 n余热锅炉 n非圆形压力容器 压力容器的分类 其他常见的分类方法: 按形状分类,如圆筒形、球形、组合型、方形、矩形等; 按筒体结构分为整体式、组合式。 按制造方法分为焊接、锻造、铸造。 按材料分为金属与非金属两大类,其中: 金属中分为钢、铸铁、有色金属与合金。 钢中以其化学成份又分为碳素钢、低合金钢及高合金钢 压力容器的分类 n为了便于安全监察和管理,按容器的压力等级、容积、介质的 危害程度,把压力容器分为三类。第I 、II、III类压力容器。 n具体分类方法:按TSG21-2016固定式压力容器安全技术监 察规程的附录A分类。 压力容器的分类 n介质分组 n压力容
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