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什么是压力容器——转自科普网资料

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发表于 2011-12-5 21:02:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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压力容器是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。
压力容器早期主要应用于化学工业,压力多在10兆帕以下。合成氨和高压聚乙烯等高压生产工艺出现后,要求压力容器承受的压力提高到100兆帕以上。
随着化工和石油化学工业的发展,压力容器的工作温度范围也越来越宽;新工作介质的出现,还要求压力容器能耐介质腐蚀;许多工艺装置规模越来越大,压力容器的容量也随之不断增大。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,这进一步促进了压力容器的发展。
许多生产工艺过程需要在压力下进行,许多气体和液化气需要在压力下贮存,因此压力容器越来越广泛地应用于各工业部门。许多新技术的发展,对压力容器不断提出了新的更高的要求。如:煤转化工业的发展,需要单台重量达数千吨的高温压力容器;快中子增殖反应堆的应用,需要解决高温耐液态钠腐蚀的压力容器;海洋工程的发展,需要能在水下几百至几千米工作的外压容器。
压力容器在使用中如果发生爆炸,会造成灾难性事故。历史上曾多次发生过使成百人伤亡的压力容器爆炸事故,就是小型液化石油气瓶的爆炸也会造成人身伤亡;核电站用反应堆压力容器如发生事故,就会使放射性物质外逸,造成更为严重的后果。
因此,防止压力容器发生事故,始终是压力容器设计、制造和使用者首要的任务。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、便于制造、使用可靠和造价经济等目的,各国都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 和使用等各个方面提出具体和必须遵守的规定。随着压力容器技术的发展,在不断积累经验的基础上,标准、规范、技术条件的内容也不断得到完善和提高。
压力容器主要为圆柱形,少数为球形或其他形状。圆柱形压力容器通常由筒体、封头、接管、法兰等零件和部件组成,压力容器工作压力越高,筒体的壁就应越厚。
压力容器有多种结构形式,如多层式、绕板式、型槽绕带式、热套式、厚板卷焊式和锻焊式等。
多层式压力容器在20世纪30年代就已开始在工业上使用。这种结构的压力容器由若干个多层筒节组焊而成,各筒节由内筒和在外面包扎的层板组成。
多层式压力容器的优点是制造设备较筒单,材料的选用有较大的灵活性。这种结构即使在某一层钢板中出现裂缝,裂缝也只能在该层层板中扩展,不会扩展到其他层板上,所以安全性高是这种容器的突出优点,它的缺点是生产工序多、劳动生产率低。
绕板式压力容器是将成卷的薄钢板连续地缠绕在内筒外面,达到所需要壁厚为止,因而不必逐层包扎层板和焊接每层层板的纵焊缝。
型槽绕带式压力容器是在绕带机床上,对型槽钢带通电加热到红热状态,再用压辊将钢带压合到内筒表面预先加工出的螺旋沟槽内,使之相互啮合,每绕完一层钢带后再绕下一层,直到所需的筒体厚度为止。这种结构的型槽钢带层层啮合,可使钢带层承受容器的一部分轴向力;筒体上没有贯穿整个壁厚的环焊缝;使用安全性高;缺点是需要使用特殊轧制的型槽钢带和专用机床。
热套式压力容器是在内筒外面套合上一至数层外筒,组成筒节。通常先将外层筒体加热,使其直径增大,以便套在内层筒体上。冷却后的外层筒体就能紧贴在内筒上,同时对内筒产生一定的预加压缩应力。热套压力容器用的钢板比多层压力容器的层板厚,层数少,所以生产效率较高。
锻焊式压力容器是由锻造的筒节经组焊而成,结构上只有环焊缝而无纵焊缝。70年代以来,由于冶炼、锻造和焊接等技术的进步,已可供应570吨重的大型优质钢锭,并能锻造最大外径为10米、最大长度为4.5米的筒体锻件,因而大型锻焊式压力容器得到了发展,成为轻水反应堆压力容器、石油工业加氢反应器和煤转化反应器的主要结构形式。
压力容器的设计通常包括:分析压力容器的使用要求和操作条件,确定合理的结构形式;选择合适的材料,规定制造工艺和质量要求;按容器可能发生的失效破坏形式,确定最佳结构尺寸,使容器各部位均能满足所需的强度、刚度或不致引起断裂等要求。
在各国制定的规范中,大多数仍将容器壁筒化成为均匀受力的薄膜进行处理,以薄膜应力来描述整个容器的应力水平。然而,容器各部位的实际应力状态是很复杂的,所以设计时多采用较大的安全系数。为了避免容器发生脆性破坏,除对材料要求具有足够的强度外,还要考虑冲击值等要求。
在实际使用中,压力容器的破坏大多是由于腐蚀、疲劳、辐照和容器器壁中存在过大的缺陷等原因造成的,因此按常规的强度设计有时还不够严密,还应区别不同情况进行特殊设计。如对高温压力容器必须按持久强度进行计算,因为在这种情况下温度对材料的性能有重大的影响;对于操作压力或温度频繁变动的压力容器,压力或温度的反复升降还可能引起疲劳失效,对这类压力容器应当进行疲劳强度设计;在存在缺陷的情况下,还应根据疲劳裂纹扩展理论对容器的使用寿命作出估算。
很多压力容器造成事故的重要原因之一是选用材料不当。例如,采用焊接性差的钢材焊制压力容器时,就容易在焊接接头中产生裂缝;有些镍铬不锈钢的压力容器,常因钢号或成分选用不当,在使用中发生晶间腐蚀、应力腐蚀等形式的破坏;选用铁素体钢制造低温压力容器时,如钢的转变温度高于容器的工作温度,则容器工作时容易发生脆性破坏。
压力容器的选材不仅要考虑机械强度的要求,也需要考虑其耐蚀性。介质的成分、温度和压力等操作条件,往往对材料的耐蚀性有很大的影响。
为保证压力容器的安全使用,在制造时就必须按照有关标准、规范,对压力容器的原材料和加工制造过程进行严格的质量检验,因此,对投入运行的压力容器也需要进行定期检验。
压力容器的检验内容主要有:对材料的化学成分和力学性能的常规理化检验;对焊接接头的各种性能检验;对压力容器各部分存在的各类缺陷的无损检测;用高于操作压力的液体对容器进行耐压试验等。
质量检验在压力容器制造过程中占重要的地位。在有些反应堆压力容器的生产周期中,有一半的时间都是用于质量检验。
 
 
 
 

 

 

 
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感谢强总的发帖,让越来越多的人知道压力容器的重要性
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