一、壓力容器概述
1.壓力容器規(guī)范化
早在19世紀(jì)末就有了對(duì)鍋爐和壓力容器規(guī)范化的要求。20世紀(jì)最初的十年,發(fā)生了近一萬(wàn)起鍋爐爆炸,造成了約一萬(wàn)人的死亡和約一萬(wàn)五千人的傷殘。這些血的教訓(xùn)使人們對(duì)壓力容器制造和安裝的規(guī)范化有了更清醒的認(rèn)識(shí)。
1907年,美國(guó)Massachusetts州繼1905年和1906年兩次災(zāi)難性的鍋爐爆炸之后,提出了世界上第一部鍋爐制造和安裝的法規(guī)。循著Massachusetts州的范例,美國(guó)其他州和城市也制定出了蒸氣鍋爐制造、安裝和檢驗(yàn)的不同形式的法規(guī)或條例。不同州的技術(shù)規(guī)范缺乏一致性,使得制造者無(wú)法制造出其他州可以接受的標(biāo)準(zhǔn)鍋爐。制造出的鍋爐不能運(yùn)出州界,一個(gè)州的有資格的鍋爐檢驗(yàn)員也得不到其他州的承認(rèn)。要求訂出蒸氣鍋爐和壓力容器制造的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈,為解決這個(gè)問(wèn)題,美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)于1911年成立了一個(gè)專門委員會(huì),后來(lái)被稱為鍋爐規(guī)范委員會(huì)。
美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)非燃火壓力容器規(guī)范對(duì)壓力容器沒(méi)有給出定義。壓力容器一般是指裝有加壓流體用于完成某項(xiàng)過(guò)程的封閉容器,例如貯罐、熱交換器、蒸發(fā)器和反應(yīng)器等。規(guī)范規(guī)定壓力容器的范圍還包括容器外的管線,終止于管線端焊連接的第一條焊縫、螺栓連接的第一個(gè)法蘭面、或類似連接的第一個(gè)有連接跡象的點(diǎn)或面。
美國(guó)非燃火壓力容器規(guī)范的短評(píng)U-1列出了超出規(guī)范權(quán)限的一些例外。這些例外是必須的還是已被解除,不同地區(qū)有很大的不同。有關(guān)這方面的細(xì)節(jié),需要查閱“鍋爐和壓力容器的法規(guī)和條例說(shuō)明書”,或向有管轄權(quán)的地方管理機(jī)構(gòu)咨詢。
非規(guī)范壓力容器是指不能滿足設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和鑒定規(guī)范的最低要求的容器。這些容器不打印規(guī)范代號(hào),除非有特殊的裁定,不得在接受美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)規(guī)范的區(qū)域安裝。
目前,許多國(guó)家都設(shè)置了壓力容器規(guī)范的立法和管理機(jī)構(gòu),頒布了各自的壓力容器規(guī)范。在我國(guó),原國(guó)家勞動(dòng)總局1979年頒布了《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》;1980年頒布了《蒸汽鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》;1981年頒布了《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》。
2.非燃火壓力容器分類
壓力容器可以粗分為蒸汽鍋爐和非燃火壓力容器兩大類型。兩者在壓力容器規(guī)范中一般都作為專項(xiàng)處理。后者是化學(xué)工程和工藝人員最常接觸的,這一部分將只介紹非燃火壓力容器的分類。非燃火壓力容器應(yīng)用面廣,種類繁多。根據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn),可以有多種分類方法。
壓力容器按照其工藝功能可以劃分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和貯運(yùn)容器四個(gè)類型。
(1)反應(yīng)容器;主要用來(lái)完成物料的化學(xué)轉(zhuǎn)化。如反應(yīng)器、發(fā)生器、聚合釜;合成塔、變換爐等。
(2)換熱容器:主要用來(lái)完成物料和介質(zhì)間的熱量交換。如熱交換器、冷卻器、加熱器、蒸發(fā)器、廢熱鍋爐等。
(3)分離容器:主要用來(lái)完成物料基于熱力學(xué)或流體力學(xué)的組元或相的分離。如分離器、過(guò)濾器、蒸餾塔、吸收塔、干燥塔、萃取器等。
(4)貯運(yùn)容器:主要用來(lái)完成流體物料的盛裝、貯存或運(yùn)輸。如貯罐、貯槽和槽車等。
承受壓力負(fù)荷是壓力容器的顯著特征。壓力容器按照其設(shè)計(jì)壓力p的大小,可以劃分為低壓容器、中壓容器、高壓容器和超高壓容器四個(gè)類型。
(1)低壓容器:0.1.MPa≤p<1.6 MPa;
(2)中壓容器:1.6 MPa≤p<100MPa;
(3)高壓容器:10 MPa≤p<100 MPa;
(4)超高壓容器,p>100MPa。
以上是壓力容器根據(jù)其工藝功能或設(shè)計(jì)壓力的單一的分類方法。從安全監(jiān)察的角度,應(yīng)該綜合考察壓,力容器設(shè)計(jì)壓力的大小、其中物料的危險(xiǎn)程度以及所屬過(guò)程的復(fù)雜性和潛在危險(xiǎn),進(jìn)行壓力容器的綜合分類。我國(guó)原國(guó)家勞動(dòng)總局在《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》中提出了壓力容器的綜合分類方法。壓力容器按照設(shè)計(jì)壓力戶和容積V,結(jié)合容器的工藝功能和其中物料的危險(xiǎn)性,劃分為以下三個(gè)類型:
(1)第一類容器:非易燃或無(wú)毒介質(zhì)的低壓容器;易燃或有毒介質(zhì)的低壓換熱容器和低壓分離容器。
(2)第二類容器:pV<196.2 kJ、劇毒介質(zhì)的低壓容器;易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓貯運(yùn)容器;內(nèi)徑<1 m的低壓廢熱鍋爐;一般介質(zhì)的中壓容器。
(3)第三類容器:pV≥196.2kJ、劇毒介質(zhì)的低壓容器,內(nèi)徑≥1m的低壓廢熱鍋爐;中壓廢熱鍋爐;pV≥490.5 kJ、易燃或有毒介質(zhì)的中壓反應(yīng)容器;pV≥4905 kJ、易燃或有毒介質(zhì)的低壓貯運(yùn)容器;劇毒介質(zhì)的中壓容器;高壓或超高壓容器。
3.結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械性能
結(jié)構(gòu)材料在受到外力作用時(shí),會(huì)有抵抗變形和斷裂的能力。這種能力稱為結(jié)構(gòu)材料的機(jī)械性能。常規(guī)機(jī)械性能主要包括強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度等。