第五章  压力容器与工业管道

第一节  压力容器基本知识

　　压力容器一般是指在工业生产中用来完成反应、传热、传质、分离、贮存等工艺过程，并承受0．1MPa表压以上压力的容器。

　　石油化工生产过程中使用的压力容器形式多样，结构复杂，工作条件苛刻，危险性较大。

　　一、压力容器的形式

　　压力容器的形式通常有以下划分方法：

　　(一)按制造方法分

　　分为焊接容器、锻造容器、热套容器、多层包扎式容器、绕带式容器、组合容器等。

　　(二)按制造材料分

　　分为钢制容器、有色金属容器、非金属容器等。

　　(三)按几何形状分

　　分为圆筒形容器、球形容器、矩形容器、组合式容器等。

　　(四)按安装方式分

　　分为立式容器、卧式容器等。

　　(五)按受压情况分

　　分为内压容器、外压容器等。

　　(六)按壁厚分

　　(1)薄壁容器

　　　　  (5-1)

　　(2)厚壁容器

　　　　　　　　 (5-2)

式中  D₀——容器外径；

　　  Di——容器内径。

　　(七)按工艺过程中作用原理分

　　分为反应容器(代号R)、换热容器(代号E)、分离容器(代号S)、贮存容器(代号C，其中球罐代号B)。

　　(八)按操作温度分

　　(1)低温容器(t≤－20℃)。

　　(2)常温容器(t＞－20～150℃)。

　　(3)中温容器(t≥150～450℃)。

　　(4)高温容器(t≥450℃)。

　　(九)按设计压力分

　　(1)低压容器(代号L)　　0．1MPa≤P＜1．6MPa。

　　(2)中压容器(代号M)　　1．6MPa≤P＜10MPa。

　　(3)高压容器(代号H)　　10MPa≤P<100MPa。

　　(4)超高压容器(代号U)　　p≥100MPa。

　　另外，按使用方式可分为固定式和移动式压力容器；按结构分为可拆结构和不可拆结构容器。

　　二、压力容器分类

　　国家质量技术监督局颁发的《压力容器安全技术监察规程》(质技监局发[1999]154号，以下简称《容规》)根据压力容器操作压力、介质危害程度、容器功能、结构特性、材料和对容器安全性能的综合影响程度等，将压力容器分为三类。

　　(一)第一类压力容器

　　低压容器(第(二)、(三)款规定的除外)。

　　(二)第二类压力容器(下列情况之一，第(三)款规定的除外)：

　　(1)中压容器；

　　(2)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；

　　(3)低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质)；

　　(4)低压管壳式余热锅炉；

　　(5)低压搪玻璃压力容器。

　　(三)第三类压力容器(下列情况之一)：

　　(1)高压容器。

　　(2)中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；

　　(3)中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV大于或等于10MPa·m³)；

　　(4)中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV大于或等于0．5MPa·m³)；

　　(5)低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV大于或等于0．2MPa·m³)；

　　(6)高压、中压管壳式余热锅炉；

　　(7)中压搪玻璃钢容器；

　　(8)使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa)的材料制造的压力容器；

　　(9)移动式压力容器，包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体)、罐式汽车、[液化气体运输(半挂车)、低温液体运输(半挂车)、永久气体运输(半挂车)]和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)；

　　(10)球形储罐(容积大于等于50m³)；

　　(11)低温液体储存容器(容积大于5m³)。

　　三、压力容器的制造材料

　　石油化工装置的压力容器绝大多数为钢制的。制造材料多种多样，比较常用的有如下几种。

　　(一)Q235—A

　　0235—A钢，含硅量多，脱氧完全，因而质量较好。限定的使用范围为：设计压力≤1．0MPa，设计温度0～350℃，用于制造壳体时，钢板厚度不得大于16mm。不得用于盛装液化石油气体、毒性程度为极度、高度危害介质及直接受火焰加热的压力容器。

　　(二)20g

　　20g锅炉钢板与一般20号优质钢相同，含硫量较Q235—A钢低，具有较高的强度，使用温度范围为－20～475℃，常用于制造温度较高的中压容器。

　　(三)16MnR

　　16MnR普通低合金容器钢板，制造中、低压容器可减轻温度较高的容器重量，使用温度范围为－20～475℃。

　　(四)低温容器(低于－20℃)材料

　　主要是要求在低温条件下有较好的韧性以防脆裂，一般低温容器用钢多采用锰钒钢。

　　(五)高温容器用钢

　　温度＜400、可用普通碳钢，使用温度400～500℃可用15MnVR、14MnMoVg，使用温度500～600℃可采用15CrMo、12Cr2Mol，使用温度600～700℃应采用0Cr13Ni9和1Cr18Ni9Ti等高合金钢。

　　四、压力容器管理法规

　　压力容器属危险性大的生产设备，为了确保压力容器安全运行，国务院颁发了《锅炉压力容器安全监察暂行条例》(以下简称《条例》)，质量技术监督局颁发了《压力容器安全技术监察规程》。

　　《条例》和《容规》都是强制执行的压力容器管理法规，凡是从事压力大于0．1MPa表压的各种压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造的单位，都必须贯彻执行。

《条例》的主要规定有：

　　(一)压力容器的设计

　　压力容器的设计单位，必须持有省级以上(含省级)主管部门批准，同级劳动部门备案的压力容器设计单位批准书。超高压容器的设计单位，应持有经国务院主管部门批准，并报劳动部锅炉压力容器安全监察机构备案的超高压容器设计单位批准书，否则，不得设计压力容器。

　　(二)压力容器的制造

　　凡制造和现场组焊压力容器的单位，必须持有省级以上(含省级)劳动部门颁发的制造许可证。超高压容器的制造单位，必须持有劳动部颁发的制造许可证。制造单位必须按批准的范围(即允许或组焊一、二类或三类)制造或组焊。无制造许可证的单位，不得制造或组焊压力容器。

　　容器制成后必须进行压力试验。压力试验是指耐压试验和气密性试验，耐压试验包括液压试验和气压试验。除设计图样要求用气体代替液体进行耐压试验外，不得采用气压试验。进行气压试验前，要全面复查有关技术文件，要有可靠的安全措施，并经制造安装单位技术负责人和安全部门检查、批准后方可进行。

　　需要进行气密性试验的容器，要在液压试验合格后进行。压力试验的压力应符合设计图样要求，且不小于表5—1的规定。

表5—1　　压力试验的试验压力

　　液压试验时，容器要充满液体，排净空气，待容器壁温度与液体温度相同时，才能缓慢升压到规定压力，根据容器大小保持10～30min，然后将压力降到设计压力至少保持30min。气压试验时，首先缓慢升压至规定试验压力的10％，保持10min，然后对所有焊缝和连接部位进行初次检查。合格后继续升压到规定试验压力的50％，其后按每级为规定试验压力的10％的级差升压到试验压力，保持10～30min，然后再降到设计压力至少保持30min，同时进行检查。要注意气压试验时所用气体应为干燥的空气或氮气，气体温度不低于15℃。

　　压力试验要严格按照试验的安全规定进行，防止试验中发生事故。

　　液压试验后检查，符合下列情况为合格：

　　(1)无渗漏；

　　(2)无可见异常变形；

　　(3)试验过程中无异常响声。

　　压力容器出厂时，制造单位必须按照《容规》的规定向订贷单位提供有关技术资料。

　　(三)压力容器的安装

　　压力容器安装质量的好坏直接影响容器使用的安全。压力容器的专业安装单位必须经质量技术监督部门审核批准才可以从事承压设备的安装工作。安装作业必须执行国家有关安装的规范。

　　安装过程中应对安装质量实行分段验收和总体验收。验收由使用单位和安装单位共同进行。总体验收时，应有上级主管部门和劳动部门参加。压力容器安装竣工后，施工单位应将竣工图、安装及复验记录等技术资料及安装质量证明书等移交给使用单位。

　　(四)压力容器的定期检验

　　压力容器的定期检验是指在容器使用的过程中，每隔一定期限采用各种适当而有效的方法，对容器的各个承压部件和安全装置进行检查和必要的试验。通过检验，发现容器存在的缺陷，采取措施，以防压力容器在运行中发生事故。

　　压力容器实行定期检验，是及时发现缺陷，消除隐患，保证容器安全运行的必不可少的措施。定期检验，有如下规定的方法：

　　(1)外部检查。指专业人员在压力容器运行中定期的在线检查，每年至少一次。

　　(2)内外部检验。指专业检验人员在压力容器停机时的检验。其期限分为：

　　①安全状况等级为1～3级的，每6年至少一次；

　　②安全状况等级为3～4级的，每3年至少一次；

　　③安全状况等级为3级的，可视缺陷严重程度，适当延长或缩短检验周期。

　　(3)耐压试验。是指压力容器停机检验时，进行的超过最高工作压力的液压或气压试验，其周期为每10年至少一次。

　　(五)压力容器安全状况等级的划分

　　按《压力容器使用登记管理规则》(劳锅字[1989]2号)的规定，根据压力容器的安全状况，分为1级、2级、3级、4级、5级五个等级。每级的具体含义如下：

　　1、1级

　　压力容器出厂技术资料齐全；设计、制造质量符合有关法规和标准的要求；在法规规定的定期检查周期内，在设计条件下能安全使用。

　　2、2级

　　(1)新压力容器。出厂技术资料齐全；设计、制造质量基本符合有关法规和标准的要求，但存在某些不危及安全且难以纠正的缺陷，出厂时已取得设计单位、用户和用户所在地劳动部门锅炉压力容器安全监察机构同意；在法规规定的定期检验周期内，在设计条件下能安全使用。

　　(2)在用压力容器。出厂资料基本齐全；设计、制造质量基本符合有关法规和标准的要求；根据检验报告，存在某些不危及安全可不修复的一般性缺陷；在法规规定的定期检验周期内，在规定的操作条件下能安全使用。

　　3、3级

　　出厂技术资料不够齐全；主体材质、强度、结构基本符合有关法规和标准的要求；对于制造时存在的某些不符合法规或标准的问题或缺陷，根据检验报告，未发现由于使用而发展或扩大；焊接质量存在超标的体积性缺陷，经检验不需要修复；在使用过程中造成的腐蚀、磨损、损伤、变形等缺陷，其检验报告确定为能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用；对经安全评定的，其评定报告确定为能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用。

　　4、4级

　　出厂技术资料不全；主体材质不符合有关规定，或材质不明，或虽属选用正确，但已有老化倾向；强度经校核尚能满足使用要求，主体结构有较严重的不符合有关法规和标准的缺陷，根据检验报告，未发现由于使用因素而发展或扩大；焊接质量存在线性缺陷；在使用过程中造成的腐蚀、磨损、损伤，变形等缺陷，其检验报告确定为不能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用；对经安全评定的，其评定报告确定为不能在规定的操作条件下，按法规规定的检验周期安全使用。必须采取有效措施，进行妥善处理，改善安全状况等级，否则只能在限定条件下使用。

　　5、5级

　　缺陷严重，难于或无法修复，无修复价值或修复后仍难以保证安全使用的压力容器，应予以判废。

　　超高压力容器的安全状况等级分为三级，分别为继续使用、监控使用、判废。

　　监控使用的超高压容器，应根据技术状况和使用条件确定监控使用时间，一般不应超过12个月，且只允许监控使用一次。监控使用必须保证监控措施的落实。

----中国石化出版社  2003年4月出版发行