压力容器

1.概述

工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器。

为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：

(1)最高工作压力≥9.8104Pa(1Kgf/cm²)；

(2)容积≥25L，且工作压力与容积之积≥200L.Kgf/cm²(196010⁴L.Pa)；

(3)介质为气体、液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体。

压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。

压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。

压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。

2.分类

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。

(4)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。

3.检验标准

实施进出口压力容器检验的依据是《商检法》和《进出口锅炉、压力容器监督管理办法》。

压力容器的检验是按照国家颁布的有关法规和技术标准对压力容器结构的合理性，受压元件强度、制造和安装质量的优劣，内外部存在的缺陷以及安全附件的准确、可靠程度进行全面检验，作出鉴定性的结论。

进出口压力容器检验涉及的标准很多，归纳起来，有以下几种：

(1)法规性的规定：这类检验标准是国家颁布的，具有强制性的，是压力容器设计、制造、安装、运行和管理上必须遵守的规定、规程或规范。

这种法规性的规定，是压力容器检验的重要依据。在我国有《锅炉压力容器安全监察暂行条例》、《压力容器安全监察规程》、《钢制石油化工压力容器的设计规定》以及《锅炉压力容器焊工考试规则》、《锅炉压力容器无损检测人员资格考核规则》等。

无论是进口的还是出口的容器，若某项内容不符合这类规定，该压力容器就不能使用。

(2)具体的技术性规定：与压力容器检验有关的技术性标准较多。这类标准包括：材料标准、材料试验标准、材料验收标准、零部件标准、产品标准、工艺标准、工艺质量检测标准等。粗略统计，我国约有20余个。这些标准是产品质量特性的一系列技术参数和标准明确化的，为特定性的技术文件，它是衡量产品质量的尺度。

在我国这类标准，有国标(GB)、行标(JBYB)等以及企业标准。

(3)合同规定的标准：鉴于压力容器的特殊性，我国政府规定：进出口压力容器的质量，特别是安全性能，不能低于我国现行标准的规定。因此，签约双方在进行技术谈判和签约时，对于低于我国标准内容予以注意，避免因不符合我国标准而无法使用。

4.压力检验项目和检验方法

(1)检验范围：进出口压力容器检验包括下列范围：压力容器设计的审查、压力容器运行质量的检验、压力容器安装质量的检验、压力容器返修质量的检验、压力容器运行质量的检验。总之，凡是能影响压力容器安全运行的项目，都是检验的范围。

(2)检验项目和方法：进出口压力容器的检验，一般包括两大项内容。即设计资料审查和实体检验。根据检验需要，出口的可以派员驻厂检验监检，进口的派员出国进行监造或监检。

①设计资料的审查：设计、制造资料的审查，不仅是审查资料是否齐全，还要审查资料是否符合要求。

资料审查包括如下内容：

设备图纸、质量证明书、产品合格证等是否齐全、合格。其中应包括主要受压元件的材质证明及强度计算、施焊证明、焊接工艺、热处理工艺、试压报告等与安全性能检验有关的资料。

结构合理性的审查。其中包括安全附件的设计和计算书。

②实体检验：采用直观检查、量具检查、无损探伤检测、理化性能检验、水压试验等方法，压力容器本体和主要零部件进行外观和内在质量的检查。

检验的主要项目有：受压元件材质、外观尺寸和成形质量、焊缝质量、组压质量、内部装置及安全附件是否齐全有效、胀管质量、各受压元件相互的几何位置和耐压性能等。

③性能：技术资料审查和实体检验合格的压力容器视需要进行性能检验，检查其规定的技术和经济指标。

除以上检验项目外，对于进出口压力容器，还要依据标准进行整体外观、数量、包装等检验。

5.其他

目前，列入检验检疫“法定检验商品”的进出口压力容器的具体品种为：工作压力>0.1Mpa的各种贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器，总计四类58种。此外，对于糟车和气瓶另有规定，关于这两类商品的情况另述。

压力容器除了单独引进和出口外，还多以配套设备在进出口贸易中出现。因此，在签约和技术谈判时，应根据我国的有关法规，对压力容器的技术资料、检验标准、检验方法提出明确要求，以确保货物质量和检验工作的顺利进行。

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、封多层包扎结构的尿素合成塔头、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。
　