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压力容器的使用特征

2020-07-17 08:15:12
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       压力容器在各行各业广泛使用,是具有爆炸危险的特种设备,生产工艺要求高,使用条件比较恶劣,并承受多种载荷,操作要求也高,这就决定了压力容器的使用不同于其他设备。现简述如下:

一、生产工艺要求高

       许多压力容器使用单位,特别是石油、化工等行业,生产线长、容器种类多、数量多、相互关联,且多为连续性生产。随着生产的发展、科技的进步,集中控制、自动调节日趋广泛,对设备运行的可靠性要求愈来愈高。

二、使用条件比较恶劣

       为适应生产工艺的需要,压力容器要承受一定的压力,甚至是较高压力;还由于间歇式操作或交替加入不同介质的原因,承受的压力大幅度波动;另外压力容器还要承受不同的温度,有些需要在-20℃以下的低温状态工作,有些需要在450℃以上的高温状态下工作。间歇式操作的容器以及一些加热、冷却交替进行的容器还要受到温度大幅度变化的影响;此外,压力容器还受到介质对它的腐蚀影响,压力容器内的介质,有的具有一定的腐蚀性,腐蚀性介质会对容器产生不同程度的腐蚀;有的压力容器内介质有易燃易爆性或毒性程度高,一旦泄漏或遇到火源,就会造成人员中毒或引起燃烧、爆炸等。

三、承受多种载荷

     (1)介质的压力(内压、外压或压差)和压力波动,这里主要是载荷;

     (2)液体的静压力;

     (3)容器的自重(包括内件和填料等)以及正常操作条件下或试验状态下,内装物料的重力载荷;

     (4)装在容器上的附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷;

     (5)风载荷、雪载荷及地震载荷,尤其是室外安装的高大塔类设备;

     (6)其他因素的载荷;

       1支座及支撑件的反作用力;

       2连接管道及其他部件振动引起的载荷;

       3温差引起的载荷,特别是间歇操作的容器和交替使用冷热的容器,各部位的温度不同,同时受邻近部件的约束,不能自由伸缩造成的载荷;

       4冲击反力,如流体冲击引起的反力等;

       5运输或吊装时的作用力。

四、操作要求高

       容器的运行主要依靠仪表监视。容器内的温度、压力的变化往往在瞬间发生,且影响因素较多,一旦操作失误,就会发生事故,严重时会导致设备爆炸事故。

       因此,这就要求压力容器的操作人员有高度的责任心和一定的技术素质,严格执行设备操作规程,遇到紧急情况时能及时排除,防止事故发生。

五、压力容器的参数

1、压力

      (1)高工作压力:对承受内压的容器指在正常使用过程中,顶部可能出现的高压力;对承受外压的容器,指在正常使用过程中,可能出现的高压力差值;对夹套容器指夹套顶部可能出现的高压力差值。高工作压力在容器出厂时已做了规定,在出厂的《压力容器产品质量证明书》中已明确,产品铭牌和注册铭牌中也有注明。在使用中有些容器经检验后发现缺陷,检验单位又重新核定其允许运行的压力(简称P允),压力容器操作人员操作压力容器时,不得高于上述压力。压力容器的高工作压力应不大于该压力容器的设计压力或检验单位核定的压力标准。

      (2)设计压力:指设定的容器顶部的高压力,并与相应的设计温度一起作为设计载荷条件,其值不低于高工作压力(即标注在铭牌上的容器设计压力)。

压力容器的“设计压力”不得低于容器的“高工作压力”。对装有安全泄放装置的压力容器,其“设计压力”不得低于安全泄放装置的开启压力或爆破片的爆破压力。对盛装液化气体的固定式压力容器的设计压力,应遵循《容规》等有关规定。

      (3)大允许工作压力:指在设计温度下,容器顶部所允许承受的大表压力。该压力是根据容器受压元件的有效厚度计算所得,且取其小值。使用大允许工作压力时,应在图样和铭牌中注明。

      (4)试验压力:指压力容器在压力试验时,容器顶部的压力。

2、温度

      (1)金属温度:指容器受压元件沿截面厚度的平均温度。任何情况下,元件金属的表面温度不得超过钢材的容许使用温度。

      (2)设计温度:指容器在正常操作情况和在相应设计压力下,设定的受压元件的金属温度。容器设计温度(即标注在容器铭牌上的设计温度)不得低于元件金属在工作状态可能达到的高温度;对于0℃以下的金属温度,设计温度不得高于元件金属可能达到的低温度。

      (3)试验温度:指压力试验时,容器壳体的金属温度。

3、直径

      (1)直径:一般指压力容器的内径,是确定压力容器容积的主要尺寸之一。

      (2)公称直径:指经标准化、系列化后的尺寸,以适应容器标准化、系列化的需要。

六、压力容器的应力来源

1、应力与变形的基本概念

       压力容器在运行时,由于受到各种载荷作用,会改变原来的形状即产生变形,而且在其内部要产生反抗外力作用的内力,作用的外力与截面内力的总和相等。一般情况下内力与变形随外力的增大而增加。内力在截面上的分布与一定均匀,因此有必要求得截面上每一块微小单位面积的内力,作用在单位面积上的内力即称为应力。应力的单位也为MPa。

2、压力容器的应力来源

压力容器的应力主要来源有:

    (1)由压力(内压或外压)而产生的应力,是压力容器的主要应力,而且是确定容器壁厚的主要因素。受内压的容器由于壳体在压力作用下要向外扩张,因而在器壁上总是产生拉伸应力。

另外,压力容器在运行时,由于压力的波动以及开停车、水压试验等都会产生应力。

    (2)由重量而产生的应力。压力容器除容器本体具有一定的重量以外,器内的介质、工艺装置附件以及器外的其他附加装置也常有较大的重量,所有这些重量作用在器壁上也会使器壁产生应力。

    (3)其他外载荷引起的应力。除上面江的压力和重力等载荷以外,还有其他一些载荷也会使壳壁产生应力。如风载荷、雪载荷、地震载荷等。另外还有接管力矩等附加力矩产生的应力等。

    (4)由温度而引起的应力。由于温度的变化使容器构件受热膨胀、遇冷收缩,但它同时又会受到相邻部分或其他构件的牵制约束而不能按照热胀冷缩的规律产生变形,因此构件内部就要产生应力。

    (5)封头与筒体连接时,在连接外边界区域,附加弯矩也会引起轴向、环向应力。

 

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