压力容器的基本知识详解

压力容器是使用时能承受一定内压力作用的密闭容器，广泛用于石油化工、能源工业、科研和军事工业等方面；同时在民用工业领域也得到应用，如煤气或液化气罐、各种蓄能器、换热器、分离器以及大型管道工程等。

1.压力容器的分类

压力容器的分类方法很多，主要的分类方法有以下两种。

（1）按设计压力划分 可分为以下4个承受等级：

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。

（2）按综合因素划分 在承受等级划分的基础上，综合压力容器工作介质的危害性（易燃，致毒等程度），可将压力容器分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类：

图7-24 容器的典型形式

a）圆柱形 b）球形 c）圆锥形

1）Ⅰ类容器。一般指低压容器（Ⅱ、Ⅲ类规定的除外）。

2）Ⅱ类容器。属于下列情况之一者：①中压容器（Ⅲ类规定的除外）；②易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器；③毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；④低压管壳式余热锅炉；⑤塘玻璃压力容器。

3）Ⅲ类容器。属于下列情况之一者：①毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和PV≥0.2MPa·m³的低压容器；②易燃或毒性程度为中度危害介质巨PV≥0.5MPa·m³的中压反应容器≥10MPa·m³的中压储存容器；③高压、中压管壳式余热锅炉；④高压容器。⑤中压搪玻璃压力容器。

2.压力容器的结构特点

常见压力容器结构形式有圆柱（筒）形、锥形和球形3种，如图7-24所示。圆柱形和锥形容器在结构上大同小异，故这里只介绍圆柱形容器的结构特点。

（1）筒体 筒体是压力容器最主要的组成部分，由它构成储存物料或完成化学反应所需要的存在大部分压力的空间。当筒体直径较小（小于500mm）时，可用无缝钢管制作。当直径较大时，筒体一般用钢板卷制或压制（压成两个半圆）后焊接而成。由于该焊缝的方向与筒体的纵向（即轴向）一致，故称纵焊缝。当筒体较短时可做成完整的一节。当筒体的纵向尺寸大于钢板的宽度时可由几个筒节拼接而成。由于筒节与筒节或筒体与封头之间的连接焊缝呈环形，故称为环焊缝。所有的纵、环焊缝焊接接头，原则上均采用对接接头。

（2）封头 根据几何形状的不同，压力容器的封头可分为凸形封头、锥形封头和平盖封头三种，其中凸形封头应用最多。

1）凸形封头包括椭圆形封头、碟形封头、无折边球面封头和半球形封头，如图7-25所示。

图7-25 凸形封头

a）椭圆形封头 b）碟形封头 c）无折边球面封头 d）半球形封头

椭圆形封头的纵剖面呈半椭圆形，是目前应用最普遍的封头形式。一般采用长短轴比值为2的标准。

碟形封头又称为带折边的球形封头。它由三部分组成：第一部分为内半径为R_i的球面；第二部分为高度为h的圆形直边；第三部分为连接第一、二部分的过渡区（内半径为r）。该封头特点为深度较浅，易于压力加工。(www.xing528.com)

无折边球面封头又称球缺封头。这种封头在直径不大、压力较低、介质腐蚀性很小的场合可考虑采用。

2）锥形封头分为无折边锥形封头、大端折边锥形封头和折边锥形封头3种，如图7-26所示，其壁厚是按大端设计的。

锥形封头较适用于某些受压较高的石油化工容器。

图7-26 锥形封头

a）无折边锥形封头 b）大折边锥形封头 c）折边锥形封头

3）平盖封头的结构最为简单，制造也很方便。要求它具有足够的强度和刚度。平盖封头一般采用锻件，与筒体焊接或螺栓联接，多用于塔器底盖和小直径的高压及超高容器。

（3）法兰 法兰按其所联接的部分，分为管法兰和容器法兰。用于管道联接和密封的法兰叫管法兰；用于容器顶盖与筒体联接的法兰叫容器法兰。法兰与法兰之间一般加密封元件，并用螺栓联接起来。

（4）开孔与接管 由于工艺要求和检修时的需要，常在某些容器的封头开设各种孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出接管，以及安装压力表、液位计、流量计、安全阀等接管开孔。

手孔和人孔是用来检查容器的内部并用来装拆和洗涤容器内部的装置。手孔的直径一般不小于150mm。容器直径大于1200mm时应开设人孔。位于筒体上的人孔一般开成椭圆形，净尺寸为300mm×400mm；封头部位的人孔一般为圆形，直径为400mm。筒体与封头上开设孔后，开孔部位的强度被削弱，一般应进行补强。

（5）密封元件 压力容器的密封元件置于筒体与封头或两法兰接触面之间，借助螺栓等连接件压紧，使容器内液体或气体不致泄漏。

（6）支座 压力容器靠支座支撑并固定在基础上。随着圆筒形容器的安装位置不同，有立式容器支座和卧式容器支座两类。对卧式容器主要采用鞍式支座，对于薄壁长容器也可采用圈座，如图7-27所示。

图7-27 卧式容器典型支座

a）鞍形支座 b）圈形支座

3.压力容器制造的技术要求和技术条件

在GB150—1998《钢制压力容器》中规定，压力容器受压元件用钢应具有钢材质检证书，制造单位应按该质检证书对钢材进行验收，必要时尚应进行复检。把压力容器受压部分的焊缝按其所在的位置分为A、B、C、D四类，如图7-28所示。

（1）A类焊缝 受压部分的纵向焊缝（多层包扎压力容器层板的层间纵向焊缝除外），各种凸形封头的所有拼接焊缝，球形封头与圆筒连接的环向焊缝以及嵌入式接管与圆筒或封头对接连接的焊缝，均属于此类焊缝。

（2）B类焊缝 受压部分的环形焊缝、锥形封头小端与接管连接的焊缝均属于此类焊缝（已规定为A、C、D类的焊缝除外）。

（3）C类焊缝 法兰、平封头、管板等与壳体、接管连接的焊缝，内封头与圆筒的搭接角焊缝以及多层包孔压力容器层板层纵向焊缝，均属于此类焊缝。

（4）D类焊缝 拉管、人孔、凸缘等与壳体连接的焊缝，均属于此类焊缝（已规定为A、B类的焊缝除外）。

其他有关压力容器生产的技术规定可查阅有关标准。

图7-28 压力容器四类焊缝的位置