[转帖]压力容器

yzjit119

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

潘宇

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