压力容器（承载一定压力的密闭设备）
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更新时间：2023-05-20
压力容器
承载一定压力的密闭设备
压力容器（英文：pressure vessel），一般指内部或外部承受气体或液体压力，对安全性有较高要求的密闭容器，主要承担生产中的反应、传热、传质等环节，或是在有压力的条件下贮存、运输气体或液化气体。压力容器主要应用于石油、机械、化工、能源工业、科研和国防等领域，并广泛应用于民用行业，如天然气或液化气储罐、热交换器、分离器及大型管道工程等。
基本信息
中文名
压力容器
英文名
pressure vessel
运用领域
工业、军工、科研
功能
盛装气体或者液体
应用学科
机械
压力容器主要为圆柱形，少数为球形或其他形状，通常由本体（壳体、封头、接管、密封件等）、非受压元件（支座等）、安全附件及仪表等部分组成。由于压力容器内部和外部的压力差通常较大，且可能装载有毒有害或易燃易爆物质，具有潜在的危险，因此受到严格的标准控制。
定义
基本概念
压力容器通常由壳体、封头、接管、密封件、支座等部件组成；材质包括金属及非金属材料，较多使用钢材；制造方法主要为压力加工和焊接。由于压力容器要在长期运行中承受压力、温度和化学介质的作用，其在设计时要严格满足有关设计标准和准则，确保设备的安全性。此外，在压力容器的使用和运行过程中，也应充分重视可能发生的意外情况，避免因操作不当出现安全事故。
为了更有效地实施科学管理和安全监检，经过多年来的不断调整与优化，中国的《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：Ⅰ类容器、Ⅱ类容器和Ⅲ类容器三种。从移动式压力容器和固定式压力容器两方面，对每类容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。
其中，移动式压力容器是指由罐体或者大容积钢质无缝气瓶（以下简称气瓶）与走行装置或者框架采用永久性连接组成的运输装备，包括铁路罐车、汽车罐车、长管拖车、罐式集装箱和管束式集装箱等。《移动式压力容器安全技术监察规程》适用于同时具备下列条件的移动式压力容器∶
（1）具有充装与卸载（以下简称装卸）介质功能，并且参与铁路、公路或者水路运输;
（2）罐体工作压力大于或者等于0.1 MPa，气瓶公称工作压力大于或者等于0.2 MPa;
（3）罐体容积大于或者等于 450 L，气瓶容积大于或者等于1000 L;
（4）充装介质为气体以及最高工作温度高于或者等于其标准沸点或者气相空间的容积与工作压力的乘积大于或者等于 2.5 MPa·L 的液体。
（1）工作压力大于或者等于0.1 MPa;
（2）容积大于或者等于0.03 m³并且内直径（非圆形截面指截面内边界最大几何尺寸）大于或者等于150 mm;
主要特点
（1）应用广泛
压力容器一直广泛应用于社会生产，不仅在化工、能源、医药、航空航天等工业生产中承担重要角色，其在农业、民用和军工等领域也有非常重要的地位和作用，其中压力容器在石油化学工业中的应用最为普遍。
（2）工作条件恶劣
压力容器在工作中需要承受各种静、动载荷或交变载荷，以及附加的机械或温度载荷和低周疲劳载荷；环境温度复杂多变，工作温度从-196 ℃低温到超过1000 ℃的高温；压力容器内存放的介质较为危险，包括硫化氢、液化石油气、液氨、液氯、各种酸和碱，一旦检验、操作失误容易造成严重后果。
（3）要求连续使用
压力容器一般要求连续运行，无法像其他设备那样可随时停下检修。如果突然停止运行，将影响整个生产线或一个工厂的生产进程，造成非常大的经济损失。
基本结构
压力容器的基本结构复杂多样，最常见的结构为圆柱形、球形和锥形三种，一般由容器本体、非受压元件、安全附件及仪表等组成。
容器 | 组成 | 部件 | 结构元件 | 力学元件 | 适用、管辖范围 | ||
GB/T 150 | TSG 21 | ||||||
压力 容器 | 受压元件 壳体[注] （含受压元件与非受压元件的连接焊缝） | 回转壳 | 筒体 | 筒体 变径段 膨胀节 | 圆柱壳 锥壳 环形板+环壳 | √ | √ |
封头 | 球形 椭圆形 碟形 球冠形 锥形 | 球壳 椭球壳 球冠+环壳 球冠 锥壳 | |||||
板 | 平盖 | 圆形板、异形板 | |||||
多孔板 | 弹性基础班、环形板 | ||||||
壳、环等 | 接管 | 圆柱壳 | |||||
密封结构（法兰、其他形式） | 壳、板、环 | 等（变）厚度圆柱壳、环形板、圆环 | |||||
其它 | 加强件 | 开孔补强圈、外压加强圈 | 杆、板、环 | ||||
非受压元件 | 支撑件 | 支座、吊柱 | 筋板、肋板 | √ | |||
管、耳轴 | 圆柱壳、板 | √ | |||||
工艺内件 | 塔盘、过滤网档板、折流板 等 | √ | |||||
附件 | 安全附件 | 安全阀、爆破片装置、易熔塞、紧急切断装置、安全联锁装置 | 安全泄放装置 | √ | |||
仪表 | 压力机、温度计、液力计等测量仪表 | √ | |||||
注：壳体一般由筒体（含变径段）、球壳板、非圆形容器的壳板、封头、平盖等受压元件组成的密封腔体；见TSG 21-2016，修订说明，第1.6.1条。 | |||||||
部件作用介绍
（1）受压元件
筒体：指承担压力容器中储存物料或完成化学反应所需要的压力空间，因此筒体的大小往往是根据工艺要求来确定的，形状包括圆筒形、锥形和球形等。
管板：指固定换热管的圆形钢板，管板上留有比管子外径略大的开孔，起到固定换热管和密封作用。
密封结构：由法兰和密封元件组成。其中，法兰是通过螺栓连接确保垫片压紧，实现容器及管道连接中的密封效果；密封元件是放在两个法兰或封头与筒体端部接触面之间，确保筒体内的液体或气体介质不致泄漏，材质可分为金属（铜、铝、软钢）、非金属（石棉、橡胶等）和组合型（铁包石棉、钢丝缠绕石棉等）。
加强件：指以贴板形式，附加在压力容器売体开孔周围的环形金属件，材料尽量与壳体一致，焊接在壳体内侧或外侧。
（2）非受压元件
支撑件：指支撑压力容器并固定基础上的受压元件，根据容器安装形式来选择具体样式。常见的支撑件形式有鞍式、支撑式、柱式、悬挂式、裙座式等。
（3）安全附件与仪表
安全阀：当设备内的压力超过规定要求时自动开启，释放超过的压力，使设备回到正常工作压力状态。压力正常后，安全阀自动关闭。安全阀经校验后，严禁加重物、移动重锤、将阀瓣卡死等手段任意提高安全阀整定压力或使安全阀失效；
爆破片：利用膜片的断裂来泄压的，泄压后容器被迫停止运行；
减压阀：调节进出口压力；
安全联锁装置：快开门安全联锁报警装置是防止快开门式压力容器发生操作事故的有效措施。a、当快开门达到预定关闭部位方能升压运行的联锁控制功能；b、当压力容器的内部压力完全释放，安全联锁装置脱开后，方能打开快开门的联锁联动功能；c、具有与上述动作同步的报警功能
历史发展
最早的压力容器可以追溯到引领了第一次工业革命的蒸汽机。1698年，英国工程师托马斯·塞维利制作出可用于工业生产的真空蒸汽机。18世纪后，高压蒸汽机出现，其功率比真空蒸汽机更强，却容易发生爆炸。例如，1854年3月2日美国康涅狄格州哈特福德市Fales and Gray汽车工厂发生锅炉爆炸，伤亡严重。调查显示，这次事故是可以通过安全管理措施避免的，此后部分从业者开始拟定锅炉等压力容器的监察规范。
二十世纪早期，马萨诸塞州立法委员会颁布了世界最早的锅炉法律。此后，为了确保压力容器在设计寿命内安全可靠地运行，世界各工业国家都制定了一系列压力容器规范标准，包括美国联邦政府和各州制定的法律、欧盟指令和欧洲协调标准，以及日本工业标准等强制执行针对压力容器的法律法规，对设计、制造和使用的各个环节进行严格审查，将压力容器作为特种设备予以强制性管理。
作为工业特种装备的重要组成部分，中国金属压力容器行业早在新中国成立初期就已经起步，1956年南京永利宁厂机械分厂试制成功中国第一台多层包扎式高压容器。在六十年代，中国已经具备一定的金属压力容器制造能力。在改革开放后，随着国外的先进焊接设备进入，中国的压力容器制造能力不断增强。随着全球经济和科技的快速发展，压力容器行业已经形成规模庞大而完善的产业体系，市场发展前景广阔。
产品分类
按不同标准，压力容器有很多分类。
按制造分类：分为焊接容器、锻造容器、铆接容器、铸造容器和组合容器五种。
按材料分类：分为钢制容器、有色金属容器和非金属容器。
按壁厚分类：分为薄壁容器和厚壁容器两种。
按形状分类：分为球形容器、圆筒形容器、圆锥形容器。
按承压方式分类：分为内压容器和外压容器。
按设计压力分类：
低压容器（代号L） | 0.1 MPa ≤ p < 1.6 MPa |
中压容器（代号M） | 1.6 MPa ≤ p < 10 MPa |
高压容器（代号H） | 10 MPa ≤ p < 100 MPa |
超高压容器（代号U） | p ≥ 100 MPa |
按综合因素分类（如压力容器的高低、容积的大小、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用）
Ⅰ类容器：指装有非易燃或无毒介质的低压容器，或是装有易燃或有毒介质的低压分离容器和换热容器；
Ⅲ类容器：指属于下列情况之一的容器：1）高压、超高压容器；2）装有易燃或有毒介质的中压反应容器，中压贮罐或槽车；3）装有剧毒介质的大型低压容器和中压容器；4）中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉。
按压力容器作用分类
反应压力容器（完成介质物理、化学反应）；换热压力容器（完成介质热量交换）；分离压力容器（完成介质的流体压力平衡和气体净化分离）；储存压力容器（盛装原料气体、液体）。
按安装方式分类
(1)固定式压力容器：指有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。使用环境固定，不能移动。工作介质种类繁多，大多为有毒、易燃易爆和具有腐蚀性的各类化学危险品。如球形储罐、卧式储罐、各种换热器、合成塔、反应器、干燥器、分离器、管壳式余热锅炉、载人容器（如医用氧舱）等。
(2)移动式压力容器：主要承装某种介质并搭载在运输工具上，如汽车与铁路罐车的罐体。不仅会承受内压或外压载荷，在搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。
(3)气瓶类压力容器：作为压力容器的一种，气瓶在日常生活中应用广泛，有高压气瓶（如氢、氧、氮气瓶）和低压气瓶（如民用液化石油气钢瓶），工作介质许多也是易燃、易爆或有毒物质。其也有很强的移动性，既有运输过程中的长距离移动，也有在具体使用中的短距离移动。
制造工艺
压力容器的制造工艺包括原材料的准备、划线、下料、弯曲、成形、边缘加工、装配、焊接、检验等；
原材料准备：钢材在划线前，首先要对钢材进行预处理，包括对钢板、管子和型钢等材料的净化处理、矫形和涂保护底漆。
划线：划线工序通常包括对零件的展开、放样和打标记等环节，是压力容器制造过程的第一道工序，它直接决定了零件成形后的尺寸精度和几何形状精度，对以后的组对和焊接工序有着很大的影响。划线是在原材料或经初加工的坯料上划出下料线、加工线、各种位置线和检查线等，并打上（或写上）必要的标志、符号。
切割：切割也称下料，是指在划过线的原材料上把需要的坯料分离下来的工序。切割方法有机械切割和热切割两种，其中机械切割主要包括剪切、锯切、铣切和冲切等，其特点是在切割过程中机械力起主要作用；而常见的热切割有氧气切割和等离子切割。
成形：主要指筒体的弯卷和封头成形，其中筒体是由若干筒节通过环向焊缝焊接构成，筒节是通过板材卷圆和纵向焊缝焊接而成；封头成形的方法主要有冲压法、旋压法和爆炸成形法三种。
焊接：通过加热或加压，或两者兼用，使焊件达到原子间结合并形成永久接头的工艺过程。
压力容器无损检测：压力容器的焊接接头，应先进行形状尺寸和外观质量的检查，合格后，才能进行无损检测。有延迟裂纹倾向的材料应在焊接完成24小时后进行无损检测；有再热裂纹倾向的材料应在热处理后再增加一次无损检测。压力容器的无损检测方法包括射线、超声、磁粉、渗透和涡流检测等。
压力容器的耐压试验和气密性试验：压力容器的耐压试验分为液压试验和气压试验两种。压力容器各元件(圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等)所用材料不同时，计算耐压试验应取各元件材料结果的最小值。
实际应用
应用领域
压力容器广泛应用在工业、民用和军工等重要领域，主要参与高压下进行的生产工艺过程和压力下的气体和液化气储存，在其中发挥了重要作用。压力容器早期应用在化学工业，并逐渐扩展至能源工业和其他领域，尤其是在化学工业与石油化学工业中应用最多，在传热、传质、运输存储等工艺过程中的压力容器约占全部压力容器总数的50%。此外，压力容器在民用领域也应用广泛，常见的民用压力容器主要集中在各类压缩机和制冷设备的辅机中。压力容器属于特种设备安全管理的范畴，设计单位应具备压力容器设计许可证资质，生产厂家应办理压力容器生产许可证资质。主要压力容器类别如下：
储存压力容器：主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储气罐，储油罐等。
换热压力容器：主要是用于完成介质的热量交换的压力容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。
注意事项
压力容器安全操作的基本要求:
1）压力容器操作人员必须熟悉工艺流程，掌握结构、类别、主要技术参数、技术性能和有关安全知识，持证上岗；严格按操作规程操作，认真填写有关记录，及时对故障进行处理；
2）压力容器及其本体上安全附件及仪表应当齐全并且灵敏可靠；
3）压力容器严禁超温、超压运行；
4）坚持压力容器运行期间的巡检，及时发现并处理异常现象。
压力容器的运行操作:
1）做好投运前准备工作。对容器及其安全装置按照国家有关技术法规和标准的要求进行全面检查验收，以及操作环境是否符合安全运行的要求；操作人员了解设备，熟悉工艺流程和工艺条件。
2）压力容器进料。压力容器及其装置在进料前要关闭所有的放空阀门。在进料过程中，检查防止物料泄露或走错方向。在调整工况阶段，应注意检查阀门的开启度是否合适。
3）运行中对压力容器的压力、温度和液位进行控制，保证在允许范围内。
4）压力容器要平稳操作。容器应缓慢进行加压、加热或冷却操作，尽量避免突然变化，使工艺指标稳定；
压力容器的停止运行:
1）正常停止运行。由于容器及设备要进行定期检验、检修、技术改造，或因原料、能源供应不及时，或因容器本身要求采用间歇式操作工艺的方法等正常原因而停止运行，需要提前编制停工方案，妥善处理压力、温度和有毒有害物质。
2）紧急停止运行。在遇到危险情况，包括压力、温度、液位超过限度，且无法控制；容器的主要承压部件出现问题；容器的安全装置或连接装置损坏；发生火灾等其他危险情况。
容器运行期间的检查:
压力容器运行期间的检查的内容包括工艺条件、设备状况以及安全装置等方面。
3）安全装置方面的检查。主要检查安全装置以及仪表是否灵敏可靠或在校验期内。
异常处理
压力容器不但承受着大小不同的压力载荷（在一般情况下还是脉动载荷）和其他载荷，还可能在高温或深冷的条件下运行，工作介质又往往具有腐蚀性，工况环境比较恶劣。且作为通过不同金属材料焊接制成的金属设备，压力容器的结构复杂，容易因各种意外情况，在锻造过程中留下缺陷，如母材、热影响区和焊缝区的裂纹，焊接缺陷或是变形缺陷等。在压力容器运行中，一旦缺陷在高压或腐蚀性介质的影响下不断扩展，可能导致容器破裂导致意外事故，像爆炸和燃烧起火等，需要及时采取正确的处理方法。
故障1：超压
（1）压力容器操作人员根据具体操作方案，操作相应阀门及排放装置，将压力降到允许范围内；（2）立即通知工艺运行、设备管理部门查明原因，消除隐患；（3）超压情况可能会影响相关设备安全使用，应立即继续降压、直至停车；（4）检查超压所涉及的受压元件、安全附件是否正常；（5）修理或更换受损部件；（6）详细记录超压情况，受损部件的修理、更换情况。
故障2：超温
（1）压力容器操作人员根据具体操作方案，操作相应阀门，喷淋装置将温度降到允许范围内；（2）同上；（3）超温情况可能会影响相关设备安全使用，应立即继续降温、降压、直至停车；（4）检查超温所涉及的受压元件、安全附件的外观、变形等安全状况；（5）同上；（6）详细记录超温情况，受损部件的修理、更换情况。
故障3：异常声响
（1）压力容器操作人员立即观察设备压力、温度等运行参数是否正常；（2）同上；（3）原因不明应立即降压、直至停车；（4）检查异常响声所涉及的受压元件、安全附件的外观、变形等安全状况；（5）同上；（6）详细记录超温情况，受损部件的修理、更换情况。
故障4：异常振动
(1)压力容器与管道发生严重振动，会危及安全运行，操作人员应根据具体应急预案，确认振动源，并予以消除；(2)有可能造成设备损伤的，应停车检测。
相关政策
在国际中，压力容器要遵守的法规标准体系基本可以划分为由立法机构制定的法律、政府机构制定的法规以及行业内制定的标准组成，其中法律和法规要求强制执行的，而行业标准在部分国家是自愿执行。
欧盟
欧盟的压力容器法规标准体系主要分为欧盟指令和欧洲协调标准（European Norm，EN），其中欧盟指令由成员国转化为本国法律后强制执行，内容包含了欧盟对压力容器安全方面的基本要求。而协调标准是欧洲标准化组织（CEN）在欧盟指令的基础上细化制定的，包含压力容器的材料、设计、制造、安装、使用到检验的全过程。
与压力容器有关的指令主要有：76/767/EEC - 压力容器一般指令、87/404/EEC - 简单压力容器指令和97/23/EC - 承压设备指令。而非强制性的欧洲协调标准主要有EN13445 - 非直接受火压力容器、EN12952 - 水管锅炉及附件安装、EN12953 - 锅壳式锅炉等。
美国
美国没有制定全国统一的压力容器安全法律法规，而是由联邦政府和各州政府分别立法。对于跨地区的移动式压力容器（气瓶）由联邦政府制订的法律法规予以规范，如美国联邦劳动规范（联邦法典29章）、危险品运输法等一些法律法规。而在各州内部使用的压力容器则受到各州法规的管理。在标准层面，联邦政府与各州执行的标准也不相同，同样分为联邦体系和州体系，主要由美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers，ASME）的压力容器标准和美国石油学会（American Petroleum Institute，API）的API标准构成，包含数百项压力容器和无损检验相关的标准，形成完善的压力设备材料标准体系。
目前的ASME压力容器标准共有十二卷，与压力容器设计有关的主要是第Ⅱ卷材料、第Ⅲ卷核电厂部件建造规则、第Ⅴ卷无损检测、第Ⅷ卷压力容器、第Ⅹ卷玻璃纤维增强塑料压力容器、第Ⅺ卷核电厂部件在用检验规则和第Ⅻ卷移动式容器建造和连续使用规则。其中，第Ⅷ卷压力容器又分为三册，简称为ASME Ⅷ-1（常规设计标准，适用于小于20 MPA的压力容器）、ASME Ⅷ-2（分析设计标准，适用于中压容器）和ASME Ⅷ-3（适用于设计压力不小于70MPa的高压容器）。
中国
- 法律
为了加强特种设备安全工作，预防特种设备事故，保障人身和财产安全，促进经济社会发展，中国制定了《特种设备安全法》，并于2014年1月1日起施行。该法对特种设备的生产（包括设计、制造、安装、改造、修理）、经营、使用、检验、检测和特种设备安全的监督管理作出了具体规定。
- 法规
中国现行的压力容器方面的法规、条例主要有;
《移动式压力容器安全技术监察规程》TSG R0005—2011（2012年6月起施行）
《气瓶安全技术监察规程》TSG R0006—2014（2015年1月起施行）
- 技术标准（国家标准、行业标准）
压力容器作为涉及生命安全，危险性较大的一类特种设备产品，各工业发达国家都有相应的统一技术标准。目前，压力容器行业中采用的绝大部分国家标准和全部行业标准都是推荐性标准，中国现行的压力容器国家标准和行业标准如下：
压力容器 GB/T150—2011（原GB150—2011）
热交换器 GB/T 151-2014
钢制球形储罐 GB/T 12337—2014
压力容器公称直径 GB/T9019—-2015
低温压力容器用钢板 GB/T 3531—2014 GB/T713—2014
锅炉和压力容器用钢板 JB 4732-1995
钢制压力容器—分析设计标准 NB/T 47008—2017
承压设备用碳素钢和合金钢锻件低温承压设备用合金钢锻件 NB/T 47009—2017
承压设备焊接工艺评定 NB/T47014一201l
压力容器焊接规程 NB/T47015—2011
系制焊接容器 JB/T4734—2002
转制焊接容器 JB/T 4745—2002
