壓力容器的種類繁多,不同類別的壓力容器,其存在的危險程度也不同。對不同類別的壓力容器采用不同的管理方法和管理措施,既可節約管理成本,又可確保壓力容器安全。因此,為了便于對壓力容器從設計、制造、安裝使用和維護、檢驗等的各個環節按類別進行全過程的管理追蹤,必須對壓力容器進行分類。
一、一般分類
根據不同的要求,壓力容器可以有許多種分類方法。例如,按容器壁厚可分為薄壁容器(指相對壁厚較薄)和厚壁容器;按殼體承壓的方式可分為內壓容器(殼體內部承壓)和外壓容器;按容器的工作壁溫可分為高溫容器、常溫容器和低溫容器;按殼體的幾何形狀可分為球形容器、圓筒形容器和其他特殊形狀容器等;按容器的制造方法可分為焊接容器、鍛造容器、鉚接容器、鑄造容器、有色金屬容器和非金屬容器;按容器的安放形式可分為立式容器和臥式容器等。總之,各種不同的分類方法都是從各個不同需要的角度來考慮的。例如,按壁厚和承壓方式分類便于容器的設計計算;按制造方法和制造材料分類,則對容器的制造管理比較方便。
從壓力容器的使用特點和安全管理方面考慮,壓力容器一般分為固定式和移動式兩大類(見表1—1)。這兩類容器由于使用方法不同,對它們的技術管理要求也不完全一樣。我國和其他許多國家對這兩類容器都分別制定了不同的管理規程和技術法規。
表1—1 壓力容器分類
1.固定式
固定式容器是指除了用于運輸儲存氣體的盛裝容器以外的所有容器。這類容器有固定的安裝和使用地點,工藝條件和使用操作人員也比較固定,容器一般不是單獨裝設,而是用管道與其他設備相連接。固定式容器還可以按它的壓力和用途進行分類。
(2)按工藝用途分類 固定式壓力容器雖然在各種工業中的具體用途非常繁雜,但根據其在生產工藝過程中所起的作用可以歸納為四大類,即反應壓力容器、換熱壓力容器、分離壓力容器、儲存壓力容器。按工藝用途將容器分類,可以根據它的種類大體了解容器在生產中的主要作用,工藝條件的穩定情況,壓力控制的難易,以及萬一發生爆炸時可能造成危害的嚴重程度等,這對于壓力容器的管理和技術監督都是有利的。
①反應壓力容器(代號R) 主要用于完成介質的物理、化學反應。這類容器的壓力源于兩種,即加壓反應和反應升壓。
加壓反應是指壓力容器內的壓力由容器外產生,工作介質經過加壓后才進入容器內進行反應。通過加壓,容器內部的介質才能進行和維持物理、化學反應,或是通過加壓才能使容器內部的介質加速反應,以提高生產率和設備利用率。這種加壓反應一般都是使容器內部維持一定的壓力,因此這樣的反應壓力容器的工藝過程一般都是連續的,壓力比較穩定,沒有頻繁的壓力和溫度的周期性的變動。反應升壓是指壓力容器內的壓力是容器內產生的,即通過容器內的介質反應而產生壓力,介質在容器內發生體積增大的化學反應,使容器升壓。這類反應壓力容器舊式的多為間歇式,容器內壓力和溫度都有較頻繁的周期性變動。許多反應容器內工作介質發生化學反應的過程是既放熱又吸熱的過程。為了保持一定的反應溫度,常常需要裝設一些加熱、冷卻或攪拌等附屬裝置。
常用的反應容器有反應器、反應釜、超高壓釜、合成塔、變換爐、蒸煮鍋、蒸球、蒸壓釜、煤氣發生爐等。
②換熱壓力容器(代號E) 主要用于完成介質的熱量交換,達到生產工藝過程所需要的將介質加熱或冷卻的目的。其主要工藝過程是物理過程,按傳熱的方式分為蓄熱式、直接式和間接式三種,較為常用的是直接式和間接式。
直接式是將兩種換熱的介質在容器內直接接觸,熱量即由高溫介質傳給低溫介質,使其中的介質一種被加熱另一種被冷卻。這種換熱器的效率一般較高,但只適用于兩種介質不會互相混合或允許相互摻和的場合。間接式換熱器是參與換熱的兩種介質在容器內被隔離而不能相互接觸,熱量交換是通過兩種介質之間的隔離壁(管壁或板壁)來間接完成,適用于兩種介質不允許相互摻和、相互混合的場合。這種換熱器根據傳熱壁的結構,可分為管殼式換熱器和板式換熱器兩大類。管殼式換熱器有許多種,屬于壓力容器的有蛇管式、列管式、排管淋灑式等。蛇管式換熱器常用于兩種狀態的相同介質的熱交換(如液氨與氣氨),達到介質被冷卻或蒸發的目的。列管換熱器是使用最為普遍的一種換熱器,形式也較多。壓力容器中較為常見的板式換熱器有夾套容器、烘缸等。
常用的換熱壓力容器有管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、加熱器、消毒鍋、染色器、烘缸、蒸炒鍋、預熱鍋、溶劑預熱器、蒸鍋、蒸脫機、電熱蒸汽發生器、煤氣發生爐、水夾套等。
③分離壓力容器(代號S) 主要是用于完成介質的流體壓力平衡、緩沖和氣體凈化分離。介質在分離容器內通過降低流速、改變流動方向或用其他物料吸收、溶解等方法來分離氣體中的混合物,達到凈化氣體或提取其中有用物料的目的。在分離容器中,主要介質不參與化學反應,氣體經加壓后進入容器內,提高分離或凈化效率。分離容器的名稱較多,按容器的作用命名為分離器、凈化塔、回收塔等;按所用的凈化方法命名為吸收塔、洗滌塔、過濾器等。
常用的分離壓力容器有分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌器、吸收塔、銅洗塔、干燥塔、汽提塔、分氣缸、除氧器等。
④儲存壓力容器(代號C,其中球罐代號為B) 主要用于儲存或盛裝氣體、液體、液化氣體等介質,保持介質壓力的穩定。常用的壓縮氣體儲罐、壓力緩沖器等都屬于這類容器。由于工作介質在儲存壓力容器內一般不發生化學或物理變化,不需要裝設供傳熱傳質用的內部工藝裝置(內件),所以儲存壓力容器的內部結構比較簡單,一般由殼體、出入口接管及外部一些安全附件和必要的附件(如支座、扶梯、保溫外殼、室外儲罐的防雷裝置等)構成。大型的儲存壓力容器多為球形容器,小型的則常為臥式圓筒形容器。
在實際生產過程中,有一些容器具有多種用途。在這種情況下,容器分類應歸屬于作為主要用途的一類。例如,合成氨廠的二氧化碳水洗塔,既有冷卻原料氣體的作用(換熱),又有從原料氣中溶解分離出二氧化碳的作用(分離),但它的主要作用是后者,所以它應歸屬于分離器。
2.移動式
移動式壓力容器屬于儲運容器,它與儲存容器的區別在于移動式壓力容器沒有固定的使用地點,一般也沒有專職的使用操作人員,使用環境經常變換,不確定因素較多,管理復雜,因此容易發生事故。它的主要用途是盛裝或運送有壓力的氣體或液化氣體。容器在氣體制造廠充氣,然后運送到用氣單位。移動式壓力容器按其容積大小及結構形狀可以分為氣瓶和槽(罐)車兩大類。
(2)槽(罐)車 或稱罐車,是固定安裝在流動的車架上的一種臥式儲槽(罐),有火車槽車和汽車槽車兩種。它的容積較大,常達數十立方米。槽車的主要功能是運輸液化氣體。它的直徑很大,一般不宜承受太高的壓力,所以它在常溫下限于充裝低壓液化氣體或在外殼加絕熱層的低溫條件下充裝在常溫區屬于高壓液化氣體的介質。這類容器的最高工作壓力就是介質在槽(罐)內可能達到的最高工作溫度下的飽和蒸氣壓力。
二、按安全的重要程度分類
壓力容器的使用范圍廣、數量大、而且各種容器發生事故所產生的危害的嚴重程度也不一樣。為了嚴格控制重要容器的產品質量,有區別地對安全要求不同的壓力容器進行技術管理和監督檢查,防止發生重大事故,有必要在壓力容器的設計、制造和日常使用中的定期檢驗與上報等主要環節上實行分級(類)監督與管理。壓力容器安全的重要程度取決于壓力容器的工作壓力的高低、介質的危險程度以及在生產中的重要作用。
1.介質的危險程度
壓力容器介質在壓力容器發生事故時的危害程度,取決于介質的物理、化學特性,也就是容器所盛裝的介質是否易燃、易爆或有毒性。《壓力容器安全技術監察規程》中注明,壓力容器中化學介質的毒性程度和易燃介質的劃分,參照HG-Z0660《壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類》的規定。
易燃介質是指與空氣混合的爆炸下限不高于10%,或爆炸上限和下限之差值不低于20%的氣體。如一甲胺、乙烷、乙烯、氯甲烷、環氧乙烷、環丙烷、氫、丁烷、三甲胺、丁二烯、丁烯、丙烷、丙烯、甲烷等。
壓力容器中的介質為混合物質時,應以介質的組分,并按上述毒性程度或易燃介質的劃分原則,由設計單位的工藝設計或使用單位的生產技術部門提供介質毒性程度或是否屬于易燃介質的依據,無法提供依據時,按毒性危害程度或爆炸危險程度最高的介質確定。
2.壓力容器類別
《壓力容器安全監察規程》中,將其適用范圍的壓力容器按安全的重要程度分為三類。
(1)第三類壓容器(代號為Ⅲ)
a、高壓容器。
b、毒性程度為極度和高度危害介質的中壓容器。
c、易燃或毒性程度為中度危害介質、且設計壓力p與容積V的乘積大于或等于10MPa·m3(pV≥10MPa·m3)的中壓儲存容器。
d、易燃或毒性程度為中度危害介質,且pV≥0.5MPa·m3的中壓反應容器。
e、毒性程度為極度和高度危害介質,且pV≥0.2MPa·m3的低壓容器。
f、高壓、中壓管殼式余熱鍋爐,包括用途屬于壓力容器并主要按壓力容器標準、規范進行設計和制造的直接受火焰加熱的壓力容器。
g、中壓搪玻璃壓力容器。
h、使用按相應標準中抗拉強度規定值下限大于等于540MPa的強度級別較高的材料制造的壓力容器。
i、移動式壓力容器包括鐵路罐車(介質為液化氣體、低溫液體罐)或汽車[液化氣體運輸車(半掛)、低溫液體運輸車(半掛),永久氣體運輸車(半掛)]和罐式集裝箱(介質為液化氣體、低溫液體)等。
j、容積大于等于50m3的球形儲罐。
k、容積大于5m3的低溫絕熱壓力容器。
(2)第二類壓力容器(代號為Ⅱ)
①中壓容器。
②毒性程度為極度和高度危害介質的低壓容器。
③易燃介質或毒性程度為中度危害介質的低壓反應容器和低壓儲存容器。
④低壓管殼或余熱鍋爐。
⑤低壓搪瓷玻璃壓力容器。
(3)第一類壓力容器(代號為Ⅰ) 除列入第三類、第二類的低壓容器之外的所有低壓容器。
三、代號標記法
壓力容器的上述分類方法同等重要,在其注冊編號的代號組成上缺一不可。壓力容器注冊編號的前三個代號分別是上述分類法的代號,舉例如下。
第一個代號表示容器的類別,羅馬數字工表示第一類壓力容器、Ⅱ表示第二類壓力容器、Ⅲ表示第三類壓力容器。第二個代號表示壓力容器的壓力等級,英文字母Ⅰ表示低壓、M表示中壓、H表示高壓、U表示超高壓。第三個代號表示壓力容器的用途,英文字母R表示反應容器、E表示換熱容器、S表示分離
容器、C表示儲存容器、B表示球形儲罐、LA表示液化氣體汽車罐車、LT表示液化氣體鐵路罐車。
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