压力容器定义与分类.docx
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压力容器定义与分类
压力容器
1.概述
工业生产中具有特定的工艺功能并承受一定压力的设备，称压力容器。
贮运容器、反应容器、
换热容器和分离容器均属压力容器。
为了与一般容器（常压容器）相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器：
1）工作压力大于或者等于0.1Mpa（工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达
到的最高压力（表压力）；（不含液体静压力）
2）内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m。
且容积（V）大于等于0.025立方
米，工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-L（容积，是指压力容器的几何容积）；
3）盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体.
压力容器的用途十分广泛。
它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。
压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。
此外，还配有安全装置、表计及完成不同生产工艺作用的内件。
压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。
目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。
2.分类
压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种。
（1）按承受压力的等级分为：
低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。
⑵按盛装介质分为：
非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。
（3）按工艺过程中的作用不同分为：
1反应容器（R）:
用于完成介质的物理、化学反应的容器。
2换热容器（H）:
用于完成介质的热量交换的容器。
3分离容器（S）:
用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。
4贮运容器（T）:
用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。
（4）为了更有效地实施科学管理和安全监检，我国《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三类。
并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。
压力容器已实施进口商品安全质量许可制度，未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。
3.检验标准
实施进出口压力容器检验的依据是《商检法》和《进出口锅炉、压力容器监督管理办法》。
压力容器的检验是按照国家颁布的有关法规和技术标准对压力容器结构的合理性，受压元件强度、制造和安装质量的优劣，内外部存在的缺陷以及安全附件的准确、可靠程度进行全面检验，作出鉴定性的结论。
进出口压力容器检验涉及的标准很多，归纳起来，有以下几种：
（1）法规性的规定：
这类检验标准是国家颁布的，具有强制性的，是压力容器设计、制造、安装、运行和管理上必须遵守的规定、规程或规范。
这种法规性的规定，是压力容器检验的重要依据。
在我国有《锅炉压力容器安全监察暂行条例》、《压力容器安全监察规程》、《钢制石油化工压力容器的设计规定》以及《锅炉压力容器焊工考试规则》、《锅炉压力容器无损检测人员资格考核规则》等。
无论是进口的还是出口的容器，若某项内容不符合这类规定，该压力容器就不能使用。
（2）具体的技术性规定：
与压力容器检验有关的技术性标准较多。
这类标准包括：
材料标准、材料试验标准、材料验收标准、零部件标准、产品标准、工艺标准、工艺质量检测标准等。
粗略统计，我国约有20余个。
这些标准是产品质量特性的一系列技术参数和标准明确化的，为特定性的技术文件，它是衡量产品质量的尺度。
在我国这类标准，有国标（GB）、行标（JBYB）等以及企业标准。
（3）合同规定的标准：
鉴于压力容器的特殊性，我国政府规定：
进出口压力容器的质量，特别
是安全性能，不能低于我国现行标准的规定。
因此，签约双方在进行技术谈判和签约时，对
于低于我国标准内容予以注意，避免因不符合我国标准而无法使用。
4.压力检验项目和检验方法
（1）检验范围：
进出口压力容器检验包括下列范围：
压力容器设计的审查、压力容器运行质量
的检验、压力容器安装质量的检验、压力容器返修质量的检验、压力容器运行质量的检验。
总之，凡是能影响压力容器安全运行的项目，都是检验的范围。
（2）检验项目和方法：
进出口压力容器的检验，一般包括两大项内容。
即设计资料审查和实体检验。
根据检验需要，出口的可以派员驻厂检验监检，进口的派员出国进行监造或监检。
1设计资料的审查：
设计、制造资料的审查，不仅是审查资料是否齐全，还要审查资料是否符合要求。
资料审查包括如下内容：
设备图纸、质量证明书、产品合格证等是否齐全、合格。
其中应包括主要受压元件的材质证明及强度计算、施焊证明、焊接工艺、热处理工艺、试压报告等与安全性能检验有关的资料。
结构合理性的审查。
其中包括安全附件的设计和计算书。
2实体检验：
采用直观检查、量具检查、无损探伤检测、理化性能检验、水压试验等方法，压力容器本体和主要零部件进行外观和内在质量的检查。
检验的主要项目有：
受压元件材质、外观尺寸和成形质量、焊缝质量、组压质量、内部装置及安全附件是否齐全有效、胀管质量、各受压元件相互的几何位置和耐压性能等。
3性能：
技术资料审查和实体检验合格的压力容器视需要进行性能检验，检查其规定的技术和经济指标。
除以上检验项目外，对于进出口压力容器，还要依据标准进行整体外观、数量、包装等检验。
5.其他
目前，列入检验检疫“法定检验商品”的进出口压力容器的具体品种为：
工作压力>0.1Mpa
的各种贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器，总计四类58种。
此外，对于糟车和气瓶
另有规定，关于这两类商品的情况另述。
压力容器除了单独引进和出口外，还多以配套设备在进出口贸易中出现。
因此，在签约和技术谈判时，应根据我国的有关法规，对压力容器的技术资料、检验标准、检验方法提出明确要求，以确保货物质量和检验工作的顺利进行。
金属的电化学腐蚀
金属的腐蚀原理有多种，其中电化学腐蚀是最为广泛的一种。
当金属被放置在水溶液中
或潮湿的大气中，金属表面会形成一种微电池，也称腐蚀电池（其电极习惯上称阴、阳极，不
叫正、负极）。
阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，一般只起传递电子的作用。
腐蚀电池的形成原因主要是由于金属表面吸附了空气中的水分，形成一层水膜，
因而使空气中C02S02N02等溶解在这层水膜中，形成电解质溶液，而浸泡在这层溶液中的金属又总是不纯的，如工业用的钢铁，实际上是合金，即除铁之外，还含有石墨、渗碳体（Fe3C）以及其它金属和杂质，它们大多数没有铁活泼。
这样形成的腐蚀电池的阳极为铁，而阴极为杂质，又由于铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行。
（1）析氢腐蚀（钢铁表面吸附水膜酸性较强时）
阳极（Fe）:
Fe=Fe2++2e-
Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+
阴极（杂质）：
2H++2e-=H2
电池反应：
Fe+2H2O=Fe（OH）牡H2f
由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。
阳极（Fe）:
Fe=Fe2++2e-
阴极：
02+2H2庆4e-=4OH-
总反应：
2Fe+02+2H2O=2Fe（OH）2
由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。
析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe（0H）2被氧所氧化，生成Fe（0H）3脱水生成Fe2O3铁锈。
钢铁
制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。
Fe+2H2O=Fe（OH）牡H2fO2+2H234e-宀4OH-
2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）22H++2e-宀H2
电极电位
科技名词定义
电极电位
中文名称:
英文名称:
electrodepotential
定义:
一个包含标准氢电极和所研究的半电池的原电池的电动势。
百科名片
电极电位
金属浸于电解质溶液中，显示出电的效应，即金属的表面与溶液间产生电位差,这种电位差称为金属在此溶液中的电位或电极电位。
电极电位的应用
判断氧化还原反应自发进行的方向
电池反应都是自发进行的氧化还原反应。
因此电池反应的方向即氧化还
原反应自发进行的方向。
判断氧化还原反应进行的方向时，可将反应拆为两个半反应，求出电极电位。
然后根据电位高的为正极起还原反应，电位低的
为负极起氧化反应的原则，就可以确定反应自发进行的方向。
如果两个电对的值相差较大（即E©），浓度的变化对电位的影响不大，不至于使反应改变方向。
因此，当E©>0.2V时，即使不处于标准状态，也可直接用值的
大小确定反应方向。
否则，必须考虑浓度和酸度的影响，用能斯特方程式计算出电对的值，用E>0作为判断确定反应进行的方向，若E>0,正向反应
能自发进行；Ev0，正向反应不能自发进行，其逆向反应能自发进行。
例9判断298K时下列反应进行的方向：
解：
将上述反应写成两个半反应，并查出它们的标准电极是位：
标准电动势为：
E©=2-1=0.4402-（-0.4402）
=0.7804（V）。
因为E©>0.2V，可直接用值判断反应进行的方向。
2>1,表明Cu2+
是比Fe2+更强的氧化剂，Fe是比Cu更强的还原剂所以上述反应可自发地向右进行。
为了证明这个结论的正确性，我们可以按非标准态的电池反应计算电动
势。
电池电动势为：
E=2-1=0.1923-（-0.4402）
=0.6325（V）
因为E>0,上述反应可自发地向右进行。
例10判断298K时反应
当[HAsO2]=[H3AsO4]=1mol.L-1,[l-]=1mol.L-1,在中性和酸性
（[H+]=1mol.L-1）溶液中反应进行的方向。
解：
将上述反应写成两个半反应，并查出它们的标准电极电位：
在中性溶液中，[H+]=1.0*10-71mol.L-1。
1=1=+0.535V
=0.559+0.059161g[H+]
=0.559+0.059161g10-7
=0.559+0.414
=0.145（V）
因为12,所以I2是比H3AsO4更强的氧化剂，而HAsO2是比I-更强的还原
剂。
因而上述反应能自发地向右进行。
即
HAsO2^12+2H2»H3AsO+21-+2H+
当溶液中氢离子浓度为1mol.L-1时，
1=1=+0.535V
2=2=+0.559V
因为1<2,所以H3ASO4是比I2更强的氧化剂，而I-更强的还原剂。
因而上
述反应能自发地向右进行。
即
H3AsO4+2I-+2HiHAsO+I2+2H2O
判断氧化还原反应进行的程度
氧化还原反应属可逆反应，同其他可逆反应一样，在一定条件下也能达到平衡。
随着反应不断进行，参与反应的各物质浓度不断改变，其相应的电极电位也在不断变化。
电极电位高的电对的电极电位逐渐降低，电极电位低的电对的电极电位逐渐升高。
最后必定达到两电极电位相等，贝U原电池的电动势为零，此时反应达到了平衡，即达到了反应进行的限度。
利用能斯特方
程式和标准电极电位表可以算出平衡常数，判断氧化还原反应进行的程度。
若平衡常数值很小，表示正向反应趋势很小，正向反应进行得不完全；若平衡常数值很大，表示正向反应可以充分地进行，甚至可以进行到接近完全。
因此平衡常数是判断反应进行程度的标志。
氧化还原K与反应中两个电对的标准电极电位的关系为：
（6-4）
式中，n—反应中得失电子数；
1—正反应中作为氧化剂的电对的标准电极电位；
2—正反应中作为还原剂的电对的标准电极电位。
由式（6-4）可见，1与2之差值愈大，K值也愈大，反应进行得也愈完全。
例11计算下列反应在298K时的平衡常数，并判断此的以应进行的程度。
解：
电极反应Ag++e-—Ag1=+0.7996V
Fe2iFe3++e-2=+0.77V
此反应平衡常数很小，表明此正反应进行得很不完全。
例12计算下列反应的298K时的平衡常数，并判断此反应进行的程度。
标准电极电位
标准电极电位是以标准氢原子作为参比电极，即氢的标准电极电位值定为0，与氢标准电极比较，电位较高的为正，电位较低者为负。
如氢的标准
电极电位H-->H+为0.000V，锌标准电极电位Zn<-->Zn2+为-0.762V,铜的标准电极电位Cu<-->Cu2+为+0.337V。
金属浸在只含有该金属盐的电解溶液中，达到平衡时所具有的电极电位，叫做该金属的平衡电极电位。
当温度为25C，金属离子的有效浓度为
1mol/L（即活度为1）时测得的平衡电位，叫做标准电极电位。
电极电位的基本关系式
金属可以看成是由离子和自由电子组成。
金属离子以点陈排列，电子在其间运动。
对于给定的电极而言，电极电位是一个确定的常量，对于下述电极反应：
aA+bB<=>cC+dD+ne
电极电位可表示为
（1.1）
式中
E:
电极电位，V;
Eo：
标准电极电位，V;
R：
气体常数，8.31441J/（mol•k）;
T：
绝对温度，k；
n:
参与电极反应的电子数；
F：
法拉第常数，96486.7C/mol;
a:
参与化学反应各物质的活度。
式（1.1）是电极电位的基本关系式。
单个的电极电位是无法测量的，因为当用导线连接溶液时，又产生了新的溶液-电极界面，形成了新的电极，这时测得的电极电位实际上已不再是单个电极的电位，而是两个电极的电位差了。
同时，只有将欲研究的电极与另一个作为电位参比标准的电极电位组成原电池，通过测量该原电池的电动
势，才能确定所研究的电极的电位。
二、电极电位的产生
用导线将原电池的两个电极联接起来，其间有电流通过。
这表明两个电极之间存在电位差。
下面简单介绍金属及其盐溶液之间相界面上电位差是怎样产生的。
金属晶体是由金属原子、金属离子和自由电子组成的。
当把金属插入其盐溶液中时，金属表面的离子与溶液中极性水分子相互吸引而发生水化作用。
这种水化作用可使金属表面上部分金属离子进入溶液而把电子留在金属表面上，这是金属溶解过程。
金属越活泼，溶液越稀，金属溶解的倾向越大。
另一方面，溶液中的金属离子有可能碰撞金属表面，从金属表面
遊人陷液中）
电子
＜留在金鼻上）
上得到电子，还原为金属原子沉积在金属表面上。
这个过程为金属离子的沉积。
金属越不活泼，溶液浓度越大，金属离子沉积的倾向越大。
当金属的溶解速度和金属离子的沉积速度相等时，达到了动态平衡。
在一给定浓度的溶液中，若金属失去电子的溶解速度大于金属离子得到电子的沉积速度，达到平衡时，
金属带负电，溶液带正电。
溶液中的金属离子并不是均匀分布的，由于静电吸引，较多地集中在金属表面附近的液层中。
这样在金属和溶液的界面上形成了双电层（图6-2（a）），产生电位差。
反之，如果金属离子的沉积速度大于金属的溶解速度，达到平衡时，金属带正电，溶液带负电。
金属和溶液的界面上也形成双电层（图6-2（b）），产生电位差。
金属与其盐溶液界面上的电位差称为金属的电极电位，常用符号■'表示。
图6-2双电层
金属与溶液间电位差的大小，取决于金属的性质，溶液中离子的尝试和温度。
金属越活泼，电位越低；越不活泼，电位越高。
在同一种金属电极中，金属离子浓度越大，电位越高，浓度越小，电位越低。
温度越高，电位越高，温度越低，电位越低。
三、电极电位的测定
（一）标准氢电极
电极电位的绝对值是无法测定的，但可以选定一个电极作为标准，将各种待测电极与它相比较，就可得到各种电极的电极电位相对值。
国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）选定标准氢电极”作为比较标准。
标准氢电极是氢离子浓度为1mol-L-1氢气的压力为101.325kPa的电极。
国际上规定，298K时，标准
氢电极的电极电位为零。
用符号'h+/h2=0表示。
其电极书写为：
+-1I
H（1mol.L）,H2（101.325kPa）|Pt
标准氢电极的装置如图6-3所示。
容器中装有H+浓度为1mol-L-1的硫酸溶液，插入一铂片。
为了增大吸附氢气的能力，铂片表面上镀一层疏松的铂（铂黑0。
在298k时，不断从套管的支管中通入压力为101.
325kPa的纯氢气,H2被铂黑吸附直到饱和•这时整个铂黑片仿佛是由氢气组成，铂黑吸咐的H2和溶液中的
H+构成了氢电极，其电极反应为；
金属钝化的基本原理是什么？
常温下，Fe或者Al遇到浓H2SO4或者浓HN03都发生钝化。
因为表面被氧化成一层致密
的氧化膜，使金属不再被氧化。
我们知道，铁、铝在稀HNO：
或稀H2SO4中能很快溶解，但
在浓HN03或浓H2SO4中溶解现象几乎完全停止了，碳钢通常很容易生锈，若在钢中加入适量
的Ni、Cr,就成为不锈钢了。
金属或合金受一些因素影响，化学稳定性明显增强的现象，称为钝化。
由某些钝化剂（化学药品）所引起的金属钝化现象，称为化学钝化。
如浓HNO3浓
H2SO4HC1O3K2Cr2O7KMnO4等氧化剂都可使金属钝化。
金属钝化后，其电极电势向正方向移动，使其失去了原有的特性，如钝化了的铁在铜盐中不能将铜置换出。
此外，用电化学
方法也可使金属钝化，如将Fe置于H2SO4溶液中作为阳极，用外加电流使阳极极化，采用一定仪器使铁电位升高一定程度，Fe就钝化了。
由阳极极化引起的金属钝化现象，叫阳极钝化
或电化学钝化。
金属处于钝化状态能保护金属防止腐蚀，但有时为了保证金属能正常参与
反应而溶解，又必须防止钝化，如电镀和化学电源等。
综上所述，钝化现象若是因金属与钝化剂的自然作用而产生则称之为“化学钝化”或“自动钝化”。
铬、铝、钛等金属在空气中和很多种含氧的溶液中都易于被氧所钝化，故被称之为
“自钝化金属”。
金属是如何钝化的呢？
其钝化机理是怎样的？
首先要清楚，钝化现象是金属相和溶液相所引起的，还是由界面现象所引起的。
有人曾研究过机械性刮磨对处在钝化状态的金属的影响。
实验表明，测量时不断刮磨金属表面，则金属的电势剧烈向负方向移动，也就是修整金属表面可引起处在钝态金属的活化。
即证明钝化现象是一种界面现象。
它是在一定条件下，金属与介质相互接触的界面上发生变化的。
电化学钝化是阳极极化时，金属的电位发生变化而在电极表面上形成金属氧化物或盐类。
这些物质紧密地覆盖在金属表面上成为钝化膜而导致金属钝化，化学钝化则是像浓HNO3等氧化剂直接对金属的作用而在表面形成氧化膜，或加入易
钝化的金属如Cr、Ni等而引起的。
化学钝化时，加入的氧化剂浓度还不应小于某一临界值，不然不但不会导致钝态，反将引起金属更快的溶解。
金属表面的钝化膜是什么结构，是独
立相膜还是吸附性膜呢？
目前主要有两种学说，即成相膜理论和吸附理论。
成相膜理论认为，
当金属溶解时，处在钝化条件下，在表面生成紧密的、复盖性良好的固态物质，这种物质形成独立的相，称为钝化膜或称成相膜，此膜将金属表面和溶液机械地隔离开，使金属的溶解速度大大降低，而呈钝态。
实验证据是在某些钝化的金属表面上，可看到成相膜的存在，并能测其厚度和组成。
如采用某种能够溶解金属而与氧化膜不起作用的试剂，小心地溶解除去膜下的金属，就可分离出能看见的钝化膜，钝化膜是怎样形成的？
当金属阳极溶解时，其
周围附近的溶液层成分发生了变化。
一方面，溶解下来的金属离子因扩散速度不够快（溶解速度快）而有所积累。
另一方面，界面层中的氢离子也要向阴极迁移，溶液中的负离子（包括OH-）向阳极迁移。
结果，阳极附近有OH离子和其他负离子富集。
随着电解反应的延续，
处于紧邻阳极界面的溶液层中，电解质浓度有可能发展到饱和或过饱和状态。
于是，溶度
积较小的金属氢氧化物或某种盐类就要沉积在金属表面并形成一层不溶性膜，这膜往往很疏松，它还不足以直接导致金属的钝化，而只能阻碍金属的溶解，但电极表面被它覆盖了，溶液和金属的接触面积大为缩小。
于是，就要增大电极的电流密度，电极的电位会变得更正。
这就有可能引起0H-离子在电极上放电，其产物（如0H又和电极表面上的金属原子反应而生成钝化膜。
分析得知大多数钝化膜由金属氧化物组成（如铁之Fe2O3），但少数也有由氢氧
化物、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐及难溶硫酸盐和氯化物等组成。
吸附理论认为，金属表面并不需要形成固态产物膜才钝化，而只要表面或部分表面形成一层氧或含氧粒子（如02-或0H-）的吸附层也就足以引起钝化了。
这吸附层虽只有单分子层厚
薄，但由于氧在金属表面上的吸附，改变了金属与溶液的界面结构，使电极反应的活化能升高，金属表面反应能力下降而钝化。
此理论主要实验依据是测量界面电容和使某些金属钝化所需电量。
实验结果表明，不需形成成相膜也可使一些金属钝化。
两种钝化理论都能较好
地解释部分实验事实，但又都有成功和不足之处。
金属钝化膜确具有成相膜结构，但同时也存在着单分子层的吸附性膜。
目前尚不清楚在什么条件下形成成相膜，在什么条件下形成吸附膜。
两种理论相互结合还缺乏直接的实验证据，因而钝化理论还有待深入地研究。
★极化
在电极上有电流通过时，电极电位发生偏移，这种现象称为极化。
偏移的电位为极化电位。
阳极偏移的方向为正，为阳极极化；阴极的偏移方向为负，为阴极极化。
塔菲尔公式
说明:
塔菲尔（Tafel）1905年在研究氢超电势时，发现在一定范围内，超电势（n）与电流密
度（i）有如下关系：
n=a+b*log|i|。
此式称为塔菲尔公式，a、b称为塔菲尔常数，
它们决定于电极材料、电极表面状态、温度和溶液组成等。
测定a、b值是研究电极反应动力
学的一种重要途径，也是电解工业推算槽电压与电极电流密度关系的依据之一。
该公式适用于电流密度较高的区域。
在i非常小时，此式不适用。
在i很小、超电势也很小（n<±0.0伏）
时，超电势与电流密度呈线性关系，即n=k。
k为比例常数。
材料力学
一•材料力学与其它学科关系：
1材料力学：
杆件，一维；
2理论力学：
研究质点、质点系，刚体，平衡与运动；
3弹性力学：
二维、三维，板壳理论。
二•材料力学任务
在满足强度，刚度，稳定性要求下，以最经济的方式设计校核构件。
3.基本假设
1•均匀性假设
2.连续性假设（物质毫无间隙的充满物体整个几何空间，物体是密实的）
3.各向同性假设
4.小变形假设（变形远小于构件尺寸，再求某一变形时，其高阶小量可以略去）
4.外力及其种类
1•体积力
2•面积力
3•集中力
5.变形形式
1•拉伸与压缩剪切扭转弯曲
2•伸长率和断面收缩率
试样拉断后，由于保留了塑性变形，试样长度由原来的I变为11。
用百分比表示的比值
5=（11-I）/I（2.8）称为伸长率。
试样的塑性交形（11-1）越大，3也就越大。
因此，
延伸率是衡量材料塑性的指标。
低碳钢的延伸率很高，其平均值约为20一30%，这说明低
碳钢的塑性性能很好。
工程上通常按伸长率的大小把材料分成两大类5>5%的材料称为塑性材料，如碳钢、
黄铜、铝合金铝等。
把5V5%的材料称为脆性材料，如灰铸铁、玻璃、陶瓷等。
原始指截
面面积为A的试样，拉断后锁颈处的最小截面面积变为1A,断面收缩率也是衡量材科塑性的
指标。
3•卸载定律及冷作硬化
如把试样拉到超过屈服极限的d点，然后逐渐卸除拉力，应力和应变关系将沿着斜直线
'd
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