圧力容器の基本の概要：構造、原理、機能

1。圧力容器の定義
a 圧力容器 内部または外部の圧力差に耐えることができる密閉容器です。それらは、特に高圧または低圧の下で動作を必要とする産業プロセスで、液体、ガス、蒸気などのさまざまなメディアを保存するために広く使用されています。圧力容器は、化学物質、石油、天然ガス、電力、製薬産業に不可欠な装置です。
多くの産業用途では、圧力容器は物質を貯蔵するだけでなく、反応、蒸発、分離などの複雑なプロセス操作を実行します。圧力内の圧力容器は大気圧よりも大幅に高いため、設計、製造、およびメンテナンスは、関連する国家基準と業界の仕様に厳密に付着する必要があります。

2。圧力容器の基本構造
圧力容器の構造設計では、その圧力容量、使用されているメディアの特性、温度条件など、複数の要因を考慮する必要があります。その基本構造は、主にシェル、エンドキャップ、サポート構造、ジョイント、および安全装置で構成されています。以下は、各コンポーネントの詳細な説明です。
a）シェル
シェルは圧力容器の本体であり、主に内圧を運ぶ責任があります。シェルデザインは、容器の形状によって異なります。
円筒形のシェル：これは最も一般的な圧力容器の形状です。貯蔵タンクや原子炉など、ほとんどのアプリケーションに適しています。円筒容器は、比較的簡単に製造でき、安定した構造を持ち、圧力を効果的に分配します。
球形シェル：球形シェルは、最も均一な圧力分布を提供し、より高い内部および外部の圧力に耐えることができます。したがって、それらはしばしば、液化ガス貯蔵容器など、非常に高い圧力に耐えなければならない容器で使用されます。ただし、球状の容器は製造がより高価であり、円筒形の容器よりも一般的ではありません。
楕円形または半球シェル：この設計は、円筒形と球状容器の利点を組み合わせて、非常に高圧アプリケーションに適しており、より大きな圧力抵抗を提供します。それらは、高圧蒸気ボイラーまたは特定の特殊な化学反応器で一般的に使用されています。
b）ヘッド
頭は圧力容器の端であり、圧力を密閉し、部分的に吸収します。頭のデザインと形状は、一般に容器自体の形状と一致します。頭の厚さと形状は、耐える圧力によって異なります。
半球の頭：この頭部形状は内圧を均等に分布させ、球面または円筒形の血管の端で一般的に使用され、ストレス濃度を最小限に抑えます。楕円形の頭：低圧および中圧容器に適しています。それらの形状は、容器全体にストレスを均等に分配するのに役立ち、一般的に化学および石油産業の貯蔵タンクで見られます。
円錐形：円錐形の頭は、特に低圧血管や液体の排水が必要な場合、容器の底でよく使用されます。
c）サポート構造
サポート構造は、圧力容器全体の重量をサポートし、通常、容器の底または側面に設置されます。それらは、重力や振動による安定性を確保し、傾斜または変位を防ぎます。
サポート構造には、脚、巻き上げフレーム、ベースが含まれます。安全性と安定性を確保するために、容器のサイズと動作環境に基づいてサポート構造を設計する必要があります。
d）ノズル
ノズルは、パイプ、バルブ、機器、その他の機器を接続する圧力容器の部分です。一般的なタイプには、飼料ポート、排気ポート、排水ポート、ガスコンセントが含まれます。
漏れ防止接続を確保し、容器が圧力にさらされているときに漏れを防ぐために、ノズルを設計する必要があります。それらは通常、溶接またはスレッドによって容器本体に接続されています。 e）安全性リリーフバルブ
過度の内圧による爆発または破裂を防ぐには、圧力容器に安全装置を装備する必要があります。最も一般的なものは安全バルブです。安全バルブは内部圧力を自動的に検出し、圧力が設定値を超えると、過剰な圧力を解放するために開かれ、それにより容器が損傷から保護されます。

安全バルブに加えて、他の圧力緩和装置には、破裂ディスクと緊急排出バルブが含まれます。

3。圧力容器の作業原則
圧力容器の動作原理は、主に内部媒体内の圧力と温度の変動、ならびに容器自体の材料強度を中心に展開します。以下は、いくつかの重要な動作原則です。
a）内部圧力効果
圧力容器の主な機能は、内部または外部の圧力差に耐えることです。操作中、容器内のガスまたは液体培地は特定の圧力を経験します。圧力が大きいほど、容器のストレスが大きくなります。容器の安全性を確保するには、容器壁の厚さ、材料、およびその他の主要成分を確実にするために、耐えることができる最大圧力に基づいて設計する必要があります。
b）圧力伝達
圧力容器では、容器の壁を通して構造全体に圧力が伝達されます。内圧は血管壁全体に均等に分布していますが、エンドキャップやジョイントなどの領域では、かなりのストレス濃度が発生する可能性があります。したがって、これらの領域は通常、追加の補強が必要です。
c）圧力容器に対する温度の影響
容器内の温度は、培地の密度と粘度に影響を及ぼし、それにより容器内の圧力に影響します。温度の上昇により、容器の壁材料が膨張または柔らかくなる可能性があるため、設計中に容器材料の強度に対する温度の影響を考慮する必要があります。高温で使用される圧力容器は、多くの場合、高温耐性材料を使用します。
d）容器の応力分布
圧力容器内の応力分布は不均一です。通常、容器の端（端）はより大きなストレスを経験します。これらの領域での亀裂や変形を防ぐために、設計には壁の厚さまたは特殊な構造的特徴の増加が必要です。

4。圧力容器の機能
圧力容器の機能は、物質の保管または輸送に限定されません。また、さまざまな複雑な産業プロセスも含まれます。特定の関数は次のとおりです。
a）ストレージ
最も一般的な機能の1つは、ガス、液体、または蒸気の貯蔵です。たとえば、石油化学産業では、圧力容器が液化天然ガス（LNG）または他の化学液を保管するためによく使用されます。圧縮空気システムでは、圧力容器が高圧ガスを保存してすぐに使用します。
b）反応
圧力容器は、化学物質、石油、ガス、製薬産業など、多くの産業の原子炉として使用されます。化学的または物理的な反応は、高い圧力下で行われ、望ましい化学物質または中間体を生成します。反応中の高圧は、反応速度を加速するか、収量を増加させるのに役立ちます。
c）加熱および冷却機能
一部の圧力容器には、加熱または冷却機能もあります。たとえば、熱交換システムでは、圧力容器を熱交換器の一部として使用して、ある培地から別の培地に熱を伝達することができます。ボイラーと給湯器もこのカテゴリに分類され、一般的に蒸気またはお湯を生成するために使用されます。
d）圧縮および拡張機能
圧力容器は、ガスを圧縮または拡張するためにも一般的に使用されます。たとえば、天然ガスは、多くの場合、貯蔵および輸送のために高圧容器で圧縮されます。圧縮空気システムは、圧力容器の主要な用途でもあります。

5。圧力容器の安全性
圧力容器はしばしば高圧と高温にさらされるため、安全性が最重要であることを確認します。圧力容器の安全設計の重要なポイントは次のとおりです。
材料の選択：高強度、腐食抵抗、疲労抵抗を備えた材料を選択する必要があります。一般的に使用される材料には、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼が含まれ、高温や圧力に耐えることができます。
設計仕様：デザインは、関連する設計仕様と標準に厳密に接着する必要があります。一般的な国際基準には、圧力容器の設計、製造、検査の要件を指定するASMEボイラーと圧力容器コード（BPVC）が含まれます。
検査と検査：外部検査、内視鏡検査、非破壊検査（超音波検査やX線検査など）を含む、圧力容器の定期的な検査が重要です。これらのテストは、亀裂や腐食などの隠された危険を迅速に検出し、事故を防ぐことができます。
安全装置：圧力容器には、安全バルブまたは圧力緩和装置を装備する必要があります。容器内の圧力が安全性のしきい値を超えると、これらのデバイスは自動的に開いて過剰な圧力を放出し、容器が爆発したり破裂したりしないようにします。

6。圧力容器の適用
圧力容器は、主に高圧条件または低圧条件下での操作を必要とする産業で広く使用されています。

石油化学産業：液化石油ガス、天然ガス、化学物質、石油製品の貯蔵に使用されます。

エネルギー産業：ボイラー、蒸気発電機、および熱交換器には、熱を保管および移動するための圧力容器が必要です。

製薬業界：圧力容器は、薬物反応、滅菌、およびガス貯蔵に使用されます。

食品および飲料産業：圧力容器は、液体食品の暖房、冷却、加工に使用されます。