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1、1,第二篇化工容器設計,,第二章容器設計的基本知識,教學重點： 容器的分類 教學難點： 對容器的基本感性認識,2,設備，如何滿足工藝要求？ 結(jié)構(gòu)！ 安全性！,下一步考慮的問題：,3,1.臥式容器,2.換熱器,3.塔設備,4.反應釜,分析化工設備的結(jié)構(gòu)特點,4,必須有一個外殼及相應附件，即容器！ 與大氣環(huán)境隔開，獲得適于工藝要求的溫度、壓力、介質(zhì)條件，實現(xiàn)工藝目標。,結(jié)構(gòu)上的共同點？,5,第一節(jié) 容器的分類與結(jié)構(gòu),一、容器的結(jié)構(gòu),圖2-1 臥式容器的結(jié)構(gòu)簡圖,6,壓力容器主要結(jié)構(gòu)包括：,筒 體,封 頭,密 封 裝 置,開 孔 和 接 管,支 座,附 件,7,8,壓力容器 能夠承受壓力載荷的密
2、閉容器。承受氣態(tài)和液態(tài)介質(zhì)壓力的密閉容器都屬于壓力容器。主要用于傳熱、傳質(zhì)、反應等工藝過程，以及貯存、運輸有壓力的氣體或液化氣體。,9,要保證該生產(chǎn)的正常運行! 安全性要求！ 容器壓力的安全性 壓力是壓力容器的一個最重要的工作參數(shù)，容器壓力越大，發(fā)生破裂和爆炸的可能性與危害性越大。,10,11,12,2.1.2 壓力容器分類 1.按工藝要求分類： 盛裝或儲存儲罐、計量槽、壓力緩沖器； 實現(xiàn)化學反應合成塔、反應釜、變換爐等； 實現(xiàn)傳熱加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、廢熱鍋爐、水洗塔等； 實現(xiàn)傳質(zhì)、分離分餾塔、吸收塔、干燥塔、過濾器、分離器等。 ,13,2.按容器的形狀分類：,14,15,
3、16,17,3.按連接方式,固定式 具有固定的安裝和使用地點，工藝條件穩(wěn)定,容器位于一定的工藝流程中，用管道與其他設備連接。,18,移動式 貯運容器，用于盛裝或運輸壓縮氣體、液化氣體和溶解氣體，流動范圍和環(huán)境變化大。,1.氣瓶,19,2.氣桶,20,3.槽車,21,4.按壓力等級分類 內(nèi)壓： 低壓容器（L） 0.1MPa P<1.6MPa 中壓容器（M） 1.6MPa P<10.0MPa 高壓容器（H）10.0MPa P<100MPa 超高壓容器（U） P100MPa 外壓： 容器外部壓力大于內(nèi)部壓力時 容器的內(nèi)壓力<一個大氣壓(0.1MPa)時稱為真空容器
4、,22,按承壓（表壓）高低分類 低壓容器 0.1P1.6 MPa 中壓容器 1.6 P10 MPa 高壓容器 10 P100 MPa 超高壓容器 P100 MPa,23,,1、常溫容器 壁溫-20 200 2、高溫容器 指壁溫達到材料蠕變溫度下工作的容器。 碳鋼420;合金鋼450;奧氏體不銹鋼550 3、中溫容器 指壁溫在常溫和高溫之間的容器； 4、低溫容器 指壁溫低于一20條件下工作的容器。 其中-20 -40 (淺冷容器) 低于-40者為(深冷容器),5.按容器壁溫分類：,24,,1、薄壁容器,2、厚壁容器,S/Di 0
5、.1 (K=D0/Di 1.2),S/Di 0.1 (K=D0/Di 1.2),6.按容器壁厚分類:,25,7.按安全綜合分類 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，綜合考慮了設計壓力、幾何容積、材料強度、應用場合和介質(zhì)危害程度等影響因素。,,,26,27,易燃及有毒介質(zhì)分類：,常見易燃介質(zhì)：一甲胺，乙烷，乙烯，氯甲烷，環(huán)氧乙烷，環(huán)丙烷，氫，丁烷，三甲胺，丁二烯，丁烯，丙烷，丙烯，甲烷等。 毒性程度舉例： 極度危害、高度危害介質(zhì)：氟，氫氰酸，光氣，氟化氫，碳酰氟，氯等； 中度危害介質(zhì)：二氧化硫，氨，一氧化碳，氯乙烯，甲醇，氧化乙烯，硫化乙烯，二硫化碳，乙炔，硫化氫等； 輕度危害介質(zhì)：氫氧化鈉，四氟乙烯，丙
6、酮等。,28,判斷下列容器屬一、二、三類容器的哪一類？ 1）2000的液氨儲罐 2）p為4MPa的劇毒介質(zhì)容器 3）p為10MPa，V為800L的乙烯儲罐。,29,2.2.1 標準化的意義 設計無需計算和制圖，按已有標準圖選擇。 制造有利于成批生產(chǎn)，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高競爭力。 維修備件規(guī)格尺寸通用，實現(xiàn)互換性。 通商貿(mào)易國內(nèi)、國際間通用，消除貿(mào)易障礙。 我國已實現(xiàn)容器零部件標準化的有：圓筒體、封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡和液面計等。,2.2 容器零部件的標準化,30,二、容器零部件標準化的基本參數(shù),1.公稱直徑DN 標準化的直徑:指標準化以后的標準直徑，以DN表示，單位mm，
7、例如內(nèi)徑1200mm的容器的公稱直徑標記為DN1200。 1）壓力容器 2）管子 3）其它零部件 2. 公稱壓力PN 規(guī)定的標準壓力等級:容器及管道的操作壓力經(jīng)標準化以后的標準壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。,31,公稱直徑（DN) 公稱壓力 (PN)。 規(guī)定: （1）圓筒體的公稱直徑：板卷制的筒體內(nèi)徑； 無縫鋼管制的筒體外徑。 （2）法蘭與其相配的管子或筒體的PN、DN相一致。 注意：鋼管的DNDi,D0,32,1. 壓力容器的公稱直徑 鋼板卷焊筒體和成型封頭的公稱直徑是內(nèi)徑。,33,34,容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。,表2-7 無縫鋼管制作筒
8、體時 容器的公稱直徑（mm）,35,2.無縫鋼管和有縫鋼管的公稱直徑是小于外徑的一個數(shù)值。,36,2.壓力容器的公稱壓力,工作壓力不同，相同公稱直徑的壓力容器其筒體及其零部件的尺寸也不同。 將承受的壓力范圍分為若干個標準壓力等級，即公稱壓力。 表2-9壓力容器法蘭與管法蘭的公稱壓力,37,1.壓力容器安全監(jiān)察的范圍 同時具備如下條件： (1).最高工作壓力pw0.1MPa（表壓，不含液體靜壓力； (2).內(nèi)直徑Di0.15m，且容積V0.025m3; (3).介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點（大氣壓力下的飽和溫度）的液體。 上述壓力容器所用的安全附件亦屬于本規(guī)程管轄范圍。,
9、2.3 壓力容器的安全監(jiān)察,38,2.我國壓力容器常用法規(guī)標準簡介,(一)GB150-98鋼制壓力容器 參照ASME標準，近期國際同類標準針對GB150-89的修訂。屬于常規(guī)設計標準。 1、適用范圍 設計壓力： 0.1MPa p35MPa且真空度不低于0.02MPa 設計溫度： 鋼材允許的使用溫度 只適用于固定的承受恒定載荷的壓力容器,39,2、管轄范圍 除殼體本體外，還包括,與外部管道焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面、第一個螺紋接頭端面、第一個法蘭密封面，以及專用連接件或管件連接的第一個密封面。,其他如接管、人孔、手孔等承壓封頭、平蓋及其緊固件，以及非受壓元件與受壓元件的焊接接頭，直接連在容
10、器上的超壓泄壓裝置。,40,(二) JB4732-95鋼制壓力容器分析設計標準,彈性失效準則、塑性失效準則、彈塑性失效準則。 根據(jù)應力對容器失效所構(gòu)成的危害程度, 將應力進行分類, 對各類應力用不同的限制值進行控制。,本標準適用于 設計壓力：0.1MPa p100 MPa且真空度不低于0.02MPa 設計溫度：低于以鋼材蠕變控制其應力強度的相應溫度，不同的鋼材該溫度不同,41,(三)JB/T4735鋼制焊接常壓容器,常規(guī)設計標準 適用范圍為： 設計壓力：-0.02MPa p0.1MPa 設計溫度：大于-20350 不適用于盛裝高度毒性或極度危害介質(zhì)的容器,42,（四）壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程
11、容規(guī)對壓力容器的材料、設計、制造、使用、檢驗、修理、改造等七個環(huán)節(jié)中的主要問題提出了基本規(guī)定。 壓力容器標準是設計、制造壓力容器產(chǎn)品的依據(jù),容規(guī)是安全技術(shù)法規(guī)，是政府對壓力容器實施安全技術(shù)監(jiān)督管理的依據(jù)!,43,(五) ASME American Society of Mechanical Engineering,共有11卷，包括鍋爐、壓力容器、核動力裝置、焊接、材料、無損檢測等內(nèi)容。 與我國相關的有第卷壓力容器和第卷玻璃纖維增強塑料壓力容器(非金屬材料篇)。,44,2.3 容器機械設計的基本要求,1.容器機械設計條件： （1）工藝結(jié)構(gòu)要求及基本工藝尺寸； （2）工作壓力、工作溫度及工作介質(zhì)
12、； （3）容器的工作環(huán)境、重要程度；,科學嚴謹?shù)膽B(tài)度 合格的設計質(zhì)量,45,確定設計依據(jù)及相關標準,開始,,選擇材料,,確定容器類別,,,,,,結(jié)構(gòu)設計,壁厚設計,零部件設計,壓力試驗核算,繪制施工圖,,,校核,審核,,,,,,結(jié)束,,,,,,,,,,,,,合格,,合格,,,不合格,不合格,批準,,,2.機械設計程序,46,2.4 機械設計的基本要求,1.強度不發(fā)生破壞 如焊縫開裂，筒體爆破，螺栓拉斷等。 2.剛度不發(fā)生過大變形 如塔體傾斜，塔盤下凹等。 3.穩(wěn)定性不發(fā)生癟塌或褶皺 如臥式容器支座之間的筒體發(fā)生癟塌，氣柜抽負癟塌，塔體支座在起吊時發(fā)生癟塌等。,47,4.耐久性保證使用壽命。一般化工設備設計使用壽命為1015年。大多取決于腐蝕情況，有些取決于疲勞、蠕變或振動。 5.密封性包括內(nèi)漏和外漏。,,,48,6. 標準化設計 法蘭、螺栓、封頭、筒體、支座、接管、人孔 7.方便制造、操作與檢修，便于運輸 操作閥門位于操作臺面2米高，可否？ 儲罐內(nèi)介質(zhì)臟，設計結(jié)構(gòu)如何考慮？ 塔高100米，設計要求整體運輸。合理？ 直徑2米的碳鋼制容器，壁厚2mm就滿足強度要求，可否批準？ 8.技術(shù)經(jīng)濟指標合理 經(jīng)濟指標：單位生產(chǎn)能力；消耗系數(shù)；設備價格；管理費用和生產(chǎn)總成本。,
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