第2篇-容器设计的基本知识.课件.ppt

1、化工设备机械基础化工设备机械基础化学与材料工程系化学与材料工程系第二篇第二篇 化工容器设计化工容器设计第第2 2章章 容器设计容器设计基本知识基本知识第一节第一节 概概 论论主要内容n结构结构: :筒体、封头、零部件筒体、封头、零部件n分类分类: :形状、压力、管理、毒害、形状、压力、管理、毒害、三大类、温度、材料、应用三大类、温度、材料、应用一、容器的结构一、容器的结构 壳体壳体( (筒体筒体) )、封头、封头( (端盖端盖) )、法兰、支、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常低压化工座、接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。设备通用零部件标准直接选用。 二、容器的分类二、

2、容器的分类压力容器分类压力容器分类按容器的按容器的形状形状按按承压承压性质性质按按管理管理其它其它按容器按容器壁温壁温按金属按金属材料材料按按应用应用情况情况按容器的形状按容器的形状分类分类名称名称特特 点点方方形形/矩形矩形容器容器平板焊成，制造简便，但承压能力平板焊成，制造简便，但承压能力差，只用作差，只用作小型常压小型常压贮槽贮槽球球形容器形容器弓形板拼焊，承压好，安装内件不弓形板拼焊，承压好，安装内件不便，制造稍难便，制造稍难,多用作贮罐多用作贮罐圆圆筒形容筒形容器器 筒体和凸形或平板筒体和凸形或平板封头封头。制造容易，。制造容易，安装内件方便，承压较好，应用最安装内件方便，承压较好，

3、应用最广广按承压性质按承压性质 内内压：内部介质压力大于外界压力压：内部介质压力大于外界压力外外压：内部介质压力小于外界压力压：内部介质压力小于外界压力真空真空：内部压力小于一个绝压的外压容：内部压力小于一个绝压的外压容器器表表4-1 内压容器的分类内压容器的分类 容器分类容器分类设计压力设计压力 p （MPa）低低压容器压容器0.1p1.6中中压容器压容器1.6p10高高压容器压容器10p100超高超高压容器压容器p100高压锅高压锅？按管理按管理表表4-2 安全检查规程使用范围安全检查规程使用范围项目项目条件（同时具备）条件（同时具备）最高工作最高工作压力压力pwpw0.1MPa，不包括液

4、体静压，不包括液体静压内径内径Di，容积容积VDi0.15m 且且 V0.025m3介质介质气体、液化气体或最高工作温度高气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体于等于标准沸点的液体根据压力等级、介质毒性危害程度以及生根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压力容器可分为三类。产中的作用，压力容器可分为三类。第第一一类压力容器、第类压力容器、第二二类压力容器、第类压力容器、第三三类压力容器类压力容器不包括不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热核能、船舶专用、直接受火焰加热容器容器毒性危害程度分级毒性危害程度分级指指 标标分分 级级极度危害极度危害高度危害高度危害 中度危害中度危

5、害 轻度危害轻度危害 急性中急性中毒毒吸入吸入 200 mg/m3 200 mg/m32000 mg/m320000 mg/m3经皮经皮1001005002500经口经口25255005000急性中毒急性中毒易中毒，后果易中毒，后果严重严重可中毒，愈后可中毒，愈后良好良好偶可中毒偶可中毒无中毒但有影无中毒但有影响响慢性中毒慢性中毒患病率高患病率高较高较高偶有发生偶有发生有影响有影响慢性中毒后果慢性中毒后果 继续进展不能继续进展不能治愈治愈可基本治愈可基本治愈可恢复无严重可恢复无严重后果后果可恢复无不良可恢复无不良后果后果致癌性致癌性 人体致癌人体致癌可疑致癌可疑致癌动物致癌动物致癌无致癌性无致

6、癌性最高容许浓度最高容许浓度 0.10.1-1.0-10常见化学介质常见化学介质 光气、汞、氰光气、汞、氰化氢化氢甲醛甲醛,苯胺、苯胺、氟化氢氟化氢二氧化硫二氧化硫,硫硫化氢化氢,氨氨三类容器三类容器（1） 高压高压容器；容器；（2） 毒性程度毒性程度为为极度和高度极度和高度危害介质的危害介质的中压中压容器；容器；（3） 中度危害中度危害介质，且介质，且PV大于等于大于等于10MPam3中压中压储存储存容器；容器；（4） 中度中度危害介质，且危害介质，且PV大于等于大于等于0.5MPam3中中压压反应反应容器；容器；（5） 毒性程度为毒性程度为极度和高度极度和高度危害介质，且危害介质，且PV乘

7、积乘积大于等于大于等于0.2MPam3的低压的低压容器；容器；（6） 高压、中压管壳式余热锅炉高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 中压中压搪玻璃搪玻璃压力容器；压力容器；（8） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器；使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（9） 移动式移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等；集装箱等；（10） 容积大于等于容积大于等于50 m3的球形的球形储罐；储罐；（11） 容积大于容积大于5 m3的低温液体的低温液体储存容器。储存容器。二类容器二类容器（1） 中压中压容器；容器；（2） 毒性程度为毒性程度为极度和高度极度和高度危害介

8、质的危害介质的低压低压容器；容器；（3） 易燃易燃介质或毒性程度为介质或毒性程度为中度中度危害介质的危害介质的低压反应容器和低压反应容器和低压低压储存容器；储存容器；（4）低压低压管壳式余热管壳式余热锅炉锅炉；（5）低压搪玻璃低压搪玻璃压力容器。压力容器。 一类容器一类容器不在第三类、第二类压力容器之内的不在第三类、第二类压力容器之内的低低压压容器为第一类压力容器。容器为第一类压力容器。判断题：判断题：判断下列容器属一、二、三类容判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？器的哪一类？1 1）20002000的液氨储罐的液氨储罐2 2）P P为为4MPa4MPa的剧毒介质容器的剧毒介质容器3 3）

9、P P为为10MPa10MPa，V V为为800L800L的乙烯储的乙烯储罐。罐。 按容器壁温按容器壁温常温常温容器：壁温容器：壁温-20-20至至200200；高温高温容器：壁温达到蠕变温度容器：壁温达到蠕变温度, ,碳素钢或低合金碳素钢或低合金钢容器，温度超过钢容器，温度超过420420，合金钢超过，合金钢超过450450，奥氏体不锈钢超过奥氏体不锈钢超过550550，均属高温容器；，均属高温容器；中温中温容器：在常温和高温之间；容器：在常温和高温之间；低温容器：壁温低于低温容器：壁温低于-20, -20, -20-20至至-40-40为浅为浅冷容器，冷容器，低于低于-40-40者为深冷容

10、器。者为深冷容器。按材料按材料金属金属容器容器: :钢制钢制, , 铸铁铸铁, ,有色金属容器有色金属容器非金属非金属材料：既可作为容器的衬里，材料：既可作为容器的衬里，又可作为独立的构件。又可作为独立的构件。按材料按材料应用最多是低应用最多是低碳钢碳钢和普通低和普通低合金合金钢，钢，腐蚀严重或产品纯度要求高用腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈不锈钢、钢、不锈复合钢板、不锈复合钢板、铝铝板及板及钛钛材。材。在深冷操作中，可用在深冷操作中，可用铜或铜铜或铜合金；合金；常用常用非金属材料非金属材料的有：硬聚氯乙烯、的有：硬聚氯乙烯、玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、化玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷

11、及砖、板、橡胶衬里等工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等按按应用应用情况情况反应反应压力容器（）完成物理、化学反应，压力容器（）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等；换炉等；换热换热压力容器（）热量交换，如热交换压力容器（）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等；蒸发器等；按应用情况按应用情况分离分离压力容器（）流体压力平衡缓冲和压力容器（）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；冲器、吸收塔、干燥塔等；储存储存压

12、力容器：（，球罐为）储存、压力容器：（，球罐为）储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。槽、槽车等。三、容器的三、容器的零部件标准零部件标准容器的零部件容器的零部件( (例如封头、法兰、支例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液面计等座、人孔、手孔、视镜、液面计等) )标准化、系列化，标准化、系列化，许多化工设备许多化工设备( (例如贮槽、换热器、例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器搪玻璃与陶瓷反应器) )也有了相应也有了相应的标准。的标准。两个基本参数：两个基本参数：公称直径公

13、称直径DNDN：指标准化以后的标准直径，：指标准化以后的标准直径，以以DNDN表示，单位表示，单位mmmm，例如内径，例如内径1200mm1200mm的容器的公称直径标记为的容器的公称直径标记为DN1200DN1200。公称压力公称压力PNPN：容器及管道的操作压力经：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，标准化以后的标准压力称为公称压力，以以PNPN表示，单位表示，单位MPaMPa。公称直径公称直径压力容器的公称直径压力容器的公称直径 钢板卷焊公称直径是内径。钢板卷焊公称直径是内径。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)800900

14、1000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000 容器直径较小，可直接用无缝容器直径较小，可直接用无缝钢管制作。公称直径指钢管外径。钢管制作。公称直径指钢管外径。159219273325377426表4-5 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）v设计时，应将工艺计算设计时，应将工艺计算初步确定初步确定的设备内径，的设备

15、内径，调整调整为符合所规定为符合所规定的公称直径。的公称直径。 v封头的公称直径与筒体一致。封头的公称直径与筒体一致。管子的公称直径管子的公称直径 也称公称口径、公称通径。也称公称口径、公称通径。有缝有缝管：电焊钢管，化工厂用来输送水、管：电焊钢管，化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。体管道。无缝无缝管：分热轧管和冷拔管两种。如输管：分热轧管和冷拔管两种。如输送流体用无缝钢管送流体用无缝钢管(GB 8163-87)(GB 8163-87)、石、石油裂化用无缝钢管油裂化用无缝钢管(GB 9948-88)(GB 9948-88)、化、化肥设备用

16、高压无缝钢管（肥设备用高压无缝钢管（GB 647986)GB 647986)等。等。有缝有缝管的公称直径：管的公称直径：v公称直径公称直径近似普通钢管内径的名近似普通钢管内径的名义尺寸。公制义尺寸。公制mmmm，英制，英制inin。公称直径公称直径15mm15mm或或1/21/2英寸，外径英寸，外径21.3mm21.3mm，壁厚，壁厚2.75mm2.75mm（普通）（普通）3.25mm3.25mm（加厚）（加厚）有缝管的公称直径：有缝管的公称直径：v每一公称直径每一公称直径对应对应一外径，其内径数一外径，其内径数值随厚度不同而不同。值随厚度不同而不同。v有缝管按厚度可分为有缝管按厚度可分为薄壁

17、薄壁钢管、钢管、普通普通钢管和钢管和加厚加厚钢管。钢管。v管路管路附件附件也用公称直径表示，意义同也用公称直径表示，意义同无缝无缝钢管的公称尺寸：钢管的公称尺寸：分分热轧热轧管和管和冷拔冷拔管。管。无缝钢管不用公称直径而是以无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度外径乘厚度表示。表示。为公称外径与公称厚度。为公称外径与公称厚度。 在管道工程中，管径超过在管道工程中，管径超过57mm57mm时，常采用时，常采用热轧热轧管。管径在管。管径在57mm57mm以内常选用以内常选用冷拔冷拔管。管。 冷拔管的冷拔管的最大外径最大外径为为200mm200mm；热轧管的热轧管的最大外径最大外径为为630mm630

18、mm。3. 3. 容器容器零部件零部件的公称直径的公称直径 法兰、支座等公称直径是法兰、支座等公称直径是相配的相配的筒体、封筒体、封头的公称直径。头的公称直径。DNDN20002000法兰，法兰，DNDN20002000鞍座鞍座还有一些零部件的公称直径是与它相配的还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径管子公称直径DNDN200200管法兰管法兰另有一些容器零部件公称直径是另有一些容器零部件公称直径是指结构中指结构中某一重要尺寸某一重要尺寸，DNDN80(80(DgDg80)80)视镜是指窥视视镜是指窥视孔的直径为孔的直径为80mm80mm。 公称压力公称压力工作压力不同，相同公称直径

19、的压力容器其筒体工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒体及其零部件的尺寸也不同。及其零部件的尺寸也不同。将承受的压力范围分为若干个将承受的压力范围分为若干个标准压力等级标准压力等级，即，即公称压力。公称压力。压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰与管法兰的公称压力MPaMPa压力容器法兰0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4管法兰0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 10 15 25v设计时如果选用设计时如果选用标准标准零部件，必须将零部件，必须将操作温度下的最高操作压力操作温度下的最高操作压力( (或设计或设计压力压力) )调整为所规定的某一公称压

20、力调整为所规定的某一公称压力等级，然后根据等级，然后根据DNDN与与PNPN选定该零部件选定该零部件的尺寸。的尺寸。v如果零件不选用标准零部件，而是如果零件不选用标准零部件，而是自自行设计行设计，设计压力就不必符合规定的，设计压力就不必符合规定的公称压力。公称压力。四、压力容器的标准简介四、压力容器的标准简介压力容器标准是压力容器标准是全面总结全面总结压力容器生压力容器生产、设计、安全等方面的经验，不断纳产、设计、安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而产生的。它是压力容器入新科技成果而产生的。它是压力容器设计、制造、验收等设计、制造、验收等必须遵循的准则必须遵循的准则。压力容器标准涉及设计方法

21、、选材及制压力容器标准涉及设计方法、选材及制造、检验方法等。造、检验方法等。 国内标准国内标准v19891989我国压力容器标准化技术委员会制订了我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150-GB150-8989钢制压力容器钢制压力容器v19981998年修订成年修订成GB150-1998GB150-1998，使标准更加完善。，使标准更加完善。vGB150GB150钢制压力容器钢制压力容器内容包括：内容包括：压力容器压力容器板壳元件板壳元件计算计算容器容器结构要素结构要素的确定的确定密封密封设计设计超压超压泄放泄放装置的设置装置的设置容器的容器的制造与验收制造与验收的要求等的要求等 国外主要规

22、范国外主要规范国外的规范主要有四个：国外的规范主要有四个：美美国国ASMEASME规范，规范，英英国压力容器规范（国压力容器规范（BSBS），），日日本国家标准（本国家标准（JISJIS），），德德国压力容器规范（国压力容器规范（ADAD）。）。思考题思考题 ：1.1.压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎样分类的？样分类的？2.2.钢板卷制的筒体和成型封头的钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径公称直径指的指的是哪个直径？无缝钢管制作筒体时，是哪个直径？无缝钢管制作筒体时，公称直径公称直径指的是哪个直径？指的是哪个直径？3.3.判断容器属几类？判断容器属几类？作业作业nP66n二二