过程设备设计.ppt
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1、Process Equipment Design过程装备与控制工程教研室过程装备与控制工程教研室1.1压力容器总体结构压力容器总体结构1.2压力容器分类压力容器分类1.3压力容器规范标准压力容器规范标准 外壳一般包括外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开孔筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座和安全附件接管、支座和安全附件,其功能是提供能,其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间承受一定温度和压力的密闭空间 筒体的筒体的作用作用是提供工艺所需的承压空间,是压力容是提供工艺所需的承压空间,是压力容器最主要的受压元件之一,其内直径和容积往往需器最主要的受压元件之一,其内直径和容积往往需由工艺计算确定
2、。由工艺计算确定。需根据筒体的直径、长度和需根据筒体的直径、长度和壁厚,确定结构形式。壁厚,确定结构形式。筒体直径较小(一般小于筒体直径较小(一般小于500mm时),时),可用可用无缝钢管无缝钢管制作,此时筒体上没有纵焊制作,此时筒体上没有纵焊缝。缝。直径较大时,筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒直径较大时,筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒,再用焊或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒,再用焊缝将两者焊接在一起,形成整圆筒。焊缝的方向缝将两者焊接在一起,形成整圆筒。焊缝的方向和圆筒的纵向,即轴向平行,因此称为纵向焊缝,和圆筒的纵向,即轴向平行,因此称为纵向焊缝,简称简称
3、纵焊缝纵焊缝。长度较短的容器可直接在一个圆筒的两长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头,构成一个封闭的压力空间,也端连接封头,构成一个封闭的压力空间,也就制成了一台压力容器外壳。就制成了一台压力容器外壳。当容器较长时,由于钢板幅面尺寸的限制,需要先当容器较长时,由于钢板幅面尺寸的限制,需要先用钢板卷焊成若干段筒体(某一段筒体称为一个用钢板卷焊成若干段筒体(某一段筒体称为一个筒筒节节),再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的),再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝,由于其方向与筒体轴向垂直,因此
4、称为环接焊缝,由于其方向与筒体轴向垂直,因此称为环向焊缝,简称向焊缝,简称环焊缝环焊缝。l 圆柱形筒体按其结构可分为:圆柱形筒体按其结构可分为:单层式单层式筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构成,即器壁只有一层(为防止内部介质构成,即器壁只有一层(为防止内部介质腐蚀,衬上的防腐层不包括在内)。腐蚀,衬上的防腐层不包括在内)。单层筒体按制造方式又分为单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式等几等几种。种。l组合式组合式l筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层以上互不连续的材料构成。以上
5、互不连续的材料构成。l组合式筒体按结构和制造方式又可分为组合式筒体按结构和制造方式又可分为多层式和缠绕式两大类多层式和缠绕式两大类缠绕式缠绕式多层式多层式 容器不需开启时,可把封头和筒体焊接在一起,从而有效容器不需开启时,可把封头和筒体焊接在一起,从而有效地保证密封,节省材料和减少加工制造的工作量。地保证密封,节省材料和减少加工制造的工作量。根据几何形状的不同根据几何形状的不同:封头封头球形球形球冠形球冠形椭圆形椭圆形蝶形蝶形锥壳锥壳平盖平盖 对于因检修或更换内件的原因而需要多次开启的容器,封对于因检修或更换内件的原因而需要多次开启的容器,封头和筒体的连接应采用可拆式的,此时在封头和筒体之间就
6、头和筒体的连接应采用可拆式的,此时在封头和筒体之间就必须要有一个密封装置。必须要有一个密封装置。螺栓法兰连接(简称法兰连接)是一种应用最广螺栓法兰连接(简称法兰连接)是一种应用最广的密封装置,它的作用是通过螺栓连接,并通的密封装置,它的作用是通过螺栓连接,并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。由于工艺要求和检修的需要,常在由于工艺要求和检修的需要,常在压力容器的筒体或封头上开设各种压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管,如大小的孔或安装接管,如人孔、手人孔、手
7、孔、孔、视镜孔、物料进出口接管视镜孔、物料进出口接管,以,以及及安装压力表、液面计、安全阀、安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表测温仪表等接管开孔。等接管开孔。筒体或封头上筒体或封头上开孔后开孔后,开,开 孔部位的孔部位的强度被削弱强度被削弱,并使该,并使该 处的应力增大。这种削弱程度处的应力增大。这种削弱程度 随开孔直径的增大而加大,因随开孔直径的增大而加大,因 而容器应尽量减少开孔的数量,而容器应尽量减少开孔的数量,尤其要避免开大孔。对容器已尤其要避免开大孔。对容器已 开设的孔,还应进行开设的孔,还应进行开孔补强开孔补强 设计设计,以确保所需的强度。,以确保所需的强度。1.1压力容器总体结
8、构压力容器总体结构1.2压力容器分类压力容器分类1.3压力容器规范标准压力容器规范标准l 压力容器的使用范围广、数量多、工作条压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂,发生事故所造成的危害程度各不相同。件复杂,发生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度与多种因素有关,如设计压力、设计危害程度与多种因素有关,如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。危害程度愈高,压力容器材料、和安装方式等。危害程度愈高,压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此,需要对压力容器进行合
9、理分类。因此,需要对压力容器进行合理分类。毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力,用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等,其中影响压力容器分类的主要是氧化性等,其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。毒性和易燃性。毒性毒性 毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量来表示。l 设计压力容器时,依据化学介质的最高容许浓度,设计压力容器时,依据化学介质的最高容许浓度,中国将化学介质分为中国将化学介质分为极度危害(极度危害(级)、高度危害级)、高度危害级)、中度危害(级)、中度危害(级)、轻度危
10、害(级)、轻度危害(级)级)等等四个级别。四个级别。毒性程度对法兰的选用影响很大,主要体现在法兰的公毒性程度对法兰的选用影响很大,主要体现在法兰的公称压力等级上,介质毒性程度愈高,压力容器爆炸或泄称压力等级上,介质毒性程度愈高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重,对材料选用、制造、检验和管漏所造成的危害愈严重,对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。理的要求愈高。可燃气体或蒸气与空气组成混合物,当混合物中可燃气体含量满足完全燃烧条件时,则其燃烧反应最为剧烈。若其含量减少或增加,火焰燃烧速度则会降低,而当浓度低于或高于某一限度值时,就不再燃烧和爆炸。可燃气体或蒸气与空气的混合物遇着明火能够发生
11、爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限,爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合物中的体积百分比来表示。爆炸下限小于10%,或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的介质,一般称为易燃介质。l 易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。易燃介质压力容器管理等提出了较高的要求。易燃介质压力容器的所有焊缝(包括角焊缝)均应采用全焊透结的所有焊缝(包括角焊缝)均应采用全焊透结构等。构等。压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。和液化气体。l 世界各国规范对压力容器分类的方法世界各国规范对压力容器分类的方法各不相同,本节
12、着重介绍中国各不相同,本节着重介绍中国压力容器压力容器安全技术监察规程安全技术监察规程中的分类方法。中的分类方法。l 内压容器又可按设计压力(内压容器又可按设计压力(p)大小分为四个)大小分为四个压力等级,具体划分如下压力等级,具体划分如下:按承压方式分类,压力容器可分为内压容按承压方式分类,压力容器可分为内压容器与外压容器。器与外压容器。l低压低压(代号代号L)容器容器 0.1 MPap1.6 MPa;l中压中压(代号代号M)容器容器 1.6 MPap10.0 MPa;l高压高压(代号代号H)容器容器 10 MPap100 MPa;l超高压超高压(代号代号U)容器容器 p100MPa。l 根
13、据压力容器在生产工艺过程中的作用根据压力容器在生产工艺过程中的作用:反应压力容器(代号R)换热压力容器(代号E)l分离压力容器(代号S)储存压力容器(代号C,其中球罐代号B)用于完成介质的物理、用于完成介质的物理、化学反应。化学反应。用于完成介质的热量交换用于完成介质的热量交换用于完成介质的流体压力平用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离衡缓冲和气体净化分离用于储存、盛装气用于储存、盛装气体、液体、液体、液体、液化气体等介质化气体等介质在一种压力容器中,如同时具备两个以上的工艺作用原理时,在一种压力容器中,如同时具备两个以上的工艺作用原理时,应按工艺过程中的主要作用来划分品种应按工艺过程
14、中的主要作用来划分品种l 有固定安装和使用地点,工艺条件和操作人员有固定安装和使用地点,工艺条件和操作人员也较固定的压力容器也较固定的压力容器。使用时不仅承受内压或外压载荷,搬运过程中还会受使用时不仅承受内压或外压载荷,搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力,以及运输过程带到由于内部介质晃动引起的冲击力,以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷,因而在结构、使用和安全来的外部撞击和振动载荷,因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。方面均有其特殊的要求。a.固定式压力容器固定式压力容器b.移动式压力容器移动式压力容器l 压力容器的危险程度还与介质危险性及其设计压力压力容器的危险程度还与介
15、质危险性及其设计压力p和和全容积全容积V的乘积有关,的乘积有关,pV值愈大,则容器破裂时爆炸能值愈大,则容器破裂时爆炸能量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。使用和管理的要求愈高。上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况,还不能综合反映压力容器的危设计参数或使用状况,还不能综合反映压力容器的危险程度。险程度。压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程采用既考虑容器压力与容采用既考虑容器压力与容积乘积大小,又考虑介质危险性以及容器在生产过程中
16、积乘积大小,又考虑介质危险性以及容器在生产过程中的作用的综合分类方法,以有利于安全技术监督和管理。的作用的综合分类方法,以有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类:该方法将压力容器分为三类:a.第三类压力容器第三类压力容器具有下列情况之一的,为第三类压力容器具有下列情况之一的,为第三类压力容器:高压容器;高压容器;中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);中压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且且pV乘积大于等于乘积大于等于10MPam3);中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中
17、度危害介质,中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且且pV乘积大于等于乘积大于等于0.5Pam3););低压容器(仅限低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质,且毒性程度为极度和高度危害介质,且乘积大于等于乘积大于等于0.2MPam3);高压、中压管壳式余热锅炉;高压、中压管壳式余热锅炉;中压搪玻璃压力容器;中压搪玻璃压力容器;球形储罐(容积大于等于球形储罐(容积大于等于50m3);低温液体储存容);低温液体储存容器(容积大于器(容积大于5m3)。)。使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值使用强度级别较高(指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于下限大于等于540MPa)的材料
18、制造的压力容器;)的材料制造的压力容器;移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为液化气体、移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为液化气体、低温液体)、罐式汽车低温液体)、罐式汽车 液化气体运输(半挂)车、液化气体运输(半挂)车、低温液体运输(半挂)车、永久气体运输(半挂)车低温液体运输(半挂)车、永久气体运输(半挂)车 和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等;和罐式集装箱(介质为液化气体、低温液体)等;低温液体储存容器(容积大于低温液体储存容器(容积大于5m3)中压容器;中压容器;低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质);害介质);低压反应容器和低压储存容
19、器(仅限易燃低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质);介质或毒性程度为中度危害介质);低压管壳式余热锅炉;低压管壳式余热锅炉;低压搪玻璃压力容器。低压搪玻璃压力容器。具有具有下列情况之一的,为第二类压力容器:下列情况之一的,为第二类压力容器:l除上述规定以外的低压容器为第一类压力容除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器器可见,国内压力容器分类方法综合考虑了可见,国内压力容器分类方法综合考虑了设计压力、设计压力、几何容积、材料强度、应用场合几何容积、材料强度、应用场合和和介质危害程度介质危害程度等等影响因素。影响因素。c.第一类压力容器第一类压力容器 例如因盛放的介质
20、特性或容器功能不同,即根据例如因盛放的介质特性或容器功能不同,即根据潜在的危害性大小,低压容器可被划分为第一类潜在的危害性大小,低压容器可被划分为第一类或第二类甚至第三类压力容器。或第二类甚至第三类压力容器。l(1)多腔压力容器的分类l 多腔压力容器按类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别进行使用管理。但应按每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划分时,设计压力取本压力腔的设计压力,容积取本压力腔的几何容积。l(2)容积如何计算 l 指压力容器的几何容积,即由设计图样标注的尺寸计算并圆整,且不扣除内件体积的容积。l l (3)世界各国压力容器分类是否相同)世界各国
21、压力容器分类是否相同l 由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异,压力容器的分类方法也互不相同。直理体系的差异,压力容器的分类方法也互不相同。直接采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时,应接采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时,应先将其转化为企业标准。先将其转化为企业标准。l (4 4)进口压力容器)进口压力容器l 进口压力容器的国外制造企业必须取得国家质进口压力容器的国外制造企业必须取得国家质量监督检验检疫总局颁发的安全质量许可证书,并按量监督检验检疫总局颁发的安全质量许可证书,并按规定进行安全性能监督检验、使用登记和定期检验。规
22、定进行安全性能监督检验、使用登记和定期检验。l腿式支座支承式支座腿式支座支承式支座耳式支座耳式支座裙式支座裙式支座 安全附件:安全附件:连锁装置;警报装置;计量装;泄放装置连锁装置;警报装置;计量装;泄放装置压力容器安全附件主要有:压力容器安全附件主要有:安全阀安全阀爆破装置爆破装置紧急切断阀紧急切断阀安全联锁装置安全联锁装置压力表压力表液面计液面计测温仪表等测温仪表等l 各部件间的连接大多需各部件间的连接大多需要经过焊接,对焊接进行质要经过焊接,对焊接进行质量控制是整个容器质量保证量控制是整个容器质量保证体系中极为重要的一环。体系中极为重要的一环。虽然焊接质量控制还涉及到许多焊接工艺过程问题
23、,虽然焊接质量控制还涉及到许多焊接工艺过程问题,但设计环节的但设计环节的主要任务主要任务是是焊接结构设计焊接结构设计和和确定无损检测确定无损检测方法、比例及要求。方法、比例及要求。焊接结构设计涉及到焊接结构设计涉及到接头的形式接头的形式(如对接、搭接、角(如对接、搭接、角接),以及接头的接),以及接头的坡口形式、几何尺寸坡口形式、几何尺寸等。等。平盖平盖球冠形封头球冠形封头返回返回椭圆封头椭圆封头球形封头球形封头1.1压力容器总体结构压力容器总体结构1.2压力容器分类压力容器分类1.3压力容器规范标准压力容器规范标准l 压力容器的使用范围广、数量多、工作压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复
24、杂,发生事故所造成的危害程度各不相条件复杂,发生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度与多种因素有关,如设计压力、同。危害程度与多种因素有关,如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。危害程度愈高,压力容器场合和安装方式等。危害程度愈高,压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此,需要对压力容器进行合理分类。也愈高。因此,需要对压力容器进行合理分类。毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力,用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、介质
25、危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等,其中影响压力容器分类的主要是氧化性等,其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。毒性和易燃性。毒性毒性 毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量来表示。l 设计压力容器时,依据化学介质的最高容许浓度,设计压力容器时,依据化学介质的最高容许浓度,中国将化学介质分为中国将化学介质分为极度危害(极度危害(级)、高度危害级)、高度危害级)、中度危害(级)、中度危害(级)、轻度危害(级)、轻度危害(级)级)等等四个级别。四个级别。毒性程度对法兰的选用影响很大,主要体现在法兰的公毒性程度对法兰的选用影响很大,主要体现在法兰的公称压力等级上,介
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