過程設備儲罐設計

1、寧夏大學機械工程學院寧夏大學機械工程學院 賀華賀華本課程學習的內容本課程學習的內容壓力容器壓力容器總體結構總體結構應力分析應力分析材料材料設計方法設計方法設備設計設備設計結構結構設計設計強度強度計算計算儲存設備儲存設備換熱設備換熱設備反應設備反應設備塔塔設設備備主要解決的問題主要解決的問題典型過程設備的結構分析典型過程設備的結構分析常用零部件的強度計算常用零部件的強度計算標準和規(guī)范的應用標準和規(guī)范的應用設計創(chuàng)新思想的建立設計創(chuàng)新思想的建立（1）教與學有機結合，多想多問。）教與學有機結合，多想多問。（2）課后及時復習，答疑。）課后及時復習，答疑。（3）學習過程中的問題及時和教師溝通、）學習過程中

2、的問題及時和教師溝通、反饋，提出好的建議。反饋，提出好的建議。（4）按時交作業(yè)，及時糾正錯誤。）按時交作業(yè)，及時糾正錯誤。（5）成績評定：平時成績）成績評定：平時成績(包括作業(yè)和課堂包括作業(yè)和課堂提問）提問）20-30% ，期末考試，期末考試70-80%學習基本要求及考核方式煉油廠的設備煉油廠的設備過程設備設計概述過程設備設計概述-從原材料到產品要經歷一系列物理的或化學的加工處理從原材料到產品要經歷一系列物理的或化學的加工處理步驟，這些加工處理步驟稱為過程。如化工、輕工、煉油、制步驟，這些加工處理步驟稱為過程。如化工、輕工、煉油、制藥、橡膠、食品等。藥、橡膠、食品等。過程工業(yè)過程工業(yè)是加工制造

3、是加工制造流程性材料產品流程性材料產品的現的現代國民經濟的支柱產業(yè)之一。代國民經濟的支柱產業(yè)之一。-是由一系列的過程機器和過程設備，按一定的是由一系列的過程機器和過程設備，按一定的流程方式用管道、閥門等連接起來的一個獨立的密閉連續(xù)系統(tǒng)，流程方式用管道、閥門等連接起來的一個獨立的密閉連續(xù)系統(tǒng)，再配以必要的控制儀表和設備，即能平穩(wěn)連續(xù)地把以流體為主的再配以必要的控制儀表和設備，即能平穩(wěn)連續(xù)地把以流體為主的各種流程性材料，讓其在裝置內部經歷必要的物理化學過程，制各種流程性材料，讓其在裝置內部經歷必要的物理化學過程，制造出人們需要的新的流程性材料產品。造出人們需要的新的流程性材料產品。-單元過程設備（

4、如塔、換熱器、反應器、儲罐等）單元過程設備（如塔、換熱器、反應器、儲罐等）與單元過程機器（如壓縮機、泵、分離機等）二者的統(tǒng)稱為過程與單元過程機器（如壓縮機、泵、分離機等）二者的統(tǒng)稱為過程裝備。裝備。過程裝備與控制工程的概念過程設備和容器的概念 過程設備過程設備-用于傳質、傳熱和化學反應等過程的裝置用于傳質、傳熱和化學反應等過程的裝置 容器容器-設備外部殼體的總稱設備外部殼體的總稱 * 過程設備為過程的實現服務，因此過程設備的設計過程設備為過程的實現服務，因此過程設備的設計必須滿足過程的要求，沒有相應的設備，過程也無法必須滿足過程的要求，沒有相應的設備，過程也無法實現。實現。* 設備設備是靜止的

5、，沒有相對運動的機構（有些靜止設是靜止的，沒有相對運動的機構（有些靜止設備上帶有運動的傳動裝置，如夾套反應釜），如儲存?zhèn)渖蠋в羞\動的傳動裝置，如夾套反應釜），如儲存設備、換熱設備、塔設備、反應設備等。設備、換熱設備、塔設備、反應設備等。機器機器有相對運動的機構，如泵、壓縮機、離心機等。有相對運動的機構，如泵、壓縮機、離心機等。過程設備設計的主要內容 本課程主要介紹儲存設備、換熱設備、塔設備、本課程主要介紹儲存設備、換熱設備、塔設備、反應設備的一般設計方法，從設備工作時的受載情反應設備的一般設計方法，從設備工作時的受載情況出發(fā)，通過應力分析和強度計算，結合結構分析，況出發(fā)，通過應力分析和強度計算

6、，結合結構分析，并按相應設計標準和規(guī)范進行設備的零部件及整體并按相應設計標準和規(guī)范進行設備的零部件及整體的設計工作。的設計工作。 受載情況受載情況應力分析、強度計算應力分析、強度計算結構分析結構分析零部件及整體設計零部件及整體設計 設計參數的選取設計參數的選取設計方法的確定設計方法的確定設計標準和規(guī)范的選用設計標準和規(guī)范的選用教學中的實踐環(huán)節(jié)及實踐經驗的積累教學中的實踐環(huán)節(jié)及實踐經驗的積累課程設計和畢業(yè)設計的作用課程設計和畢業(yè)設計的作用基本設計步驟：基本設計步驟： 工藝條件和使用條件工藝條件和使用條件 結構分析結構分析 設計標準和規(guī)范設計標準和規(guī)范 應力分析及強度計算應力分析及強度計算 零部件

7、和總體結構設計零部件和總體結構設計 繪圖、提出技術要求繪圖、提出技術要求 1、非標設備，功能原理多樣化。、非標設備，功能原理多樣化。2、機電一體化、機電一體化-過程工藝、設備、控制緊密結合。過程工藝、設備、控制緊密結合。 3、外殼一般為壓力容器。、外殼一般為壓力容器。 4、過程設備設計的規(guī)范性和能動性。、過程設備設計的規(guī)范性和能動性。過程設備的特點發(fā)展方向發(fā)展方向多功能、大型化、成套化、自動化多功能、大型化、成套化、自動化過程設備設計的基本要求合理設計合理設計-安全安全 經濟經濟過程設備設計的基本原則：在保證過程設備設計的基本原則：在保證安全的前提下，盡可能做到經濟。安全的前提下，盡可能做到經

8、濟。 強度強度-材料在載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力材料在載荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力 韌性韌性-材料對缺口或裂紋的敏感程度，即材料斷裂前吸收變材料對缺口或裂紋的敏感程度，即材料斷裂前吸收變形能量的能力形能量的能力 耐腐蝕性（材料與介質相容）耐腐蝕性（材料與介質相容） 剛度和抗失穩(wěn)能力剛度和抗失穩(wěn)能力-構件在載荷作用下維持原有形狀的能力構件在載荷作用下維持原有形狀的能力 密封性能密封性能 功能要求功能要求-實現設備的預定功能（儲存量、換熱量、反應速實現設備的預定功能（儲存量、換熱量、反應速率等），滿足生產要求，提高生產效率和經濟效益。率等），滿足生產要求，提高生產效率和經濟效益。 壽

9、命要求壽命要求a、安全可靠、安全可靠b、滿足過程要求、滿足過程要求 生產效率高（單位生產能力高）、消耗系數低生產效率高（單位生產能力高）、消耗系數低 單位生產能力單位生產能力-單位時間、單位設備容積（面積）處理的物單位時間、單位設備容積（面積）處理的物料量或所得產品的數量。料量或所得產品的數量。 消耗系數消耗系數-生產單位重量或體積產品所消耗的資源（原材料生產單位重量或體積產品所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸汽等）和人力。、能量、燃料、水、電、蒸汽等）和人力。 結構合理、制造方便結構合理、制造方便 便于安裝和運輸便于安裝和運輸 操作簡單、安全操作簡單、安全-易于操作，誤操作或錯誤操

10、作時可發(fā)出報警信號。易于操作，誤操作或錯誤操作時可發(fā)出報警信號。 易于維護、修理易于維護、修理-安全、正常地運轉，維修周期長安全、正常地運轉，維修周期長 便于控制便于控制-手動或自動檢測裝置，對工藝參數及時測量、報警和控制手動或自動檢測裝置，對工藝參數及時測量、報警和控制。 有害介質的泄漏、噪音、環(huán)境污染等有害介質的泄漏、噪音、環(huán)境污染等 c、綜合經濟性好、綜合經濟性好d、易于操作、維護和控制、易于操作、維護和控制e、優(yōu)良的環(huán)境性能、優(yōu)良的環(huán)境性能過程設備設計的基本過程需求分析和目標界定需求分析和目標界定總體結構分析總體結構分析零部件結構設計零部件結構設計 性能參數狀態(tài)參數設計參數確定參數參數

11、設計 設計實施設計實施 決策過程決策過程壓力容器總體結構壓力容器總體結構壓力容器六大基本部件筒體筒體封頭封頭支座支座開孔與開孔與接管接管密封密封裝置裝置安全安全附件附件繞帶式繞板式纏繞式熱套式層板包扎式多層式組合式鍛焊式整體鍛造式單層卷焊式無縫鋼管式單層式、筒體1多層式多層式平板形封頭無折邊錐形封頭帶折邊錐形封頭錐形封頭無折邊球形封頭半球形封頭球形封頭碟形封頭橢圓形封頭凸形封頭、封頭2支腿圈座鞍式支座臥式容器支座裙式支座腿式支座支承式支座耳式支座立式容器支座、支座3儀表接管口物料進出口接管人孔、手孔、試鏡孔等、開孔與接管4承力件密封件、密封裝置5爆破膜等緊急切斷閥、安全閥、報警或泄放計等壓力表

12、、溫度計、液面監(jiān)測、安全附件6膨脹節(jié)環(huán)殼環(huán)形板錐形封頭錐殼形封頭）球冠形封頭（無直邊球球冠封頭）碟形封頭（帶直邊球形環(huán)殼球冠橢圓形封頭橢球殼球罐（或球形封頭）球殼筒體圓柱殼七種殼管板彈性基礎圓平板法蘭）環(huán)（基礎環(huán)）環(huán)形板（平蓋（或平封頭）圓平板四種板tRRtRRii101000介質危害性某種化學毒物引起有機體損傷的能力。某種化學毒物引起有機體損傷的能力。毒性大?。憾拘源笮。夯瘜W物質引起實驗動物某種毒性反應所需要的劑量?；瘜W物質引起實驗動物某種毒性反應所需要的劑量。 對于氣態(tài)毒物，以空氣中該物質的濃度表示。對于氣態(tài)毒物，以空氣中該物質的濃度表示。 對人體不會發(fā)生危害作用的最高濃度。對人體不會發(fā)生

13、危害作用的最高濃度。 極度危害（極度危害（級）級）最高容許質量濃度最高容許質量濃度0.1mg/m3 高度危害（高度危害（級）級）最高容許質量濃度最高容許質量濃度0.11.0mg/m3 中度危害（中度危害（級）級）最高容許質量濃度最高容許質量濃度1.010mg/m3 輕度危害（輕度危害（級）級）最高容許質量濃度最高容許質量濃度10mg/m3毒性毒性最高允許質量濃度最高允許質量濃度Q235-A或或Q235-B鋼板不得用于制造毒性程度為鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害的壓力容器極度或高度危害的壓力容器可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到 明火能夠明火能夠發(fā)生爆炸的濃度

14、范圍。發(fā)生爆炸的濃度范圍。易燃性易燃性可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的可能性大小。的可能性大小。易燃性易燃性爆炸濃度極限爆炸濃度極限爆炸下限小于爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限的差值，或爆炸上限和下限的差值大于等于大于等于20%的介質。的介質。 如甲烷、乙烷、乙烯、氫氣等。如甲烷、乙烷、乙烯、氫氣等。易燃介質易燃介質* Q235-AF不得用于制造易燃介質容器不得用于制造易燃介質容器 Q235-A不得用于制造液化石油氣容器不得用于制造液化石油氣容器a、按壓力等級分類、按壓力等級分類低壓低壓(代號代號L)容器容器 0.1MPap1.

15、6MPa；中壓中壓(代號代號M)容器容器 1.6MPapl0.0MPa；高壓高壓(代號代號H)容器容器 10MPap100MPa；超高壓超高壓(代號代號U)容器容器 p100MPa。b、按承壓方式分類、按承壓方式分類內壓容器內壓容器-容器內部壓力大于外部壓力容器內部壓力大于外部壓力外壓容器外壓容器-容器外部壓力大于內部壓力容器外部壓力大于內部壓力 c、按作用原理、按作用原理換熱容器（換熱容器（E）-主要用于實現介質的熱量交換主要用于實現介質的熱量交換反應容器（反應容器（R）-主要用于完成介質的化學反應主要用于完成介質的化學反應分離容器（分離容器（S）-主要用于對混合物料進行分離主要用于對混合物

16、料進行分離貯運容器（貯運容器（C）-主要用于盛裝物料，其中球罐（主要用于盛裝物料，其中球罐（B） 壓力容器分類d、按安裝方式分類、按安裝方式分類固定式容器固定式容器-有相對固定的安裝、工作地點，工藝條件和操作人有相對固定的安裝、工作地點，工藝條件和操作人員也較為固定。員也較為固定。移動式容器移動式容器-需經常搬運的容器需經常搬運的容器 e、按容器形狀分類、按容器形狀分類 方形或矩形容器方形或矩形容器-由平板焊制而成由平板焊制而成 球形容器球形容器-由數塊球瓣拼焊而成由數塊球瓣拼焊而成 圓筒形容器圓筒形容器-由圓柱形筒體和各種形狀的成型封頭組成由圓柱形筒體和各種形狀的成型封頭組成f、按安全技術管

17、理分類、按安全技術管理分類（按綜合因素，即壓力高低、生產過程（按綜合因素，即壓力高低、生產過程重要性、介質危險程度等）重要性、介質危險程度等）一類容器一類容器二類容器二類容器三類容器三類容器壓力容器的壓力容器的質量保證質量保證可以理解為廣義的、更嚴格的安全可以理解為廣義的、更嚴格的安全性，是為使容器在整個使用過程中能夠安全運行，不發(fā)性，是為使容器在整個使用過程中能夠安全運行，不發(fā)生事故，而采取的有計劃的、系統(tǒng)的措施，是一種系統(tǒng)生事故，而采取的有計劃的、系統(tǒng)的措施，是一種系統(tǒng)工程。工程。壓力容器的質量保證* 質量保證質量保證安全性安全性* 容器設計標準和規(guī)范必須依據容器設計標準和規(guī)范必須依據質量

18、保證系統(tǒng)的要求來制定質量保證系統(tǒng)的要求來制定 * 質量監(jiān)督是達到質量保證的手段質量監(jiān)督是達到質量保證的手段 壓力容器用鋼的基本要求 1、設計、設計 2、材料、材料 3、制造和制造過程中的檢驗、制造和制造過程中的檢驗 4、使用過程中的定期檢驗和監(jiān)控、使用過程中的定期檢驗和監(jiān)控 壓力容器用鋼的基本類型 壓力容器材料的選用 耐壓試驗內外部檢驗外部檢查定期檢驗的類別和期限質量保證的內容 滿足標準和規(guī)范的基本要求滿足標準和規(guī)范的基本要求 “創(chuàng)造性創(chuàng)造性”地使用標準和規(guī)范地使用標準和規(guī)范 了解標準和規(guī)范的變動情況，采用最新版本的標準和規(guī)范了解標準和規(guī)范的變動情況，采用最新版本的標準和規(guī)范 按分析設計按規(guī)則設計、容器設計方法1壓力容器標準和規(guī)范不同規(guī)范設計不同規(guī)范設計結果比較結果比較2、壓力容器規(guī)范簡介、壓力容器規(guī)范簡介 (1) 國外壓力容器規(guī)范國外壓力容器規(guī)范 ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范鍋爐與壓力容器規(guī)范 第第篇篇壓力容器壓力容器 第一分篇第一分篇壓力容器壓力容器 第二分篇第二分篇壓力容器壓力容器另一規(guī)則另一規(guī)則 第三分篇第三分篇高壓容器另一規(guī)則高壓容器另一規(guī)則 第第篇篇玻璃纖維增強塑料壓力容器玻璃纖維增強塑料壓力容器 第第篇篇移動式容器建造和連續(xù)使用規(guī)則移動式容器建造和連續(xù)使用規(guī)則 （2）國內壓力容器規(guī)范和標準）國內壓