化工設備基礎(chǔ)第7章 容器基本知識5.1

1換熱器反應釜2反應壓力容器高壓反應器合成塔吸收塔3換熱壓力容器列管式換熱器大型集成換熱器蒸發(fā)器廢（余）熱鍋爐4分離壓力容器雙介質(zhì)過濾器旋膜式除氧器5儲存壓力容器液氨儲罐高位儲罐球形儲罐6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?！ＷC該生產(chǎn)的正常運行!——安全性要求！結(jié)構(gòu)上的共同點？77.1壓力容器的基本結(jié)構(gòu)與分類7.1.1基本結(jié)構(gòu)一般容器的結(jié)構(gòu)—以臥式容器為例第二篇化工設備設計基礎(chǔ)

第7章容器設計基本知識89壓力容器六大基本部件筒體封頭支座開孔與接管密封裝置安全附件101112多層式13141516171819膨脹節(jié)換熱器管板20§7.1.2壓力容器分類211.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?！?2

2.考慮安全性—按承壓（表壓）高低分類低壓(代號L)容器0.1MPa≤p<1.6MPa；中壓(代號M)容器1.6MPa≤p<l0.0MPa；高壓(代號H)容器10MPa≤p<100MPa；超高壓(代號U)容器p≥100MPa。23——按容器壁溫分：（1）常溫容器-20＜壁溫≤2000C;（2）高溫容器壁溫~蠕變溫度碳鋼，低合金鋼-----＞4200C，奧氏體不銹鋼----------＞5500C。（3）低溫容器壁溫≤-200C-200C～-400C為淺冷容器，壁溫≤-400C為深冷容器。3.按安全技術(shù)管理分類（按綜合因素，即壓力高低、生產(chǎn)過程重要性、介質(zhì)危險程度等）一類容器二類容器三類容器24某種化學毒物引起有機體損傷的能力。毒性大?。夯瘜W物質(zhì)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(zhì)的濃度表示。

對人體不會發(fā)生危害作用的最高濃度。

極度危害（Ⅰ級）最高容許質(zhì)量濃度＜0.1mg/m3

高度危害（Ⅱ級）最高容許質(zhì)量濃度0.1~＜1.0mg/m3

中度危害（Ⅲ級）最高容許質(zhì)量濃度1.0~＜10mg/m3

輕度危害（Ⅳ級）最高容許質(zhì)量濃度≥10mg/m3毒性最高允許質(zhì)量濃度Q235-A或Q235-B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介質(zhì)危害性25

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，丙酮等。26可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍。易燃性可燃氣體或蒸氣與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的可能性大小。易燃性爆炸濃度極限爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介質(zhì)。如甲烷、乙烷、乙烯、氫氣等。易燃介質(zhì)*Q235-AF不得用于制造易燃介質(zhì)容器Q235-A不得用于制造液化石油氣容器27——按承壓方式分類內(nèi)壓容器----容器內(nèi)部壓力大于外部壓力外壓容器----容器外部壓力大于內(nèi)部壓力

——按作用原理換熱容器（E）----主要用于實現(xiàn)介質(zhì)的熱量交換反應容器（R）----主要用于完成介質(zhì)的化學反應分離容器（S）----主要用于對混合物料進行分離貯運容器（C）----主要用于盛裝物料，其中球罐（B）

壓力容器其它分類方法——按安裝方式分類固定式容器----有相對固定的安裝、工作地點，工藝條件和操作人員也較為固定。移動式容器----需經(jīng)常搬運的容器——按容器形狀分類

方形或矩形容器----由平板焊制而成球形容器----由數(shù)塊球瓣拼焊而成圓筒形容器----由圓柱形筒體和各種形狀的成型封頭組成282.2.1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292.2.2容器零部件標準化的基本參數(shù)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)經(jīng)；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DN≠Di,D030公稱直徑DN是公稱直徑，(或叫公稱通徑),就是各種管子與管路附件的通用口徑。同一公稱直徑的管子與管路附件均能相互連接，具有互換性.它不是實際意義上的管道外徑或內(nèi)徑，雖然其數(shù)值跟管道內(nèi)徑較為接近或相等；31公稱直徑A．壓力容器(筒體、封頭)的公稱直徑：由鋼板卷制的筒體，公稱直徑是指它的內(nèi)徑；當筒體的直徑較小，直接采用無縫鋼管制作時，容器的公稱直徑應是指無縫鋼管的外徑；封頭的公稱直徑與筒體一致。B．管子：公稱直徑既不是它的內(nèi)徑，也不是外徑，而是小于管于外徑的一個數(shù)值。只要管子的公稱直徑一定，它的外徑也就確定了，而管子的內(nèi)徑則根據(jù)壁厚的不同有多種尺寸，它們大都接近于管子的公稱直徑。C．其它零部件的公稱直徑：有些零部件的公稱直徑，如壓力容器法蘭，鞍式支座等就是指與它相配的筒體與封頭的公稱直徑。而管法蘭、手孔等則是指與它相配的管子的公稱直徑。32332.3.1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pw≥0.1MPa（表壓，不含液體靜壓力）；(2).內(nèi)直徑Di≥0.15m,且容積V≥0.025m3;(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。7.3壓力容器的安全監(jiān)察34

7.3.2相關(guān)法規(guī)及常用標準1.基本法規(guī)：《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

—國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1999《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSGR0004-2009《移動式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》TSGR0005-20112.壓力容器常用標準：GB150-1998《鋼制壓力容器》國家標準(2003年修訂)GB151-1999《管殼式換熱器》國家標準JB4709-2007《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》JB4730-2005《壓力容器無損檢測》JB/T4700~4707-2000《壓力容器法蘭》HG20592~20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》NB/T

47020~47027-2012

《壓力容器法蘭、墊片、緊固件》353、壓力容器規(guī)范簡介

(1)國外壓力容器規(guī)范

ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》

第Ⅷ篇《壓力容器》第一分篇《壓力容器》第二分篇《壓力容器—另一規(guī)則》第三分篇《高壓容器另一規(guī)則》

第Ⅹ篇《玻璃纖維增強塑料壓力容器》

第Ⅶ篇《移動式容器建造和連續(xù)使用規(guī)則》

36（2）國內(nèi)壓力容器規(guī)范和標準全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會法規(guī)體系結(jié)構(gòu)法規(guī)行政規(guī)章安全技術(shù)規(guī)范標準37我國第一部壓力容器規(guī)范：1959年：《多層高壓容器設計與檢驗規(guī)程》1960年：原化工部《石油化工設備零部件標準》1984年：全國壓力容器標準化技術(shù)委員會成立1989年：GB150-89《鋼制壓力容器》1998年：GB150-1998《鋼制壓力容器》38GB150—1998《鋼制壓力容器》GB151—1999《管殼式換熱器》JB4732—1995《鋼制壓力容器—分析設計標準》JB/T4735《鋼制焊接常壓容器》GB12337—1998《鋼制球形儲罐》JB4710—2000《鋼制塔式容器》

主要標準*基礎(chǔ)標準*產(chǎn)品標準

*零部件標準397.3.容器機械設計的基本要求2.3.1容器機械設計條件及程序：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)；（3）容器的工作環(huán)境、重要程度；科學嚴謹?shù)膽B(tài)度40確定設計依據(jù)及相關(guān)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417.4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。424.耐久性——保證使用壽命。一般化工設備設計使用壽命為10～15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。436.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？※殼體的焊縫全部要求雙面焊，結(jié)構(gòu)需如何處理？※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。44第4節(jié)材料的性能力學性能、物理性能、化學性能和加工性能一、力學性能決定許用應力強度、硬度、彈性、塑性、韌性等451、強度是指材料抵抗外加載荷而不致失效破壞的能力4647常溫強度指標：屈服強度和抗拉(壓)強度屈強比適當蠕變極限σn：在高溫時，在一定應力下，應變隨時間的增加而增加的現(xiàn)象，或者金屬在高溫和應力的作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。疲勞極限σr,σr=

σmin/

σmax,應力循環(huán)系數(shù)或應力比對稱循環(huán)下材料的持久極限σ-1—106-107次不被破壞的應力482、硬度局部抵抗能力彈性、強度與塑性的綜合性能指標壓入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和維氏硬度(HV)低碳鋼σb=0.36

HB高碳鋼σb=0.34

HB灰鑄鐵σb=0.1

HB493、塑性延伸率δ斷面收縮率ψ化工設備材料一般要求δ5=10%-20%504、沖擊韌性沖擊韌度αk，使其破壞所消耗的功或吸收的能除以試件的截面面積低溫容器所用鋼板αk值不得低于30J/cm251二、物理性能密度、熔點、比熱容、熱導率、線膨脹系數(shù)、導電性、磁性、彈性模量與泊松比等。52三、化學性能1、耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力2、抗氧化性高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強度選耐熱材料53四、加工工藝性能1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛性3、焊接性4、可切削加工性5455金屬材料制品5657幾種常見的金屬58鉻59鐵60其它金屬6162我國豐富的金屬礦藏63黃鐵礦（FeS2愚人金）

64新疆阿爾泰的自然金（狗頭金

）65黃鐵礦礦石(產(chǎn)地新疆）

66淺色閃鋅礦(ZnS)

67中間朱紅色的是辰砂（朱砂HgS

）湖南沅陵，沅陵古稱辰州68淡紅銀礦（硫砷銀礦Ag3AsS3)

69自然金

70自然金

715非金屬材料7273普通日用陶瓷圖例74工業(yè)陶瓷75石墨換熱器76搪瓷反應釜77搪瓷內(nèi)壁（搪玻璃）78玻璃纖維增強樹脂（玻璃鋼）79玻璃鋼球罐自動化加工80阿利伯克號導彈驅(qū)逐