压力容器设计文件.doc

压力容器的正确设计是保证容器安全运行的基本环节。在国内外，由于设计不当而发生破坏事故是屡见不鲜的。美国某公司，由于设计方面的原因而导致的事故，占事故总数的18.3%。国内，由于设计不当，或者没经过认真的设计计算而造成容器在运行中发生事故也是比较多的。可见，压力容器的设计在保证其安全运行方面的重大作用。压力容器设计就是根据给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，在确保安全的前提下，经济、正确地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。结构设计主要是确定合理、经济的结构形式，并满足制造、检验、装配、运输和维修等要求；强（刚）度设计的内容主要是确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求；密封设计主要是选择合适的密封结构和材料，保证密封性能良好。一、压力容器设计的基本要求压力容器的设计要求在石油、化工产业的生产过程非常复杂，设备生产过程中任何设备出了事故都会影响产品质，或使生产无法继续进行，甚至会危及设备和人身的安全，造成事故和财产损失，因此石油化工使用的压力容器一般需要满足以下几个方面的要求:1）保证完成工艺生产。石油化工使用的压力容器必须能承担工艺过程所要求的压力、温度及具备工艺生产所要求的规格(直径、厚度、容积)和结构(开孔接管、密封等)。2)运行完全可靠。化工生产的物料往往具有强烈的腐蚀性、毒性，容易燃烧一起火灾，甚至发生爆炸等恶行事故。压力容器工作时内部储存着一定的能量，一旦发生破坏，容器内部储存的能量将在极短的时间释放出来，具有极大的摧毁力。3)预订的使用寿命。影响石油化工用压力容器使用寿命的主要因素是化工物料对壳体结构材料的腐蚀，它会使容器壁厚减薄甚至烂穿，因此在设计容器时必须考虑附加腐蚀裕量来保证满足使用年限的要求。4)制造、检验、操作和维修方便。提出这一要求的目的，一方面是基本安全性的考虑，因为结构简单、易于制造和探伤的设备，其质量就容易得到保证，即使存在某些超标缺陷也能够准确地发现，便于及时消除;5)经济性。压力容器的设计，要尽量结构简单、制造方便、重量轻、节约材料以降低制造成本和维修的费用。二、压力容器设计时的综合考虑因素2.1压力容器壁厚压力容器是否具有必要的壁厚。所谓必要的壁厚就是根据规定进行准确的强度计算，并考虑了各种因素影响而确定的厚度。然而，有的人误认为壁厚越厚越安全。因此，在进行容器的强度计算时，额外加几毫米的壁厚，其后果不仅设备造价高，浪费了钢材，增加了容器的重量，更重要的是在焊制过程中，由于壁厚增加而使焊接工作量增加，从而造成熔徽金属增多，可能产生的增大不应有的焊接应力，以致产生裂纹、变形，形成隐患，在生产中易发生事故。2.2 压力容器材料选择压力容器如选材不当，即使具有足够的壁厚，也可能在生产操作的条件下，或是由于材料韧性的降低而发生脆性断裂，或是由于工作介质对材料产生腐蚀而导致腐蚀破裂等等。因此，必须结合容器的具体生产工艺条件，选用强度合适和断裂韧性比较好的普通低合金钢，既要防止不考虑具体条件而盲目选用价格昂贵的材料，又要注意材料性能的基本要求以及不同材料的使用范围1)当设计压力较高、结构尺寸较大而使设备壳体壁厚较大时，如壳体材料仍选用碳素钢(如Q235将导致壁厚增大、质量增加，不仅浪费金属材料，而且导致制造、运输、安装、土建基础等的费用提高，因而提高了总的工程造价。一般在以强度控制为主的情况下，当壳体壁厚超过8mm时，应优先选用低合金钢。当设计压力较小、直径较大、以刚度控制或以结构设计主时，应尽量选用普通碳素钢。2) HG20581-1998钢制化工容器材料选用规定中第5.1.2条“同时符合下列条件的高温度压力容器主要受压元件用钢应按炉号，复验设计温度下的屈服强度值，其值不得低于相应许用应力值的1.6倍(奥氏体钢为1.5倍)。包括:设计温度大于3000C;设计压力大于1.6MPa;钢材厚度大于等于20mm;钢材主要载面以承受一次薄膜应力为主，且其厚度取决与强度计算的结果。 2.3. 压力容器的结构设计压力容器的结构是否合理。结构不良的容器，往往因产生过高的局部应力而在反复加压和卸压过程中导致破坏.。因此，在容器结构的选择方面，力求在满足生产要求的前提下结构简单，严防规程、规定所禁止的结构型式出现在设计图样上。2.4 密封设计压力容器的可拆密封装置形式很多，如中低压容器中的螺纹连接、承插式连接和螺栓法兰连接等，其中以结构简单、装配比较方便的螺栓法兰连接用得最普通。防止流体泄漏的基本方法是在密封口增加流体流动的阻力，当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封。而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面上的比压力来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密封口的阻力越大，越有利于密封。螺栓法兰连接设计的一般目的是:对于已知的垫片特性，确定安全、经济的法兰和螺栓尺寸，使接头的泄漏率在工艺和环境允许范围内，使接头内的应力在材料允许范围内，即确保密封性和结构完整性。三、压力容器设计须重视的几个问题 1.首先必须了解压力容器在生产操作方面的工艺条件和技术要求，这是进行压力容器设计的主要依据。特别是对所处理物料的性质，一定要弄清，在没有把握或缺乏使用经验时，必须进行模拟试验。对那些经反应易引起爆炸、燃烧的物料要严加注意，采取必要的安全措施。 2.熟悉对压力容器所用材料性能的基本要求，以及不同材料的使用范围。根据压力容器生产工艺要求、压力、温度和介质腐蚀情况等正确选用材料。 3.合理的结构设计是防止容器焊制和生产操作中产生破裂的重要环节，不能忽视。4.在正确地选用材料和合理结构的前提下，进行准确的强度计算是保证压力容器安全运行的可靠基础。压力容器的计算，必须采用经全国压力容器标准化技术委员会审定的压力容器计算程序软件包或规定。 5.在压力容器设计总图上，必须完整、准确地写出技术性能、技术要求和必要的说明。 技术性能应包括:容器类别、容积、设计压力、设计温度(最高、最低温度)、主要材质、介质、焊缝系数、腐蚀余度及试验压力。技术要求应包括:容器制造、使用中应遵循的规程、规定、技术矛件、技术质量标准以及应注意的问题。 1）对容器试压要区分用水压、气压或气密性试验的不同方式和要求，要正确选择。试验压力的确定，必须按规程、规定要求进行，不要以为试验压力越高越保险。 2)要明确指出容器的安装、使用地点，是否需要保温，安装在室外时当地的最高最低气温等。因为同样一台设备，夏季和冬季在北方和南方大不一样，这一点不能忽视。 3)对带夹套的容器，在图样上应分别注明壳体和夹套内的试验压力和允许的最高工作压力。在容器焊制方面更要注意制造程序和试压顺序，否则将会产生不必要的返工和麻烦。 6.在工艺系统设计中，为确保压力容器的安全运行，必须采取有效措施，如装设压力表、温度计、超压、超温报警讯号装置以及安全阀等，以防事故的发生。四，压力容器设计文件压力容器的设计文件，包括设计图样、技术条件、设计计算书，必要时还应包括设计或安装、使用说明书。若按分析设计标准设计，还应提供应力分析报告。设计计算书的内容，至少应包括:设计条件、所用规范和标准、材料、腐蚀裕量、计算厚度、名义厚度、计算结果等。装设安全泄放装置的压力容器，还应计算压力容器安全、安全阀排量和爆破片泄放面积。当采用计算机软件进行计算时，软件必须经“全国锅炉压力容器标准化技术委员会”评审鉴定，并在国家质量监督检验检疫总局特种设备局认证备案，打印结果中应有软件程序编号、输人数据和计算结果等内容。设计图样包括总图和零部件图。压力容器总图上，至少应注明下列内容:压力容器名称、类别;设计条件;必要时应注明压力容器使用年限;主要受压元件材料牌号及材料要求;主要特性参数(如容积、换热器换热面积与程数等);制造要求;热处理要求;防腐蚀要求;无损检测要求;耐压试验和气密性试验要求;安全附件的规格;压力容器铭牌的位置;包装、运输、现场组焊和安装要求;以及其他特殊要求。五、结语压力容器的结构虽然与其他机械设备相比似乎较简单，但其部件的受力情况比较复杂，特别是在开孔附近，以及其他结构不连续处。压力容器的使用条件比较苛刻，它不但承受着大小不同的压力载荷(在许多情况下是脉动载荷)，而且，有些还在高温或深冷的条件下运行。现代的压力容器，大多是焊接结构，制造时(特别是焊接时)留下的微小缺陷，在使用中遇到合适的条件(如使用温度、操作条件等)，就会迅速扩展而突然发生破坏。与其他设备比较起来，压力容器比较容易发生超压，一旦超压会迅速造成破坏事故。由于压力容器发生事故后所产生的后果的严重性，因此，压力容器的设计必须遵循现行设计规范，同时设计者应在满足设计任务几目标要求的前提下提出最佳的设计方案，使其满足功能需要，安全可靠，节约成本。在压力容器的设计、制造、检验过程中。经常会有一些对压力容器的法规、标准、规范理解不透彻的地方，因而会出现很多像上述例子的错误。对此，我们应不断地分析、总结