化工容器设计第一讲(定稿).ppt

化工容器设计马廷霞 1 化工容器设计 主讲马廷霞机电工程学院过程装备教研室 化工容器设计马廷霞 2 本课程是 过程装备与控制工程 专业必修课之一 主要介绍化工容器的基本设计方法 通过学习 使学生利用已有的技术基础知识 全面的分析和解决化工容器所涉及的问题 掌握化工容器的设计方法 把握化工容器设计技术的新进展 课程性质 目的与任务 化工容器设计马廷霞 3 课程要求 掌握中低压容器的规则设计 压力容器的整体体设计 外压容器设计的基本原理及方法 了解化工容器设计技术的新进展 化工容器设计马廷霞 4 第一章化工容器设计概论 第一节概论 第二节压力容器的质量保证 第三节压力容器规范介绍 化工容器设计马廷霞 5 概论 石油化工压力容器的应用 石油化工过程是用物理和化学方法将物料转变成所需产品的过程 为了实现这些工艺过程 需要各种类型的石油化工设备 换热设备主要用于介质的热量交换 如 热交换器 冷凝器 重沸器 蒸发器 管壳式余热锅炉等 反应设备主要用于介质的化学反应的设备 如 反应器 合成塔 聚合釜和变换炉等 分离设备主要用于对混合物料记性分离的设备 如 分馏塔 汽提塔 吸收塔 稳定塔 干燥器和分离器等 储存设备盛装物料的容器 主要有 卧式圆筒容器和球形储罐等 化工容器设计马廷霞 6 概论 石油化工压力容器的分类 化工容器设计马廷霞 7 概论 石油化工压力容器的分类 化工容器设计马廷霞 8 概论 石油化工压力容器的分类 化工容器设计马廷霞 9 概论 石油化工压力容器的分类按 容规 1 第一类压力容器 2 3条规定者除外的低压容器 2 第二类压力容器 A 3条规定者除外的中压容器B 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器C 毒性程度为极高和高度危害介质的低压容器D 低压管壳式余热锅炉E 塘玻璃压力容器 化工容器设计马廷霞 10 概论 石油化工压力容器的分类按 容规 3 第三类压力容器 A 毒性程度为极高和高度危害介质的中压容器和P V大于0 2MPa m3的中压容器 B 易燃或毒性程度为中度危害介质且P V大于10MPa m3中压储存容器 C 高压 中压管壳式余热锅炉 D 高压容器 化工容器设计马廷霞 11 概论 注1 毒性介质危害程度参照GB 5044 职业性接触毒物危害程度 规定分为四级 其最高容许浓度分别为 极度危害 级 10 化工容器设计马廷霞 12 概论 级和 级毒物 如氢氰酸 光气 氟化氢 碳酰氟 氯等 级毒物 如二氧化硫 氨 一氧化碳 氯乙烯 甲醇 氧化乙烯 硫化乙烯 二氧化硫 乙炔 硫化氢等 级毒物 如氰氧化钠 四氟乙烯 丙酮等 注2 易燃介质是指与空气混合的爆炸下限是10 或爆炸上 下限之差 20 的气体 化工容器设计马廷霞 13 概论 化工容器设计的内容化工容器设计就是根据给定的工艺尺寸和工作条件 并考虑到制造和安装检修要求 对压力容器的各个元件正确的选择材料 全面的进行载荷分析和应力变形分析 选择合理的结构型式 确定合适的强度尺寸 并给出有关制造和检验的技术条件 化工容器设计马廷霞 14 概论 化工容器设计的基本要求1 安全性 安全运行2 经济性 材料的节约 经济的制造过程 经济的安装维修 容器的长期安全运行 3 适用性 在规定的条件下完成规定功能的能力 4 可靠性5 耐久性 化工容器设计马廷霞 15 概论 常见的化工容器失效形式1 强度失效和发生过量的弹塑性变形2 在压应力作用下容器的稳定失效3 高温下的蠕变破坏4 低温或有缺陷时的脆性断裂5 交变载荷作用下的低循环高应变疲劳破坏6 腐蚀破坏7 密封失效 化工容器设计马廷霞 16 概论 压力容器的构造 化工容器设计马廷霞 17 压力容器的质量保证 质量保证的概念 为了使容器在整个服役过程中能安全运行而采用的有计划的 系统的措施 统称为 质量保证 它是一种系统工程 注 质量保证和质量监督是两个不同的概念 后者只是达到质量保证的具体手段 化工容器设计马廷霞 18 压力容器的质量保证 质量保证的内容 一 设计1 规格书 载荷条件 静载或交变载荷 工作温度 恒温或变温 工作介质 腐蚀性 有毒 易燃易爆 正常工况和非正常工况 2 计算书 选设计规范 对容器的各部件进行应力分析 选择材料 计算各部件尺寸 选标准件 非标准件需注加工工艺 3 图纸 总图 装配图 部件图 零件图 表格图 特殊工件图 管口方位图 预焊件图 化工容器设计马廷霞 19 压力容器的质量保证 二 材料1 制造压力容器的材料主要有 黑色金属 有色金属 非金属材料及复合材料等2 使用最多的材料有 质量保证的内容 化工容器设计马廷霞 20 压力容器的质量保证 二 材料3 制造方法 压力加工和焊接4 选钢依据 常用的有GB6654 压力容器用碳素钢与低合金钢厚钢板 5 表示方法 钢号 R 如16MnR 质量保证的内容 化工容器设计马廷霞 21 压力容器的质量保证 质量保证的内容 6 基本类型 化工容器设计马廷霞 22 压力容器的质量保证 二 材料7 基本要求 A 化学成分 需要严格控制 B 机械性能 足够的强度 良好的塑性韧性和较好的时效敏感性 足够的断裂韧性 低的脆性转变温度和无塑性转变温度 C 制造工艺性能 良好的塑性 良好的可焊性 铸锭质量 锻造性能 白点敏感性 回火脆性 热处理工艺性等 D 特殊性能 耐高温 耐低温 耐腐蚀 质量保证的内容 化工容器设计马廷霞 23 压力容器的质量保证 二 材料8 压力容器用钢出厂必检项目 化学成分 抗拉强度 b 屈服极限 s 断后延伸率 180 冷弯 冲击功AKV 9 选材和用材原则 1 经济合理 A 所需材料总重量的费用B 制造费用C 容器的寿命和维修折旧费用 2 充分发挥材料的特长 3 符合有关现行标准规范规定 质量保证的内容 化工容器设计马廷霞 24 压力容器的质量保证 三 制造和制造过程的检验 以焊接为例 1 焊接方法 包括焊接接头的结构设计 焊接材料即焊条或焊丝焊剂的选用 焊机的选用等 焊接方法中通常考虑的关键问题是焊透性 材料的焊接特性和焊接过程的经济性 一般由用户 设计师和制造厂协商确定 2 焊后热处理 作用一是消除或部分消除焊接残余应力 一般采用整体退火或焊接区局部退火 二是消除焊接区的脆化 恢复延性 质量保证的内容 化工容器设计马廷霞 25 压力容器的质量保证 三 制造和制造过程的检验 以焊接为例 3 焊接区的力学性能 应当力求使焊肉 热影响区 母材的力学性能相等 需要做试板测试 质量保证的内容 4 制造过程中的检验 尤为重要的是焊缝质量检验 方法主要是以射线和超声波探伤为主 辅以磁粉法或着色法检查是否存在表面裂纹 流程如右 化工容器设计马廷霞 26 压力容器的质量保证 质量保证的内容 三 在役检验和监控1 在役检验的方法 以射线检验和超声波检验为主 辅以磁粉法或着色法检查是否存在表面裂纹 2 对材料的监控方法 预应力挂片 化工容器设计马廷霞 27 压力容器的设计准则 强度上防失效设计准则 弹性失效设计准则 塑性失效设计准则 爆破失效设计准则 安定性设计准则 疲劳设计准则 蠕变设计准则 低应力脆断设计准则 另外还有防刚度失效的位移设计准则 失稳失效设计准则及泄漏失效设计准则 化工容器设计马廷霞 28 一 国外压力容器规范简介1 美国 ASME 美国机械工程师协会 于1915年发布了世界上第一部压力容器规范 锅炉建造规范 1914年版 1962年 ASME锅炉与压力容器规范 共8卷 1937年增加了第 卷 焊接质量要求 目前ASME规范共11卷其中 ASME 1 按规则设计 主要部位的最大主应力不超过弹性范围为设计的安全准则 根据经验确定许用应力 并对容器各部件的结构和尺寸作出一些具体的规定 ASME 2 按分析设计 对压力容器中各部件的应力做尽可能详细的分析 对求得的应力值再进行分类 且分情况按不同的安全准则予以处理 2 英国 BS5500 1991 压力容器标准 其特点 既包括 按常规设计 也包括 按分析设计 还包括疲劳设计 3 联邦德国 AD规范 受压容器规范 1983年版 4 日本 JISB8243 压力容器构造 规范 1981年版 5 法国 SNCT 非直接火受压容器规范 1986年版 6 前苏联 PTM42 容器和设备零部件强度设计规范 1962年版 压力容器的设计规范 化工容器设计马廷霞 29 压力容器的设计规范 二 我国压力容器规范介绍 1 我国执行的压力容器标准是GB150 98 钢制压力容器 2 内容包括 材料选择 压力容器元件的设计计算以及容器的制造 检验和验收 3 适用范围 设计压力不大于35MPa的钢制压力容器的设计 制造 检验和验收 4 不适用范围 1 直接火焰加热的容器 2 受辐射作用的容器 3 经常搬运的容器 4 泵 压缩机 涡轮机 液压缸等旋转或往