第二章容器设计的基本知识(云南大学2010版)PPT课件.ppt

1 第二篇化工容器设计 第二章容器设计的基本知识 教学重点 容器的分类教学难点 对容器的基本感性认识 2 设备 如何满足工艺要求 结构 安全性 下一步考虑的问题 3 1 卧式容器 2 换热器 3 塔设备 4 反应釜 分析化工设备的结构特点 4 必须有一个外壳及相应附件 即容器 与大气环境隔开 获得适于工艺要求的温度 压力 介质条件 实现工艺目标 结构上的共同点 5 第一节容器的分类与结构 一 容器的结构 图2 1卧式容器的结构简图 6 压力容器主要结构包括 筒体 封头 密封装置 开孔和接管 支座 附件 7 8 压力容器能够承受压力载荷的密闭容器 承受气态和液态介质压力的密闭容器都属于压力容器 主要用于传热 传质 反应等工艺过程 以及贮存 运输有压力的气体或液化气体 9 要保证该生产的正常运行 安全性要求 容器压力的安全性压力是压力容器的一个最重要的工作参数 容器压力越大 发生破裂和爆炸的可能性与危害性越大 10 11 12 2 1 2压力容器分类1 按工艺要求分类 盛装或储存 储罐 计量槽 压力缓冲器 实现化学反应 合成塔 反应釜 变换炉等 实现传热 加热器 冷却器 冷凝器 蒸发器 废热锅炉 水洗塔等 实现传质 分离 分馏塔 吸收塔 干燥塔 过滤器 分离器等 13 2 按容器的形状分类 14 15 16 17 3 按连接方式 固定式具有固定的安装和使用地点 工艺条件稳定 容器位于一定的工艺流程中 用管道与其他设备连接 18 移动式贮运容器 用于盛装或运输压缩气体 液化气体和溶解气体 流动范围和环境变化大 1 气瓶 19 2 气桶 20 3 槽车 21 4 按压力等级分类内压 低压容器 L 0 1MPa P 1 6MPa中压容器 M 1 6MPa P 10 0MPa高压容器 H 10 0MPa P 100MPa超高压容器 U P 100MPa外压 容器外部压力大于内部压力时容器的内压力 一个大气压 0 1MPa 时称为真空容器 22 按承压 表压 高低分类低压容器 0 1 P 1 6MPa中压容器 1 6 P 10MPa高压容器 10 P 100MPa超高压容器P 100MPa 23 1 常温容器壁温 20 200 2 高温容器指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器 碳钢 420 合金钢 450 奥氏体不锈钢 550 3 中温容器指壁温在常温和高温之间的容器 4 低温容器指壁温低于一20 条件下工作的容器 其中 20 40 浅冷容器 低于 40 者为 深冷容器 5 按容器壁温分类 24 1 薄壁容器 2 厚壁容器 S Di 0 1 K D0 Di 1 2 S Di 0 1 K D0 Di 1 2 6 按容器壁厚分类 25 7 按安全综合分类 压力容器安全技术监察规程 综合考虑了设计压力 几何容积 材料强度 应用场合和介质危害程度等影响因素 26 27 易燃及有毒介质分类 常见易燃介质 一甲胺 乙烷 乙烯 氯甲烷 环氧乙烷 环丙烷 氢 丁烷 三甲胺 丁二烯 丁烯 丙烷 丙烯 甲烷等 毒性程度举例 极度危害 高度危害介质 氟 氢氰酸 光气 氟化氢 碳酰氟 氯等 中度危害介质 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 硫化氢等 轻度危害介质 氢氧化钠 四氟乙烯 丙酮等 28 判断下列容器属一 二 三类容器的哪一类 1 2000的液氨储罐2 p为4MPa的剧毒介质容器3 p为10MPa V为800L的乙烯储罐 29 2 2 1标准化的意义设计 无需计算和制图 按已有标准图选择 制造 有利于成批生产 降低成本 保证产品质量 提高竞争力 维修 备件规格尺寸通用 实现互换性 通商贸易 国内 国际间通用 消除贸易障碍 我国已实现容器零部件标准化的有 圆筒体 封头 法兰 支座 人孔 手孔 视镜和液面计等 2 2容器零部件的标准化 30 二 容器零部件标准化的基本参数 1 公称直径DN标准化的直径 指标准化以后的标准直径 以DN表示 单位mm 例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN1200 1 压力容器2 管子3 其它零部件2 公称压力PN规定的标准压力等级 容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力 以PN表示 单位MPa 31 公称直径 DN 公称压力 PN 规定 1 圆筒体的公称直径 板卷制的 筒体内径 无缝钢管制的 筒体外径 2 法兰与其相配的管子或筒体的PN DN相一致 注意 钢管的DN Di D0 32 1 压力容器的公称直径钢板卷焊筒体和成型封头的公称直径是内径 33 34 容器直径较小 可直接用无缝钢管制作 公称直径指钢管外径 表2 7无缝钢管制作筒体时容器的公称直径 mm 35 2 无缝钢管和有缝钢管的公称直径是小于外径的一个数值 36 2 压力容器的公称压力 工作压力不同 相同公称直径的压力容器其筒体及其零部件的尺寸也不同 将承受的压力范围分为若干个标准压力等级 即公称压力 表2 9压力容器法兰与管法兰的公称压力 37 1 压力容器安全监察的范围同时具备如下条件 1 最高工作压力pw 0 1MPa 表压 不含液体静压力 2 内直径Di 0 15m 且容积V 0 025m3 3 介质为气体 液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点 大气压力下的饱和温度 的液体 上述压力容器所用的安全附件亦属于本规程管辖范围 2 3压力容器的安全监察 38 2 我国压力容器常用法规标准简介 一 GB150 98 钢制压力容器 参照ASME标准 近期国际同类标准针对GB150 89的修订 属于常规设计标准 1 适用范围设计压力 0 1MPa p 35MPa且真空度不低于0 02MPa设计温度 钢材允许的使用温度只适用于固定的承受恒定载荷的压力容器 39 2 管辖范围除壳体本体外 还包括 与外部管道焊接连接的第一道环向接头坡口端面 第一个螺纹接头端面 第一个法兰密封面 以及专用连接件或管件连接的第一个密封面 其他如接管 人孔 手孔等承压封头 平盖及其紧固件 以及非受压元件与受压元件的焊接接头 直接连在容器上的超压泄压装置 40 二 JB4732 95 钢制压力容器 分析设计标准 弹性失效准则 塑性失效准则 弹塑性失效准则 根据应力对容器失效所构成的危害程度 将应力进行分类 对各类应力用不同的限制值进行控制 本标准适用于设计压力 0 1MPa p 100MPa且真空度不低于0 02MPa设计温度 低于以钢材蠕变控制其应力强度的相应温度 不同的钢材该温度不同 41 三 JB T4735 钢制焊接常压容器 常规设计标准适用范围为 设计压力 0 02MPa p 0 1MPa设计温度 大于 20 350 不适用于盛装高度毒性或极度危害介质的容器 42 四 压力容器安全技术监察规程 容规 对压力容器的材料 设计 制造 使用 检验 修理 改造等七个环节中的主要问题提出了基本规定 压力容器标准是设计 制造压力容器产品的依据 容规 是安全技术法规 是政府对压力容器实施安全技术监督管理的依据 43 五 ASME AmericanSocietyofMechanicalEngineering 共有11卷 包括锅炉 压力容器 核动力装置 焊接 材料 无损检测等内容 与我国相关的有第 卷 压力容器 和第 卷 玻璃纤维增强塑料压力容器 非金属材料篇 44 2 3容器机械设计的基本要求 1 容器机械设计条件 1 工艺结构要求及基本工艺尺寸 2 工作压力 工作温度及工作介质 3 容器的工作环境 重要程度 科学严谨的态度 合格的设计质量 45 确定设计依据及相关标准 开始 选择材料 确定容器类别 结构设计 壁厚设计 零部件设计 压力试验核算 绘制施工图 校核 审核 结束 合格 合格 不合格 不合格 批准 2 机械设计程序 46 2 4机械设计的基本要求 1 强度 不发生破坏如焊缝开裂 筒体爆破 螺栓拉断等 2 刚度 不发生过大变形如塔体倾斜 塔盘下凹等 3 稳定性 不发生瘪塌或褶皱如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌 气柜抽负瘪塌 塔体支座在起吊时发生瘪塌等 47 4 耐久性 保证使用寿命 一般化工设备设计使用寿命为10 15年 大多取决于腐蚀情况 有些取决于疲劳 蠕变或振动 5 密封性 包