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第四篇容器设计 第十五章容器设计基础 第一节概论 一 容器的结构 壳体 筒体 封头 端盖 法兰 支座 接口管及人孔等组成 常低压化工设备通用零部件标准直接选用 二 容器的分类 压力容器分类 按容器的形状按承压性质按管理其它 按容器壁温按金属材料按应用情况 按容器的形状 按承压性质 内压 内部介质压力大于外界压力外压 内部介质压力小于外界压力真空 内部压力小于一个绝压的外压容器 表4 1内压容器的分类 按管理 表4 2安全检查规程使用范围 根据压力等级 介质毒性危害程度以及生产中的作用 压力容器可分为三类 第一类压力容器 第二类压力容器 第三类压力容器不包括核能 船舶专用 直接受火焰加热容器 表4 3毒性危害程度分级 判断题 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 按容器壁温 常温容器 壁温 20 至200 高温容器 壁温达到蠕变温度 碳素钢或低合金钢容器 温度超过420 合金钢超过450 奥氏体不锈钢超过550 均属高温容器 中温容器 在常温和高温之间 低温容器 壁温低于 20 20 至 40 为浅冷容器 低于 40 者为深冷容器 按材料 金属容器 钢制 铸铁 有色金属容器 非金属材料 既可作为容器的衬里 又可作为独立的构件 按材料 应用最多是低碳钢和普通低合金钢 腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈钢 不锈复合钢板 铝板及钛材 在深冷操作中 可用铜或铜合金 常用非金属材料的有 硬聚氯乙烯 玻璃钢 不透性石墨 化工搪瓷 化工陶瓷及砖 板 橡胶衬里等 按应用情况 反应压力容器 完成物理 化学反应 如反应器 反应釜 分解锅 聚合釜 变换炉等 换热压力容器 热量交换 如热交换器 管壳式余热锅炉 冷却器 冷凝器 蒸发器等 按应用情况 分离压力容器 流体压力平衡缓冲和气体净化分离 如分离器 过滤器 缓冲器 吸收塔 干燥塔等 储存压力容器 球罐为 储存 盛装气体 液体 液化气体等介质 如各种形式的贮罐 贮槽 高位槽 计量槽 槽车等 三 容器的零部件标准 容器的零部件 例如封头 法兰 支座 人孔 手孔 视镜 液面计等 标准化 系列化 许多化工设备 例如贮槽 换热器 搪玻璃与陶瓷反应器 也有了相应的标准 两个基本参数 公称直径DN 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 公称压力PN 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 公称直径 1 压力容器的公称直径钢板卷焊公称直径是内径 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4 5无缝钢管制作筒体时容器的公称直径 mm 设计时 应将工艺计算初步确定的设备内径 调整为符合表4 4或表4 5所规定的公称直径 封头的公称直径与筒体一致 2 管子的公称直径 也称公称口径 公称通径 有缝管 电焊钢管 化工厂用来输送水 煤气 空气 油以及取暖用蒸汽等流体管道 无缝管 分热轧管和冷拔管两种 如输送流体用无缝钢管 GB8163 87 石油裂化用无缝钢管 GB9948 88 化肥设备用高压无缝钢管 GB647986 等 有缝管的公称直径 公称直径近似普通钢管内径的名义尺寸 公制mm 英制in 见表4 6 公称直径15mm或1 2英寸 外径21 3mm 壁厚2 75mm 普通 3 25mm 加厚 有缝管的公称直径 每一公称直径对应一外径 其内径数值随厚度不同而不同 有缝管按厚度可分为薄壁钢管 普通钢管和加厚钢管 管路附件也用公称直径表示 意义同 无缝钢管的公称尺寸 分热轧管和冷拔管 无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度表示 为公称外径与公称厚度 在管道工程中 管径超过57mm时 常采用热轧管 管径在57mm以内常选用冷拔管 冷拔管的最大外径为200mm 热轧管的最大外径为630mm 3 容器零部件的公称直径 法兰 支座等公称直径是相配的筒体 封头的公称直径 DN2000法兰 DN2000鞍座还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径DN200管法兰另有一些容器零部件公称直径是指结构中某一重要尺寸 DN80 Dg80 视镜是指窥视孔的直径为80mm 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4 7压力容器法兰与管法兰的公称压力 设计时如果选用标准零部件 必须将操作温度下的最高操作压力 或设计压力 调整为所规定的某一公称压力等级 调整方法见第五节 然后根据DN与PN选定该零部件的尺寸 如果零件不选用标准零部件 而是自行设计 设计压力就不必符合规定的公称压力 四 压力容器的标准简介 压力容器标准是全面总结压力容器生产 设计 安全等方面的经验 不断纳入新科技成果而产生的 它是压力容器设计 制造 验收等必须遵循的准则 压力容器标准涉及设计方法 选材及制造 检验方法等 国内标准 1989我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150 89 钢制压力容器 1998年修订成GB150 1998 使标准更加完善 GB150 钢制压力容器 内容包括 压力容器板壳元件计算容器结构要素的确定密封设计超压泄放装置的设置容器的制造与验收的要求等 国外主要规范 国外的规范主要有四个 美国ASME规范 英国压力容器规范 BS 日本国家标准 JIS 德国压力容器规范 AD 1 美国ASME规范 美国机械工程师协会 ASME 制定的 锅炉及压力容器规范 美国国家标准该规范规模庞大 内容完善 仅依靠其本身即可完成选材 设计 制造 检验 试验 安装及运行等全部工作环节 1 美国ASME规范 与压力容器密切相关有 第 卷材料技术条件 第 卷无损检验 第 卷压力容器及第 卷焊接及钎焊评定 每年增补一次 每三年出一新版 技术先进 修订及时 能迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就 为世界上影响最大的一部规范 2 英国压力容器规范 BS BS5500 非直接火熔焊压力容器 是由英国标准协会 BSI 负责制定 由两部规范合并而成 一部相当于ASME第 卷第一册的BS1500 一般用途的熔融焊压力容器标准 另一部是近似于德国AD规范的BS1515 化工及石油工业中应用的熔融焊压力容器标准 3 日本国家标准 JIS 于80年代初制定了两部基础标准 一部是参照ASME第 卷第1册制定的JISB8243 压力容器的构造 另一部是参照ASME第 卷第2册制定的JISB8250 特定压力容器的构造 此外 还有与压力容器相关的标准JISB8240 冷冻压力容器 JISB8241 无缝钢制气瓶 及JISB8242 圆筒形液化石油气贮罐 卧式 构造 等 4 德国压力容器规范 AD AD压力容器规范是由七个部门编制的 职工联合会 锅炉压力容器管道联合会 化学工业联合会 冶金联合会 机械制造者协会 大锅炉企业主技术协会及技术监督会联合会 VDTUV AD规范在技术上有许多独特的观点 它在世界上也是具有广泛影响的规范 AD规范与ASME规范相比 特点 AD规范只对材料屈服极限取安全系数 且取数较小 因此产品厚度薄 重量轻