压力容器设计考虑因素及设计文件1

1、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： 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)。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。在设计 这种高危容器时每一步的设计工作都需要严谨设计， 综合考虑每一部分的影响因 素，以下就压

2、力容器安全设计时需要综合考虑的问题做一些简单的介绍。一 压力容器设计时主要参数的确定 压力容器设计时主要设计参数的确定由设计压力设计者根据工作介质、操作温度、 操作压力设备的工作状态,综合考虑确定设计压力,具体选取可按 GB150-1998钢制压力容器和压力容器安全技术监察规程确定执行。设 计温度当设计温度不可能通过传热计算或测试结果确定时 ,应按以下原则选取 :(1) 容器器壁与介质直接接触且有外保温 (或保冷)时。(2) 容器内介质用蒸汽直接加热或被内置加热元件(如加热盘管 ,电热元件等 )间接加热时 ,设计温度取正常工作过程中介质的最高温度。(3) 容器器壁两侧与不同温度介质直接接触而可

3、能出现单一介质接触时,应按较高介质确定设计温度，当任一介质温度低于-20 C时，则按较低介质温度确定最低设 计温度。(4) 安装在室外无保温的容器 ,最低设计温度可按以下规定选取 :盛装压缩气体的 储罐,最低设计温度取月平均最低气温减 3 C ;盛装液体体积占容器容积1/4以上 的储罐,最低设计温度取月平均最低气温。(5) 容器的不同部位在工作过程中可能出现不同温度时,应按不同温度选取元件相应的设计温度。(6) 容器的最高 (或最低)工作温度接近选用材料允许使用温度界限时,应结合具体情况慎重选取设计温度 ,以免增加投资或降。二 压力容器设计时需要考虑的几个主要因素单体化工设备设计包括工艺设计和

4、机械设计两部分。首先应根据任务提供的原始数据和工艺要求，定出设备的主要尺寸，如形状、直径、高度等；然后进行 受力分析，结合选择材料，确定结构，经过强度计算决定出结构尺寸，最后绘出 该设备及各零部件的施工图。 这几部分是紧密相关而又各有分工的。 目前在我国， 工艺设计由化工工艺专业人员完成， 由化工机械专业人员完成机械设计。 虽然容 器的应用在性质上有所不同， 但在设计容器时往往必须考虑不少共同因素。 最重 要的是选择容器的型式， 确定它的主要尺寸， 合理选择材料， 运用准确而可靠的 计算方法。2.1 容器型式的选择设计任何容器的第一步是选择容器的型式，使其能完成指定的生产任务，又 有好的经济效

5、果。 容器型式与它的用途有关。 对贮存用的容器， 其决定性参数 是体积，从节约材料的观点来看， 最好的应是球形， 但若贮存量较小时还是圆筒 形更有利。 对进行化工过程用的设备外壳来说， 还应注意到有利于内部过程的进 行，更易安装内部构件， 有利于物料的排放和清理以及尽量减少流体阻力等因素。 容器型式与容器所承受的压力及温度有关。 操作压力愈大，温度愈高，就愈 是应该选择受力情况较好的型式。 容器型式与容器所使用的结构材料和制造方 法有关。加工性能和焊接性能好的材料，容易成型、组焊，可以作成设计所需要 的形状。反之则只能做成简单的形状。 对称中心轴线的壳体便于成型和机械加工， 因而圆筒形、球形和

6、锥形壳体是最常用的。2.2 经济尺寸的决定当容器的容积一定时， 变换直径和高度可以得到多种方案， 但应确定一种最 经济的尺寸。经济尺寸与金属材料用量和容器制造费用有关。对大型贮罐而言， 还应考虑基础的费用和所占有土地的费用。 一般来说，以金属用量的多少为最主 要，因此应以金属用量最少为原则，选择圆筒形容器的直径和高度。2.3 材料的选择选择容器用钢，必须根据容器的工作条件(如壁稳、压力、介质腐蚀性、介 质对材料的脆化作用及其是否易燃、 有毒等) 选择具有合适力学性能、 物理性能 和耐腐蚀性能的材料。 选择材料力求易于加工制造， 并考虑经济合理性和符合我 国资源情况。下面是选择材料时应注意的几个

7、主要因素：(1) 力学性能：材料的力学性能由强度、塑性两个指标来完成。强度指标它是材料抵抗外力作用能力的标志。 一般情况下， 设计常用的指标有强度极限和屈 服极限。在遇有高温情况时， 设计还得考虑材料的蠕变极限及持久极限。 设计中 许用应力都是根据这些数值决定的。 另外，材料的屈强比也是反应材料承载能力 的一个指标， 不同材料具有不同的屈强比， 即使是同一种材料， 其屈强比也随着 材料热处理情况及工作温度的不同而有所变化。塑性指标塑性指标主要有延伸率、断面收缩率、冲击韧性等。用塑性好的材料制造容器，可以缓和局部应力 和不良影响，有利于压力加工，不易产生脆性断裂，对缺口、伤痕不敏感，并且 在发生

8、爆炸时不易产生碎片。作为化工容器用的钢，要求延伸率不低于14%，冲击韧性在使用温度下不低于 35J/2; 。 材料力学性能的各因素之间是相互联系 而又相互制约的。 有些材料强度较高， 但它的延伸率及冲击韧性却很低。 因此选 材时，不能只看其单一的性能指标，而应对材料力学性能诸因素作全面分析。(2) 物理性能：在容器设计中，应注意到材料的物理性能。例如在计算容器的 温差应力时，就要用到材料的线膨胀系数； 在设计换热器及计算容器外壳损失时， 还要用到材料的热导率等等。 因此，材料的使用场合不同， 对材料的物理性能亦 有不同的要求。 主要的物理性能指标有密度、 热导率、比热容、熔点、线胀系数、 电阻

9、率、弹性模量等。(3) 耐腐蚀性能：化工厂中经常处理有腐蚀性的介质，故设计化工容器时，在 很多场合下， 耐蚀性对材料的选择起决定性的作用。 材料的耐蚀程度会影响设计 使用寿命，产品的质量，有时甚至影响化学反应的进行。因此，考虑材料的耐蚀 性的化工容器材料选择中的一个重要问题。 材料的腐蚀速度在工程上常用 Ka(mm/a)来表示，材料腐蚀速度在1 mm/a以下的，可认为能用于化工容器。 有关材料的耐蚀性可在材料腐蚀和防腐手册中查得。( 4)制造工艺性能：材料的制造工艺性能包括可锻性、可焊性、切削加工性及 研磨、冲压性能、热处理性能等。对制造化工容器的钢材来说，焊接性能和压力 加工性能就显得更为重

10、要。 钢材焊接性能的好坏主要取决于其成份。含碳量是 最重要的因素， 制造一般受压容器所用的钢材的含碳量最高不大于 0.25% 。有些 低合金钢可焊性较差，必须采取特殊的焊接工艺。 容器成型的主要方法是滚卷 与冲压。材料中的夹渣、 气孔等缺陷易在加工过程中形成裂纹或微裂纹。 材料的 冷作硬化性会降低塑性指标， 而且会在受热时出现结晶醋化， 降低强度。 一般钢 材的残余变形超过 3% 时，需经退火处理。( 5)价格与来源设备成本的很大一部分决定于材料的价格。 因此在选用材料时， 应了解它们的价格。如果将普碳钢板 Q235 的价格定为 1，其余的板材相对价格 大致有如下关系：锰钢为1.4; 20钢为

11、1.8 ;铬钢(1Cr13 , 2 Cr13)为5.1;1Cr18Ni9Ti 为 4.9。 当然，采用价廉的材料并不一定就是经济上合理的，因为 贵的材料可能具有较好的性能， 用它可以制成器壁较薄而轻的容器， 而且使用年 限也比较长，使用效果更好。 分析材料的经济性不能仅看它们的价格，同时要 看国家的资源情况， 要求我们多用普通易取的材料， 少用昂贵稀缺的材料; 多用 国产材料，少用或不用进口材料。以上就是在设计压力容器时需要重点考虑的几点影响因素， 除此之外， 焊接是 制造压力容器的重要工艺， 焊接质量在很大程度上决定了压力容器的制造质量及 使用安全性。 因此，压力容器设计中正确地拟定容器的焊

12、接技术条件是技术人员 的重要工作内容之一。三 压力容器设计文件的相关内容3.1 设计文件的分类与组成( 1 ) 设计文件的分类： 根据设计文件的说明有步设计文件、 施工图设计文件、 工程图、通用图、标准图、总图、装配图、部件图、零件图、表格图、 特殊工具图、焊接件图、管口方位图、图纸目录、技术要求、计算书、 说明书、原图及原稿、底图、复印件等。( 2) 设计文件的组成： 每种设计文件基本都有以下二十种基本的设计内容来 组成。a) 制图;b) 图纸幅面;c) 图样在图纸上的安排原则;d) 图样上的文字、符号及代号;e) 无需单独绘制图样的原则;f) 需要单独绘制图样的原则;g) 图样的比例;h)

13、 图样上尺寸标注的补充规则;i）零件、部件的代号；j）技术特征表；k）关口表；l）明细表；m）标题栏；n）大、小组标题栏；o）简单标题栏；p）附注；q）设备净重；r）技术要求和技术条件；s）工程底图的描、校签字栏及选用表；t）图样的简化画法；不同的设计阶段，设计文件也相应的不同。每个设备整套设计文件的组成应 符合下表的规定:植计文件 名尊设计文件ma初歩设计文件IS工图设计文件 *51用都件克标准都件总国主翌设珞出隔按需哩圳毎按眾需股需晏确證捲需刨淀按儒嬰讹罡4ft Cfitf脅单蹄总需/但乩宵小独琳弓，电需（但见否即独編可，材，嘶况很址）视惰呪浪尢）awatkk)技术时按蒂要确定按需亜烦疋按芾球備龙挂需要廉定按黑匪ifii定揑幣耍确定按需養确定按詰咚确定3.2技术文件(1)压力容器的设计文件包括强度计算书或者应力分析报告、设计图样、制造 技术条件、风险评估报告(第川类压力容器)，必要时还应当包括安装及使用维修 说明。(2) 装设安全阀、爆破片装置的压力容器，设计文件还应当包括压力容器安全 泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积的计算书。 无法计算时， 设计单位应当会 同设计委托单位或者使用单位，协商选用安全泄放装置。四 总结感想压力容器的设计是一种比较复杂工作，对不同工作要求的压力容器需要有不 同的标准来设计， 保证它可以安全可靠的