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文档简介
1、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
2、。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
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 P1.6MPa 中压容器(M) 1.6MPa P10.0MPa 高压容器(H)10.0MPa P100MPa 超高压容器(U) P100MPa 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 0.1P1.6
4、MPa 中压容器 1.6 P10 MPa 高压容器 10 P100 MPa 超高压容器 P100 MPa,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
5、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
6、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
7、: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DNDi,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
8、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pw0.1MPa(表压,不含液体静压力; (2).内直径Di0.15m,且容积V0.025m3; (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GB1
9、50-89的修订。属于常规设计标准。 1、适用范围 设计压力: 0.1MPa p35MPa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
10、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 p100 MPa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 p0.1MPa 设计温度:大于-20350 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
11、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 American Society of Mechanical Engineering,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1015年。大多取决于腐蚀情况,有些取决于疲劳、蠕变或振动。 5.密封性包括内漏
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