设备管理_化工设备外壳资料

模块一化工设备外壳 列管式换热器的外壳 搅拌反应釜 缓冲罐 工厂中的塔器 化工容器通常为压力容器 我们把承受一定的介质压力且与外界隔离的密闭容器称为压力容器 化工厂中的许多设备有个共同特点 都有一个外壳 化工生产中把所用化工设备的外壳统称为容器 项目一初识压力容器 知识点一压力容器的基本结构 压力容器一般由筒体 封头 法兰 支座 开孔接管 安全附件等组成 知识点二压力容器的分类 一 按承压性质分类1 内压容器 内部介质压力大于外部介质压力的容器 2 外压容器 外部介质压力大于内部介质压力的容器 二 按压力等级分类内压容器又可按其承受压力 表压 的大小分为四个等级1 低压容器 L 0 1 p 1 6MPa2 中压容器 M 1 6 p 10 0MPa3 高压容器 H 10 p 100MPa4 超高压容器 U p 100MPa 三 按安全技术监察规程分类中国 压力容器安全技术监察规程 按容器的压力等级 容积的大小 介质的危害程度及在生产过程中的作用综合考虑 将压力容器分为三类 1 第一类压力容器2 第二类压力容器3 第三类压力容器 其中第三类压力容器最为重要 要求也最严 四 按工艺用途分类1 反应容器 R 主要用于完成介质的化学反应 搅拌反应釜 2 换热容器 E 主要用于完成介质的热量交换 换热器 3 分离容器 S 主要用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等 图1 4缓冲罐 4 储存容器 C或B 主要用于盛装生产用的原料 半成品 成品等 图1 5球罐 知识点三压力容器零部件的标准化 压力容器零部件标准化的基本参数是公称直径和公称压力 一 公称直径公称直径是将压力容器的直径加以标准化后的标准直径 用 DN 表示 筒体和封头的公称直径是它们的内径 但无缝钢管做筒体时 筒体和封头的公称直径指钢管的外径 管子的公称直径既不是管子的外径 也不是管子的内径 而是小于外径的一个值 只要管子的公称直径一定 管子的外径就确定了 管子的内径因壁厚的不同而不同 法兰和支座的公称直径指与之相配合的筒体或管子的公称直径 二 公称压力公称压力是为了设计 制造和使用方便而人为规定的一个标准压力 它分为若干标准压力等级 用 PN 表示 目前我国规定的中 低压的公称压力等级为 0 25 0 6 1 0 1 6 2 5 4 0 6 4 MPa 知识点四压力容器的失效形式 压力容器或零部件的失效 是指容器或其零部件在使用过程中 其尺寸 形状或材料性能发生改变而完全失去或不能良好地实现原定功能的现象 一 变形失效1 弹性变形失效弹性变形失效是指当压力容器所承受的工作载荷或工作温度使容器或其零部件产生可恢复的变形大到足以妨碍其正常工作的现象 例在风力的作用下 塔顶挠度超过许用值的现象 2 塑性变形失效塑性变形失效是指压力容器在一定条件下 发生过大的不可恢复的变形 从而导致不能继续工作的现象 例容器内压力异常升高 导致筒身膨胀的现象 3 失稳失稳是指容器在外压的作用下 突然出现的筒体失去原形 发生压瘪的现象 图1 6失稳后的容器 二 断裂失效1 脆性断裂容器或其零部件在外加载荷的作用下 没有明显的塑性变形 而突然断裂的现象 2 疲劳断裂容器在交变循环载荷的作用下 经过一定周期后发生断裂的现象 这是压力容器最常见的失效形式之一 3 蠕变断裂压力容器或其零部件在高温和应力的共同作用下 经过一段时间 其塑性变形不断增大 直至断裂的现象 三 腐蚀失效压力容器由于接触化学介质 而发生化学或电化学反应 从而引起容器壁厚减薄 局部腐蚀变质 使得容器不能正常工作 甚至发生破裂的现象 图1 8设备腐蚀的局部外貌 项目二内压薄壁容器 知识点一压薄壁圆筒 一 受力分析薄壁圆筒在内部压力的作用下 会产生轴向应力 垂直于筒体轴线的横截面上的均匀应力 1 和环向应力 在筒体器壁的纵截面内存在的均匀应力 2 而且环向应力是轴向应力的两倍 图1 9内压薄壁圆筒 二 应用实践证明 圆筒形内压容器往往从强度薄弱的纵向破裂 1 在焊接或检验容器时 纵向焊缝的质量必须重点保证 2 在圆筒上开设椭圆形人孔时 应使其短轴与筒体的纵向一致 知识点二内压薄壁球壳 在内部压力的作用下 内压薄壁球壳的器壁上 只存在均匀的拉应力 拉应力约为相同条件下内压薄壁圆筒环向应力的一半 1 当条件相同时 球壳的壁厚约为圆筒壁厚的一半 2 而且在相同容积下 球体的表面积比圆柱体的表面积小 因而防护用剂和保温等费用也较少 所以 许多大容量储罐都采用球形容器 项目三内压容器封头 封头与筒体构成了容器的主体 内压容器封头按其形状不同可分为三类 凸形封头 锥形封头和平板形封头 各类封头形状不同 特点各异 知识点一凸形封头 一 半球形封头1 组成半球形封头即半个球壳 图1 10半球形封头 半球形封头的制造 2 特点受力情况最好 但制造较困难 尤其直径较小时 3 应用多用于压力较高 直径较大的场合 二 椭圆形封头1 组成椭圆形封头由半个椭球壳和一段直边组成 图1 11椭圆形封头 2 设置直边的原因设置直边的目的是使椭圆壳和圆筒的连接边缘与封头和筒体的焊接接头错开 避免了边缘应力和热应力叠加的现象 改善了封头的受力情况 3 椭圆形封头的标准椭圆形封头的长 短轴之比不同 封头的形状也不同 当其长短轴之比等于2时 定为标准椭圆形封头 4 标准椭圆形封头的特点封头的应力分布均匀 且壁厚和与之相连的筒体壁厚大致相等 便于焊接 经济合理 5 标准椭圆形封头的应用承载能力强 边缘应力小 应用广泛 三 碟形封头碟形封头又称带折边的球面形封头 1 组成由部分球面 直边和连接两部分的过渡圆弧三部分组成 图1 12碟形封头 2 特点Ri越大 r越小 封头的深度越浅 制造方便 但边缘应力越大 3 标准碟形封头Ri 0 9Dir 0 17Di球面部分的壁厚与筒体相近 深度不大 便于制造 直边作用于椭圆形封头相同 知识点二锥形封头 锥形封头主要用作设备的底盖 便于收集并卸出黏度较大或呈悬浮状的物料 此外 也常用作设备的变径段 图1 13锥形封头 锥形封头的制造 1 组成锥体 过渡圆弧 折边 一段直边 2 分类 两端无折边半顶角 30 小端无折边 大端有折边30 45 大 小端都有折边45 60 3 特点便于收集并卸除设备中的固体物料 避免凝聚物 沉淀等堆积 利于悬浮粘稠液体排放 4 应用设备的底盖变径段 将直径不等的两段塔体连接 气流均匀 知识点三平板形封头 1 组成底板 圆弧过渡 直边 图1 14平板形封头 2 特点在内压作用下 发生弯曲变形 受力不均 相同情况下 平板形封头比凸形封头厚度大得多 应用受限制 3 应用一般用作人孔及手孔的盲板 高压容器的封头 项目四外压容器 外压容器是指容器的外部压力大于其内部压力的容器 知识点一外压容器的稳定性 外压容器的失效形式主要有两种 1 刚度不够引起的失稳 2 强度不够造成的破裂 失稳是主要的失效形式 失稳是外压容器在某一临界压力的作用下 突然出现的筒体失去原形 发生压瘪或出现褶皱的现象 图1 6失稳后的容器 导致外压容器失稳时的最低外压力 称为临界压力 筒体操作时允许的工作外压力一定要小于临界压力 否则筒体就发生失稳 知识点二提高外压容器稳定性的措施 影响外压容器稳定性的因素有很多 而最主要的因素是筒体的壁厚 0 外径 D 长度 L 和材料的弹性模量 E 1 当L D相同时 0 D越大 圆筒的临界压力越大 其稳定性越好 2 当 0 D相同时 L D小者临界压力高 其稳定性越好 3 当 0 D L D相同时 有加强圈者临界压力高 其稳定性越好 4 当筒体的厚度 外径和长度相同时 筒体材料的弹性模量大者临界压力高 稳定性好 但不同钢材的弹性模量相差不大 因此不易选用高强度钢材 具体措施增加筒体的壁厚 设置加强圈等措施都可以提高外压容器的稳定性 其中以在外压容器筒体上设置加强圈最经济 有效 项目五法兰连接 知识点一法兰连接的组成和类型 一 法兰连接的组成法兰连接由一对法兰 一个垫片 数个螺栓和螺母组成 二 法兰的类型法兰按其整体性程度可分为整体法兰 松式法兰和任意式法兰 1 整体法兰结构特点 整体法兰的整体性程度最高 其法兰盘 法兰颈部及容器或接管三者能有效地连接成一整体结构 整体法兰的颈部为截面逐渐收缩的过渡段 称为长颈 长颈的存在提高了法兰的强度和刚度 应用 整体法兰的强度和刚度较好 但工作时 会在设备或管道上产生附加弯曲应力 可用于压力和温度较高及设备直径较大的场合 图1 16铸成一体的整体法兰 2 松式法兰结构特点 松式法兰的整体性程度最差 其法兰盘和容器或接管没有连成整体 而是松套在壳体或管道的凸缘或翻边上 图1 18松式法兰 图1 17松式法兰的装配简图 应用 松式法兰刚度小 工作时对壳体不产生附加应力 法兰与设备或管道可以采用不同的材料制造 因此多用于有色金属 合金钢 非金属材料制的设备或管道上 且压力较低的场合 3 任意式法兰任意式法兰的整体性介于整体法兰和松套法兰之间 螺纹法兰 法兰与管壁通过螺纹连接 两者之间既有一定的连接 又不完全形成一个整体 接近于松式法兰 常用于高压管道连接 图1 19螺纹法兰 压力容器用乙型平焊法兰 法兰有一段与法兰盘全焊透且较厚的短管 因此其整体性程度更接近整体法兰 知识点二法兰连接的密封 一 密封原理法兰连接的密封就是在螺栓压紧力的作用下 使垫片产生变形填满法兰密封面上凹凸不平的间隙 阻止流体沿界面的泄漏 从而达到密封的目的 图1 20密封原理 二 密封面的型式1 平面型密封面平面型密封面是一个光滑的平面 有时在平面上车制2 3条环形的小沟槽以提高密封性能 图1 21平面形密封面 特点 平面形密封面结构简单 加工方便 螺栓拧紧后 垫片易挤出 密封性差 应用 适用于压力不高 介质无毒的场合 2 凹凸型密封面一对法兰的密封面一个是凹面 一个是凸面 在凹面上放置垫片 特点 密封性较好 但加工较复杂 应用 适用于介质易燃 易爆 有毒及压力稍高的场合 3 榫槽型密封面榫槽型密封面由一个榫和一个槽组成 垫片置于槽中 图1 23榫槽型密封面 特点 榫槽型密封面对中性好 垫片窄且不易被挤出 密封性能好 但结构复杂 制造困难 垫片取出难 榫易碰断 应用 适用于介质剧毒及压力较高的场合 4 其它密封面其它密封面还有锥型密封面 梯型槽密封面 梯形槽密封面它们密封性能好 加工精度高 常用于温度 压力有波动 介质渗透性大的高压容器或管道上 图1 24梯形槽密封面 三 垫片垫片的作用是封住两法兰密封面之间的间隙 阻止流体泄漏 它是法兰连接密封的核心 其性能直接影响法兰连接密封的效果 1 非金属垫片特点 非金属垫片柔软性好 强度和耐温性能差 图1 25非金属垫片 应用 适用于温度 压力较低的场合 材质 橡胶垫 石棉橡胶垫 聚四氟乙烯垫等 2 金属垫片种类 金属垫片有金属平垫 金属环形垫 金属齿形垫 材质 软钢 软铝 铜 不锈钢等 应用 适用于温度 压力较高的场合 图1 26金属垫片 3 组合式垫片种类 缠绕垫 金属包垫片等 缠绕垫是由金属薄带和非金属带相间缠绕而成 具有多道密封作用 且回弹性好 应用广泛 图1 27金属缠绕垫片 金属包垫片是在非金属材料外包有金属板皮而成 金属包垫片 四 影响密封的主要因素1 螺栓预紧力的大小 过大 会把垫片压坏或挤出 过小 不能将垫片压紧 2 垫片性能的优劣 3 密封面的型式及表面质量 密封面不允许有径向划痕 否则易泄漏 4 法兰的刚度 法兰刚度不足 易变形泄漏 5 操作条件 操作条件波动剧烈 易泄漏 知识点三法兰标准法兰标准分为压力容器法兰标准和管法兰标准 一 压力容器法兰标准我国现行的压力容器法兰标准是JB4700 4707 2000 这一套标准包括 压力容器法兰分类与技术条件 JB4700 2000 甲型平焊法兰 JB4701 2000 乙型平焊法兰 JB4702 2000 长颈对焊法兰 JB4703 2000 等长双头螺柱 JB4707 2000 等 使用时可直接从标准中选择 二 管法兰标准我国现行的管法兰标准是HG20592 20635 1997 包括七种类型 五种密封面 其中常用的有板式平焊法兰 带颈平焊法兰和带颈对焊法兰三种型式 可根据使用场合直接从标准中选择 项目六支座 支座的作用是支承设备 固定其位置 并承受操作时振动 风载荷等外力 常见的支座有两大类 卧式支座和立式支座 知识点一卧式支座 卧式支座有三种 鞍座 圈座和腿式支座 圈座用于因容器自重而可能造成严重挠曲的大直径薄壁容器 腿式支座只用于小型卧式支座 而鞍座则是卧式容器尤其是大型卧式容器最常用的支座形式 其已经标准化 标准号为JB T4712 1 2007 图1 28支腿式支座 1 鞍座的类型鞍座按结构分 有焊制和弯制两种 焊制支座由底板 腹板 筋板和垫板组焊而成 DN 900mm以上的容器多采用焊制支座 弯制支座的腹板和底板则是由一块钢板弯制而成的 DN 900mm可采用弯制支座 也可采用焊制支座 图1 29鞍座 同直径的鞍座按其允许承受的最大载荷分 有轻型 代号为A 和重型 代号为B 两种 重型鞍座结构尺寸比轻型的大 DN 900mm的鞍座只有重型 鞍座按能否沿轴线自由伸缩分 有固定式 F 和滑动式 S 两种 固定式鞍座底板上的螺栓孔是圆形的 滑动式鞍座底板上的螺栓孔是长圆形的 双鞍座支承的卧式支座必须是固定式和滑动式鞍座搭配使用 2 鞍座的数目由于容器的制造 安装误差和地基沉降的不均匀 会使各鞍座的水平高度发生微小差异 从而造成各支座的受力不均 引起筒壁内的附加应力 因此每台设备均用两个鞍座支承 知识点二立式支座 立式支座有耳式 腿式 支承式支座和裙座四种 一般中小型采用耳式 腿式或支承式 高大的设备则采用裙式支座 图1 30耳座 腿式支座 支承式支座 一 耳式支座耳式支座的标准号是JB T4712 3 2007 是中小型立式设备应用最广的一种支座 它由垫板 筋板和底板组焊而成 并直接焊在容器的外壁上 耳座 二 裙座裙座是高大塔设备最常用的一种支座 有圆筒形和圆锥形两种 圆筒形裙座结构简单 制造方便 应用广泛 圆锥形裙座则用于承载较大 需配置较多地脚螺栓和承载面积较大的基础环的场合 裙座由裙座体 基础环 螺栓座等部分组成 裙座体的上端焊在塔体底封上 下端焊在基础环上 裙座体承受塔体的全部载荷 并把载荷传到基础环上 裙座体上开有人孔 引出孔等 基础环是一块环形垫板 它将裙座体传下来的载荷均匀地传到基础上 基础环上开有长圆形的螺栓孔 以便于安装地脚螺栓 图1 31圆筒形裙座 螺栓座由盖板 筋板 垫板组成 盖板和垫板上开有圆孔 穿入地脚螺栓后再焊在筋板和裙座体上 筋板则是在制造裙座时就焊在基础环和裙座体上了 图1 32裙座上的螺栓座 项目七压力容器的安全附件 安全附件是保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行 安全附件包括测量操作压力 温度等参数的监测装置 压力表 测温计等 和遇到异常工况时能保证设备安全的装置 安全阀 爆破片等 知识点一超压泄放装置的作用 超压泄放装置的作用是当容器正常运行时 它严密不漏 一旦容器内压力超过规定值 即超压 它能自动开启泄出部分或全部介质 泄压 并发出较大的声响从而起到报警的作用 知识点二超压泄放装置的类型 常用的超压泄放装置有安全阀和爆破片 一 安全阀安全阀是一种特殊的阀门 当容器内的压力超过规定值时 它能自动开启 泄出高于规定的部分压力 一旦压力达到或低于规定值 它能自动闭合 保证容器仍能正常工作 分类 安全阀按阀瓣加载方式不同分为重块式 杠杆式 弹簧式三种 其中体积庞大 校验复杂的重块式已很少使用 杠杆式多用于工作压力不高 温度较高的场合 而高压容器一般多选弹簧式 图1 33杠杆式安全阀 弹簧式安全阀 应用 弹簧式安全阀有微量的泄漏 开启和闭合均有滞后现象 且处理黏性较大或有结晶体的液体 阀瓣有时会被粘住影响启跳精度 因此 弹簧式安全阀主要用于处理因物理过程而产生超压及允许有微量泄漏且介质黏度不太大的场合 安装 安全阀一般应与容器本体直接连接并铅垂装在容器的最高处 安全阀与容器之间的连接管和管件的通孔截面积均不得小于安全阀的进口面积 安全阀和容器之间一般禁止装设截止阀 若装有 则容器正常工作时 该截止阀必须处于全开状态并加铅封 二 爆破片爆破片主要由一块很薄的爆破膜片和夹持器组成 爆破膜片是爆破元件 起控制爆破压力的作用 夹持器的作用是固定爆破膜片 也可以不设夹持器 直接用接管法兰夹紧膜片 图1 35爆破片 特点及应用爆破片泄压迅速 无泄漏 受介质影响小 但泄压后容器不能正常工作 因此 爆破片应用范围广 多用于不适宜用安全阀的场合 项目八压力试验 容器制成或检修后 必须进行压力试验 压力试验可将压力容器的不安全因素在投产前充分暴露出来 防患于未然 是保证设备安全运行的重要措施 知识点一压力试验的目的压力试验的目的 是验证容器在超工作压力条件下 器壁的宏观强度 焊缝的致密性和容器密封结构的可靠性 可以及时发现容器制造或检修过程中的缺陷 并采取措施弥补 防患于未然 知识点二压力试验的类型 压力试验有两种 液压试验和气压试验 一般容器的试压都首先考虑液压试验 一 液压试验1 液压试验的特点液压试验的介质是