化工设备基础之压力容器设计方案(PPT 35页).ppt

1、化工设备基础,第三篇 压力容器设计,课程内容： 第一篇 工程力学基础（14学时） 第二篇 化工设备材料（2学时） 第三篇 化工容器设计（14学时） 第四篇 典型化工设备简介（2学时,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,第10章 容器设计基本知识 第11章 内压薄壁容器的应力分析 第12章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 第13章 容器零部件,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,什么是压力容器? 压力容器总体结构 压力容器的分类 压力的失效形式 压力容器设计条件及常见规范 压力容器常见基本参数,第10章 容器设计的基本知识,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,压力容器包括所有承受流体压力的密闭容器

2、和壳体，是过程装备的基本组成部分,压力容器外壳,内构件,储存、储运设备,反应、传热、传质、分离等设备,10.1 什么是压力容器,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,1）筒体,2）封头,3）开孔与接管,5）支座,6）安全附件,4）法兰,10.2 压力容器的总体结构,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,1）按承受压力方式分 内压容器、外压容器,2）按设计压力分 低压容器0.1MPaP1.6MPa 中压容器1.6MPaP10MPa 高压容器10MPaP100MPa 超高压容器P100MPa,1

3、0.3 压力容器的分类,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,3）按容器在生产工艺中的作用分 反应容器（R）、换热容器（E）、 分离容器（S）、储存容器（C/球罐B,4）按容器使用方式分 固定式和移动式容器,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,5）固定式压力容器的类别划分,根据TSG 21 固定式压力容器安全技术监察规程，基于设计压力、容积和介质危害性三个因素对压力容器进行分类，将所适用范围内的压力容器划分为第类压力容器、第类压力容器和第类压力容器,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,分组依据： 具体介质毒性危害程度和爆炸危险程度按照HG20660压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类确定

4、；HG20660没有规定的，由压力容器设计单位参照GB5044职业性接触毒物危害程度分级的原则，决定介质组别,a. 介质分组：按其毒性、危害程度和爆炸危险程度分为以下两组： 第一组介质：毒性危害程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。 第二组介质：除第一组介质以外的介质,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,b. 选择类别划分图，标出坐标点。 压力容器分类的划分应当先按照介质特性，按照以下要求选择类别划分图，再根据设计压力p(单位MPa)和容积V(单位L)，标出坐标点，确定压力容器类别,第一组介质,第二组介质,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,第一组介质，类别划分见下图,化工设

5、备基础,第三篇 压力容器设计,第一组介质，类别划分见下图,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,c. 相关说明 对于多腔压力容器： 如换热器的管程和壳程、夹套容器等，按照类别高的压力腔类别作为该容器的类别并且按照该类别进行使用管理。 但是应按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。 对各压力腔进行类别划分时，设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔几何容积,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,坐标点位于分类线上时： 按照较高的类别划分其类别； 小容积： 容积大于1L并且小于25L，或者内直径(对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，例如矩形为对角线、椭圆为长轴)小于150mm的压

6、力容器，特别是容积小于或者等于1L的压力容器，这类小容积容器统一划分为第类压力容器,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,1）强度失效,2）刚度失效,10.4 压力容器的失效形式,指压力容器在确定的压力或其他载荷的作用下，因材料发生屈服或断裂而引起的失效,指压力容器的变形大到足以影响其正常工作而引起的失效,3）失稳失效,指压力容器在压应力作用下，突然失去其原有几何形状而引起的失效,4）泄漏失效,指压力容器由于介质泄漏而引起的失效,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,10.5.1 压力容器设计条件,1）设计时应考虑的载荷,基本

7、载荷： a. 内压、外压或最大压差； b. 液体静压力，当液体静压力小于设计压力的5%时，可忽略不计,10.5 压力容器设计条件及常见规范,选择性载荷： a. 容器的自重，以及正常工作条件下或耐压试验状态下内装介质的重力载荷； b. 附属设备及隔热材料、衬里、管道、扶梯、平台等的重力载荷,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,c. 风载荷、地震载荷和雪载荷； d. 支座、底座圈、支耳及其他型式支承件的反作用力； e. 连接管道和其他部件的作用力； f. 温度梯度或热膨胀量不同引起作用力； g. 冲击载荷，包括压力急剧波动引起的冲击载荷、流体冲击引起的反力等； h. 运输或吊装时的作用力,化工设备

8、基础,第三篇 压力容器设计,压力容器在正常操作、耐压试验、开停工及检修等过程中，其载荷工况是不同的，也即所承受的载荷是不同的。 因此，压力容器设计时，应根据不同的载荷工况分别计算相应的载荷，从而确定设计载荷条件,2）载荷工况,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,1）中华人民共和国特种设备安全法 特种设备安全监察条例,3）TSG 21固定式压力容器安全技术监察规程和TSG R0005移动式压力容器安全技术监察规程,2）TSG R1001压力容器压力管道设计许可规则,10.5.2 压力容器设计常见规范,4）锅炉压力容器使用登记管理办法,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,5）TSG R5002压力

9、容器使用管理规则,6）TSG R7001压力容器按期检验规则,7）GB 150 压力容器,8）JB/T 4732 钢制压力容器分析设计标准,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,两个基本参数：公称直径与公称压力,1）公称直径，DN，mm,a. 压力容器筒体,钢板卷制，内径,无缝钢管，外径,b. 管子,既不是内直径也不是外直径,而是一系列标准化的尺寸,HG/T 2059220635使用两套配管的钢管外径尺寸系列,10.6 压力容器设计常见基本参数,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,与压力容器筒体或钢管相配的零部件，如压力容器法兰、容器支座、封头和管法兰等，其公称尺寸就是相配筒体或钢管的公称尺寸,

10、其他零部件,压力容器的公称直径DN /mm,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,钢管外径尺寸系列 /mm,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,公称压力就是标准零部件在一定的温度和采用一定的材料时所能承受的最高压力,压力容器的零部件 如压力容器法兰，其公称压力是指在规定的螺栓材料和垫片的基础上，用Q345R材料制造的法兰在200C时所允许的最高工作压力，用PN表示，单位为MPa,例如：PN0.60的压力容器法兰，是指该法兰用Q345R材料制作、在200C时所允许的最高工作压力为0.60MPa,2）公称压力,a. 表示方法,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,管道元件的公称压力 根据GB/T 10

11、48的规定，是指管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识，由字母PN和后跟无因次的数字组成,例如：如PN2.5的管法兰，其公称压力为2.5bar(1bar=0.1MPa)，其允许压力取决于管法兰的PN数值、材料和设计以及允许工作温度等，允许压力值在相应标准的压力-温度等级表中查取,注意区分容器法兰和管法兰,化工设备基础,第三篇 压力容器设计,公称压力等级有欧洲体系和美洲体系,欧洲体系采用PN系列表示公称压力等级， 如PN2.5、PN50等,美国等一些国家习惯采用Class系列表示压力等级，如Class150、Class300等,b. 公称压力等级大小,PN系列与Class系列间的相互对照以及所表示的公称压力值,化工设备基础,1）概念类,小结,第三