过程装备与控制工程系过程装备教研室ppt课件

1、过程配备与控制工程过程配备与控制工程过程配备过程配备过程控制过程控制过程机械过程机械实际环节实际环节毕业环节毕业环节压力容器部分压力容器部分过程设备部分过程设备部分最终目的：防止压力容器失效、确保其平安可靠运转最终目的：防止压力容器失效、确保其平安可靠运转主要内容：主要内容：压力容器总体构造压力容器总体构造应力分析模型应力分析模型环境和时间对资料性能的影响环境和时间对资料性能的影响失效方式失效方式设计方法设计方法到达目的：掌握设计方法；提高设计阶段分析和处理压力容器到达目的：掌握设计方法；提高设计阶段分析和处理压力容器 在全寿命过程中平安问题的才干在全寿命过程中平安问题的才干 储存设备、换热设

2、备、储存设备、换热设备、 塔设备和反响设备塔设备和反响设备 主要内容：主要内容： 典型过程典型过程设备设计设备设计重重 点：点：突出功能要求、构造特点与设计选用突出功能要求、构造特点与设计选用的联络。的联络。是过程配备与控制工程专业的中心课之一，是一门是过程配备与控制工程专业的中心课之一，是一门涉及多门学科，综合性很强的课程。涉及多门学科，综合性很强的课程。比如，它涉及到物理、化学、力学、热力学、机械学、比如，它涉及到物理、化学、力学、热力学、机械学、化学工程与工艺学、信息技术科学、课程设计、实习化学工程与工艺学、信息技术科学、课程设计、实习阅历等许多方面。阅历等许多方面。综合运用根底课、技术

3、根底课中的根本实际，培育综合运用根底课、技术根底课中的根本实际，培育学生具有过程设备工程设计的初步才干。学生具有过程设备工程设计的初步才干。原资料原资料产品产品物理或化学加工物理或化学加工即：完成物料的粉碎、混合、储存、分别、传热、即：完成物料的粉碎、混合、储存、分别、传热、传质、反响等操作的设备。例如，泵、紧缩机、传质、反响等操作的设备。例如，泵、紧缩机、管道、储罐、塔、换热器、反响器等。管道、储罐、塔、换热器、反响器等。根据设备的工艺、强度、经济性等要求制定根据设备的工艺、强度、经济性等要求制定出的可用于制造的技术文件。出的可用于制造的技术文件。完成物理或化学加工所用到的设备。完成物理或化

4、学加工所用到的设备。一切的工业过程。一切的工业过程。a、加氢反响器、加氢反响器: 加氢过程的关键设备。加氢过程的关键设备。b、用于液氢的深冷、用于液氢的深冷-253高压高压 40MPa储存。储存。 c、超高压食品杀菌釜：超高压食品杀菌所需关键设备。、超高压食品杀菌釜：超高压食品杀菌所需关键设备。d、核反响堆：核电站的中心设备。、核反响堆：核电站的中心设备。 e、超临界流体萃取安装：萃取和分别过程中所需的萃取、超临界流体萃取安装：萃取和分别过程中所需的萃取 釜、换热釜、换热 器、分别器等设备。器、分别器等设备。f、潜艇外壳：接受外压作用的壳体。日本于、潜艇外壳：接受外压作用的壳体。日本于1988

5、年年 研制成研制成 功的潜深为功的潜深为6000m的深海潜艇，其耐压舱为一壁厚的深海潜艇，其耐压舱为一壁厚 70mm的钛合金制球形壳体。的钛合金制球形壳体。图图1、图、图2 、图、图3 、图、图4 、图、图5、图、图6 、图、图7、为一些过程设备的照片。、为一些过程设备的照片。 随着科学技术的开展，过程设备向多功能、大型化、成套化和专业化方向随着科学技术的开展，过程设备向多功能、大型化、成套化和专业化方向开展，呈现出以下特点：开展，呈现出以下特点：a、功能原理多种多样，是典型的非标设备。、功能原理多种多样，是典型的非标设备。b、化机电一体化。、化机电一体化。c、外壳普通为压力容器。、外壳普通为

6、压力容器。含有压力介质的封锁容器都被称做压力容器含有压力介质的封锁容器都被称做压力容器过程设备过程设备 = 接受一定压力的外壳接受一定压力的外壳 + 各种各样的内件各种各样的内件除压力载荷、温度载荷外，还能够受风载荷、除压力载荷、温度载荷外，还能够受风载荷、地震载荷、冲击载荷的作用。地震载荷、冲击载荷的作用。失去正常的运用功能。图是容器失稳外观，失去正常的运用功能。图是容器失稳外观，图图2和图和图3是压力容器断裂后的外观。是压力容器断裂后的外观。选材不当、资料误用、资料缺陷、材质劣化、选材不当、资料误用、资料缺陷、材质劣化、介质腐蚀、制造缺陷、设计失误、缺陷漏检、介质腐蚀、制造缺陷、设计失误、

7、缺陷漏检、操作不当、不测操作条件、难以控制的环境操作不当、不测操作条件、难以控制的环境等缘由。等缘由。压力容器的规范规范压力容器的规范规范如我国的如我国的GB150 JB4732 JB/T4735 技术法规技术法规等等对压力容器的资料、设计、制造、安装、运用、检验和修缮、对压力容器的资料、设计、制造、安装、运用、检验和修缮、修正提出相应的要求。修正提出相应的要求。a、平安可靠、平安可靠 b、 满足过程要求满足过程要求c、综合经济性好、综合经济性好 d、易于操作、维护和控制、易于操作、维护和控制 e、 优良的环境性能优良的环境性能a、平安可靠、平安可靠影响设备平安可靠性的要素主要有影响设备平安可

8、靠性的要素主要有:与介质的相容性与介质的相容性设备的刚度设备的刚度抗失稳才干抗失稳才干和密封性能和密封性能资料的强度、韧性资料的强度、韧性1资料的强度高、韧性好资料的强度高、韧性好韧性是指资料断裂前吸收变形能量的才干。资料韧性是指资料断裂前吸收变形能量的才干。资料韧性越好，临界尺寸越大，过程设备对缺陷就越韧性越好，临界尺寸越大，过程设备对缺陷就越不敏感。韧性随着强度的提高而降低。在选择资不敏感。韧性随着强度的提高而降低。在选择资料时，应特别留意资料强度和韧性的合理匹配。料时，应特别留意资料强度和韧性的合理匹配。资料强度：资料强度：是指载荷作用下资料抵抗永久变形和断裂的才干。是指载荷作用下资料抵

9、抗永久变形和断裂的才干。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度判据。屈服点和抗拉强度是钢材常用的强度判据。影响资料韧性。低温、受中子辐照或在影响资料韧性。低温、受中子辐照或在高温高压临氢条件下任务，都会降低资高温高压临氢条件下任务，都会降低资料韧性，使资料脆化。料韧性，使资料脆化。资料韧性：资料韧性：环环 境：境：2资料与介质相容资料与介质相容资料被腐蚀后，不仅会导致壁厚减薄，而且有能够改动其组资料被腐蚀后，不仅会导致壁厚减薄，而且有能够改动其组织和性能。因此，资料必需与介质相容。织和性能。因此，资料必需与介质相容。3构造有足够的刚度和抗失稳才干构造有足够的刚度和抗失稳才干4密封性能好密封性能好 密

10、封性是指过程设备防止介质走漏的才干。密封性是指过程设备防止介质走漏的才干。刚度：是过程设备在载荷作用下坚持原有外形的才干。刚度：是过程设备在载荷作用下坚持原有外形的才干。失稳：是过程设备常见的失效方式之一。失稳：是过程设备常见的失效方式之一。内走漏：内部各腔体间的走漏；引起污染，爆炸等；内走漏：内部各腔体间的走漏；引起污染，爆炸等；外走漏：经过可拆部件向外或向内走漏；引起环境污外走漏：经过可拆部件向外或向内走漏；引起环境污 染、中毒、熄灭和爆炸等。染、中毒、熄灭和爆炸等。1功能要求功能要求 2寿命要求寿命要求 b、 满足过程要求满足过程要求如：储罐的储存量、换热器的传热量和压力降，如：储罐的储

11、存量、换热器的传热量和压力降，反响器的反响速率，塔的流量、传热传质效率等。反响器的反响速率，塔的流量、传热传质效率等。 高压容器：高压容器： 20年年 塔设备、反响设备：塔设备、反响设备： 15年年 普通设备：普通设备： 10年年1消费效率高、耗费系数低消费效率高、耗费系数低消费效率：过程设备常用单位时间内单位容积或面积处消费效率：过程设备常用单位时间内单位容积或面积处 理物料或所得产品的数量。理物料或所得产品的数量。耗费系数：是指消费单位分量或体积产品所需的资源包括耗费系数：是指消费单位分量或体积产品所需的资源包括 原资料和能量，如原料、燃料、电等和人力。原资料和能量，如原料、燃料、电等和人

12、力。工艺流程和构造方式都对过程设备经济性有显著影响。工艺流程和构造方式都对过程设备经济性有显著影响。2构造合理、制造简便构造合理、制造简便 3易于运输和安装易于运输和安装 c、综合经济性好、综合经济性好1操作简单。操作简单。2维护性维护性maintainability和修缮性和修缮性(reparability)好好 3便于控制便于控制 d、易于操作、维护和控制、易于操作、维护和控制e、 优良的环境性能优良的环境性能概念：概念：质量保证质量保证设备在设计、制造、操作和退役漫长过程中设备在设计、制造、操作和退役漫长过程中,为保证平安所采取的有方案的系统措施。为保证平安所采取的有方案的系统措施。 质

13、量监视质量监视到达质量保证的详细手段。到达质量保证的详细手段。质保体系质保体系包括设计、资料、制造与检验、在役设备包括设计、资料、制造与检验、在役设备检验与监控的全部措施和手段。检验与监控的全部措施和手段。 设计是过程设备研制的第一道工序，设计任务的质量和程度，对产设计是过程设备研制的第一道工序，设计任务的质量和程度，对产品的质量、性能、研制周期和经济效益往往起着决议性的作用。品的质量、性能、研制周期和经济效益往往起着决议性的作用。A、根本设计步骤、根本设计步骤 B、 影响参数设计的要素影响参数设计的要素(1) 设计：设计：、设计目的、设计目的、过程设备更新换代的途径、过程设备更新换代的途径需

14、求分析、目的界定、需求分析、目的界定、总体构造设计、零部件总体构造设计、零部件构造设计、参数设计和构造设计、参数设计和设计实施等，是一个不设计实施等，是一个不断决策的过程。断决策的过程。在总体构造设计、零在总体构造设计、零部件构造设计和参数部件构造设计和参数设计中都要反复运用设计中都要反复运用图图0-1所示的决策过所示的决策过程。程。图0-1 设计常用的决策过程胜利的设计综合平衡产品性能、本钱和环境这三个要求。胜利的设计综合平衡产品性能、本钱和环境这三个要求。A、根本设计步骤、根本设计步骤 a. 需求分析和目的界定需求分析和目的界定b. 总体构造设计总体构造设计c. 零部件构造设计零部件构造设

15、计d. 参数设计参数设计:确定过程设备的任务原理、总体规划和零部件之间的相确定过程设备的任务原理、总体规划和零部件之间的相互关系。它对过程设备的效率、平安性、可靠性、可制互关系。它对过程设备的效率、平安性、可靠性、可制造性等有显著的影响，有时甚至起到决议性的作用。造性等有显著的影响，有时甚至起到决议性的作用。总体构造设计时，经常根据设计要求，将过程设备功能总体构造设计时，经常根据设计要求，将过程设备功能逐渐分解，直至零部件。逐渐分解，直至零部件。确定参数、设计参数、形状参数和性能参数。确定参数、设计参数、形状参数和性能参数。影响设计参数、形状参数和性能参数的要素主要有：影响设计参数、形状参数和

16、性能参数的要素主要有：a. 设计准那么设计准那么 失效方式失效方式失效判据失效判据设计准那么设计准那么参量参量许用值，许用值，限制条件限制条件设计参数设计参数 随着阅历的积累、测试手段的改良、计算技术的提高和研讨的深随着阅历的积累、测试手段的改良、计算技术的提高和研讨的深化，设计准那么不断得到丰富和开展。例如，压力容器常规设计弹化，设计准那么不断得到丰富和开展。例如，压力容器常规设计弹性失效设计准那么，压力容器分析设计弹性失效设计准那么、塑性失效设计准那么，压力容器分析设计弹性失效设计准那么、塑性失效设计准那么、弹塑性失效设计准那么。性失效设计准那么、弹塑性失效设计准那么。B、 影响参数设计的

17、要素影响参数设计的要素b. 资料资料c. 规范规范规范规范 屈服点、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、屈服点、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、弹性模量、泊桑弹性模量、泊桑 比、应力应变关系、耐久强度、夏比、应力应变关系、耐久强度、夏比比V型缺口冲击功、断裂韧性、裂纹扩展速率、型缺口冲击功、断裂韧性、裂纹扩展速率、热膨胀系数等。热膨胀系数等。、 设计目的设计目的综合平衡产品的性能、本钱和环境综合平衡产品的性能、本钱和环境、过程设备更新换代的途径、过程设备更新换代的途径改动任务原理。改动任务原理。改良制造工艺、构造和资料。改良制造工艺、构造和资料。加强辅助功能加强辅助功能() 资料：资料：()

18、制造、检验：制造、检验：方法方法工艺规程工艺规程焊后热处置焊后热处置工艺评定工艺评定焊接构造焊接构造焊材焊材 焊透/经济保 预热？t预？预？电流电流焊速焊速强度强度保据据 板厚？板厚？约束？约束？残/脆 保要求：焊肉要求：焊肉=母材母材方法：焊接试板方法：焊接试板测：强测：强 / 塑塑 / 韧韧 拉拉(弯弯)冲冲力性质珍重要环节质珍重要环节 、焊接、焊接焊接质量焊接质量组焊前组焊前外观外观/尺寸公差尺寸公差 检 制造中制造中内部缺陷内部缺陷磁/渗检焊缝 射/超 外部缺陷外部缺陷组装后组装后 进展 密 毒、燃、爆 、制造中检验、制造中检验气密性实验气密性实验宏强/致密水压实验水压实验() 在役设备检验与监控在役设备检验与监控焊缝大修焊缝大修 内部缺陷内部缺陷外表缺陷外表缺陷射/超 磁/渗 资料资料 运用过程中退化运用过程中退化 金相组织变化晶界孔穴 微裂纹、氢侵袭 辐照脆化新资料新资料 成熟资料成熟资料在新环境下运用在新环境下运用 挂片 5. 本课程的内容本课程的内容第一篇：引见压力容器总体构造、应力分析模型、环境第一篇：引见压力容器总体构造、应力分析模型、