过程设备储罐设计

1、宁夏大学机械工程学院宁夏大学机械工程学院 贺华贺华本课程学习的内容本课程学习的内容压力容器压力容器总体结构总体结构应力分析应力分析材料材料设计方法设计方法设备设计设备设计结构结构设计设计强度强度计算计算储存设备储存设备换热设备换热设备反应设备反应设备塔塔设设备备主要解决的问题主要解决的问题典型过程设备的结构分析典型过程设备的结构分析常用零部件的强度计算常用零部件的强度计算标准和规范的应用标准和规范的应用设计创新思想的建立设计创新思想的建立（1）教与学有机结合，多想多问。）教与学有机结合，多想多问。（2）课后及时复习，答疑。）课后及时复习，答疑。（3）学习过程中的问题及时和教师沟通、）学习过程中

2、的问题及时和教师沟通、反馈，提出好的建议。反馈，提出好的建议。（4）按时交作业，及时纠正错误。）按时交作业，及时纠正错误。（5）成绩评定：平时成绩）成绩评定：平时成绩(包括作业和课堂包括作业和课堂提问）提问）20-30% ，期末考试，期末考试70-80%学习基本要求及考核方式炼油厂的设备炼油厂的设备过程设备设计概述过程设备设计概述-从原材料到产品要经历一系列物理的或化学的加工处理从原材料到产品要经历一系列物理的或化学的加工处理步骤，这些加工处理步骤称为过程。如化工、轻工、炼油、制步骤，这些加工处理步骤称为过程。如化工、轻工、炼油、制药、橡胶、食品等。药、橡胶、食品等。过程工业过程工业是加工制造

3、是加工制造流程性材料产品流程性材料产品的现的现代国民经济的支柱产业之一。代国民经济的支柱产业之一。-是由一系列的过程机器和过程设备，按一定的是由一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统，流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统，再配以必要的控制仪表和设备，即能平稳连续地把以流体为主的再配以必要的控制仪表和设备，即能平稳连续地把以流体为主的各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，制各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性材料产品。造出人们需要的新的流程性材料产品。-单元过程设备（

4、如塔、换热器、反应器、储罐等）单元过程设备（如塔、换热器、反应器、储罐等）与单元过程机器（如压缩机、泵、分离机等）二者的统称为过程与单元过程机器（如压缩机、泵、分离机等）二者的统称为过程装备。装备。过程装备与控制工程的概念过程设备和容器的概念 过程设备过程设备-用于传质、传热和化学反应等过程的装置用于传质、传热和化学反应等过程的装置 容器容器-设备外部壳体的总称设备外部壳体的总称 * 过程设备为过程的实现服务，因此过程设备的设计过程设备为过程的实现服务，因此过程设备的设计必须满足过程的要求，没有相应的设备，过程也无法必须满足过程的要求，没有相应的设备，过程也无法实现。实现。* 设备设备是静止的

5、，没有相对运动的机构（有些静止设是静止的，没有相对运动的机构（有些静止设备上带有运动的传动装置，如夹套反应釜），如储存备上带有运动的传动装置，如夹套反应釜），如储存设备、换热设备、塔设备、反应设备等。设备、换热设备、塔设备、反应设备等。机器机器有相对运动的机构，如泵、压缩机、离心机等。有相对运动的机构，如泵、压缩机、离心机等。过程设备设计的主要内容 本课程主要介绍储存设备、换热设备、塔设备、本课程主要介绍储存设备、换热设备、塔设备、反应设备的一般设计方法，从设备工作时的受载情反应设备的一般设计方法，从设备工作时的受载情况出发，通过应力分析和强度计算，结合结构分析，况出发，通过应力分析和强度计算

6、，结合结构分析，并按相应设计标准和规范进行设备的零部件及整体并按相应设计标准和规范进行设备的零部件及整体的设计工作。的设计工作。 受载情况受载情况应力分析、强度计算应力分析、强度计算结构分析结构分析零部件及整体设计零部件及整体设计 设计参数的选取设计参数的选取设计方法的确定设计方法的确定设计标准和规范的选用设计标准和规范的选用教学中的实践环节及实践经验的积累教学中的实践环节及实践经验的积累课程设计和毕业设计的作用课程设计和毕业设计的作用基本设计步骤：基本设计步骤： 工艺条件和使用条件工艺条件和使用条件 结构分析结构分析 设计标准和规范设计标准和规范 应力分析及强度计算应力分析及强度计算 零部件

7、和总体结构设计零部件和总体结构设计 绘图、提出技术要求绘图、提出技术要求 1、非标设备，功能原理多样化。、非标设备，功能原理多样化。2、机电一体化、机电一体化-过程工艺、设备、控制紧密结合。过程工艺、设备、控制紧密结合。 3、外壳一般为压力容器。、外壳一般为压力容器。 4、过程设备设计的规范性和能动性。、过程设备设计的规范性和能动性。过程设备的特点发展方向发展方向多功能、大型化、成套化、自动化多功能、大型化、成套化、自动化过程设备设计的基本要求合理设计合理设计-安全安全 经济经济过程设备设计的基本原则：在保证过程设备设计的基本原则：在保证安全的前提下，尽可能做到经济。安全的前提下，尽可能做到经

8、济。 强度强度-材料在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力材料在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力 韧性韧性-材料对缺口或裂纹的敏感程度，即材料断裂前吸收变材料对缺口或裂纹的敏感程度，即材料断裂前吸收变形能量的能力形能量的能力 耐腐蚀性（材料与介质相容）耐腐蚀性（材料与介质相容） 刚度和抗失稳能力刚度和抗失稳能力-构件在载荷作用下维持原有形状的能力构件在载荷作用下维持原有形状的能力 密封性能密封性能 功能要求功能要求-实现设备的预定功能（储存量、换热量、反应速实现设备的预定功能（储存量、换热量、反应速率等），满足生产要求，提高生产效率和经济效益。率等），满足生产要求，提高生产效率和经济效益。 寿

9、命要求寿命要求a、安全可靠、安全可靠b、满足过程要求、满足过程要求 生产效率高（单位生产能力高）、消耗系数低生产效率高（单位生产能力高）、消耗系数低 单位生产能力单位生产能力-单位时间、单位设备容积（面积）处理的物单位时间、单位设备容积（面积）处理的物料量或所得产品的数量。料量或所得产品的数量。 消耗系数消耗系数-生产单位重量或体积产品所消耗的资源（原材料生产单位重量或体积产品所消耗的资源（原材料、能量、燃料、水、电、蒸汽等）和人力。、能量、燃料、水、电、蒸汽等）和人力。 结构合理、制造方便结构合理、制造方便 便于安装和运输便于安装和运输 操作简单、安全操作简单、安全-易于操作，误操作或错误操

10、作时可发出报警信号。易于操作，误操作或错误操作时可发出报警信号。 易于维护、修理易于维护、修理-安全、正常地运转，维修周期长安全、正常地运转，维修周期长 便于控制便于控制-手动或自动检测装置，对工艺参数及时测量、报警和控制手动或自动检测装置，对工艺参数及时测量、报警和控制。 有害介质的泄漏、噪音、环境污染等有害介质的泄漏、噪音、环境污染等 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、优良的环境性能过程设备设计的基本过程需求分析和目标界定需求分析和目标界定总体结构分析总体结构分析零部件结构设计零部件结构设计 性能参数状态参数设计参数确定参数参数

11、设计 设计实施设计实施 决策过程决策过程压力容器总体结构压力容器总体结构压力容器六大基本部件筒体筒体封头封头支座支座开孔与开孔与接管接管密封密封装置装置安全安全附件附件绕带式绕板式缠绕式热套式层板包扎式多层式组合式锻焊式整体锻造式单层卷焊式无缝钢管式单层式、筒体1多层式多层式平板形封头无折边锥形封头带折边锥形封头锥形封头无折边球形封头半球形封头球形封头碟形封头椭圆形封头凸形封头、封头2支腿圈座鞍式支座卧式容器支座裙式支座腿式支座支承式支座耳式支座立式容器支座、支座3仪表接管口物料进出口接管人孔、手孔、试镜孔等、开孔与接管4承力件密封件、密封装置5爆破膜等紧急切断阀、安全阀、报警或泄放计等压力表

12、、温度计、液面监测、安全附件6膨胀节环壳环形板锥形封头锥壳形封头）球冠形封头（无直边球球冠封头）碟形封头（带直边球形环壳球冠椭圆形封头椭球壳球罐（或球形封头）球壳筒体圆柱壳七种壳管板弹性基础圆平板法兰）环（基础环）环形板（平盖（或平封头）圆平板四种板tRRtRRii101000介质危害性某种化学毒物引起有机体损伤的能力。某种化学毒物引起有机体损伤的能力。毒性大小：毒性大小：化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量。化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量。 对于气态毒物，以空气中该物质的浓度表示。对于气态毒物，以空气中该物质的浓度表示。 对人体不会发生危害作用的最高浓度。对人体不会发生

13、危害作用的最高浓度。 极度危害（极度危害（级）级）最高容许质量浓度最高容许质量浓度0.1mg/m3 高度危害（高度危害（级）级）最高容许质量浓度最高容许质量浓度0.11.0mg/m3 中度危害（中度危害（级）级）最高容许质量浓度最高容许质量浓度1.010mg/m3 轻度危害（轻度危害（级）级）最高容许质量浓度最高容许质量浓度10mg/m3毒性毒性最高允许质量浓度最高允许质量浓度Q235-A或或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害的压力容器极度或高度危害的压力容器可燃气体或蒸气与空气混合物遇到可燃气体或蒸气与空气混合物遇到 明火能够明火能够发生爆炸的浓度

14、范围。发生爆炸的浓度范围。易燃性易燃性可燃气体或蒸气与空气混合物遇到明火能够发生爆炸可燃气体或蒸气与空气混合物遇到明火能够发生爆炸的可能性大小。的可能性大小。易燃性易燃性爆炸浓度极限爆炸浓度极限爆炸下限小于爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限的差值，或爆炸上限和下限的差值大于等于大于等于20%的介质。的介质。 如甲烷、乙烷、乙烯、氢气等。如甲烷、乙烷、乙烯、氢气等。易燃介质易燃介质* Q235-AF不得用于制造易燃介质容器不得用于制造易燃介质容器 Q235-A不得用于制造液化石油气容器不得用于制造液化石油气容器a、按压力等级分类、按压力等级分类低压低压(代号代号L)容器容器 0.1MPap1.

15、6MPa；中压中压(代号代号M)容器容器 1.6MPapl0.0MPa；高压高压(代号代号H)容器容器 10MPap100MPa；超高压超高压(代号代号U)容器容器 p100MPa。b、按承压方式分类、按承压方式分类内压容器内压容器-容器内部压力大于外部压力容器内部压力大于外部压力外压容器外压容器-容器外部压力大于内部压力容器外部压力大于内部压力 c、按作用原理、按作用原理换热容器（换热容器（E）-主要用于实现介质的热量交换主要用于实现介质的热量交换反应容器（反应容器（R）-主要用于完成介质的化学反应主要用于完成介质的化学反应分离容器（分离容器（S）-主要用于对混合物料进行分离主要用于对混合物

16、料进行分离贮运容器（贮运容器（C）-主要用于盛装物料，其中球罐（主要用于盛装物料，其中球罐（B） 压力容器分类d、按安装方式分类、按安装方式分类固定式容器固定式容器-有相对固定的安装、工作地点，工艺条件和操作人有相对固定的安装、工作地点，工艺条件和操作人员也较为固定。员也较为固定。移动式容器移动式容器-需经常搬运的容器需经常搬运的容器 e、按容器形状分类、按容器形状分类 方形或矩形容器方形或矩形容器-由平板焊制而成由平板焊制而成 球形容器球形容器-由数块球瓣拼焊而成由数块球瓣拼焊而成 圆筒形容器圆筒形容器-由圆柱形筒体和各种形状的成型封头组成由圆柱形筒体和各种形状的成型封头组成f、按安全技术管

17、理分类、按安全技术管理分类（按综合因素，即压力高低、生产过程（按综合因素，即压力高低、生产过程重要性、介质危险程度等）重要性、介质危险程度等）一类容器一类容器二类容器二类容器三类容器三类容器压力容器的压力容器的质量保证质量保证可以理解为广义的、更严格的安全可以理解为广义的、更严格的安全性，是为使容器在整个使用过程中能够安全运行，不发性，是为使容器在整个使用过程中能够安全运行，不发生事故，而采取的有计划的、系统的措施，是一种系统生事故，而采取的有计划的、系统的措施，是一种系统工程。工程。压力容器的质量保证* 质量保证质量保证安全性安全性* 容器设计标准和规范必须依据容器设计标准和规范必须依据质量

18、保证系统的要求来制定质量保证系统的要求来制定 * 质量监督是达到质量保证的手段质量监督是达到质量保证的手段 压力容器用钢的基本要求 1、设计、设计 2、材料、材料 3、制造和制造过程中的检验、制造和制造过程中的检验 4、使用过程中的定期检验和监控、使用过程中的定期检验和监控 压力容器用钢的基本类型 压力容器材料的选用 耐压试验内外部检验外部检查定期检验的类别和期限质量保证的内容 满足标准和规范的基本要求满足标准和规范的基本要求 “创造性创造性”地使用标准和规范地使用标准和规范 了解标准和规范的变动情况，采用最新版本的标准和规范了解标准和规范的变动情况，采用最新版本的标准和规范 按分析设计按规则设计、容器设计方法1压力容器标准和规范不同规范设计不同规范设计结果比较结果比较2、压力容器规范简介、压力容器规范简介 (1) 国外压力容器规范国外压力容器规范 ASME锅炉与压力容器规范锅炉与压力容器规范 第第篇篇压力容器压力容器 第一分篇第一分篇压力容器压力容器 第二分篇第二分篇压力容器压力容器另一规则另一规则 第三分篇第三分篇高压容器另一规则高压容器另一规则 第第篇篇玻璃纤维增强塑料压力容器玻璃纤维增强塑料压力容器 第第篇篇移动式容器建造和连续使用规则移动式容器建造和连续使用规则 （2）国内压力容器规范和标准）国内压