化工容器设计复习

1、第第1章章 绪论绪论l第一章第一章 绪论绪论l第二章第二章 内压薄壁容器应力分析内压薄壁容器应力分析 l第三章第三章 内压薄壁圆筒与封头的设计内压薄壁圆筒与封头的设计 l第四章第四章 外压容器设计外压容器设计l第五章第五章 容器零部件的选用容器零部件的选用 l第六章第六章 塔设备设计塔设备设计 l第七章第七章 换热设备设计换热设备设计l第八章第八章 反应设备设计反应设备设计二、容器结构及分类二、容器结构及分类 压力容器多为圆柱形，少数为球形或其它形状。一般由压力容器多为圆柱形，少数为球形或其它形状。一般由基本承压部件和附件基本承压部件和附件构成。构成。压基本承压部件压基本承压部件壳体壳体开孔（

2、人开孔（人/ /手孔）与接管手孔）与接管密封装置（法兰、密封元件、紧固件）密封装置（法兰、密封元件、紧固件）支座支座附件附件安全附件（安全阀、爆破片）安全附件（安全阀、爆破片）测控仪表（压力表、温度计和液位计等测控仪表（压力表、温度计和液位计等第第1章章 绪论绪论压力容器的定义压力容器的定义 按我国按我国容规容规的规定，同时具备下列条件的容器称为的规定，同时具备下列条件的容器称为压力容器：压力容器：l工作压力工作压力0.1MPa0.1MPa；l工作压力与容积的乘积工作压力与容积的乘积2.5MPa2.5MPaL L；l介质为气体、液化气体或工作温度介质为气体、液化气体或工作温度标准沸点的液体。标

3、准沸点的液体。第第1章章 绪论绪论第第1章章 绪论绪论l1. 容器的分类容器的分类l按容器的作用原理按容器的作用原理l 反应设备反应设备l 换热设备换热设备l 分离设备分离设备l 贮运设备贮运设备l按承压高低分类按承压高低分类l常压容器：常压容器：p 0.1 MPal低压容器：低压容器：0.1p 1.6 MPal中压容器：中压容器：1.6p 10 MPal高压容器：高压容器：10p 100 MPal超高压容器：超高压容器：100 MPa pl按综合安全管理分类按综合安全管理分类 lI类容器类容器II类容器类容器III类容器类容器 第第1章章 绪论绪论l2. 我国压力容器设计常用的法规和标准我国

4、压力容器设计常用的法规和标准l特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例20032003年国务院颁布实施年国务院颁布实施l固定式压力容器安全技术检查规程固定式压力容器安全技术检查规程TSG R0004-2009TSG R0004-2009l压力容器压力容器GB150G钢制化工容器制造技术条件钢制化工容器制造技术条件l3. 容器机械设计的基本要求容器机械设计的基本要求 l强度强度、 刚度刚度、 稳定性稳定性、 耐久性耐久性、 密封性密封性、 节省材料和便于制造节省材料和便于制造、方便操作方便操作和便于运输、技术经济指标合理和便于运输、技术经济指标合理l4. 容器零部件的标

5、准化容器零部件的标准化l公称直径公称直径l钢板卷制的筒体和成形封头：钢板卷制的筒体和成形封头：公称直径是指它们的内径；公称直径是指它们的内径；l无缝钢管作筒体和封头：无缝钢管作筒体和封头：容器的公称直径是指无缝钢管的外径容器的公称直径是指无缝钢管的外径l钢管：钢管：公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是小于管子外径的公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是小于管子外径的一个数值。一个数值。 l公称压力公称压力：规定的标准压力等级规定的标准压力等级l0.1、0.25、0.4、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4 四. 压力容器用钢材压力容器用钢材的基本要求压力容器用钢材的基本要求基本

6、要求：基本要求：根据压力容器的构造和使用特点，压力容器用钢根据压力容器的构造和使用特点，压力容器用钢应具有应具有良好的工艺性能良好的工艺性能和和可靠的使用性能可靠的使用性能（力学性能、化学（力学性能、化学性能、组织热稳定性和物理性能）。性能、组织热稳定性和物理性能）。工艺性能工艺性能 焊接性、冷弯性、冲压性、锻压性、切削加工焊接性、冷弯性、冲压性、锻压性、切削加工性及热处理工艺性等。性及热处理工艺性等。力学性能力学性能 强度、强度、冲击冲击韧性和塑性、断裂韧度韧性和塑性、断裂韧度( (K KICIC/ /C C) ) 、硬度和无硬度和无延性转变延性转变温度温度(NDT)(NDT)。 化学性能化

7、学性能 耐腐蚀性和抗氧化性。耐腐蚀性和抗氧化性。组织热稳定性组织热稳定性 系指钢材长期高温下抵御组织性能劣化的系指钢材长期高温下抵御组织性能劣化的能力。能力。物理性能物理性能 如导热性、热膨胀性等如导热性、热膨胀性等第第1章章 绪论绪论碳素钢和低合金钢钢板新旧标准及牌号对照碳素钢和低合金钢钢板新旧标准及牌号对照四. 压力容器用钢材第第1章章 绪论绪论 高合金钢钢板新、旧标准及牌号对照表高合金钢钢板新、旧标准及牌号对照表第第1章章 绪论绪论 符合现行规范的规定和有关标准的要求符合现行规范的规定和有关标准的要求 经济合理经济合理 容器用钢材应根据容器的容器用钢材应根据容器的操作条件操作条件（设计温

8、度、设计（设计温度、设计压力、介质特性和操作特点）、压力、介质特性和操作特点）、材料性能材料性能（工艺性能和（工艺性能和使用性能）、使用性能）、制造工艺制造工艺及及经济合理经济合理等因素，按以下原则等因素，按以下原则选用：选用： 充分发挥材料的特长充分发挥材料的特长第第1章章 绪论绪论第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l1. 内压薄壁圆筒的应力分析内压薄壁圆筒的应力分析l薄壁容器薄壁容器：/Di0.1或或K=DO/Di1.2l环向应力：环向应力：当其承受内压力当其承受内压力p作用以后，其直径要稍微增大，作用以后，其直径要稍微增大，故筒壁内的故筒壁内的“环向纤维环向纤维”要

9、伸长，因此在筒体的纵向截面要伸长，因此在筒体的纵向截面上必定有应力产生，此应力称为环向应力，以上必定有应力产生，此应力称为环向应力，以表示。表示。l经向经向(轴向轴向)应力：应力：容器两端是封闭的，在承受内压后，筒容器两端是封闭的，在承受内压后，筒体的体的“纵向纤维纵向纤维”也要伸长，则筒体横向截面内也必定有也要伸长，则筒体横向截面内也必定有应力产生，此应力称为经向（轴向）应力，以应力产生，此应力称为经向（轴向）应力，以m表示。表示。 第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l2. 回转壳体的应力分析回转壳体的应力分析l2.1 基本概念基本概念l回转壳体、轴对称、回转壳体、轴对

10、称、中间面、中间面、母线、母线、经线、法线、纬线经线、法线、纬线l第一曲率半径第一曲率半径：中间面上任一点：中间面上任一点M处经线的曲率半径，处经线的曲率半径，RlMK1。l第二曲率半径第二曲率半径：过经线上一点：过经线上一点M的法线作垂直于经线的平面与中间的法线作垂直于经线的平面与中间面相割形成的曲线面相割形成的曲线ME，此曲线在，此曲线在M点处的曲率半径称为该点的第点处的曲率半径称为该点的第二曲率半径二曲率半径R2。第二曲率半径的中心第二曲率半径的中心K2落在回转轴上，落在回转轴上，R2=MK2。 第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l2. 回转壳体的应力分析回转壳体的

11、应力分析l2.1 基本概念基本概念（下列各图指定点的第一、二曲率半径）（下列各图指定点的第一、二曲率半径） ABr第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l2. 回转壳体的应力分析回转壳体的应力分析l2.2 基本假设基本假设l 小位移假设：小位移假设：壳体受力以后，各点的位移都远小于壁厚。壳体壳体受力以后，各点的位移都远小于壁厚。壳体变形后可以用变形前的尺寸来代替。变形分析中的高阶微量可以忽变形后可以用变形前的尺寸来代替。变形分析中的高阶微量可以忽略不计。略不计。l 直法线假设：直法线假设：壳体在变形前垂直于中间面的直线段，在变形后壳体在变形前垂直于中间面的直线段，在变形后仍保

12、持直线，并垂直于变形后的中间面。变形前后的法向线段长度仍保持直线，并垂直于变形后的中间面。变形前后的法向线段长度不变，沿厚度各点的法向位移均相同，变形前后壳体壁厚不变。不变，沿厚度各点的法向位移均相同，变形前后壳体壁厚不变。l 不挤压假设：不挤压假设：壳体各层纤维变形前后相互不挤压。壳壁法向壳体各层纤维变形前后相互不挤压。壳壁法向（半径方向）的应力与壳壁其他应力分量比较是可以忽略的微小量，（半径方向）的应力与壳壁其他应力分量比较是可以忽略的微小量，其结果就变为平面问题。其结果就变为平面问题。 第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l2. 回转壳体的应力分析回转壳体的应力分析l

13、2.3 2.3 区域平衡方程式区域平衡方程式( (经向应力经向应力) ) l2.4 2.4 微体平衡方程式微体平衡方程式( (环向应力环向应力) )l2.5 2.5 薄膜理论的适用条件：薄膜理论的适用条件：壳体是轴对称的，即几何形状、壳体是轴对称的，即几何形状、材料、载荷的对称性和连续性，同时需保证壳体应具有自由边材料、载荷的对称性和连续性，同时需保证壳体应具有自由边缘。缘。 2m2pRm12pRR第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l3. 薄膜理论的应用薄膜理论的应用l3.1受气体内压的圆筒形壳体受气体内压的圆筒形壳体l3.2 受气体内压的球形壳体受气体内压的球形壳体 l

14、3.3 受气体内压的椭球壳受气体内压的椭球壳 mD4pD2pm4pD4222m-2paxabb4422242222-2paa - xa -bba - xa -b第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l3. 薄膜理论的应用薄膜理论的应用l3.4 受气体内压的锥形壳体受气体内压的锥形壳体 l3.5 承受液体内压作用的圆筒壳承受液体内压作用的圆筒壳 m12cospr1cospr002pxRpxD00m24p Rp D0()2px D00m()224H Rp RpH D第第2章章 内压薄壁容器的应力分析内压薄壁容器的应力分析l3. 边缘应力边缘应力l联接边缘附近的横截面内，除作用有轴

15、（经）向拉伸应力外，联接边缘附近的横截面内，除作用有轴（经）向拉伸应力外，还存在着轴（经）向弯曲应力，必须用有力矩理论来求解还存在着轴（经）向弯曲应力，必须用有力矩理论来求解l边缘应力的特点边缘应力的特点l局部性局部性 l自限性自限性 第第3章章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计内压薄壁圆筒与封头的强度设计l1. 弹性失效设计准则弹性失效设计准则l弹性失效准则弹性失效准则l容器上任一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点容器上任一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点s s，容器即，容器即告失效（指容器失去正常的工作能力）。告失效（指容器失去正常的工作能力）。当当标准椭圆形封头标准椭圆形封头碟

16、形封头碟形封头无折边球形封头无折边球形封头l制造难度：制造难度：l半球形封头半球形封头标准椭圆形封头标准椭圆形封头碟形封头碟形封头无折边球形封头无折边球形封头八、八、典型例题典型例题2022-5-425 现需要设计一内压圆筒形容器，上下两端采用标准椭现需要设计一内压圆筒形容器，上下两端采用标准椭圆封头，无安全泄放装置。介质为水蒸气，腐蚀性较小。圆封头，无安全泄放装置。介质为水蒸气，腐蚀性较小。已知其设计压力已知其设计压力p=1.4MPa，设计温度为，设计温度为t=50，圆筒体的，圆筒体的内径内径Di=2000mm。材料选用。材料选用Q245R，钢板厚度负偏差为，钢板厚度负偏差为C1=0.3mm

17、。采用双面焊对接接头，局部无损检测。水压试。采用双面焊对接接头，局部无损检测。水压试验温度为验温度为25。已知。已知Q245R许用应力如下表许用应力如下表1所示，常用钢所示，常用钢板厚度如表板厚度如表2所示。所示。确定该容器筒体和标准椭圆封头的壁厚确定该容器筒体和标准椭圆封头的壁厚，并校核水压试验时圆筒的强度。，并校核水压试验时圆筒的强度。板厚板厚(mm)室温强度指标室温强度指标 在下列温度下的许用应力在下列温度下的许用应力sb201001502002503006162454001481471401311171081636235400148140133124111102表表1 Q245钢板的许

18、用应力（钢板的许用应力（GB150-2011） （MPa）解答解答2022-5-426(1) 确定必要的设计参数取确定必要的设计参数取pcp1.4 MPa，查得，查得Q245R材料的材料的许用应力许用应力t=147MPa，=147MPa，s=245MPa（假设钢（假设钢板厚板厚n616mm），焊接接头系数），焊接接头系数(2) 圆筒的计算壁厚为圆筒的计算壁厚为 复验知复验知C1不可忽略，钢板名义厚度为不可忽略，钢板名义厚度为14mm，t=147MPa选择正确。故最终筒体厚度取选择正确。故最终筒体厚度取14mm合适。合适。 85. 0ict1.4 200011.27mm2 -2 147 0.85

19、-1.4ccp D pnc1211.27 0.3 1.014mmCC解答解答2022-5-427(3) 封头厚度确定封头厚度确定 复验知复验知C1不可忽略，钢板名义厚度为不可忽略，钢板名义厚度为14mm，t=147MPa选择正确。故最终封头厚度取选择正确。故最终封头厚度取14mm合适。合适。(4) 水压试验强度校核：水压试验强度校核：ict1.4 200011.23mm2 -0.52 147 0.85-0.5 1.4ccp D pnc1211.230.3 1.014mmCC Tt 1471.251.25 1.41.75MPa 147pp解答解答2022-5-428 e=n-C=14-1.0-0

20、.3=12.7mm 0.9s =0.92450.85=187.43MPa 由由 ，故水压试验强度满足要求，故水压试验强度满足要求！TieTe()1.75 (2000 12.7)138.67MPa22 12.7P DTs0.9 第第4章章 外压圆筒及封头设计外压圆筒及封头设计l1. 外压容器的失稳外压容器的失稳l外压容器：外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。l应力特点：应力特点：容器受到外压作用后，在筒壁内将产生经向和环容器受到外压作用后，在筒壁内将产生经向和环向压缩应力，按照薄膜应力理论来求解向压缩应力，按照薄膜应力理论来求解；l失效类型：失效类型

21、：强度破坏很少强度破坏很少，多数，多数外压圆筒外压圆筒在在筒壁内的压缩应筒壁内的压缩应力远低于材料的屈服点时，筒壁就被突然压瘪或发生褶绉。力远低于材料的屈服点时，筒壁就被突然压瘪或发生褶绉。l弹性失稳：弹性失稳：外压作用下突然失去原来形状，应力也由失稳前外压作用下突然失去原来形状，应力也由失稳前的压缩应力为主变成以弯曲应力为主的复杂的附加应力。的压缩应力为主变成以弯曲应力为主的复杂的附加应力。l2. 容器失稳型式的分类容器失稳型式的分类l侧向失稳、轴向失稳、局部失稳侧向失稳、轴向失稳、局部失稳 第第4章章 外压圆筒及封头设计外压圆筒及封头设计l3. 临界压力临界压力l定义：定义：导致筒体失稳的

22、压力称为该筒体的临界压力，导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力，pcr l影响临界压力的因素影响临界压力的因素l筒体几何尺寸筒体几何尺寸：L（计算长度）、（计算长度）、/D、L/Dl筒体的材料筒体的材料：E、l筒体椭圆度和材料不均匀筒体椭圆度和材料不均匀l4. 外压圆筒的分类外压圆筒的分类l长圆筒：长圆筒：pcrcr仅与仅与e/D0有关，而与有关，而与L/D0无关；失稳波数为无关；失稳波数为2 2 l短圆筒短圆筒： pcrcr与与e/D0 、 L/D0也有关，失稳波数也有关，失稳波数n2 l刚性圆筒：刚性圆筒：圆筒的圆筒的L/D0较小，而较小，而e/D0较大，故刚性较好较大，故刚性较好l注注

23、长圆筒或短圆筒，要同时进行强度计算和稳定性校验，长圆筒或短圆筒，要同时进行强度计算和稳定性校验，后者更重要。后者更重要。 第第4章章 外压圆筒及封头设计外压圆筒及封头设计l5. 临界压力计算公式临界压力计算公式l钢制长圆筒钢制长圆筒l钢制短圆筒钢制短圆筒l刚性圆筒刚性圆筒l临界长度临界长度l长、短圆筒临界长度长、短圆筒临界长度l短、刚性圆筒临界长度短、刚性圆筒临界长度3tecr02.2pED2.5e0tcr02.59DpELDiete 2p D 压tecrt0e1.3D EL压0cr0e1.17DLD第第4章章 外压圆筒及封头设计外压圆筒及封头设计l6. 外压圆筒的工程设计外压圆筒的工程设计l

24、设计准则设计准则l许用压力许用压力 l根据根据GBl501998钢制压力容器钢制压力容器的规定，对圆筒、锥壳取的规定，对圆筒、锥壳取m=3.0，球壳、椭圆形和碟形封头取，球壳、椭圆形和碟形封头取m=15。 l设计准则：设计准则：使设计压力使设计压力pp，并接近，并接近pcr ppm第第4章章 外压圆筒及封头设计外压圆筒及封头设计l7. 外压圆筒壁厚设计的图算法外压圆筒壁厚设计的图算法第第4章章 外压圆筒及封头设计外压圆筒及封头设计l图算法具体步骤图算法具体步骤（以薄壁以薄壁D D0 0/S/Se e2020为例为例）l 假设假设n，令，令e= n -C，而后定出比值，而后定出比值L/D0和和D

25、0/ e ；l 由由L/D0和和D0/ e查取系数查取系数Al若若L/D0 50，用，用L/D0 =50查图，若查图，若L/D0 0.05，用，用L/D0 =0.05查图；查图；l 根据所用材料选用合适的根据所用材料选用合适的A-B图由图由A查取查取Bl 计算许用外压力计算许用外压力p：l (MPa)l若若A值落在设计温度下材料线的左方，说明肯定处于弹性失稳值落在设计温度下材料线的左方，说明肯定处于弹性失稳状态，则用下式计算许用外压力状态，则用下式计算许用外压力p：l (MPa)l 比较比较p与与p，若，若pp，则需重新假设，则需重新假设e ，重复上述步骤直，重复上述步骤直至至p大于且接近于大

26、于且接近于p为止。为止。0 /eBpD0et2 3AEp第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l1. 法兰联接结构与密封原理法兰联接结构与密封原理l法兰联接结构法兰联接结构：联接件：联接件( (螺栓、螺母螺栓、螺母) )、被联接件、被联接件( (法兰法兰) )、密、密封元件封元件( (垫片垫片) ) l密封口泄漏途径：密封口泄漏途径：一是垫片渗漏，二是压紧面泄漏。一是垫片渗漏，二是压紧面泄漏。 l法兰密封的原理法兰密封的原理 l预紧密封比压预紧密封比压：形成初始密封条件时加在垫片上的最小压紧应力：形成初始密封条件时加在垫片上的最小压紧应力l工作密封比压工作密封比压：发生临界泄漏时作用在垫片

27、上的剩余压紧应力发生临界泄漏时作用在垫片上的剩余压紧应力 第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l2. 法兰的结构与分类法兰的结构与分类l按法兰接触面分类：按法兰接触面分类：宽面法兰、窄面法兰宽面法兰、窄面法兰l按法兰与设备或管道的联接方式分类按法兰与设备或管道的联接方式分类l整体法兰整体法兰：平焊法兰平焊法兰、对焊法兰对焊法兰l活套法兰活套法兰l螺纹法兰螺纹法兰 第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l3. 法兰密封的影响因素法兰密封的影响因素l螺栓预紧力螺栓预紧力l压紧面压紧面(密封面密封面) ：平面型、凹凸型、榫槽型、平面型、凹凸型、榫槽型、 锥形、锥形、 梯形槽梯形槽l垫片性能

28、垫片性能：垫片材料和结构垫片材料和结构l法兰刚度法兰刚度l操作条件操作条件：操作压力、操作温度操作压力、操作温度l4. 法兰标准及选用法兰标准及选用 l4.1 法兰标准法兰标准：压力容器法兰、管法兰：压力容器法兰、管法兰l压力容器平焊法兰压力容器平焊法兰：甲型甲型(JB/T4701-2000)、乙型、乙型(JB/T4702-2000) l压力容器法兰的尺寸：压力容器法兰的尺寸：法兰公称直径法兰公称直径DN：与法兰相配的筒体或封头的公称直径与法兰相配的筒体或封头的公称直径 公称压力公称压力PN：在规定设计条件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的设计压在规定设计条件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的设计

29、压力。力。0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和和6.4MPa第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l4. 法兰标准及选用法兰标准及选用l4.1 法兰标准法兰标准：压力容器法兰、管法兰：压力容器法兰、管法兰l确定法兰尺寸的计算基础与最高许用工作压力确定法兰尺寸的计算基础与最高许用工作压力：设计温度是设计温度是200、规定法兰材料是规定法兰材料是16MnR或或16Mn锻件锻件;pwl4.2 压力容器法兰的选用步骤压力容器法兰的选用步骤l 根据容器的根据容器的Di（DN）和设计压力为）和设计压力为p，参照教材，参照教材P157表表6-2确定确定法兰的结构类型；法兰的结构类型；l 根

30、据选定的法兰类型和容器的设计压力、设计温度以及法兰材根据选定的法兰类型和容器的设计压力、设计温度以及法兰材料，用表料，用表6-4确定法兰的公称压力。然后将所确定的公称压力和公确定法兰的公称压力。然后将所确定的公称压力和公称直径用表称直径用表6-2复核一下该复核一下该PN与与DN是否在所选定的法兰类型包容是否在所选定的法兰类型包容的范围之内。的范围之内。l 根据所确定的根据所确定的PN与与DN从相应的尺寸表中选定法兰各部分的尺从相应的尺寸表中选定法兰各部分的尺寸寸。第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l【法兰选用举例法兰选用举例】为一台精馏塔塔节选配法兰。该塔内径为一台精馏塔塔节选配法兰。

31、该塔内径Di=1000mm，n=4mm，操作温度，操作温度280，设计压力，设计压力p=0.2MPa，法兰材料可用法兰材料可用20R，也可用，也可用16MnR，试分别确定使用这两种材料，试分别确定使用这两种材料时法兰的类型和尺寸。时法兰的类型和尺寸。l 确定法兰类型确定法兰类型 根据根据DN=1000mm，p=0.2MPa，按表，按表6-2可知应可知应选用甲型平焊法兰。选用甲型平焊法兰。l 确定法兰的公称压力：确定法兰的公称压力：根据根据p=0.2MPa，t=280，查表，查表12-3l法兰材料用法兰材料用20R，当取，当取PN0.25MPa时，时，300的的p=0.15MPa，满，满足不了足

32、不了p=0.2MPa的需要，所以法兰的的需要，所以法兰的PN应提高一个等级，确定法兰应提高一个等级，确定法兰的公称压力的公称压力PN0.6MPa，300的的p=0.36MPa，可以满足要求。，可以满足要求。l法兰材料用法兰材料用16MnR，PN=0.25MPa时，时，300的的p=0.21MPa，能满，能满足足p=0.2MPa的需要，所以法兰材料选用的需要，所以法兰材料选用16MnR时，法兰的公称压力时，法兰的公称压力为为PN=0.6MPa。l 确定法兰的结构尺寸确定法兰的结构尺寸l根据根据DN1000mm，PN0.6MPa和和PN0.25MPa查相应表确定材查相应表确定材料为料为20R和和1

33、6MnR时法兰各部分的尺寸。时法兰各部分的尺寸。第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l5.5.容器支座容器支座l5.1 卧式容器支座：卧式容器支座：鞍座、圈座和支腿鞍座、圈座和支腿 l5.2 卧式容器载荷分析卧式容器载荷分析l 压力压力l 储罐重量储罐重量l 物料重量量；物料重量量；l 其他载荷雪、风、地震等其他载荷雪、风、地震等l力学模型力学模型 第第5章章 压力容器零部件压力容器零部件 l6.6.开孔补强开孔补强l6.1 开孔应力集中现象及其原因开孔应力集中现象及其原因l应力集中：应力集中：容器开孔之后孔边附近的局部区域应力增长的现象容器开孔之后孔边附近的局部区域应力增长的现象l产生

34、原因：产生原因：开孔接管处需要变形协调产生了附加内力开孔接管处需要变形协调产生了附加内力l6.2 补强设计原则补强设计原则l等面积补强法的设计原则等面积补强法的设计原则l应力分析补强原则应力分析补强原则l6.4 补强结构：补强结构：补强板搭接补强板搭接、加强元件补强加强元件补强、整体补强整体补强l6.5 等面积补强的设计方法等面积补强的设计方法l使补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。补强金属在通使补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。补强金属在通过开孔中心线的纵截面上的正投影面积，必须等于或大于壳体由过开孔中心线的纵截面上的正投影面积，必须等于或大于壳体由于开孔而在纵截面上所削弱的正

35、投影面积于开孔而在纵截面上所削弱的正投影面积 第第6章章 塔器设备设计塔器设备设计l1. 塔设备的分类及结构塔设备的分类及结构 第第6章章 塔器设备设计塔器设备设计l2. 塔体壁厚的计算塔体壁厚的计算l2.1 按设计压力计算塔体及封头壁厚按设计压力计算塔体及封头壁厚l2.2 塔体承受的各种载荷的计算塔体承受的各种载荷的计算l计算模型：计算模型：底部固定支撑的悬臂梁底部固定支撑的悬臂梁l 塔设备重量载荷塔设备重量载荷l塔设备的操作质量（塔设备的操作质量（KgKg）：）：lm0= m01+m02+m03+m04+m05+ma+mel设备最大质量（设备最大质量（KgKg） （水压试验时的质量）：（水

36、压试验时的质量）：lmmax=m01+m02+m03+m04+mw+ma+mel设备最小质量（设备最小质量（KgKg）（吊装时的质量，要考虑吊装时的实际质量）（吊装时的质量，要考虑吊装时的实际质量包含的内容）：包含的内容）：lmmin=m01+0.2m02+m03+m04+ma+mel地震载荷地震载荷l风载荷计算风载荷计算l偏心载荷计算偏心载荷计算 第第6章章 塔器设备设计塔器设备设计l2. 塔体壁厚的计算塔体壁厚的计算l2.3 塔体轴向应力校核塔体轴向应力校核l轴向应力来源轴向应力来源 设计压力在塔体中引起的轴向应力：设计压力在塔体中引起的轴向应力： （MPa） 重量载荷在塔体中引起的轴向应

37、力：重量载荷在塔体中引起的轴向应力： （MPa） 弯矩在塔体中引起的轴向应力：弯矩在塔体中引起的轴向应力： （MPa）l压应力校核：压应力校核：内压塔设备危险工况为内压塔设备危险工况为停车工况停车工况 外压塔设备危险工况为外压塔设备危险工况为操作工况操作工况 ti-imaxcrmin KBK，i - i3i - i2maxi - i3i - i21maxi1ei4pDi-i2ieim gDi-imax32iei4MD第第6章章 塔器设备设计塔器设备设计l2. 塔体壁厚的计算塔体壁厚的计算l2.3 塔体轴向应力校核塔体轴向应力校核l塔体拉应力验算塔体拉应力验算内压塔设备危险工况为操作工况，即内压

38、塔设备危险工况为操作工况，即外压塔设备危险工况为非操作工况，即外压塔设备危险工况为非操作工况，即l2.4 塔设备水压试验时的应力验算塔设备水压试验时的应力验算l试验压力、重力、弯矩等引起的应力进行组合试验压力、重力、弯矩等引起的应力进行组合l3. 裙座设计裙座设计l裙座的结构：裙座的结构：圆筒形、圆椎形圆筒形、圆椎形l座体设计座体设计l筒体壁厚筒体壁厚l基础环厚度基础环厚度l地脚螺栓个数地脚螺栓个数l连接焊缝连接焊缝 i - i3i - i21max-i - i2i - i3max-第第7章章 换热设备设计换热设备设计 l换热设备的分类换热设备的分类l按材料分类按材料分类l金属材料换热器：金属

39、材料换热器：碳素钢、低合金钢、不锈钢和有色金属碳素钢、低合金钢、不锈钢和有色金属l非金属材料换热器：非金属材料换热器：石墨、聚四氟乙烯、玻璃钢、陶瓷石墨、聚四氟乙烯、玻璃钢、陶瓷 l按传热方式分类按传热方式分类l混合式换热器混合式换热器：凉水塔、洗涤塔、气液混合式冷凝器凉水塔、洗涤塔、气液混合式冷凝器 l蓄热式换热器：蓄热式换热器：一般设有由耐火砖构成的蓄热室一般设有由耐火砖构成的蓄热室l间接式换热器：间接式换热器：管壳式换热器、套管式换热器、板式换热管壳式换热器、套管式换热器、板式换热器、水浸式冷凝冷却器器、水浸式冷凝冷却器l按功能分类按功能分类l加热器、冷却器、冷凝器和重沸器加热器、冷却器

40、、冷凝器和重沸器 第第7章章 换热设备设计换热设备设计 l1.1.管壳式换热器的类型管壳式换热器的类型l固定管板式固定管板式、浮头式、浮头式、填料填料函式函式 、U U形管式、形管式、釜式重沸器釜式重沸器 第第7章章 换热设备设计换热设备设计 l1.1.管壳式换热器的类型管壳式换热器的类型l固定管板式固定管板式、浮头式、浮头式、填料填料函式函式 、U U形管式、形管式、釜式重沸器釜式重沸器 第第7章章 换热设备设计换热设备设计 l1.1.管壳式换热器的类型管壳式换热器的类型l固定管板式固定管板式、浮头式、浮头式、填料填料函式函式 、U U形管式、形管式、釜式重沸器釜式重沸器 第第7章章 换热设

41、备设计换热设备设计 l2.2.管壳式换热器的结构特点管壳式换热器的结构特点l(1)(1)管子与管板管子与管板l管子排列正三角形、旋转正三角形、正方形、正方形旋转管子排列正三角形、旋转正三角形、正方形、正方形旋转4545 第第7章章 换热设备设计换热设备设计强度胀强度胀强度焊强度焊胀焊并用胀焊并用a.强度胀强度胀 保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。l2.2.管板与管子的连接管板与管子的连接主要有强度胀主要有强度胀+密封焊、强度焊密封焊、强度焊+贴胀、强度焊贴胀、强度焊+强度胀等。强度胀等。b.强度焊强度焊焊接满足抗拉脱强度与密封性

42、能。焊接满足抗拉脱强度与密封性能。c.胀焊并用胀焊并用第第7章章 换热设备设计换热设备设计强度胀强度胀强度焊强度焊胀焊并用胀焊并用a.强度胀强度胀 保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。l2.2.管板与管子的连接管板与管子的连接主要有强度胀主要有强度胀+密封焊、强度焊密封焊、强度焊+贴胀、强度焊贴胀、强度焊+强度胀等。强度胀等。b.强度焊强度焊焊接满足抗拉脱强度与密封性能。焊接满足抗拉脱强度与密封性能。c.胀焊并用胀焊并用QKAtml增大传热系数增大传热系数K K、传热面积、传热面积A A和平均温度差和平均温度差tmtm。l1.1.

43、增大换热面积增大换热面积l螺纹管、波纹管，或者采用翅片管换热器、板翅式换热器以螺纹管、波纹管，或者采用翅片管换热器、板翅式换热器以及各种板式换热器及各种板式换热器 l2.2.增大平均温度差增大平均温度差tml在参加换热的两种流体均匀变温的情况下，采用逆流可得到在参加换热的两种流体均匀变温的情况下，采用逆流可得到较大的较大的tm值。值。l3.3.增大传热系数增大传热系数Kl增加流体的流速或改变流动方向，以增加流体的湍流程度，增加流体的流速或改变流动方向，以增加流体的湍流程度，减小边界层的厚度，可以提高无相态变化流体的传热系数减小边界层的厚度，可以提高无相态变化流体的传热系数K值。值。l减小污垢层热阻，可以提高传热系数减小污垢层热阻