《化工容器及设备》第1单元_化工设备概述

1、邢晓林主编邢晓林主编化工设备化工设备化学工业出版社化学工业出版社2005年年5月月教育部高职高专规划教育部高职高专规划教材教材 第一章第一章 化工设备概述化工设备概述 |第一节第一节 化工设备及其应用化工设备及其应用 |第二节第二节 化工设备的特点化工设备的特点 |第三节第三节 化工设备的基本要求化工设备的基本要求 |第四节第四节 压力容器及其分类压力容器及其分类 |第五节第五节 压力容器常用材料压力容器常用材料 |第六节第六节 压力容器常用规范简介压力容器常用规范简介 |第七节第七节 本课程的性质及任务本课程的性质及任务 |第八节第八节 学习本课程的方法和教学建议学习本课程的方法和教学建议

2、|习题习题第二章第二章 化工设备强度计算基础化工设备强度计算基础 |第一节第一节 典型回转薄壳应力分析典型回转薄壳应力分析 |第二节第二节 边缘应力边缘应力 |第三节第三节 厚壁圆筒应力分析厚壁圆筒应力分析 |习题习题第三章第三章 内压薄壁容器内压薄壁容器 |第一节第一节 内压薄壁壳体强度计算内压薄壁壳体强度计算 |第二节第二节 设计参数的确定设计参数的确定 |第三节第三节 内压封头结构和计算内压封头结构和计算 |第四节第四节 压力试验压力试验 |习题习题第四章第四章 外压容器外压容器 |第一节第一节 外压容器的稳定性外压容器的稳定性 |第二节第二节 外压圆筒与外压球壳的图算法外压圆筒与外压球

3、壳的图算法 |第三节第三节 外压圆筒的加强圈计算外压圆筒的加强圈计算 |第四节第四节 外压封头计算外压封头计算 |第五节第五节 轴向受压圆筒轴向受压圆筒 |习题习题第五章第五章 厚壁容器厚壁容器 |第一节第一节 厚壁容器的结构和选材厚壁容器的结构和选材 |第二节第二节 厚壁容器的筒体结构形式厚壁容器的筒体结构形式 |第三节第三节 厚壁圆筒的强度计算厚壁圆筒的强度计算 |第四节第四节 厚壁圆筒的自增强厚壁圆筒的自增强 |第五节第五节 厚壁容器的主要零部件厚壁容器的主要零部件 |习题习题第六章第六章 化工设备主要零部件化工设备主要零部件 |第一节第一节 法兰连接法兰连接 |第二节第二节 开孔与补强

4、开孔与补强 |第三节第三节 支座支座 |第四节第四节 安全附件安全附件 |习题习题第七章第七章 换热设备换热设备 |第一节第一节 换热设备的应用换热设备的应用 |第二节第二节 换热设备分类换热设备分类 |第三节第三节 管壳式换热器分类管壳式换热器分类 |第四节第四节 管壳式换热器主要结构管壳式换热器主要结构 |第五节第五节 管壳式换热器标准及其选用管壳式换热器标准及其选用 |习题习题第八章第八章 塔设备塔设备 |第一节第一节 塔设备应用塔设备应用 |第二节第二节 板式塔板式塔 |第三节第三节 填料塔填料塔 |习题习题第九章第九章 反应设备反应设备 |第一节第一节 概述概述 |第二节第二节 搅拌

5、反应器的罐体搅拌反应器的罐体 |第三节第三节 搅拌装置搅拌装置 |第四节第四节 搅拌反应器的传动装置搅拌反应器的传动装置 |第五节第五节 搅拌反应器的轴封搅拌反应器的轴封 |习题习题参考文献参考文献 卓震卓震.化工容器及设备化工容器及设备.北京：北京：中国石化出版社，中国石化出版社，1998年年11月月 郑津洋郑津洋.过程设备设计过程设备设计.北京：北京：化学工业出版社，化学工业出版社，2005年年7月月 （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、）学习过程中的问题及时和教师沟通、 反馈，提

6、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（包括作业、课）成绩评定：平时成绩（包括作业、课堂提问和考勤）堂提问和考勤）30%+期末考试期末考试70%|第一节第一节 化工设备及其应用化工设备及其应用 |第二节第二节 化工设备的特点化工设备的特点 |第三节第三节 化工设备的基本要求化工设备的基本要求 |第四节第四节 压力容器及其分类压力容器及其分类 |第五节第五节 压力容器常用材料压力容器常用材料 |第六节第六节 压力容器常用规范简介压力容器常用规范简介 |第七节第七节 本课程的性质及任务本课程的性质及任务 |第八节第八节

7、学习本课程的方法和教学建议学习本课程的方法和教学建议基本概念基本概念-从原材料到产品要经历一系列物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、制药、骤称为过程。如化工、轻工、炼油、制药、橡胶、食品等。过程工业是加工制造流程性橡胶、食品等。过程工业是加工制造流程性材料产品的现代国民经济的支柱产业之一。材料产品的现代国民经济的支柱产业之一。典型实例典型实例1|名称：天然气部分氧化法制氢名称：天然气部分氧化法制氢|原料：天然气（甲烷）原料：天然气（甲烷）+富氧空气（氧气）富氧空气（氧气）|产品：转化气（产

8、品：转化气（400420）|设备：饱和塔、热交换器、混合器、转化器、湿设备：饱和塔、热交换器、混合器、转化器、湿润塔、管路、阀门等。润塔、管路、阀门等。|条件：条件：温度：温度：800850压力：压力：0.16MPa0.17MPa催化剂：辅料：冷凝水、蒸汽、热水催化剂：辅料：冷凝水、蒸汽、热水|转化反应：转化反应：CO3HOHCH224 CO2HCOCH224 饱和塔饱和塔热交换器热交换器湿润塔湿润塔转化器转化器混合器混合器天然气天然气热水热水天然气天然气蒸蒸汽汽转化气转化气转化气转化气转化气转化气冷凝水冷凝水氧气或氧气或富氧空气富氧空气天然气天然气热水热水天然气部分氧化法制氢生产流程天然气部

9、分氧化法制氢生产流程典型实例典型实例2|名称：加氢精制重柴油名称：加氢精制重柴油|原料：重柴油原料：重柴油+氢气氢气|产品：燃料气、汽油、煤油（产品：燃料气、汽油、煤油（400420）|设备：加热炉、热交换器、反应器、高压分离器、设备：加热炉、热交换器、反应器、高压分离器、低压分离器、分馏塔、减压阀、泵、压缩机、管路、低压分离器、分馏塔、减压阀、泵、压缩机、管路、阀门等。阀门等。|条件：温度：条件：温度：400 压力：压力：1015MPa 催化剂：催化剂：|加氢裂化反应：在较高压力下，烃类分子与氢气加氢裂化反应：在较高压力下，烃类分子与氢气在催化剂表面进行裂解和加氢反应生成较小分子的在催化剂表

10、面进行裂解和加氢反应生成较小分子的转化过程，同时也发生加氢脱硫、脱氮和不饱和烃转化过程，同时也发生加氢脱硫、脱氮和不饱和烃的加氢反应的加氢反应 。反应器反应器分馏塔分馏塔高压分离器高压分离器低压分离器低压分离器加热炉加热炉新氢新氢原料油原料油燃料气燃料气汽油汽油煤油煤油冷却水冷却水加氢精制重柴油加氢精制重柴油工艺流程工艺流程循环油循环油循循环环氢氢高低并列的提升管高低并列的提升管FCC装置装置南充炼厂南充炼厂FCC装置装置Grassroots FCC unit under construction in MexicoCold flow model of Kellogg dense phase

11、catalyst cooler80万吨万吨/年加氢裂化装置年加氢裂化装置化学工程项目的建设过程化学工程项目的建设过程：就是将化学工：就是将化学工业范畴内的某一个设想，实现为一个序列化业范畴内的某一个设想，实现为一个序列化的，能够达到预期目的的的，能够达到预期目的的,可安全稳定生产的可安全稳定生产的工业生产装置。工业生产装置。化学工程项目建设过程分四个阶段：化学工程项目建设过程分四个阶段：|可行性研究阶段；可行性研究阶段；|工程设计阶段；工程设计阶段；|项目的施工阶段；项目的施工阶段；|项目的开车，考核及验收阶段；项目的开车，考核及验收阶段；成套过程装置成套过程装置：是由一系列的过程机器和：是由

12、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，再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，制造出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。人们需要的新的流程性材料产品。：单元过程设备（如塔、换热器、：单元过程设备（如塔、换热器、反应器、储罐等）与单元过程机器（反应器、储罐等）与单元过程机器（流体机流体机械；械

13、；如压缩机、泵、分离机等）二者的统称如压缩机、泵、分离机等）二者的统称为过程装备。为过程装备。：以流体（气体、液体、粉体）：以流体（气体、液体、粉体）为工质进行能量转换、处理与输送的机械。为工质进行能量转换、处理与输送的机械。过程设备过程设备：用于传质、传热和化学反应等：用于传质、传热和化学反应等过程的装置。为过程的实现服务，必须满足过程的装置。为过程的实现服务，必须满足过程的要求，没有相应的设备，过程也无法过程的要求，没有相应的设备，过程也无法实现。实现。设备设备是静止的，没有相对运动的机构（有是静止的，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，如夹套些静止设备上带有运动的传动装

14、置，如夹套反应釜），如储存设备、换热设备、塔设备、反应釜），如储存设备、换热设备、塔设备、反应设备等。反应设备等。容器容器：设备外部壳体的总称：设备外部壳体的总称压力容器压力容器：承受一定压力的容器：承受一定压力的容器机器：机器：有相对运动的机构，如泵、压缩机、有相对运动的机构，如泵、压缩机、离心机等。离心机等。：是指盛装气体或者液体，承载：是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于作压力大于或者等于0.1MPa（表压），且压（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL的气的气体、

15、液化气体和最高工作温度高于或者等于体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa（表（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于压），且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MPaL的气体、液化气体和标准沸点等于的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。液体的气瓶；氧舱等。：是指利用一定的压力，用于输：是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于最高工作压

16、力大于或者等于0.1MPa（表压）（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于于25mm的管道。的管道。（包括其附属的安全附件、安全（包括其附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施保护装置和与安全保护装置相关的设施 ）：）：是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、力容器（含气瓶，下同）、压力管道、电梯、起重机械、客

17、运索道、大型游乐设施。起重机械、客运索道、大型游乐设施。引用引用特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例 2003年年6月月1日起施行第七章日起施行第七章 附则，第八十八条附则，第八十八条 本条本条例用语的含义。例用语的含义。 生产过程装备：生产过程装备：|过程设备过程设备|过程机器过程机器|管道、阀门、工具、测量仪器管道、阀门、工具、测量仪器|控制仪表、电脑、调节机构控制仪表、电脑、调节机构生产过程：生产过程：|人利用工具改变劳动对象以适应人们需要的过程。人利用工具改变劳动对象以适应人们需要的过程。|指劳动对象进入生产领域到制成产品的全部过程。指劳动对象进入生产领域到制成产品的全部过程。化工

18、生产过程：以物理化学方法得到的制化工生产过程：以物理化学方法得到的制成品，如药品、汽油、酿酒等。成品，如药品、汽油、酿酒等。3MCL707离心压缩机离心压缩机影响参数设计的主要因素影响参数设计的主要因素|设计准则设计准则先确定最可能的失效方式，选择合先确定最可能的失效方式，选择合适的失效判据，将应力或其它有关参量限制在许用适的失效判据，将应力或其它有关参量限制在许用范围内范围内最新的应力限制准则最新的应力限制准则|材料材料|规范标准规范标准|更新换代。三个途径更新换代。三个途径改变工作原理、改进制改变工作原理、改进制造工艺、结构和材料以提高综合技术性能、加强辅造工艺、结构和材料以提高综合技术性

19、能、加强辅助功能是其更适应使用者要求助功能是其更适应使用者要求典型实例：典型实例：|加氢反应器加氢反应器现代石油炼制工艺中最重要的转现代石油炼制工艺中最重要的转化过程之一；化过程之一；|液态氢储存容器；液态氢储存容器；|超高压食品杀菌釜；超高压食品杀菌釜；|超临界流体萃取装置超临界流体萃取装置新型分离技术；新型分离技术；|核反应堆；核反应堆；|航空航天；航空航天；|其它产品其它产品如军工产品等。如军工产品等。神六舱门神六舱门神洲六号神洲六号神洲六号返回舱神洲六号返回舱由美国AP1000核反应堆组成的核电站 俄罗斯维克托俄罗斯维克托-3级核潜艇，建造于级核潜艇，建造于1988年，载员年，载员85

20、人人 大型加氢反应器大型加氢反应器固态氢气储存容器固态氢气储存容器 液态氢气固定储存液态氢气固定储存 超临界流体萃取装置超临界流体萃取装置1.非标设备，功能原理多样化。非标设备，功能原理多样化。|化工设备及技术与化工设备及技术与“化工过程化工过程”的原理和工艺密的原理和工艺密不可分；不可分；|化工生产过程的介质特性、工艺条件、操作方法化工生产过程的介质特性、工艺条件、操作方法以及生产能力决定了化工设备的功能、使用条件、以及生产能力决定了化工设备的功能、使用条件、使用寿命、安全质量以及环境保护要求等；使用寿命、安全质量以及环境保护要求等；|化工产品和生产过程的多种多样性。化工产品和生产过程的多种

21、多样性。2.外部壳体一般为压力容器。外部壳体一般为压力容器。|常在苛刻环境下工作（高温、高压、低温、低压、常在苛刻环境下工作（高温、高压、低温、低压、高真空、强腐蚀等）高真空、强腐蚀等）|可能承受动载荷（风载、地震载荷、冲击载荷等）可能承受动载荷（风载、地震载荷、冲击载荷等）|寿命较长，易发生意外事故，发生时易造成人员寿命较长，易发生意外事故，发生时易造成人员伤亡、企业停产、财产损失和环境污染伤亡、企业停产、财产损失和环境污染3.化化-机机-电技术紧密结合（化机电一体化）电技术紧密结合（化机电一体化）|过程工艺、设备、控制三个方面紧密结合。过程工艺、设备、控制三个方面紧密结合。4.过程设备设计

22、的规范性和能动性（设备结过程设备设计的规范性和能动性（设备结构大型化）。构大型化）。|发展方向：多功能、大型化、成套化、自动化发展方向：多功能、大型化、成套化、自动化|如：换热器直径已达如：换热器直径已达2.4m； 热壁高压容器制造直径热壁高压容器制造直径6m、壁厚、壁厚450mm、质量达质量达1200t；1979年年9月月7日国内某电化厂日国内某电化厂415升液氯钢瓶升液氯钢瓶爆炸，击穿爆炸，击穿5个，爆炸个，爆炸5个，个，10200公斤液氯公斤液氯外泄，波及外泄，波及7公里范围，公里范围，59人死亡，人死亡，779人人严重中毒。严重中毒。 1979年年12月月18日国内某液化气站日国内某液

23、化气站400M3储储罐爆炸，引发罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，个球罐和一个卧罐爆炸，5000只气瓶爆炸，只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，吨液化气燃烧，32人人死亡，死亡，54 人。人。 1986年年4月月28日前苏联切尔诺贝利核电站压日前苏联切尔诺贝利核电站压力壳发生核泄漏，力壳发生核泄漏，31人死亡，人死亡，20个国家个国家4亿亿人受害。人受害。 1984年年12月月3日印度博帕尔市农药厂异氰甲日印度博帕尔市农药厂异氰甲酸脂储罐发生泄漏，酸脂储罐发生泄漏，2,580人死亡，人死亡，125,000人中毒，人中毒，5万人失明。万人失明。 在保证在保证安全安全的前提下，尽可能做到的前提下，尽

24、可能做到经济经济。需实现的最佳技术经济指标：高效、节能、需实现的最佳技术经济指标：高效、节能、清洁和安全不断推向新的技术水平，确保本清洁和安全不断推向新的技术水平，确保本产业在国际上的竞争力。产业在国际上的竞争力。化工设备以气体、液体和粉体等流体材料化工设备以气体、液体和粉体等流体材料为工作对象，工艺条件和生产过程比较复杂，为工作对象，工艺条件和生产过程比较复杂，尤其是化学工业、石油化工工业存在高温、尤其是化学工业、石油化工工业存在高温、高压、高真空、强腐蚀、易燃、易爆、有毒高压、高真空、强腐蚀、易燃、易爆、有毒的工作环境下使用。的工作环境下使用。生产过程连续、自动化程度高的特点。生产过程连续

25、、自动化程度高的特点。1.安全可靠安全可靠|材料的强度高、韧性好；材料的强度高、韧性好；强度强度-抵抗永久变形和断裂的能力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断裂前吸收变形能量的能力|材料与介质相容（耐腐蚀性）材料与介质相容（耐腐蚀性） ；|结构有足够的刚度和抗失稳能力（构件在载荷结构有足够的刚度和抗失稳能力（构件在载荷作用下维持原有形状的能力）；作用下维持原有形状的能力）；|密封性能好。密封性能好。2.满足过程要求（工艺条件）满足过程要求（工艺条件）|功能要求；功能要求；实现设备的预定功能（储存量、换热

26、量、反应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速率等），满足生产要求，提高生产效率和经济效益。效益。|寿命要求。寿命要求。3.综合经济性好（合理性）综合经济性好（合理性）|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。积）处理的物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）资源（原材料、能量、燃料、水、电、蒸汽

27、等）和人力。和人力。|结构合理、制造方便；结构合理、制造方便；|易于运输、安装。易于运输、安装。2007年年9月月6日独山子日独山子 200万吨蜡油加氢裂化装置建设现场万吨蜡油加氢裂化装置建设现场 直径直径4m；吊装高度；吊装高度47.7m；吊装重量；吊装重量1218t4.操作简单、易于维护和控制操作简单、易于维护和控制|简单操作、安全；简单操作、安全；操作容易，误操作或错误操作时发出报警信号。操作容易，误操作或错误操作时发出报警信号。|可维护性可维护性、修理；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、手动或自动

28、检测装置，对工艺参数及时测量、报警和控制。报警和控制。5.优良的环境性能优良的环境性能|跑、冒、滴、漏、噪音跑、冒、滴、漏、噪音 。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 基本要求较多，主要要求是安全性、工基本要求较多，主要要求是安全性、工艺性和经济性。安全性是核心，优先考虑主艺性和经济性。安全性是核心，优先考虑主要要求，在适当考虑次要要求。要要求，在适当考虑次要要求。一、压力容器结构一、压力容器结构压力容器六大基本部件压力容器六大基本部件基本组成基本组成：存储物料存储物料或完成或完成物理化学反应物理化学反应或或传质传热传质传热所需的主要压力空间。所需的主要压力空间。

29、|形式形式：圆柱筒体、球形筒体。：圆柱筒体、球形筒体。：筒体筒体单层式单层式组合式组合式无缝钢管式无缝钢管式单层卷焊式单层卷焊式整体锻造式整体锻造式锻焊式锻焊式多层式多层式缠绕式缠绕式层板包扎式层板包扎式热套式热套式绕板式绕板式绕带式绕带式：无缝钢管（无纵焊缝）无缝钢管（无纵焊缝）卷焊（有纵环焊缝）卷焊（有纵环焊缝）整体锻造（可能有环焊缝）整体锻造（可能有环焊缝）整体铸造（无纵环焊缝）整体铸造（无纵环焊缝）直径较小直径较小直径较大直径较大高压容器高压容器高压容器高压容器圆柱筒体圆柱筒体多层式多层式多层式多层式：与筒体等部件形成封闭的空间。：与筒体等部件形成封闭的空间。|结构结构封头封头凸形封头

30、凸形封头锥形封头锥形封头平板形封头平板形封头椭圆形封头椭圆形封头碟形封头碟形封头球冠形封头球冠形封头球形封头球形封头带折边锥形封头带折边锥形封头无折边锥形封头无折边锥形封头半球形封头半球形封头无折边半球形封头无折边半球形封头|联接方式：联接方式：不可拆式（焊接）不可拆式（焊接）可拆式（螺纹联接、螺栓连接）可拆式（螺纹联接、螺栓连接）封头与筒封头与筒体的连接体的连接：与基础构成支撑部分。：与基础构成支撑部分。圆筒形容器圆筒形容器 支座支座立式容器支座立式容器支座卧式容器支座卧式容器支座耳式支座耳式支座支承式支座支承式支座腿式支座腿式支座裙式支座裙式支座鞍式支座鞍式支座圈座圈座支腿支腿柱式支座柱式

31、支座裙式支座裙式支座球形容器球形容器 支座支座：|类型：类型：|尺寸：尺寸：人孔、手孔、试镜孔等人孔、手孔、试镜孔等物料进出口接管物料进出口接管仪表仪表 传感器接管传感器接管开孔与接管开孔与接管：其可靠性关系到压力容器能：其可靠性关系到压力容器能否正常、安全的运行。最常见的结构形式是否正常、安全的运行。最常见的结构形式是螺栓法兰连接（简称螺栓法兰连接（简称）。）。：监测、报警和泄放。：监测、报警和泄放。|安全阀；安全阀；|爆破膜装置；爆破膜装置；|紧急切断阀；紧急切断阀；|安全连锁装置；安全连锁装置；|压力表；压力表；|液面计；液面计；|测温仪等。测温仪等。化工设备常用的壳体（种）化工设备常用

32、的壳体（种）|圆柱壳圆柱壳筒体；筒体；|球壳球壳球罐、球形封头；球罐、球形封头；|椭球壳椭球壳椭圆形封头；椭圆形封头；|球冠环壳球冠环壳碟形封头（带直边球形封头）；碟形封头（带直边球形封头）；|球冠球冠球冠形封头（无直边球形封头）；球冠形封头（无直边球形封头）；|锥壳锥壳锥形封头；锥形封头；|环形板环壳环形板环壳膨胀节。膨胀节。化工设备常用的板形（化工设备常用的板形（4种）种）|圆平板圆平板平盖、平封头；平盖、平封头；|环形板（环形板（R0-Ri10t）基础环；基础环；|环环（R0-Ri10t）法兰；法兰；|弹性基础圆平板弹性基础圆平板管板。管板。换热器管板换热器管板膨胀节膨胀节化工设备与压力

33、容器的关系化工设备与压力容器的关系筒体筒体+封头封头+密封装置密封装置+开孔接管开孔接管+支座支座+安全附件安全附件压力容器的外壳压力容器的外壳内件内件反应、传质、传热、分离等化工设备反应、传质、传热、分离等化工设备储运容器储运容器压力容器零部件间的连接压力容器零部件间的连接|螺栓法兰连接（第六章讲解）；螺栓法兰连接（第六章讲解）；|焊接（专业课焊接（专业课焊接检验和工艺结构焊接检验和工艺结构 ）。）。焊接结构焊接结构接头的形式（如对接、搭接、角接）接头的形式（如对接、搭接、角接）坡口形式和尺寸坡口形式和尺寸焊接方法（如手工焊、自动焊等）焊接方法（如手工焊、自动焊等）检验要求（如表面探伤、透射

34、探伤等）检验要求（如表面探伤、透射探伤等）焊接材料焊接材料压力容器零部件间焊接还需要压力容器零部件间焊接还需要、和和等焊接材料。等焊接材料。一般应根据待连接件的一般应根据待连接件的、，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时还应通过虑选用焊接材料，必要时还应通过确定。确定。压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。二、压力容器分类二、压力容器分类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 0.1MPap1.6MPa；|中压中压(代号代号M)容器容器 1.6MPapl0.0MPa

35、；|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）-用于实现介质的热量交换用于实现介质的热量交换|反应容器（反应容器（R）-用于完成介质的化学反应用于完成介质的化学反应|分离容器（分离容器（S）-用于对混合物料进行分离用于对混合物料进行分离|贮运容器（贮运容器（C）-用于盛装物料，其中球罐（用于盛装物料，其中

36、球罐（B）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，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。工艺条件和操作人员也较为固定。|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由圆柱形筒体和各种形状的成型封头组成封头组成f、按容器壁厚分类、按容器壁厚分类|薄壁容器薄壁容器 直径比直径比K=D0/Di1.2的容器（两向应力，的容器（

37、两向应力，旋转薄壳和薄膜理论）；旋转薄壳和薄膜理论）；|厚壁容器厚壁容器 直径比直径比K=D0/Di1.2的容器（三向应的容器（三向应力，弹性应力分析理论）力，弹性应力分析理论） ；g、按工作温度分类、按工作温度分类|低温容器低温容器 设计温度设计温度-20|常温容器设计温度常温容器设计温度-20200|中温容器设计温度中温容器设计温度200450|高温容器设计温度高温容器设计温度450h、按安全技术管理分类（综合因素，即压、按安全技术管理分类（综合因素，即压力高低、生产过程重要性、介质危险程度等）力高低、生产过程重要性、介质危险程度等）|一类容器一类容器|二类容器二类容器|三类容器三类容器介

38、质危害性（毒性）介质危害性（毒性）：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。：化学物质引起实验动物某种毒性反应：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，以空气中该物质的所需要的剂量。对于气态毒物，以空气中该物质的浓度表示。浓度表示。：对人体不会发生危害作用的：对人体不会发生危害作用的最高浓度。最高浓度。：系指工人在生产中接触以原：系指工人在生产中接触以原料、成品、半成品、中间体、反应副产物和杂质等料、成品、半成品、中间体、反应副产物和杂质等形式存在，并在操作时可经呼吸道、皮肤或经口进形式存在，并在操作时可经呼吸道、皮肤或经口进入人体而对健康产生

39、危害的物质。入人体而对健康产生危害的物质。|GB 5044-1985 职业性接触毒物危害程度分职业性接触毒物危害程度分级级。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； 如：黄磷、铍及其化合物、碳基镍、氰化物等。如：黄磷、铍及其化合物、碳基镍、氰化物等。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；如：三硝基甲苯、铅及其化合物、丙烯睛、氯、苯胺等。如：三硝基甲苯、铅及其化合物、丙烯睛、氯、苯胺等。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；如：氯丙烯、环氧抓丙烷、甲苯二异氰酸脂等。如：氯丙烯

40、、环氧抓丙烷、甲苯二异氰酸脂等。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； 如：如：溶剂汽油、丙酮、氢氧化钠、四氟乙烯、氨等。溶剂汽油、丙酮、氢氧化钠、四氟乙烯、氨等。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介质危害性（易燃性）介质危害性（易燃性）|易燃性：易燃性：可燃气体或蒸气与空气混合物遇到明火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。能够发生爆炸的可能性大小。|爆炸浓度极限：爆炸浓度极限：可燃气体或蒸气与空气混合物遇可燃气体或蒸气与空气混合物遇到明火能

41、够发生爆炸的浓度范围。到明火能够发生爆炸的浓度范围。|易燃介质：易燃介质：爆炸下限小于爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下，或爆炸上限和下限的差值大于等于限的差值大于等于20%的介质。的介质。 如甲烷、乙烷、如甲烷、乙烷、乙烯、氢气等。乙烯、氢气等。* 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压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程自自2000年年月日起执行月日起执行 |第一类压力容器第一类压力容器 低压容器低压容器|第二类压力容器第二类压力容器（1） 中压容器；中压容器；（2） 低压容器（仅限毒性程

42、度为极度和高度低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；危害介质）；（3） 低压反应容器和低压储存容器（仅限易低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；燃介质或毒性程度为中度危害介质）；（4） 低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉；（5） 低压搪玻璃压力容器。低压搪玻璃压力容器。|第三类压力容器：第三类压力容器：（1） 高压容器；高压容器；（2） 中压容器（仅限毒性程度为极度和高度中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；危害介质）；（3） 中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且中度危害介质，且PV乘积大于乘积大

43、于10Mpa.m3；（4） 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且中度危害介质，且PV乘各大于等于乘各大于等于0.5Mpa.m3；（5） 低压容器（公限毒性程度为极度和高度低压容器（公限毒性程度为极度和高度危害介质，且危害介质，且PV乘积大于等于乘积大于等于0.2Mpam3）；）；（6） 高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；（7） 中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；（8） 使用强度级别较高（指相应标准中搞拉使用强度级别较高（指相应标准中搞拉强度规定值下限大于等于强度规定值下限大于等于540Mpa）的材料制造）的材料制造的压力容

44、器；的压力容器；（9） 移动式压力容器，包括铁路罐车（介质移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车为液化气体、低温液体）、罐式汽车液化气体运液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、水久输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、水久气体运输（半挂）车气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；气体、低温液体）等；（10） 球形储罐（容积大于等于球形储罐（容积大于等于50m3）；）；（11） 低温液体储存容器（容积大于低温液体储存容器（容积大于5m3）。）。1、材料是制造压力容器的基础，正确选用、材料是制造压力容器的基础，正确

45、选用材料是保证其长期安全运行的基本条件。材料是保证其长期安全运行的基本条件。2、压力容器的应力分析可以为选材提供最、压力容器的应力分析可以为选材提供最基本的依据和要求，同时，选择材料时还应基本的依据和要求，同时，选择材料时还应考虑容器工作时的环境、介质及其它具体条考虑容器工作时的环境、介质及其它具体条件的要求。件的要求。3、不同的材料具有不同的化学成分、力学、不同的材料具有不同的化学成分、力学性能和使用条件，选择材料最基本的要求是性能和使用条件，选择材料最基本的要求是能够保证压力容器安全工作，同时做到经济、能够保证压力容器安全工作，同时做到经济、适用。适用。熟悉材料的常规熟悉材料的常规性能；性

46、能；掌握材料在低温、掌握材料在低温、高温、高压、高真高温、高压、高真空以及特殊介质空以及特殊介质（易燃、易爆、剧（易燃、易爆、剧毒和强烈腐蚀性等毒和强烈腐蚀性等介质）条件下的特介质）条件下的特殊要求。即时间效殊要求。即时间效应和环境作用。应和环境作用。压力容压力容器设计器设计和制造和制造正确的应力分正确的应力分析和强度计算析和强度计算合理地选择材料合理地选择材料结构设计结构设计时间效应、环境作用时间效应、环境作用一、压力容器用钢的基本要求一、压力容器用钢的基本要求|1. 钢材应具有良好的钢材应具有良好的强度强度|2. 钢材应具有良好的钢材应具有良好的塑性塑性、韧性韧性|3. 制造工艺的考虑，要

47、有良好的焊接和冷（热）制造工艺的考虑，要有良好的焊接和冷（热）加工性能加工性能等。以满足切削、弯卷、焊接、热处理等等。以满足切削、弯卷、焊接、热处理等过程的要求。过程的要求。|4. 钢材应具有良好的钢材应具有良好的耐腐蚀耐腐蚀能力。能力。|5.考虑使用性能，钢材中的考虑使用性能，钢材中的硫和磷含量硫和磷含量要低。硫要低。硫能促进非金属化合物的形成，使塑性和韧性降低；能促进非金属化合物的形成，使塑性和韧性降低；磷可提高强度，但增加钢的脆性，特别是低温脆性。磷可提高强度，但增加钢的脆性，特别是低温脆性。例如：中国压力容器用钢，硫例如：中国压力容器用钢，硫0.020%，磷，磷0.030%，目前冶炼水

48、平可以达到，硫，目前冶炼水平可以达到，硫0.002%制造压力容器的钢材必须有符合相应国家制造压力容器的钢材必须有符合相应国家标准或行业标准规定，有内容齐全的质量证标准或行业标准规定，有内容齐全的质量证明书。如钢板有两类：明书。如钢板有两类：|压力容器专用钢板，如压力容器专用钢板，如16MnR、20R等等|可用于制造压力容器的非容器专用钢板，如普可用于制造压力容器的非容器专用钢板，如普通碳素钢中的通碳素钢中的Q235-A、Q235-B，优质碳素钢中的，优质碳素钢中的10、15、20、35、45、20G等。等。钢板必须按规定的限制条件使用，如设计钢板必须按规定的限制条件使用，如设计压力、设计温度、

49、厚度、介质限制、冶炼方压力、设计温度、厚度、介质限制、冶炼方法等。法等。二、压力容器常用钢材简介二、压力容器常用钢材简介|1. 钢材的形状钢材的形状钢材的形状可概括为：板、管、棒、铸件、锻件。钢材的形状可概括为：板、管、棒、铸件、锻件。压力容器用钢主要是压力容器用钢主要是板板、管材管材和和锻件锻件。|2. 钢材的类型钢材的类型 碳素钢：含碳量碳素钢：含碳量2.06%2.06%的铁碳合金，以及的铁碳合金，以及少量的硫、磷、硅、锰、氧、氮等元素。少量的硫、磷、硅、锰、氧、氮等元素。 低合金钢低合金钢高合金钢高合金钢压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多数是多

50、数是耐腐蚀耐腐蚀、耐高温钢耐高温钢。铬钢铬钢铬镍钢铬镍钢铬镍钼钢铬镍钼钢|3. 壳体常用材料壳体常用材料筒体大多数是由钢板采用冷（热）卷焊工艺筒体大多数是由钢板采用冷（热）卷焊工艺制造；封头或球形壳体采用钢板成形加工后，再用制造；封头或球形壳体采用钢板成形加工后，再用拼焊的工艺方法制造。压力容器壳体的材料不仅要拼焊的工艺方法制造。压力容器壳体的材料不仅要有较好的强度、塑性和韧性，还要有良好的焊接和有较好的强度、塑性和韧性，还要有良好的焊接和热加工性能。热加工性能。GB 150-1998钢制压力容器钢制压力容器对压对压力容器用钢板做出规定。力容器用钢板做出规定。 碳素结构钢钢板碳素结构钢钢板 压

51、力容器用碳素钢和低合金钢钢板压力容器用碳素钢和低合金钢钢板 低温压力容器用低合金钢钢板低温压力容器用低合金钢钢板 不锈钢钢板不锈钢钢板 碳素结构钢钢板碳素结构钢钢板属于一般用途的非压力容器专用钢板，其扎属于一般用途的非压力容器专用钢板，其扎制技术成熟，质量稳定，价格便宜。可以在一定制技术成熟，质量稳定，价格便宜。可以在一定限制条件下用于压力容器。限制条件下用于压力容器。 压力容器用碳素钢和低合金钢钢板压力容器用碳素钢和低合金钢钢板属于一般压力容器专用钢板，属于一般压力容器专用钢板，GB 6654-1996GB 6654-1996压力容器用钢板压力容器用钢板规定了多个钢板品种，如：规定了多个钢板

52、品种，如：20R20R、16MnR16MnR、15MnVR15MnVR、15MnVNR15MnVNR、18MnMoNbR18MnMoNbR、13MnNiMoNbR13MnNiMoNbR、15CrMoR15CrMoR等。等。引进设备使用的钢种引进设备使用的钢种07MnCrMoVR07MnCrMoVR、07MnCrMoVDR07MnCrMoVDR、14Cr1MnR14Cr1MnR等。等。 低温压力容器用低合金钢钢板低温压力容器用低合金钢钢板低温压力容器设计温度低温压力容器设计温度-20-20，应选用耐低，应选用耐低温的专用钢种。除了要求具有一定的强度外，更温的专用钢种。除了要求具有一定的强度外，更

53、要求具备足够的韧性，以及防止低温脆断。低温要求具备足够的韧性，以及防止低温脆断。低温脆性是是防止材料低温脆断的重要依据，也是低脆性是是防止材料低温脆断的重要依据，也是低温用钢的主要性能指标。温用钢的主要性能指标。GB 3531-1996GB 3531-1996低温压力容器用低合金钢钢低温压力容器用低合金钢钢板板和和GB 150-1998GB 150-1998钢制压力容器钢制压力容器规定低温规定低温压力容器壳体的专用钢板。如：压力容器壳体的专用钢板。如：15MnNiDR15MnNiDR、09MnNiDR09MnNiDR、07MnNiCrMoVDR07MnNiCrMoVDR等。等。 不锈钢钢板不锈

54、钢钢板不锈钢是不锈耐酸钢的简称，通常是指不锈钢是不锈耐酸钢的简称，通常是指Cr=12%30%。Cr=12%17%，在大气中可以，在大气中可以自发钝化，主要用于大气、水及其他腐蚀性不太自发钝化，主要用于大气、水及其他腐蚀性不太强的介质；强的介质；Cr=17%30%，耐酸钢，用于腐蚀，耐酸钢，用于腐蚀性较强的介质。性较强的介质。化工生产介质的多样性。化工生产介质的多样性。GB 4237不锈钢不锈钢热轧钢板热轧钢板规定多种钢板，如：规定多种钢板，如：0Cr13AL、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni0Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、0

55、0Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3等。等。对某一钢号的使用有一定的局限性，目前尚对某一钢号的使用有一定的局限性，目前尚未找到一个能够抵抗多种介质类型腐蚀的钢种。未找到一个能够抵抗多种介质类型腐蚀的钢种。例如：稀硝酸浓度例如：稀硝酸浓度50%的介质，在室温下采用的介质，在室温下采用0Cr13，在沸腾温度下采用，在沸腾温度下采用0Cr18Ni9。|4. 接管和换热器常用材料接管和换热器常用材料多是无缝钢管。碳素钢、低合金钢、低合金多是无缝钢管。碳素钢、低合金钢、低合金耐热钢和高合金钢。耐热钢和高合金钢。|5. 管板与法兰常用材料管板与法兰常用材料要求有良好的可锻性、切削加工性和可

56、焊性。要求有良好的可锻性、切削加工性和可焊性。管板与法兰与介质接触、受力比较复杂，其力学管板与法兰与介质接触、受力比较复杂，其力学性能要高于壳体。性能要高于壳体。管板常用材料：管板常用材料：Q235-A、Q235-B、Q235-C、16Mn、 16MnR法兰常用材料板材：法兰常用材料板材： Q235-A、Q235-B、Q235-C、16Mn、 15MnVR。法兰常用材料锻件：法兰常用材料锻件：20、20MnMo、15CrMo等。等。|6. 螺栓和螺母常用材料螺栓和螺母常用材料是广泛使用的基础零件。工作时承受较大的载是广泛使用的基础零件。工作时承受较大的载荷，一般采用机械强度高的材料，同时要求具

57、有荷，一般采用机械强度高的材料，同时要求具有良好的塑性、韧性以及良好的机械加工性能。良好的塑性、韧性以及良好的机械加工性能。对高温和高强度时，必须具有良好的抗松弛性、对高温和高强度时，必须具有良好的抗松弛性、耐热性以及较低的缺口敏感性。耐热性以及较低的缺口敏感性。通常螺栓的强度和硬度略高于螺母。通常螺栓的强度和硬度略高于螺母。|7. 支座及其它附件常用材料支座及其它附件常用材料压力容器支座承受整个容器的负荷，但不承压力容器支座承受整个容器的负荷，但不承受介质压力和温度的作用，因此一般选用刚性较好受介质压力和温度的作用，因此一般选用刚性较好的材料。如常用的有的材料。如常用的有Q235-A、Q23

58、5-B。三、压力容器用钢的选用原则三、压力容器用钢的选用原则|1. 考虑设备使用和操作条件；考虑设备使用和操作条件；使用和操作条件是指设备的操作压力、温度、使用和操作条件是指设备的操作压力、温度、介质特性和工作特点。选用材料时，首先就要考虑介质特性和工作特点。选用材料时，首先就要考虑其对设备性能的影响。其对设备性能的影响。如：高压设备，选择高或超高强度钢，同时如：高压设备，选择高或超高强度钢，同时特别要注意强度和韧性的匹配，在满足强度要求的特别要注意强度和韧性的匹配，在满足强度要求的前提下，尽量选用塑性和韧性较好的材料。前提下，尽量选用塑性和韧性较好的材料。如：高温、高压、有氢介质的设备，满足

59、高如：高温、高压、有氢介质的设备，满足高温下的热强度（蠕变和持久极限）和抗高温氧化性温下的热强度（蠕变和持久极限）和抗高温氧化性能，同时考虑抗氢腐蚀和氢脆性能。能，同时考虑抗氢腐蚀和氢脆性能。例如选例如选12Cr1MoV、15CrMnR等。等。|2. 考虑设备的使用功能和制造工艺；考虑设备的使用功能和制造工艺；根据设备使用功能和制造工艺结构的特点，根据设备使用功能和制造工艺结构的特点，选用不同性能的材料。选用不同性能的材料。如：壳体的主要功能是构成化学或物理反应如：壳体的主要功能是构成化学或物理反应所需的空间，它与介质直接接触、承受一定的压力，所需的空间，它与介质直接接触、承受一定的压力，易选

60、用耐腐蚀的材料。易选用耐腐蚀的材料。如：换热器应考虑选用导热性能好的材料。如：换热器应考虑选用导热性能好的材料。如：支座的主要功能是支撑和固定设备，可如：支座的主要功能是支撑和固定设备，可以选用一般的普通钢材。以选用一般的普通钢材。如：强腐蚀环境的搪玻璃容器，选用沸腾钢如：强腐蚀环境的搪玻璃容器，选用沸腾钢上搪玻璃比镇静钢好。上搪玻璃比镇静钢好。|3. 考虑材料的焊接和冷热加工性能；考虑材料的焊接和冷热加工性能；尽量选用具有良好冷（热）加工成形性能和尽量选用具有良好冷（热）加工成形性能和塑性（伸长率在塑性（伸长率在15%20%以上）的钢材。以上）的钢材。为能获得优良的焊接接头，考虑钢材中的含为