化工设备基础第7章 容器基本知识5.1

1换热器反应釜2反应压力容器高压反应器合成塔吸收塔3换热压力容器列管式换热器大型集成换热器蒸发器废（余）热锅炉4分离压力容器双介质过滤器旋膜式除氧器5储存压力容器液氨储罐高位储罐球形储罐6必须有一个外壳及相应附件，即容器！——与大气环境隔开，获得适于工艺要求的温度、压力、介质条件，实现工艺目标。——要保证该生产的正常运行!——安全性要求！结构上的共同点？77.1压力容器的基本结构与分类7.1.1基本结构一般容器的结构—以卧式容器为例第二篇化工设备设计基础

第7章容器设计基本知识89压力容器六大基本部件筒体封头支座开孔与接管密封装置安全附件101112多层式13141516171819膨胀节换热器管板20§7.1.2压力容器分类211.按工艺要求分类：※盛装或储存——储罐、计量槽、压力缓冲器；※实现化学反应——合成塔、反应釜、变换炉等；※实现传热——加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、废热锅炉、水洗塔等；※实现传质、分离——分馏塔、吸收塔、干燥塔、过滤器、分离器等。………22

2.考虑安全性—按承压（表压）高低分类低压(代号L)容器0.1MPa≤p<1.6MPa；中压(代号M)容器1.6MPa≤p<l0.0MPa；高压(代号H)容器10MPa≤p<100MPa；超高压(代号U)容器p≥100MPa。23——按容器壁温分：（1）常温容器-20＜壁温≤2000C;（2）高温容器壁温~蠕变温度碳钢，低合金钢-----＞4200C，奥氏体不锈钢----------＞5500C。（3）低温容器壁温≤-200C-200C～-400C为浅冷容器，壁温≤-400C为深冷容器。3.按安全技术管理分类（按综合因素，即压力高低、生产过程重要性、介质危险程度等）一类容器二类容器三类容器24某种化学毒物引起有机体损伤的能力。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。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。

极度危害（Ⅰ级）最高容许质量浓度＜0.1mg/m3

高度危害（Ⅱ级）最高容许质量浓度0.1~＜1.0mg/m3

中度危害（Ⅲ级）最高容许质量浓度1.0~＜10mg/m3

轻度危害（Ⅳ级）最高容许质量浓度≥10mg/m3毒性最高允许质量浓度Q235-A或Q235-B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介质危害性25

易燃及有毒介质分类：常见易燃介质：一甲胺，乙烷，乙烯，氯甲烷，环氧乙烷，环丙烷，氢，丁烷，三甲胺，丁二烯，丁烯，丙烷，丙烯，甲烷等。毒性程度举例：※极度危害、高度危害介质：氟，氢氰酸，光气，氟化氢，碳酰氟，氯等；※中度危害介质：二氧化硫，氨，一氧化碳，氯乙烯，甲醇，氧化乙烯，硫化乙烯，二硫化碳，乙炔，硫化氢等；※轻度危害介质：氢氧化钠，四氟乙烯，丙酮等。26可燃气体或蒸气与空气混合物遇到明火能够发生爆炸的浓度范围。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的可能性大小。易燃性爆炸浓度极限爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介质。如甲烷、乙烷、乙烯、氢气等。易燃介质*Q235-AF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27——按承压方式分类内压容器----容器内部压力大于外部压力外压容器----容器外部压力大于内部压力

——按作用原理换热容器（E）----主要用于实现介质的热量交换反应容器（R）----主要用于完成介质的化学反应分离容器（S）----主要用于对混合物料进行分离贮运容器（C）----主要用于盛装物料，其中球罐（B）

压力容器其它分类方法——按安装方式分类固定式容器----有相对固定的安装、工作地点，工艺条件和操作人员也较为固定。移动式容器----需经常搬运的容器——按容器形状分类

方形或矩形容器----由平板焊制而成球形容器----由数块球瓣拼焊而成圆筒形容器----由圆柱形筒体和各种形状的成型封头组成282.2.1标准化的意义设计——无需计算和制图，按已有标准图选择。制造——有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，提高竞争力。维修——备件规格尺寸通用，实现互换性。通商贸易——国内、国际间通用，消除贸易障碍。我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。2.2容器零部件的标准化292.2.2容器零部件标准化的基本参数公称直径（DN)公称压力(PN)。规定:（1）圆筒体的公称直径：板卷制的——筒体内经；无缝钢管制的——筒体外径。（2）法兰与其相配的管子或筒体的PN、DN相一致。注意：钢管的DN≠Di,D030公称直径DN是公称直径，(或叫公称通径),就是各种管子与管路附件的通用口径。同一公称直径的管子与管路附件均能相互连接，具有互换性.它不是实际意义上的管道外径或内径，虽然其数值跟管道内径较为接近或相等；31公称直径A．压力容器(筒体、封头)的公称直径：由钢板卷制的筒体，公称直径是指它的内径；当筒体的直径较小，直接采用无缝钢管制作时，容器的公称直径应是指无缝钢管的外径；封头的公称直径与筒体一致。B．管子：公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是小于管于外径的一个数值。只要管子的公称直径一定，它的外径也就确定了，而管子的内径则根据壁厚的不同有多种尺寸，它们大都接近于管子的公称直径。C．其它零部件的公称直径：有些零部件的公称直径，如压力容器法兰，鞍式支座等就是指与它相配的筒体与封头的公称直径。而管法兰、手孔等则是指与它相配的管子的公称直径。32332.3.1压力容器安全监察的范围同时具备如下条件：(1).最高工作压力pw≥0.1MPa（表压，不含液体静压力）；(2).内直径Di≥0.15m,且容积V≥0.025m3;(3).介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点（大气压力下的饱和温度）的液体。

上述压力容器所用的安全附件亦属于本规程管辖范围。7.3压力容器的安全监察34

7.3.2相关法规及常用标准1.基本法规：《压力容器安全技术监察规程》

—国家质量技术监督局1999《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2009《移动式压力容器安全技术监察规程》TSGR0005-20112.压力容器常用标准：GB150-1998《钢制压力容器》国家标准(2003年修订)GB151-1999《管壳式换热器》国家标准JB4709-2007《钢制压力容器焊接规程》JB4730-2005《压力容器无损检测》JB/T4700~4707-2000《压力容器法兰》HG20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》NB/T

47020~47027-2012

《压力容器法兰、垫片、紧固件》353、压力容器规范简介

(1)国外压力容器规范

ASME《锅炉与压力容器规范》

第Ⅷ篇《压力容器》第一分篇《压力容器》第二分篇《压力容器—另一规则》第三分篇《高压容器另一规则》

第Ⅹ篇《玻璃纤维增强塑料压力容器》

第Ⅶ篇《移动式容器建造和连续使用规则》

36（2）国内压力容器规范和标准全国锅炉压力容器标准化技术委员会法规体系结构法规行政规章安全技术规范标准37我国第一部压力容器规范：1959年：《多层高压容器设计与检验规程》1960年：原化工部《石油化工设备零部件标准》1984年：全国压力容器标准化技术委员会成立1989年：GB150-89《钢制压力容器》1998年：GB150-1998《钢制压力容器》38GB150—1998《钢制压力容器》GB151—1999《管壳式换热器》JB4732—1995《钢制压力容器—分析设计标准》JB/T4735《钢制焊接常压容器》GB12337—1998《钢制球形储罐》JB4710—2000《钢制塔式容器》

主要标准*基础标准*产品标准

*零部件标准397.3.容器机械设计的基本要求2.3.1容器机械设计条件及程序：1.容器机械设计条件：（1）工艺结构要求及基本工艺尺寸；（2）工作压力、工作温度及工作介质；（3）容器的工作环境、重要程度；科学严谨的态度40确定设计依据及相关标准开始选择材料确定容器类别结构设计壁厚设计零部件设计压力试验核算绘制施工图校核审核结束合格合格不合格不合格批准2.机械设计程序417.4机械设计的基本要求：1.强度——不发生破坏如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。2.刚度——不发生过大变形如塔体倾斜，塔盘下凹等。3.稳定性——不发生瘪塌或褶皱如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。424.耐久性——保证使用寿命。一般化工设备设计使用寿命为10～15年。大多取决于腐蚀情况，有些取决于疲劳、蠕变或振动。5.密封性——包括内漏和外漏。436.标准化设计

法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人孔？7.方便制造、操作与检修，便于运输※操作阀门位于操作台面2米高，可否？※储罐内介质脏，设计结构如何考虑？※塔高100米，设计要求整体运输。合理？※壳体的焊缝全部要求双面焊，结构需如何处理？※直径2米的碳钢制容器，壁厚2mm就满足强度要求，可否批准？8.技术经济指标合理经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价格；管理费用和生产总成本。44第4节材料的性能力学性能、物理性能、化学性能和加工性能一、力学性能决定许用应力强度、硬度、弹性、塑性、韧性等451、强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力4647常温强度指标：屈服强度和抗拉(压)强度屈强比适当蠕变极限σn：在高温时，在一定应力下，应变随时间的增加而增加的现象，或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。疲劳极限σr,σr=

σmin/

σmax,应力循环系数或应力比对称循环下材料的持久极限σ-1—106-107次不被破坏的应力482、硬度局部抵抗能力弹性、强度与塑性的综合性能指标压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV)低碳钢σb=0.36

HB高碳钢σb=0.34

HB灰铸铁σb=0.1

HB493、塑性延伸率δ断面收缩率ψ化工设备材料一般要求δ5=10%-20%504、冲击韧性冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm251二、物理性能密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。52三、化学性能1、耐腐蚀性金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力2、抗氧化性高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度选耐热材料53四、加工工艺性能1、可铸性：收缩与偏析2、可锻性3、焊接性4、可切削加工性5455金属材料制品5657几种常见的金属58铬59铁60其它金属6162我国丰富的金属矿藏63黄铁矿（FeS2愚人金）

64新疆阿尔泰的自然金（狗头金

）65黄铁矿矿石(产地新疆）

66浅色闪锌矿(ZnS)

67中间朱红色的是辰砂（朱砂HgS

）湖南沅陵，沅陵古称辰州68淡红银矿（硫砷银矿Ag3AsS3)

69自然金

70自然金

715非金属材料7273普通日用陶瓷图例74工业陶瓷75石墨换热器76搪瓷反应釜77搪瓷内壁（搪玻璃）78玻璃纤维增强树脂（玻璃钢）79玻璃钢球罐自动化加工80阿利伯克号导弹驱逐