压力容器及压力管道课件

第一节压力容器与压力管道一、压力容器的分类方法、压力等级的划分压力容器：根据《压力容器安全技术监察规程》的规定，构成压力容器必须同时具备以下三个条件：①最高工作压力大于或等于0.1MPa(不含液体静压力）；②内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）大于等于0.15m，且容积大于或等于0.025m3；③介质为气体、液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。（一）、按用途分类：1.反应压力容器（代号R）:主要用于完成介质的物理、化学反应。如反应器、反应釜、聚合釜、分解塔、合成塔、超高压反应釜等。2.换热压力容器（代号E）：主要用于完成介质的热量交换。如管壳式余热锅炉、蒸发器、冷凝器、加热器等。3.分离压力容器（代号S）：主要用于完成介质的液体压力平衡缓冲和气体净化分离。如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔、汽提塔、除氧器等。4.储存压力容器（代号C,其中球罐代号B）:主要用于盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等。如各种型式的储罐。（二）、按照压力容器的设计压力，将容器分类为：1.低压压力容器（代号L）：0.1MPa≤P<1.6MPa2.中压压力容器（代号M）：1.6MPa≤P<10MPa3.高压压力容器（代号H）：10MPa≤P<100MPa4.超高压压力容器（代号U）：P≥100MPa

。（三）、按安全技术监察规程要求分类基本划分压力容器类别的划分应当根据介质特性，按照以下要求选择类别划分图，再根据设计压力p（单位MPa）和容积V（单位L），标出坐标点，确定压力容器类别：(1)第一组介质，压力容器类别的划分见图A-1；(2)第二组介质，压力容器类别的划分见图A-2。图A-1压力容器类别划分图—第一组介质图A-2压力容器类别划分图—第二组介质多腔压力容器类别划分：多腔压力容器（如换热器的管程和壳程、夹套容器等）按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按照该类别进行使用管理。但是应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。对各压力腔进行类别划定时，设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔的几何容积。同腔多种介质压力容器类别划分：一个压力腔内有多种介质时，按照组别高的介质划分类别。介质含量极小的压力容器类别划分：当某一危害性物质在介质中含量极小时，应当根据其危害程度及其含量综合考虑，按照压力容器设计单位决定的介质组别划分类别。特殊情况的类别划分：(1)坐标点位于图A-1或者图A-2的分类线上时，按照较高的类别划分其类别；(2)本规程1.4范围内的压力容器统一划分为第Ⅰ类压力容器。介质分组压力容器的介质分为以下两组，包括气体、液化气体以及最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体：(1)第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。(2)第二组介质，除第一组以外的介质。二、压力容器的基本结构筒体；封头；法兰；支座；接口管；人孔；手孔；视镜。三、容器与管道附件1、容器设计的标准化：容器标准化的基本参数：公称直径和公称压力。设计时可根据公称直径和公称压力从有关标准中选用标准件。（1）公称直径（DN）：规定公称直径的目的是使容器的直径成为一系列一定的数值。以便于部件的标准化。以符号“DN”表示。筒体和封头：公称直径是指它们的内径。管子：公称直径既不是指管子的外径，也不是指管子的内径，而是小于外径的一个数值。只要管子的公称直径一定，管子的外径也就确定了，管子的内径因壁厚不同而有不同的数值。（2）公称压力（PN）：是将压力容器零、部件的承压能力规定为若干个标准的压力等级，便于选用。用“PN”表示。（3）、试验压力：是为了对管子及管路附件进行水压强度试验和严密性试验而规定的一种压力。用ps表示，其后附加压力数值。例如ps15：试验压力15MPa（3）、工作压力：为了保证管路工作时的安全，而根据介质的各级最高工作温度所规定的一种最大压力。用Pt表示，t为介质的最高工作温度除以10所得的整数。例如p304.0表示：介质最高工作温度为300℃，工作压力为4.0MPa；

p4232.0：介质最高工作温度为425℃，工作压力为32.0MPa。（4）、设计压力：是管道设计所必需的条件，一般应略高于由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力。为了操作上的方便，可在相应工作压力的基础上增加一个裕度系数，即安全系数，用符号p表示，单位为MPa。2、法兰联接（1）法兰联接的结构和类型被连接件

连接件

密封元件

法兰联接螺栓法兰连接结构1-螺栓2-垫片3-法兰压紧面泄漏垫片渗漏泄漏途径

垫片渗漏

压紧面泄漏泄漏途径整体法兰：整体法兰：法兰盘、法兰颈部及容器或接管三者有效地连接成一整体结构。法兰受力后会使容器产生附加弯曲应力。整体法兰松式法兰：法兰和容器或接管不能直接连成一体，而是把法兰松套在壳体的外面。法兰受力时对壳体不产生附加应力任意式法兰：整体性介于整体法兰和松套法兰之间。如螺纹法兰和压力容器用乙型平焊法兰。

（2）法兰联接的密封面和垫片：法兰密封面的结构平面形、凹凸形、榫槽形、梯形槽、锥面式密封面垫片：非金属垫片：橡胶、石棉橡胶、聚四氟乙烯。金属与非金属的组合垫片：金属包垫片、缠绕垫片。金属垫片：软铜、铜、软钢和不锈钢。（3）法兰的标准及选用压力容器法兰标准JB/T4701-2000（甲型平焊法兰）JB/T4702-2000（乙型平焊法兰）JB/T4703-2000（长颈平焊法兰）管法兰标准国家标准：GB9112-88~GB9123-88机械行业标准：JB/T74~JB/T90石化行业标准：SHA3406化工行业标准：HG20592-97~HG20605-97高压法兰标准：《高压管、管件及紧固件通用设计》，即H标准。压力容器法兰：用于筒体之间或筒体与封头之间的连接。压力容器法兰分为平焊法兰和对焊法兰两类，平焊法兰又分为甲型和乙型两种。甲型平焊法兰：法兰盘直接与筒体或封头焊接。乙型平焊法兰：与甲型平焊法兰相比，多了一个圆筒形短节，其厚度t为12mm或16mm，加强了法兰的刚性，使用范围增大。管法兰的结构类型、密封面和垫片管法兰用于管道之间或设备上的接管与管道的连接。管法兰包括法兰盖共有七种类型，管法兰共有五种密封面。管法兰密封垫片有石棉橡胶板垫、石墨复合垫、聚四氟乙烯包覆垫、金属缠绕垫、齿形组合垫及金属环垫共六种。各垫片的适用条件见有关标准。标准法兰的选用法兰联接的基本参数是公称直径和公称压力。法兰的公称直径DN就是与其相配的筒体、封头或管道的公称直径。压力容器法兰公称直径DN：就是与其相配的筒体或封头的公称直径，也就是筒体或封头的内径。管法兰公称直径DN：指的是与其相连接的管子的名义直径，也就是管件的公称通径。法兰的公称压力PN表示法兰联接的承载能力。压力容器法兰公称压力：我国在制定压力容器法兰标准时，将法兰材料16MnR在工作温度200℃时的最大允许工作压力值规定为公称压力。如果法兰材料不是16MnR，工作温度不是200℃，由于材料许用应力值的不同，法兰的允许工作压力值也将不同，有时允许工作压力值可能高于公称压力。管法兰公称压力的规定与压力容器法兰不同。当公称压力PN≤4.0MPa时，公称压力是指20号钢制造的法兰在100℃时所允许的最高无冲击工作压力；当公称压力PN≥6.3MPa时，公称压力是指16Mn钢制造的法兰在100℃时所允许的最高无冲击工作压力管法兰的最高无冲击工作压力在任何条件下（工作温度、法兰材料）下，都不超过其公称压力，这一点与压力容器法兰不同。选用标准法兰时应按设计压力选择法兰的公称压力，对于压力容器，应使在工作温度下法兰材料的允许工作压力不小于设计压力；对于管法兰，应使在工作温度下法兰材料的最高无冲击工作压力不小于设计压力，由此确定法兰的公称压力等级。3、压力试验：（1）目的：验证容器在超工作压力的条件下，器壁的宏观强度（主要密封焊缝的强度）、焊缝致密性和容器密封结构的可靠性（2）种类：液压试验：试验介质一般为洁净的水。试验压力：气压试验：只有不宜液压试验的容器才进行气压试验，例如耐火材料不易烘干的容器，生产时装有催化剂不允许有微量残液的反应器壳体等。试验气体为干燥洁净的空气、氮气或其他惰性气体。试验压力：试验应力：练习题：1.金属带缠绕垫片有基本型、带内环的、带外环的、带内外环的。（√）2.在压力容器安全技术监察规程中规定承受内压的压力容器，其最高工作压力是指（C）。

A.压力容器的设计压力

B.压力容器的操作压力

C.在正常使用过程中，顶部可能出现的最高压力

D.在正常使用过程中，可能出现的最高压力3.在压力容器安全技术监察规程中，规定承受外的压力容器，其最高工作压力是指（C）。

A.压力容器的设计压力

B.压力容器夹套的设计压力

C.在正常使用过程中，夹套顶部可能出现的最高压力

D.在正常使用过程中，夹套可能出现的最高压力4.奥氏体不锈钢压力容器用水进行液压试验，应严格控制水中的氯离子含量不超过（C）mg/L。

A.10B.25C.30D.505.压力容器按照设计温度分类，我国压力容器标准规定设计温度（B）℃属于低温压力容器。

A.≤-40B.≤-20C.≤0D.≤206.压力容器是指（A，B，C，D）。

A.专用术语

B.压力达到一定数值

C.容器的容积或直径超过一定限度

D.所处的工作温度使其内部有呈气体状态介质的密封容器7.介质为（A，B）的压力容器，必须进行气密性试验。

A.毒性极高、高度危害

B.设计上不允许有微量泄漏

C.任何物质D.气体9.圆筒形压力容器的气密性试验压力为（C）。

A.设计压力的1.5倍B.工作压力

C.设计压力D.设计压力的1.25倍10.压力容器气密性试验应在（D）后进行。

A.无损检测B.设备制造结束

C.气压试验合格D.液压试验合格11.装置气密性试验的目的是（A）

A.查漏B.检查焊接质量

C.管线是否接正确D.管线是否有堵塞12.压力容器气压试验时，试验所用气体应为干燥洁净的空气、氮气或（B）。A.水蒸气B.其他惰性气体C.氢气D.氧气第二节塔设备一、塔设备：1、塔设备：是通过其内部构件使气（汽）-液相和液-液相之间充分接触，进行质量传递和热量传递。二、塔设备的分类按塔内件结构分为板式塔和填料塔两大类。按操作压力可分为加压塔、常压塔和减压塔。按单元操作可分为精馏塔、吸收塔、萃取塔、反应塔和干燥塔。三、塔设备的工作原理1、板式塔的工作原理塔内装有多层相隔一定间距的开孔塔盘，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过各塔盘上的液层而流向塔顶；液体则从塔顶顶部进入，顺塔而下。上升的气体和下降的液体主要在塔盘上接触而传质、传热。两相的组分呈阶梯式变化。板式塔的总体结构如图所示。塔盘：是板式塔完成传质、传热的主要部件。整块式塔盘：用于内径小于700~800的板式塔。塔体由若干个塔节组成，每个塔节安装若干块塔盘，每个塔节之间用法兰连接。分块式塔盘：当塔径大于800mm~900mm时，为了便于塔盘的安装、检修、清洗，而将塔板分成数块，通过人孔送入塔内，装到焊在塔体内壁的支持圈或支持板上。塔盘主要由下面几部分组成（1）塔板：其上面开有许多孔，安装浮阀、泡罩等，或直接作为气相通道。介质的传热和传质就在塔板上面进行。（2）降液管：上层液体通过降液管流到下层塔盘，是主要的液体通道。（3）溢流堰：包括进口堰和出口堰。进口堰主要是为了保持降液管的正常高度，保证传质的正常进行。出口堰：保持塔盘上液层的高度。从塔盘的溢流方式看，塔盘可分为单溢流式和双溢流式。一般来说，塔径在ф800~2400mm间的可用单溢流式塔盘，塔径在ф2400mm以上的可用双溢流式塔盘，基本类型：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌形塔、舌形塔。（1）泡罩塔：泡罩塔盘的主要结构包括泡罩、升气管、溢流管与降液管。最常用的是圆形泡罩。圆形泡罩的直径有φ80、φ100、φ150三种。其中前两种为矩形齿缝，φ150的圆形泡罩为敞开式齿缝。圆泡罩结构如图所示。图a：矩形齿缝，图b：敞开式齿缝，泡罩塔盘上气液接触情况（2）筛板塔：筛板塔的示意结构及气液接触情况如图所示。筛孔直径一般为φ3~φ8mm。通常按正三角布置。（3）浮阀塔：在塔板上开设有阀孔，阀孔里装有上下浮动的浮阀。气体经阀孔上升，冲开阀片经环行缝隙沿水平方向吹入液层形成鼓泡。当气速有变化时，浮阀能在一定范围内升降，以保持操作的稳定性。（4）舌形塔和浮动舌形塔舌形塔是喷射型塔。气体通道是按一定排列方式冲出的舌片孔。舌孔有三面切口和拱形切口两种。常用的三面切口舌片的开启度一般为20℃。浮动舌形塔盘是一种新型的喷射塔盘，其舌片综合了浮阀操作弹性好及舌形塔倾斜喷射的结构特点的特点。其结构如图所示。板式塔比较：2、填料塔的工作原理填料塔是一种以连续方式进行气、液传质的设备。塔内装填一定高度的填料层，液体自上而下流，气体自下而上流，在填料表面上进行接触，完成传质传热过程。两相的组分浓度沿塔高连续变化。填料塔是靠填料层提供气液两相接触场所，因而填料的结构性能直接关系到填料塔的工作状况的优劣。常用的填料是环行的、规整填料等。环行填料材料可用陶瓷、金属、塑料等材料制造，有拉西环、鲍尔环、阶梯环等。规整填料主要有波纹网和波纹板填料等。填料塔的附属设备主要有填料支承装置、液体喷淋装置、除沫装置、液体再分布装置。练习题1、塔设备按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类。（√）2、在填料塔中，塔内装填一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯变化。（×）在填料塔中，塔内装填一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。3、在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使（B）密切接触，进行传质。A、一相B、两相C、三相D、四相4、大型空分装置中精馏塔上塔一般采用（C）。

A.散堆填料塔B.筛板塔

C.规整填料塔D.浮阀塔

5.筛板塔与浮阀塔都属于板式塔，筛板塔的结构特征是（C）。

A.塔盘上装有浮阀B.塔盘上装有帽罩！

C.塔盘上开有圆孔D.塔盘上开有各种形式的孔6.筛板塔塔盘的支撑结构形式有（A，C）支撑结构。

A.支撑圈B.驼峰C.自带横梁D.立柱第三节换热设备一、换热设备的分类1、混合式换热器2、蓄热式换热器3、间壁式换热器二、间壁式换热器1、管式换热器（1）套管式换热器（2）蛇管式换热器（3）螺旋管式换热器（4）管壳式换热器2、板面式换热器（1）板式换热器（2）螺旋板式换热器（3）板翘式换热器（4）板壳式换热器三、管壳式换热器（一）管壳式换热器的形式与结构1、固定管板式换热器两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。适用于温差小，壳程介质清洁的场合。2、浮头式换热器只有一端管板与壳体固定，另一端可以自由移动，此端称为浮头，可以拆卸，方便检修。适用于两流体温差较大，且容易结垢需经常清洗的场合。3、U形管式换热器仅有一块管板，管子两端固定在一块管板上，管子可以自由伸缩，热补偿性能好。管外清洗容易，管内清洗困难，要求管内介质清洁不易结垢。一般用于高温高压的情况下。（二）换热管1、换热管的结构一般采用无缝钢管，为了强化传热效果，可制成翅片管和螺旋槽管等。2、换热管的布置正三角形排管最多，应用最广。正方形排列最便于管外清洗，多用在壳程流体不洁净的情况下。换热管之间的中心距一般不小于管外径的1.25倍。（三）管板1、固定管板式换热器管板的结构可分为兼做法兰和不兼做法兰两类。2、浮头式、U形管式换热器管板结构浮头式的活动管板即为一开孔圆平板；U形管式只有一块固定管板，没有活动管板。二者固定管板一般不兼做法兰，与壳体连接采用可拆连接方式。3、管子在管板上的连接（1）强度胀接2）强度焊接（3）胀焊结合一般采用先焊后胀，以免先胀时残留的润滑油影响后焊的焊接质量。四、管箱、折流板、挡板1、管箱作用：接纳由进口管来的流体，并分配到各换热管内，或是汇集由换热管流出的流体，将其送入排出管排出。2、折流板与支承板折流板：弓形与圆盘-圆