容器設(shè)計基礎(chǔ)

1、關(guān)于容器設(shè)計基礎(chǔ)第一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的特點 應(yīng)用的廣泛性第二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的特點 鍋爐、換熱器、加熱爐 = 圓筒外殼 + 傳熱管束 核反應(yīng)堆 = 圓筒安全殼 + 核反應(yīng)零部件 塔器 = 圓筒外殼 + 傳質(zhì)元件（浮閥、填料等） 反應(yīng)釜 = 圓筒夾套 + 攪拌器 壓縮機、真空泵 = 圓筒氣缸 + 活塞 透平機、泵 = 蝸殼 + 葉輪 應(yīng)用的廣泛性過 程 裝 備 = 受 壓外 殼 + 功 能 內(nèi) 件第三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的特點壓力容器不僅被廣泛用于化學(xué)、石油化工、醫(yī)藥、冶金、機械、采礦、電力、航天航空、交

2、通運輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)部門，在農(nóng)業(yè)、民用和軍工部門也頗常見，其中尤以石油化學(xué)工業(yè)應(yīng)用最為普遍，石油化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐無一不是貯器或作為設(shè)備的外殼，而且絕大多數(shù)是在壓力溫度下運行，如一個年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置，約有793臺設(shè)備，其中壓力容器281臺，占了35.4%。蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器，至于民用或工廠用的液化石油氣瓶，更是到處可見。 應(yīng)用的廣泛性第四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的特點壓力容器的操作條件十分復(fù)雜，甚至近于苛刻。壓力從12105Pa的真空到高壓、超高壓，如石油加氫為10.521.0 MPa；高壓聚乙烯為100200 MPa；

3、合成氨為10100 MPa；人造水晶高達140 MPa；溫度從-196 C低溫到超過一千攝氏度的高溫；而處理介質(zhì)則包羅爆、燃、毒、輻(照)、腐(蝕)、磨(損)等數(shù)千個品種。操作條件的復(fù)雜性使壓力容器從設(shè)計、制造、安裝到使用、維護都不同于一般機械設(shè)備，而成為一類特殊設(shè)備。 操作的復(fù)雜性第五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的特點壓力容器因其承受各種靜、動載荷或交變載荷，還有附加的機械或溫度載荷；其次，大多數(shù)容器容納壓縮氣體或飽和液體，若容器破裂，導(dǎo)致介質(zhì)突然卸壓膨脹，瞬間釋放出來的破壞能量極大，加上壓力容器極大多數(shù)系焊接制造，容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，一旦檢驗、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂

4、，器內(nèi)易爆、易燃、有毒的介質(zhì)將向外泄漏，勢必造成極具災(zāi)難性的后果。因此，對壓力容器要求很高的安全可靠性。神紋道 /13/13611/ 安全的高要求第六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的特點當(dāng)前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個1500MW壓水堆壓力殼，工作壓力為1416MPa，工作溫度為250330C，容器內(nèi)直徑7800mm，壁厚317 mm，重650噸；又如煤氣化液化裝置中的壓力容器工作壓力為17.525MPa，工作溫度為450550C，內(nèi)直徑為30005000mm，壁厚為200400 mm，重4002600噸，對這類容器的工藝要求和運行可靠性要求更高，顯然比一般壓力

5、容器又有更高更嚴(yán)格的安全性要求。 安全的高要求第七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的安全特征1996年12月的統(tǒng)計資料表明，國內(nèi)在用固定式壓力容器多達122.22萬臺 ，移動式壓力容器中罐車16910輛，在用氣瓶5498.7571萬只；鍋爐總臺數(shù)也高達51.57萬臺 。此外全國持有壓力容器制造許可證的企業(yè)合計2432個，設(shè)計單位1380個。如此龐大且潛在隱患容器的存在，以及地域廣泛的制造設(shè)計部門，自然成為國內(nèi)外政府部門特別重視其安全管理和監(jiān)察檢查的原因。 量大面廣第八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的安全特征國內(nèi)1998年共發(fā)生鍋爐、壓力容器、氣瓶爆炸事故132

6、起，嚴(yán)重事故274起，共死亡104人，受傷371人，直接經(jīng)濟損失2813.58萬元。鍋爐、壓力容器、氣瓶的爆炸事故率分別為1.07次/萬臺，0.28次/萬臺，0.65次/萬臺。 事故率高第九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的安全特征1968年英國原子能局（UKAEA）安全衛(wèi)生處和聯(lián)合部技術(shù)委員會（AOTC）工程檢驗機構(gòu)調(diào)查使用年限在30年以內(nèi)，符合英國BS1500和BS1515等壓力容器規(guī)范的一級壓力容器發(fā)生破壞事故的統(tǒng)計情況如下表所示： 危害性大壓力容器破壞幾率 年份 容器運行 災(zāi)難性事故a 損傷事故b 總計 臺年 次數(shù) 事故率 次數(shù) 事故率 次數(shù) 事故 1962-1967

7、100300 7 0.7104 125 1.25104 132 1.321041967-1972 105400 16 1.5104 123 1.17104 139 1.32104第十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的安全特征a.災(zāi)難性事故指災(zāi)難性破壞事故或無法修復(fù)的容器；b.損傷事故指有潛在危險的事故；c.事故發(fā)生率發(fā)生事故數(shù)/（設(shè)備臺數(shù)運行年） 表中的數(shù)字表明10000臺容器中發(fā)生損壞事故每年12.5次，達到破壞事故0.7次，事故幾率為1.32 ，而且這132起使用中的容器事故，按其原因分類，89.3%，即118起是各種制造裂紋所引起。神紋道 /13/13611/ 危害性大第

8、十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的事故實例 1979年9月7日國內(nèi)某電化廠415升液氯鋼瓶爆炸，擊穿5個，爆炸5個，10200公斤液氯外泄，波及7公里范圍，59人死亡，779人嚴(yán)重中毒。 1979年12月18日國內(nèi)某液化氣站400M3儲罐爆炸，引發(fā)3個球罐和一個臥罐爆炸，5000只氣瓶爆炸，600噸液化氣燃燒，32人死亡，54 人傷。第十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的事故實例 1986年4月28日前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站壓力殼發(fā)生核泄漏，31人死亡，20個國家4億人受害。第十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月壓力容器的事故實例 1984年12月3

9、日印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰甲酸脂儲罐發(fā)生泄漏，2580人死亡，125000人中毒，5萬人失明。 第十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月一、容器的結(jié)構(gòu) 殼體(筒體)、封頭(端蓋)、法蘭、支座、接口管及人孔等組成。常低壓化工設(shè)備通用零部件標(biāo)準(zhǔn)直接選用。 第十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月二、容器的分類壓力容器分類按容器的形狀 按承壓性質(zhì) 按管理其它按容器壁溫按金屬材料按應(yīng)用情況第十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按容器的形狀按容器形狀分類名稱特 點方形矩形容器平板焊成，制造簡便，但承壓能力差，只用作小型常壓貯槽球形容器弓形板拼焊，承壓好，安裝內(nèi)件不便，制造稍難,多用作貯

10、罐圓筒形容器 筒體和凸形或平板封頭。制造容易，安裝內(nèi)件方便，承壓較好，應(yīng)用最廣第十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按承壓性質(zhì) 內(nèi)壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外界壓力外壓：內(nèi)部介質(zhì)壓力小于外界壓力真空：內(nèi)部壓力小于一個絕壓的外壓容器表4-1 內(nèi)壓容器的分類 容器分類設(shè)計壓力 p （MPa）低壓容器0.1p1.6中壓容器1.6p10高壓容器10p100超高壓容器p100第十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按管理表4-2 安全檢查規(guī)程使用范圍項目條件最高工作壓力pwpw0.1MPa，不包括液體靜壓內(nèi)徑Di，容積VDi0.15m 且 V0.025m3介質(zhì)氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于

11、標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體第十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)壓力等級、介質(zhì)毒性危害程度以及生產(chǎn)中的作用，壓力容器可分為三類。第一類壓力容器、第二類壓力容器、第三類壓力容器不包括核能、船舶專用、直接受火焰加熱容器第二十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月表4-3 毒性危害程度分級指 標(biāo)分 級極度危害高度危害 中毒危害 輕度危害 急性中毒吸入 200 mg/m3200 mg/m32000 mg/m320000 mg/m3經(jīng)皮100100 500 2500經(jīng)口2525 500 5000急性中毒易中毒后果嚴(yán)重可中毒，愈后良好偶可中毒無中毒但有影響慢性中毒患病率高較高偶有發(fā)生有影響慢性中毒后果

12、繼續(xù)進展不能治愈可基本治愈可恢復(fù)無嚴(yán)重后果可恢復(fù)無不良后果致癌性 人體致癌可疑致癌動物致癌無致癌性最高容許濃度 0.10.1-1.0-10常見化學(xué)介質(zhì) 光氣、汞、氰化氫甲醛,苯胺、氟化氫、二氧化硫,硫化氫,氨第二十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月名稱說明三類容器（1）高壓容器；（2） 毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的中壓容器； （3） 中度危害介質(zhì)，且pV大于等于10MPam3中壓儲存容器；（4） 中度危害介質(zhì)，且pV大于等于0.5MPam3中壓反應(yīng)容器； （5） 毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且pV乘積大于等于 0.2MPam3的低壓容器； （6） 高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；（7）

13、中壓搪玻璃壓力容器；（8） 使用強度級別較高的材料制造的壓力容器；（9） 移動式壓力容器，鐵路罐車、罐式汽車和罐式集裝箱等； （10） 容積大于等于50 m3的球形儲罐；（11） 容積大于5 m3的低溫液體儲存容器。 二類容器（1） 中壓容器； （2） 毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的低壓容器； （3） 易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和低壓儲存容器； （4） 低壓管殼式余熱鍋爐；（5） 低壓搪玻璃壓力容器。 一類容器不在第三類、第二類壓力容器之內(nèi)的低壓容器為第一類壓力容器。第二十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月判斷題：判斷下列容器屬一、二、三類容器的哪一類？1）2000

14、的液氨儲罐2）p為4MPa的劇毒介質(zhì)容器3）p為10MPa，V為800L的乙烯儲罐。 第二十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按容器壁溫常溫容器：壁溫-20至200；高溫容器：壁溫達到蠕變溫度,碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420，合金鋼超過450，奧氏體不銹鋼超過550，均屬高溫容器；中溫容器：在常溫和高溫之間；低溫容器：壁溫低于-20, -20至-40為淺冷容器，低于-40者為深冷容器。第二十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按材料金屬容器:鋼制, 鑄鐵,有色金屬容器非金屬材料：既可作為容器的襯里，又可作為獨立的構(gòu)件。第二十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按材料應(yīng)

15、用最多是低碳鋼和普通低合金鋼，腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品純度要求高用不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板、鋁板及鈦材。在深冷操作中，可用銅或銅合金；常用非金屬材料的有：硬聚氯乙烯、玻璃鋼、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷及磚、板、橡膠襯里等第二十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按應(yīng)用情況反應(yīng)壓力容器（）完成物理、化學(xué)反應(yīng)，如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、分解鍋、聚合釜、變換爐等；換熱壓力容器（）熱量交換，如熱交換器、管殼式余熱鍋爐、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等；神紋道 /13/13611/第二十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月按應(yīng)用情況分離壓力容器（）流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離，如分離器、過濾器、緩沖器、吸收塔、干燥

16、塔等；儲存壓力容器：（，球罐為）儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，如各種形式的貯罐、貯槽、高位槽、計量槽、槽車等。第二十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月三、容器的零部件標(biāo)準(zhǔn)容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡、液面計等)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，許多化工設(shè)備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應(yīng)器)也有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。第二十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月兩個基本參數(shù)：公稱直徑DN：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DN表示，單位mm，例如內(nèi)徑1200mm的容器的公稱直徑標(biāo)記為DN1200。公稱壓力PN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位

17、MPa。第三十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月公稱直徑1. 壓力容器的公稱直徑 鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)24002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000第三十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 容器直徑較小，可直接用

18、無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。159219273325377426表2-7 無縫鋼管制作筒體時容器的公稱直徑（mm）第三十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月設(shè)計時，應(yīng)將工藝計算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表2-5或表2-7所規(guī)定的公稱直徑。 封頭的公稱直徑與筒體一致。第三十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月2.管子的公稱直徑 也稱公稱口徑、公稱通徑。有縫管：電焊鋼管，化工廠用來輸送水、煤氣、空氣、油以及取暖用蒸汽等流體管道。無縫管：分熱軋管和冷拔管兩種。如輸送流體用無縫鋼管(GB 8163-87)、石油裂化用無縫鋼管(GB 9948-88)、化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管（GB

19、647986)等。第三十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月有縫管的公稱直徑：公稱直徑近似普通鋼管內(nèi)徑的名義尺寸。公制mm，英制in。公稱直徑15mm或1/2英寸，外徑21.3mm，壁厚2.75mm（普通）3.25mm（加厚）第三十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月有縫管的公稱直徑：每一公稱直徑對應(yīng)一外徑，其內(nèi)徑數(shù)值隨厚度不同而不同。有縫管按厚度可分為薄壁鋼管、普通鋼管和加厚鋼管。管路附件也用公稱直徑表示。第三十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月無縫鋼管的公稱尺寸：分熱軋管和冷拔管。無縫鋼管不用公稱直徑而是以外徑乘厚度表示。為公稱外徑與公稱厚度。 在管道工程中，管徑超過5

20、7mm時，常采用熱軋管。管徑在57mm以內(nèi)常選用冷拔管。 冷拔管的最大外徑為200mm；熱軋管的最大外徑為630mm。第三十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 容器零部件的公稱直徑 法蘭、支座等公稱直徑是相配的筒體、封頭的公稱直徑。DN2000法蘭，DN2000鞍座還有一些零部件的公稱直徑是與它相配的管子公稱直徑DN200管法蘭另有一些容器零部件公稱直徑是指結(jié)構(gòu)中某一重要尺寸，DN80(Dg80)視鏡是指窺視孔的直徑為80mm。第三十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 公稱壓力工作壓力不同，相同公稱直徑的壓力容器其筒體及其零部件的尺寸也不同。將承受的壓力范圍分為若干個標(biāo)準(zhǔn)壓

21、力等級，即公稱壓力。表2-9壓力容器法蘭與管法蘭的公稱壓力壓力容器法蘭0.250.61.01.62.54.06.4管法蘭0.250.61.01.62.54.05.0101525第三十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月設(shè)計時如果選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，必須將操作溫度下的最高操作壓力(或設(shè)計壓力)調(diào)整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級(調(diào)整方法見第五節(jié))，然后根據(jù)DN與PN選定該零部件的尺寸。如果零件不選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，而是自行設(shè)計，設(shè)計壓力就不必符合規(guī)定的公稱壓力。第四十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月四、壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)簡介壓力容器標(biāo)準(zhǔn)是全面總結(jié)壓力容器生產(chǎn)、設(shè)計、安全等方面的經(jīng)驗，不斷納入新科技

22、成果而產(chǎn)生的。它是壓力容器設(shè)計、制造、驗收等必須遵循的準(zhǔn)則。壓力容器標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計方法、選材及制造、檢驗方法等。第四十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)1989我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制訂了GB150-89鋼制壓力容器1998年修訂成GB150-1998，使標(biāo)準(zhǔn)更加完善。GB150鋼制壓力容器內(nèi)容包括：壓力容器板殼元件計算容器結(jié)構(gòu)要素的確定密封設(shè)計超壓泄放裝置的設(shè)置容器的制造與驗收的要求等第四十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月 國外主要規(guī)范國外的規(guī)范主要有四個：美國ASME規(guī)范，英國壓力容器規(guī)范（BS），日本國家標(biāo)準(zhǔn)（JIS），德國壓力容器規(guī)范（AD）。第四十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月1美國ASME規(guī)范美國機械工程師協(xié)會（ASME）制定的鍋爐及壓力容器規(guī)范。美國國家標(biāo)準(zhǔn)該規(guī)范規(guī)模龐大、內(nèi)容完善，僅依靠其本身即可完成選材、設(shè)計、制造、檢驗、試驗、安裝及運行等全部工作環(huán)節(jié)。第四十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月1美國ASME規(guī)范與壓力容器密切相關(guān)有： 第卷 材料技術(shù)條件、第卷 無損檢驗、第卷 壓力容器及第卷 焊接及釬焊評定。 每年增補一次，每三年出一新版，技術(shù)先進，修訂及時，能迅速反映世界壓力容器科技發(fā)展的