壓力容器設(shè)計(jì)考慮因素及設(shè)計(jì)文件1

1、壓力容器的設(shè)計(jì)要求在石油、 化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)過程非常復(fù)雜， 設(shè)備生產(chǎn)過程 中任何設(shè)備出了事故都會影響產(chǎn)品質(zhì)， 或使生產(chǎn)無法繼續(xù)進(jìn)行， 甚至?xí)＜霸O(shè)備 和人身的安全， 造成事故和財(cái)產(chǎn)損失， 因此石油化工使用的壓力容器一般需要滿 足以下幾個(gè)方面的要求： 保證完成工藝生產(chǎn)。石油化工使用的壓力容器必須 能承擔(dān)工藝過程所要求的壓力、 溫度及具備工藝生產(chǎn)所要求的規(guī)格 (直徑、厚度、 容積)和結(jié)構(gòu)(開孔接管、密封等)。運(yùn)行完全可靠。化工生產(chǎn)的物料往往具 有強(qiáng)烈的腐蝕性、毒性，容易燃燒一起火災(zāi)，甚至發(fā)生爆炸等惡行事故。在設(shè)計(jì) 這種高危容器時(shí)每一步的設(shè)計(jì)工作都需要嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)， 綜合考慮每一部分的影響因 素，以下就壓

2、力容器安全設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮的問題做一些簡單的介紹。一 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)主要參數(shù)的確定 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定由設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)者根據(jù)工作介質(zhì)、操作溫度、 操作壓力設(shè)備的工作狀態(tài),綜合考慮確定設(shè)計(jì)壓力,具體選取可按 GB150-1998鋼制壓力容器和壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程確定執(zhí)行。設(shè) 計(jì)溫度當(dāng)設(shè)計(jì)溫度不可能通過傳熱計(jì)算或測試結(jié)果確定時(shí) ,應(yīng)按以下原則選取 :(1) 容器器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫 (或保冷)時(shí)。(2) 容器內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件(如加熱盤管 ,電熱元件等 )間接加熱時(shí) ,設(shè)計(jì)溫度取正常工作過程中介質(zhì)的最高溫度。(3) 容器器壁兩側(cè)與不同溫度介質(zhì)直接接觸而可

3、能出現(xiàn)單一介質(zhì)接觸時(shí),應(yīng)按較高介質(zhì)確定設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)任一介質(zhì)溫度低于-20 C時(shí)，則按較低介質(zhì)溫度確定最低設(shè) 計(jì)溫度。(4) 安裝在室外無保溫的容器 ,最低設(shè)計(jì)溫度可按以下規(guī)定選取 :盛裝壓縮氣體的 儲罐,最低設(shè)計(jì)溫度取月平均最低氣溫減 3 C ;盛裝液體體積占容器容積1/4以上 的儲罐,最低設(shè)計(jì)溫度取月平均最低氣溫。(5) 容器的不同部位在工作過程中可能出現(xiàn)不同溫度時(shí),應(yīng)按不同溫度選取元件相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度。(6) 容器的最高 (或最低)工作溫度接近選用材料允許使用溫度界限時(shí),應(yīng)結(jié)合具體情況慎重選取設(shè)計(jì)溫度 ,以免增加投資或降。二 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的幾個(gè)主要因素單體化工設(shè)備設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)和

4、機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分。首先應(yīng)根據(jù)任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求，定出設(shè)備的主要尺寸，如形狀、直徑、高度等；然后進(jìn)行 受力分析，結(jié)合選擇材料，確定結(jié)構(gòu)，經(jīng)過強(qiáng)度計(jì)算決定出結(jié)構(gòu)尺寸，最后繪出 該設(shè)備及各零部件的施工圖。 這幾部分是緊密相關(guān)而又各有分工的。 目前在我國， 工藝設(shè)計(jì)由化工工藝專業(yè)人員完成， 由化工機(jī)械專業(yè)人員完成機(jī)械設(shè)計(jì)。 雖然容 器的應(yīng)用在性質(zhì)上有所不同， 但在設(shè)計(jì)容器時(shí)往往必須考慮不少共同因素。 最重 要的是選擇容器的型式， 確定它的主要尺寸， 合理選擇材料， 運(yùn)用準(zhǔn)確而可靠的 計(jì)算方法。2.1 容器型式的選擇設(shè)計(jì)任何容器的第一步是選擇容器的型式，使其能完成指定的生產(chǎn)任務(wù)，又 有好的經(jīng)濟(jì)效

5、果。 容器型式與它的用途有關(guān)。 對貯存用的容器， 其決定性參數(shù) 是體積，從節(jié)約材料的觀點(diǎn)來看， 最好的應(yīng)是球形， 但若貯存量較小時(shí)還是圓筒 形更有利。 對進(jìn)行化工過程用的設(shè)備外殼來說， 還應(yīng)注意到有利于內(nèi)部過程的進(jìn) 行，更易安裝內(nèi)部構(gòu)件， 有利于物料的排放和清理以及盡量減少流體阻力等因素。 容器型式與容器所承受的壓力及溫度有關(guān)。 操作壓力愈大，溫度愈高，就愈 是應(yīng)該選擇受力情況較好的型式。 容器型式與容器所使用的結(jié)構(gòu)材料和制造方 法有關(guān)。加工性能和焊接性能好的材料，容易成型、組焊，可以作成設(shè)計(jì)所需要 的形狀。反之則只能做成簡單的形狀。 對稱中心軸線的殼體便于成型和機(jī)械加工， 因而圓筒形、球形和

6、錐形殼體是最常用的。2.2 經(jīng)濟(jì)尺寸的決定當(dāng)容器的容積一定時(shí)， 變換直徑和高度可以得到多種方案， 但應(yīng)確定一種最 經(jīng)濟(jì)的尺寸。經(jīng)濟(jì)尺寸與金屬材料用量和容器制造費(fèi)用有關(guān)。對大型貯罐而言， 還應(yīng)考慮基礎(chǔ)的費(fèi)用和所占有土地的費(fèi)用。 一般來說，以金屬用量的多少為最主 要，因此應(yīng)以金屬用量最少為原則，選擇圓筒形容器的直徑和高度。2.3 材料的選擇選擇容器用鋼，必須根據(jù)容器的工作條件(如壁穩(wěn)、壓力、介質(zhì)腐蝕性、介 質(zhì)對材料的脆化作用及其是否易燃、 有毒等) 選擇具有合適力學(xué)性能、 物理性能 和耐腐蝕性能的材料。 選擇材料力求易于加工制造， 并考慮經(jīng)濟(jì)合理性和符合我 國資源情況。下面是選擇材料時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)

7、主要因素：(1) 力學(xué)性能：材料的力學(xué)性能由強(qiáng)度、塑性兩個(gè)指標(biāo)來完成。強(qiáng)度指標(biāo)它是材料抵抗外力作用能力的標(biāo)志。 一般情況下， 設(shè)計(jì)常用的指標(biāo)有強(qiáng)度極限和屈 服極限。在遇有高溫情況時(shí)， 設(shè)計(jì)還得考慮材料的蠕變極限及持久極限。 設(shè)計(jì)中 許用應(yīng)力都是根據(jù)這些數(shù)值決定的。 另外，材料的屈強(qiáng)比也是反應(yīng)材料承載能力 的一個(gè)指標(biāo)， 不同材料具有不同的屈強(qiáng)比， 即使是同一種材料， 其屈強(qiáng)比也隨著 材料熱處理情況及工作溫度的不同而有所變化。塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)主要有延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性等。用塑性好的材料制造容器，可以緩和局部應(yīng)力 和不良影響，有利于壓力加工，不易產(chǎn)生脆性斷裂，對缺口、傷痕不敏感，并且 在發(fā)生

8、爆炸時(shí)不易產(chǎn)生碎片。作為化工容器用的鋼，要求延伸率不低于14%，沖擊韌性在使用溫度下不低于 35J/2; 。 材料力學(xué)性能的各因素之間是相互聯(lián)系 而又相互制約的。 有些材料強(qiáng)度較高， 但它的延伸率及沖擊韌性卻很低。 因此選 材時(shí)，不能只看其單一的性能指標(biāo)，而應(yīng)對材料力學(xué)性能諸因素作全面分析。(2) 物理性能：在容器設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意到材料的物理性能。例如在計(jì)算容器的 溫差應(yīng)力時(shí)，就要用到材料的線膨脹系數(shù)； 在設(shè)計(jì)換熱器及計(jì)算容器外殼損失時(shí)， 還要用到材料的熱導(dǎo)率等等。 因此，材料的使用場合不同， 對材料的物理性能亦 有不同的要求。 主要的物理性能指標(biāo)有密度、 熱導(dǎo)率、比熱容、熔點(diǎn)、線脹系數(shù)、 電阻

9、率、彈性模量等。(3) 耐腐蝕性能：化工廠中經(jīng)常處理有腐蝕性的介質(zhì)，故設(shè)計(jì)化工容器時(shí)，在 很多場合下， 耐蝕性對材料的選擇起決定性的作用。 材料的耐蝕程度會影響設(shè)計(jì) 使用壽命，產(chǎn)品的質(zhì)量，有時(shí)甚至影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。因此，考慮材料的耐蝕 性的化工容器材料選擇中的一個(gè)重要問題。 材料的腐蝕速度在工程上常用 Ka(mm/a)來表示，材料腐蝕速度在1 mm/a以下的，可認(rèn)為能用于化工容器。 有關(guān)材料的耐蝕性可在材料腐蝕和防腐手冊中查得。( 4)制造工藝性能：材料的制造工藝性能包括可鍛性、可焊性、切削加工性及 研磨、沖壓性能、熱處理性能等。對制造化工容器的鋼材來說，焊接性能和壓力 加工性能就顯得更為重

10、要。 鋼材焊接性能的好壞主要取決于其成份。含碳量是 最重要的因素， 制造一般受壓容器所用的鋼材的含碳量最高不大于 0.25% 。有些 低合金鋼可焊性較差，必須采取特殊的焊接工藝。 容器成型的主要方法是滾卷 與沖壓。材料中的夾渣、 氣孔等缺陷易在加工過程中形成裂紋或微裂紋。 材料的 冷作硬化性會降低塑性指標(biāo)， 而且會在受熱時(shí)出現(xiàn)結(jié)晶醋化， 降低強(qiáng)度。 一般鋼 材的殘余變形超過 3% 時(shí)，需經(jīng)退火處理。( 5)價(jià)格與來源設(shè)備成本的很大一部分決定于材料的價(jià)格。 因此在選用材料時(shí)， 應(yīng)了解它們的價(jià)格。如果將普碳鋼板 Q235 的價(jià)格定為 1，其余的板材相對價(jià)格 大致有如下關(guān)系：錳鋼為1.4; 20鋼為

11、1.8 ;鉻鋼(1Cr13 , 2 Cr13)為5.1;1Cr18Ni9Ti 為 4.9。 當(dāng)然，采用價(jià)廉的材料并不一定就是經(jīng)濟(jì)上合理的，因?yàn)?貴的材料可能具有較好的性能， 用它可以制成器壁較薄而輕的容器， 而且使用年 限也比較長，使用效果更好。 分析材料的經(jīng)濟(jì)性不能僅看它們的價(jià)格，同時(shí)要 看國家的資源情況， 要求我們多用普通易取的材料， 少用昂貴稀缺的材料; 多用 國產(chǎn)材料，少用或不用進(jìn)口材料。以上就是在設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)需要重點(diǎn)考慮的幾點(diǎn)影響因素， 除此之外， 焊接是 制造壓力容器的重要工藝， 焊接質(zhì)量在很大程度上決定了壓力容器的制造質(zhì)量及 使用安全性。 因此，壓力容器設(shè)計(jì)中正確地?cái)M定容器的焊

12、接技術(shù)條件是技術(shù)人員 的重要工作內(nèi)容之一。三 壓力容器設(shè)計(jì)文件的相關(guān)內(nèi)容3.1 設(shè)計(jì)文件的分類與組成( 1 ) 設(shè)計(jì)文件的分類： 根據(jù)設(shè)計(jì)文件的說明有步設(shè)計(jì)文件、 施工圖設(shè)計(jì)文件、 工程圖、通用圖、標(biāo)準(zhǔn)圖、總圖、裝配圖、部件圖、零件圖、表格圖、 特殊工具圖、焊接件圖、管口方位圖、圖紙目錄、技術(shù)要求、計(jì)算書、 說明書、原圖及原稿、底圖、復(fù)印件等。( 2) 設(shè)計(jì)文件的組成： 每種設(shè)計(jì)文件基本都有以下二十種基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容來 組成。a) 制圖;b) 圖紙幅面;c) 圖樣在圖紙上的安排原則;d) 圖樣上的文字、符號及代號;e) 無需單獨(dú)繪制圖樣的原則;f) 需要單獨(dú)繪制圖樣的原則;g) 圖樣的比例;h)

13、 圖樣上尺寸標(biāo)注的補(bǔ)充規(guī)則;i）零件、部件的代號；j）技術(shù)特征表；k）關(guān)口表；l）明細(xì)表；m）標(biāo)題欄；n）大、小組標(biāo)題欄；o）簡單標(biāo)題欄；p）附注；q）設(shè)備凈重；r）技術(shù)要求和技術(shù)條件；s）工程底圖的描、校簽字欄及選用表；t）圖樣的簡化畫法；不同的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)文件也相應(yīng)的不同。每個(gè)設(shè)備整套設(shè)計(jì)文件的組成應(yīng) 符合下表的規(guī)定:植計(jì)文件 名尊設(shè)計(jì)文件ma初歩設(shè)計(jì)文件IS工圖設(shè)計(jì)文件 *51用都件克標(biāo)準(zhǔn)都件總國主翌設(shè)珞出隔按需哩圳毎按眾需股需晏確證捲需刨淀按儒嬰訛罡4ft Cfitf脅單蹄總需/但乩宵小獨(dú)琳弓，電需（但見否即獨(dú)編可，材，嘶況很址）視惰呪浪尢）awatkk)技術(shù)時(shí)按蒂要確定按需亜煩疋按芾球備龍掛需要廉定按黑匪ifii定揑幣耍確定按需養(yǎng)確定按詰咚確定3.2技術(shù)文件(1)壓力容器的設(shè)計(jì)文件包括強(qiáng)度計(jì)算書或者應(yīng)力分析報(bào)告、設(shè)計(jì)圖樣、制造 技術(shù)條件、風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告(第川類壓力容器)，必要時(shí)還應(yīng)當(dāng)包括安裝及使用維修 說明。(2) 裝設(shè)安全閥、爆破片裝置的壓力容器，設(shè)計(jì)文件還應(yīng)當(dāng)包括壓力容器安全 泄放量、安全閥排量和爆破片泄放面積的計(jì)算書。 無法計(jì)算時(shí)， 設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)會 同設(shè)計(jì)委托單位或者使用單位，協(xié)商選用安全泄放裝置。四 總結(jié)感想壓力容器的設(shè)計(jì)是一種比較復(fù)雜工作，對不同工作要求的壓力容器需要有不 同的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)， 保證它可以安全可靠的