機械設備基礎第十章

1、1第第3 3篇篇 化工容器設計化工容器設計 壓力容器的基本結構壓力容器的基本結構 壓力容器的分類壓力容器的分類 壓力容器零部件的標準化壓力容器零部件的標準化 壓力容器常用標準規(guī)范簡介壓力容器常用標準規(guī)范簡介 容器機械設計的基本要求容器機械設計的基本要求第第10章章 容器設計的基本知識容器設計的基本知識主要內容：主要內容：310.1 壓力容器分類與結構壓力容器分類與結構教學重點：教學重點：容器的分類；容器的分類；容器基本組成容器基本組成教學難點：教學難點： 對容器的基本感性認識。對容器的基本感性認識。本章重本章重點點410.1.1 壓力容器分類壓力容器分類 根據(jù)不同的要求，世界各國規(guī)范對壓力容器

2、分類的方法根據(jù)不同的要求，世界各國規(guī)范對壓力容器分類的方法各不相同，本節(jié)著重介紹我國各不相同，本節(jié)著重介紹我國壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程中的分類方法。中的分類方法。按按壓力等級壓力等級按容器在生產(chǎn)中的按容器在生產(chǎn)中的作用作用按按安裝安裝方式方式按安全技術按安全技術管理管理分類分類5（1）按）按壓力等級壓力等級分類分類承壓方式承壓方式內壓容器內壓容器外壓容器外壓容器當容器的內壓力小于一個絕對大氣壓當容器的內壓力小于一個絕對大氣壓（約（約0.1MPa）時，又稱為真空容器）時，又稱為真空容器按照按照低壓低壓(L)容器容器 0.1 MPap1.6 MPa中壓中壓(M)容器容器 1

3、.6 MPap10.0 MPa高壓高壓(H)容器容器 10 MPap100 MPa超高壓超高壓(U)容器容器 p100MPa熟記熟記6（2）按容器在生產(chǎn)中的）按容器在生產(chǎn)中的作用作用分類分類反應壓力容器反應壓力容器 (代號代號R）：完成物理、化學反應）：完成物理、化學反應換熱壓力容器（代號換熱壓力容器（代號E）：完成介質熱量交換）：完成介質熱量交換分離壓力容器（代號分離壓力容器（代號S）：主要完成介質流體壓力平衡）：主要完成介質流體壓力平衡 緩沖和氣體凈化分離緩沖和氣體凈化分離儲存壓力容器（代號儲存壓力容器（代號C，其中球罐代號，其中球罐代號B）：主要用）：主要用 于儲存、盛裝氣體、液體和液化

4、氣體等介質于儲存、盛裝氣體、液體和液化氣體等介質代表設備：反應器、分解塔、合成塔代表設備：反應器、分解塔、合成塔代表設備代表設備:換熱器、余熱或廢熱鍋爐、冷凝器、蒸發(fā)器等換熱器、余熱或廢熱鍋爐、冷凝器、蒸發(fā)器等代表設備：分離器、過濾器、緩沖器、干燥器等代表設備：分離器、過濾器、緩沖器、干燥器等代表設備：液化石油氣儲罐、液氨儲罐、球罐、槽車等代表設備：液化石油氣儲罐、液氨儲罐、球罐、槽車等如果同時具備幾項作用，按主要作用來劃分如果同時具備幾項作用，按主要作用來劃分反應壓力容器反應壓力容器 高壓反應器高壓反應器 合成塔合成塔 吸收塔吸收塔 換熱壓力容器換熱壓力容器 列管式換熱器列管式換熱器 大型集

5、成換熱器大型集成換熱器 廢（余）熱鍋爐廢（余）熱鍋爐 蒸發(fā)器蒸發(fā)器分離壓力容器分離壓力容器 雙介質過濾器雙介質過濾器 旋膜式除氧器旋膜式除氧器儲存壓力容器儲存壓力容器 液氨儲罐液氨儲罐高位儲罐高位儲罐 球形儲罐球形儲罐11（3）按）按安裝方式安裝方式分類分類安裝方式安裝方式固定式壓力容器：固定安裝和使用地點，工藝條固定式壓力容器：固定安裝和使用地點，工藝條 件和操作人員也較固定件和操作人員也較固定移動式壓力容器移動式壓力容器 ：該安裝方式的壓力容器在結構、：該安裝方式的壓力容器在結構、 使用和安全方面均有其特殊的使用和安全方面均有其特殊的 要求。要求。（從安全管理和技術監(jiān)督的角度）（從安全管理

6、和技術監(jiān)督的角度） 使用時不僅承受內壓或外壓載荷，搬運過程中還會使用時不僅承受內壓或外壓載荷，搬運過程中還會受到由于內部介質晃動引起的沖擊力，以及運輸過程帶受到由于內部介質晃動引起的沖擊力，以及運輸過程帶來的外部撞擊和振動載荷。來的外部撞擊和振動載荷。12（4）按）按安全技術管理安全技術管理分類分類三類容器三類容器第一類壓力容器第一類壓力容器第三類壓力容器第三類壓力容器壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程將容器分為三類：將容器分為三類： （1）壓力壓力（ P ） （2）壓力與容積的乘積壓力與容積的乘積（PV） （3）介質危害程度介質危害程度 （4）容器的作用容器的作用第二類壓力容器

7、第二類壓力容器分類依據(jù)分類依據(jù)13按安全技術管理分類按安全技術管理分類第三類壓力容器：第三類壓力容器：具有下列情況之一的，為第三類壓力容器具有下列情況之一的，為第三類壓力容器:a高壓容器；高壓容器；b中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）；中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）；c中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質， 且且pV乘積大于等于乘積大于等于10MPam3）；）；了解了解學習學習14d. 中壓反應容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介中壓反應容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介 質，且質，且pV乘積大于等于乘積大于等

8、于0.5MPam3）；）；e低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質，低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質， 且且pV乘積大于等于乘積大于等于0.2MPam3）；）；f高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；g中壓搪玻璃壓力容器；中壓搪玻璃壓力容器；15i移動式壓力容器移動式壓力容器j球形儲罐（容積大于等于球形儲罐（容積大于等于50m3）k. 低溫液體儲存容器（容積大于低溫液體儲存容器（容積大于5m3）h使用使用強度級別較高強度級別較高的材料制造的壓力容器；的材料制造的壓力容器；（指相應標準中抗拉強度規(guī)定值下限（指相應標準中抗拉強度規(guī)定值下限540MPa）16具有下列情況之

9、一的，為第二類壓力容器具有下列情況之一的，為第二類壓力容器:a中壓容器中壓容器；b低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）；低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）；d低壓管殼式余熱鍋爐低壓管殼式余熱鍋爐；e低壓搪玻璃壓力容器。低壓搪玻璃壓力容器。c低壓反應容器和低壓儲存容器低壓反應容器和低壓儲存容器 （僅限易燃介質或毒性程度為中度危害介質）；（僅限易燃介質或毒性程度為中度危害介質）；除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。除上述規(guī)定以外的低壓容器為第一類壓力容器。1718先按介質劃分為第先按介質劃分為第一組介質和第二組介質，然后再按照壓力和容積一組介質和第二組介質，然后再按照壓力和

10、容積（PVPV值）劃分類別值）劃分類別類，類，類，類，類，老容規(guī)的所類，老容規(guī)的所謂第一類、第二類、第三類已經(jīng)不適用了謂第一類、第二類、第三類已經(jīng)不適用了19補充補充內容內容20212223(5)按容器壁溫分類按容器壁溫分類 1）低溫容器低溫容器 指壁溫低于指壁溫低于-20條件下工作的容器。條件下工作的容器。 其中壁溫在其中壁溫在-20 -40 稱為淺冷容器。稱為淺冷容器。 壁溫低于壁溫低于-40者為深冷容器。者為深冷容器。 2）常溫容器常溫容器 壁溫壁溫-2020 3）中溫容器中溫容器 指壁溫在常溫和高溫之間的容器；指壁溫在常溫和高溫之間的容器； 4）高溫容器高溫容器 指壁溫達到材料蠕變溫度

11、下工作的容器。指壁溫達到材料蠕變溫度下工作的容器。 碳鋼碳鋼420;合金鋼合金鋼450;奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼550 （6）按容器壁厚分類）按容器壁厚分類 根據(jù)容器器壁的厚度不同，將壓力容器又可分為：根據(jù)容器器壁的厚度不同，將壓力容器又可分為： 1）薄壁容器薄壁容器 2）厚壁容器厚壁容器。 D0 容器外徑容器外徑 Di 容器內徑容器內徑/Di 0.1 ， (K=D0/Di 1.2)/Di 0.1 ， (K=D0/Di 1.2)10.1.2 壓力容器的結構壓力容器的結構1-法蘭；法蘭； 2-支座；支座； 3-封頭拼接焊縫；封頭拼接焊縫； 4-封頭；封頭； 5-環(huán)焊縫；環(huán)焊縫； 6-補強圈；補強

12、圈； 7-人孔；人孔； 8-縱焊縫；縱焊縫； 9-筒體；筒體； 10-壓力表；壓力表； 11-安全閥；安全閥；12-液面計液面計圖圖10-1壓力容器的整體結構壓力容器的整體結構壓力容器六大基本部件壓力容器六大基本部件筒體筒體封頭封頭支座支座開孔與接管開孔與接管密封裝置密封裝置安全附件安全附件儲存物料或完成化學反應所需要的主要壓力空間。儲存物料或完成化學反應所需要的主要壓力空間。形式形式：圓柱筒體、球形筒體。：圓柱筒體、球形筒體。無縫鋼管無縫鋼管（無縱焊縫）（無縱焊縫） 直徑較小直徑較小單層卷焊單層卷焊（有縱環(huán)焊縫）（有縱環(huán)焊縫） 直徑較大直徑較大整體鍛造整體鍛造（可能有環(huán)焊縫）（可能有環(huán)焊縫）

13、 高壓容器高壓容器整體鑄造整體鑄造（無縱環(huán)焊縫）（無縱環(huán)焊縫） 高壓容器高壓容器圓筒體圓筒體結構結構單層式單層式組合式組合式多層式多層式纏繞式纏繞式層板包扎式層板包扎式熱套式熱套式繞板式繞板式繞帶式繞帶式多層式多層式與筒體等部件形成封閉空間與筒體等部件形成封閉空間封頭形式封頭形式球形球形橢圓形橢圓形碟形碟形球冠形球冠形錐殼錐殼平蓋平蓋封頭與筒體的連接封頭與筒體的連接不可拆式（焊接）不可拆式（焊接）可拆式（法蘭連接）可拆式（法蘭連接）凸形封頭凸形封頭其可靠性關系到壓力容器能否正常、安全地運行。其可靠性關系到壓力容器能否正常、安全地運行。最常見的密封裝置：最常見的密封裝置：螺栓法蘭連接（簡稱螺栓法

14、蘭連接（簡稱法蘭連接法蘭連接）法蘭連接法蘭連接容器法蘭：用于筒體與封頭或兩筒體間的連接容器法蘭：用于筒體與封頭或兩筒體間的連接管道法蘭：用于管道連接管道法蘭：用于管道連接筒體端部：高壓容器中，用于頂蓋和筒體連接筒體端部：高壓容器中，用于頂蓋和筒體連接 并與筒體焊接在一起的容器法蘭并與筒體焊接在一起的容器法蘭開孔開孔類型類型： 人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管，以及安裝人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管，以及安裝壓力表、液面計、安全閥、測溫儀表等接管開孔壓力表、液面計、安全閥、測溫儀表等接管開孔。開孔開孔大小大小手孔手孔150 mm人孔人孔 400 mm （橢圓人孔一般（橢圓人孔一般35045

15、0）物料進出口物料進出口 根據(jù)工藝計算確定根據(jù)工藝計算確定儀表接口儀表接口 根據(jù)儀表確定根據(jù)儀表確定開孔對殼體的開孔對殼體的影響影響：開孔部位的強度被削弱，故應少開孔并考開孔部位的強度被削弱，故應少開孔并考慮作開孔補強設計。慮作開孔補強設計。支座支座圓筒形容器圓筒形容器支座類型：支座類型：臥式容器支座（鞍座）臥式容器支座（鞍座）立式容器支座立式容器支座腿式支座腿式支座支承式支座支承式支座耳式支座耳式支座裙式支座裙式支座球形容器：柱式或裙式支座球形容器：柱式或裙式支座主要有：主要有： 安全閥安全閥 爆破片裝置爆破片裝置 緊急切斷閥緊急切斷閥 安全聯(lián)鎖裝置安全聯(lián)鎖裝置 壓力表壓力表 液面計液面計

16、測溫儀表等測溫儀表等報警或泄放報警或泄放監(jiān)測監(jiān)測筒體筒體 封頭封頭 密封裝置密封裝置 開孔接管開孔接管 支座支座 安全附件安全附件壓力容器的外殼壓力容器的外殼內件內件反應、傳熱、傳質、分離等容器反應、傳熱、傳質、分離等容器儲運容器儲運容器10.2 容器零部件的標準化容器零部件的標準化10.2.1 標準化的意義標準化的意義1.組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段之一組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段之一2.標準化為組織專業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件標準化為組織專業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件 實行標準化，有利于成批生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質實行標準化，有利于成批生產(chǎn)，縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質量，降低成本，從面提高產(chǎn)品的競爭能力

17、。標準化為組織專業(yè)化量，降低成本，從面提高產(chǎn)品的競爭能力。標準化為組織專業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件。有利于合理地利用國家資源，節(jié)省原材料，生產(chǎn)提供了有利條件。有利于合理地利用國家資源，節(jié)省原材料，能夠有效地保障人民的安全與健康能夠有效地保障人民的安全與健康;采用國際性的標準化，可以消采用國際性的標準化，可以消除貿易障礙提高競爭能力除貿易障礙提高競爭能力;實現(xiàn)標準化可以增加零部件的互換性，實現(xiàn)標準化可以增加零部件的互換性，有利于設計、制造、安裝和檢修，提高勞動生產(chǎn)率。有利于設計、制造、安裝和檢修，提高勞動生產(chǎn)率。10.2.2 10.2.2 標準化的基本參數(shù)標準化的基本參數(shù)公稱直徑公稱直徑DN 標準化

18、以后的標準直徑，標準化以后的標準直徑，以以DN表示，單位表示，單位mm。1）壓力容器壓力容器 a.鋼板卷制的筒體或封頭，鋼板卷制的筒體或封頭，公稱直徑指他們的內徑，公稱直徑指他們的內徑， 如如 表表10-5所示。所示。 b. 若容器直徑較小，筒體可直接采用無縫鋼管制作，若容器直徑較小，筒體可直接采用無縫鋼管制作， 此時，公稱直徑指鋼管外徑，如表此時，公稱直徑指鋼管外徑，如表10-7所示。所示。 2）管子）管子 既不是外徑也不是內徑，是始終小于外徑的一個數(shù)值既不是外徑也不是內徑，是始終小于外徑的一個數(shù)值。 如表如表10-6所示。所示。 3）其它零部件）其它零部件2. 公稱壓力公稱壓力PN 規(guī)定的

19、標準壓力等級，如表規(guī)定的標準壓力等級，如表10-9所示所示掌握掌握表 10-6表表10-8 在制定零部件標準時，僅有公稱直徑這一個參在制定零部件標準時，僅有公稱直徑這一個參數(shù)是不夠的。因為，即使公稱直徑相同的筒體、封數(shù)是不夠的。因為，即使公稱直徑相同的筒體、封頭或法蘭，只要它們的工作壓力不相同，那么它們頭或法蘭，只要它們的工作壓力不相同，那么它們的其他尺寸也就不會一樣。所以還需要將壓力容器的其他尺寸也就不會一樣。所以還需要將壓力容器和管子等零部件所承受的壓力，也分成若干個規(guī)定和管子等零部件所承受的壓力，也分成若干個規(guī)定的壓力等級。這種規(guī)定的標準壓力等級就是公稱壓的壓力等級。這種規(guī)定的標準壓力等

20、級就是公稱壓力，以力，以PNPN表示。表表示。表10-910-9給出了壓力容器法蘭與管法給出了壓力容器法蘭與管法蘭的公稱壓力。蘭的公稱壓力。表表10-910.3 壓力容器的安全監(jiān)察 1、安全監(jiān)察的意義與監(jiān)察范圍、安全監(jiān)察的意義與監(jiān)察范圍不包括核能容器、船舶上的專用容器和直接受火焰不包括核能容器、船舶上的專用容器和直接受火焰加熱的容器以及真空容器等外壓容器。加熱的容器以及真空容器等外壓容器。 2 2、壓力容器相關的法規(guī)和標準、壓力容器相關的法規(guī)和標準技術性標準技術性標準法規(guī)性的規(guī)定法規(guī)性的規(guī)定(1)法規(guī)法規(guī) (2)安全技術規(guī)范安全技術規(guī)范 (3)法規(guī)法規(guī) 10.6 壓力容其常用標準規(guī)范簡介壓力容

21、其常用標準規(guī)范簡介美國美國ASMEASME規(guī)范規(guī)范ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范是由美國機械工程師學會制定的，現(xiàn)在已鍋爐及壓力容器規(guī)范是由美國機械工程師學會制定的，現(xiàn)在已正式成為美國的國家標準。在形式上，正式成為美國的國家標準。在形式上，ASME規(guī)范分為生個層次規(guī)范分為生個層次:規(guī)規(guī)范范(Code)、規(guī)范案例、規(guī)范案例(Code Case) ,條款解釋條款解釋(Interpretation)、規(guī)范增、規(guī)范增補補(Addenda)。涉及鍋爐、壓力容器、核動力裝置、焊接、材料、無。涉及鍋爐、壓力容器、核動力裝置、焊接、材料、無損檢測等內容。損檢測等內容。英國英國BS5500BS5500規(guī)范規(guī)范英國的非

22、直接火加熱壓力容器規(guī)范英國的非直接火加熱壓力容器規(guī)范BS5500，是由英國標準學會，是由英國標準學會(BSI)負責制定的。主要分為一般用途的熔融焊壓力容器標準和化工及石油負責制定的。主要分為一般用途的熔融焊壓力容器標準和化工及石油工業(yè)中應用的熔融焊壓力容器規(guī)范。工業(yè)中應用的熔融焊壓力容器規(guī)范。以及日本以及日本JISB8270JISB8270和德國和德國ADAD規(guī)范規(guī)范我國壓力容器常用標準簡介我國壓力容器常用標準簡介 10.7 10.7 GB150-98鋼制壓力容器鋼制壓力容器參照參照ASME標準，近期國際同類標準針對標準，近期國際同類標準針對GB150-89的修訂。屬于的修訂。屬于常規(guī)設計標準

23、。常規(guī)設計標準。 10.7.1 10.7.1 適用范圍適用范圍設計壓力：設計壓力： 0.1MPa p35MPa且真空度不低于且真空度不低于0.02MPa設計溫度：設計溫度： 鋼材允許的使用溫度鋼材允許的使用溫度只適用于固定的承受恒定載荷的壓力容器只適用于固定的承受恒定載荷的壓力容器 10.7.2 管轄范圍管轄范圍除殼體本體外，還包括除殼體本體外，還包括與外部管道焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面、與外部管道焊接連接的第一道環(huán)向接頭坡口端面、第一個螺紋接頭端面、第一個法蘭密封面，以及專第一個螺紋接頭端面、第一個法蘭密封面，以及專用連接件或管件連接的第一個密封面。用連接件或管件連接的第一個密封面。其

24、他如接管、人孔、手孔等承壓封頭、平蓋及其緊其他如接管、人孔、手孔等承壓封頭、平蓋及其緊固件，以及非受壓元件與受壓元件的焊接接頭，直固件，以及非受壓元件與受壓元件的焊接接頭，直接連在容器上的超壓泄壓裝置。接連在容器上的超壓泄壓裝置。(二二) JB4732-95鋼制壓力容器鋼制壓力容器分析設計標準分析設計標準彈性失效準則、塑性失效準則、彈塑性失效準則。彈性失效準則、塑性失效準則、彈塑性失效準則。 根據(jù)應力對容器失效所構成的危害程度根據(jù)應力對容器失效所構成的危害程度, 將應力將應力進行分類進行分類, 對各類應力用不同的限制值進行控制。對各類應力用不同的限制值進行控制。本標準適用于本標準適用于設計壓力

25、：設計壓力：0.1MPap100MPa且真空度不低于且真空度不低于0.02MPa設計溫度：低于以鋼材蠕變控制其應力強度的相應設計溫度：低于以鋼材蠕變控制其應力強度的相應溫度，不同的鋼材該溫度不同溫度，不同的鋼材該溫度不同( (三三) )JB/T4735鋼制焊接常壓容器鋼制焊接常壓容器常規(guī)設計標準常規(guī)設計標準適用范圍為：適用范圍為：設計壓力：設計壓力：-0.02MPa p0.1MPa設計溫度：大于設計溫度：大于-20350不適用于盛裝高度毒性或極度危害介質的容器不適用于盛裝高度毒性或極度危害介質的容器 （四）（四）壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程容規(guī)對壓力容器的材料、設計、制造、

26、使用容規(guī)對壓力容器的材料、設計、制造、使用、檢驗、修理、改造等七個環(huán)節(jié)中的主要問題提、檢驗、修理、改造等七個環(huán)節(jié)中的主要問題提出了基本規(guī)定。出了基本規(guī)定。壓力容器標準是設計、制造壓力容器產(chǎn)品的依據(jù)壓力容器標準是設計、制造壓力容器產(chǎn)品的依據(jù)容規(guī)是安全技術法規(guī)，是政府對壓力容器容規(guī)是安全技術法規(guī)，是政府對壓力容器實施安全技術監(jiān)督管理的依據(jù)。實施安全技術監(jiān)督管理的依據(jù)。(五五) ASME American Society of Mechanical Engineering共有共有11卷，包括鍋爐、壓力容器、核動力裝置卷，包括鍋爐、壓力容器、核動力裝置、焊接、材料、無損檢測等內容。、焊接、材料、無損檢測等內容。與我國相關的有第與我國相關的有第卷壓力容器和第卷壓力容器和第卷卷玻璃纖維增強塑料壓力容器玻璃纖維增強塑料壓力容器(非金屬材料非金屬材料篇篇)。10.10 容器機械設計的要求 一、安全性一、安全性 1. 強度強度 2. 剛度剛度 3. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 4. 耐久性耐久