第二章化工設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識

1、第二章 化工設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識第一節(jié) 概述第二節(jié) 容器的結(jié)構(gòu)與分類第三節(jié) 容器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)第四節(jié) 壓力容器安全監(jiān)察第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求一.概述1.1 現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿一.概述1.1 現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿一.概述1.1 現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿一.概述1.1 現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿現(xiàn)代化企業(yè)的召喚，需要新一代的接班人，企業(yè)未來的主人，怎樣挑起肩上的責(zé)任？把美好的理想，凝聚成人生的輝煌。培養(yǎng)你們的才能，誓作祖國的棟梁。 一.概述1.2 壓力容器的特點(diǎn)l 應(yīng)用的廣泛性一.概述1.2 壓力容器的特點(diǎn)l 鍋爐、換熱器、加熱爐 = 圓筒外殼 + 傳熱管束l 核反應(yīng)堆 = 圓筒安全殼 + 核反應(yīng)零部件l 塔器 =

2、圓筒外殼 + 傳質(zhì)元件（浮閥、填料等）l 反應(yīng)釜 = 圓筒夾套 + 攪拌器l 壓縮機(jī)、真空泵 = 圓筒氣缸 + 活塞l 透平機(jī)、泵 = 蝸殼 + 葉輪 l 應(yīng)用的廣泛性一.概述1.2 壓力容器的特點(diǎn)壓力容器不僅被廣泛用于化學(xué)、石油化工、醫(yī)藥、冶金、機(jī)械、采礦、電力、航天航空、交通運(yùn)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(yùn)行，如一個(gè)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

3、器，至于民用或工廠用的液化石油氣瓶，更是到處可見。 l 應(yīng)用的廣泛性一.概述1.2 壓力容器的特點(diǎn)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；合成氨為10100 MPa；人造水晶高達(dá)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(gè)品種。操作條件的復(fù)雜性使壓力容器從設(shè)計(jì)、制造、安裝到使用、維護(hù)都不同于一般機(jī)械設(shè)備，而成為一類特殊設(shè)備。 l 操作的復(fù)雜性一.概述1.2 壓力容器的特點(diǎn)壓力容器因其承受各種靜、動載

4、荷或交變載荷，還有附加的機(jī)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(yàn)、操作失誤容易發(fā)生爆炸破裂，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。 l 安全的高要求一.概述1.2 壓力容器的特點(diǎn)當(dāng)前壓力容器向大容量、高參數(shù)發(fā)展，如核電站一個(gè)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

5、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(yùn)行可靠性要求更高，顯然比一般壓力容器又有更高更嚴(yán)格的安全性要求。 l 安全的高要求一.概述1.3 壓力容器的安全特征1996年12月的統(tǒng)計(jì)資料表明，國內(nèi)在用固定式壓力容器多達(dá)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(dá)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(jì)2432個(gè)，設(shè)計(jì)單位1380個(gè)。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(jì)部門，自然成為國內(nèi)外政府部門特別重視

6、其安全管理和監(jiān)察檢查的原因。 l 量大面廣一.概述1.3 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起，嚴(yán)重事故274起，共死亡104人，受傷371人，直接經(jīng)濟(jì)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。 l 事故率高一.概述1.3 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(yàn)機(jī)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(jì)情況如下表所示：l 危害性大壓力容器破壞幾率 年份

7、容器運(yùn)行 災(zāi)難性事故a 損傷事故b 總計(jì) 臺年 次數(shù) 事故率 次數(shù) 事故率 次數(shù) 事故 1962-1967 100300 7 0.7104 125 1.25104 132 1.321041967-1972 105400 16 1.5104 123 1.17104 139 1.32104一.概述1.3 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(xiǎn)的事故；c.事故發(fā)生率發(fā)生事故數(shù)/（設(shè)備臺數(shù)運(yùn)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(dá)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

8、.3%，即118起是各種制造裂紋所引起。 l 危害性大一.概述1.3 壓力容器的事故實(shí)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(gè)，爆炸5個(gè)，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(gè)球罐和一個(gè)臥罐爆炸，5000只氣瓶爆炸，600噸液化氣燃燒，32人死亡，54 人傷。一.概述1.3 壓力容器的事故實(shí)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(gè)國家4億人受害。一.概述1.3 壓力容器的事故實(shí)例 1984年12月3日印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰甲酸脂儲罐

9、發(fā)生泄漏，2580人死亡，125000人中毒，5萬人失明。 第二節(jié) 容器的結(jié)構(gòu)與分類按用途分類按壓力分類按容器的形狀分類按綜合性分類按壓縮器內(nèi)的介質(zhì)分類 、按用途分類 反應(yīng)容器 主要用來完成工作介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)的容器稱為反應(yīng)容器。如：反應(yīng)器、發(fā)生器、聚合釜、合成塔、變換爐等。傳熱容器 主要用來完成介質(zhì)的熱量交換的容器稱為傳熱容器。如：熱交換器、冷卻器、加熱器、硫化罐等。分離容器 主要用來完成介質(zhì)的流體壓力平衡、氣體凈化、分離等的容器稱為分離容器。如：分離器、過濾器、集油器、緩沖器、洗滌塔、銅洗塔、干燥器等。儲運(yùn)容器 主要用來盛裝生產(chǎn)和生活用的原料氣體、液體、液化氣體的容器稱為儲運(yùn)容器。如：

10、儲槽、儲罐、槽車等。 、按壓力分類低壓、中壓、高壓和超高壓4類 、按容器的形狀分類1、按容器的形狀分類（1）方形和矩形容器（2）球形容器（3）圓筒形容器2、按容器厚度分類（1）薄壁容器（2）厚壁容器2 . 1/1 . 0/ioiDDKD或、按綜合性分類按綜合性:按危險(xiǎn)性和危害性分類一類容器、二類容器、三類容器、按壓縮器內(nèi)的介質(zhì)分類國家勞動總局頒發(fā)的壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程的規(guī)定，壓力容器按介質(zhì)的有毒、劇毒和易燃的界限劃分其它：、按承壓性質(zhì)和能力分類（1）內(nèi)壓容器 （2）外壓容器、按壁溫分類（1）常溫容器 （2）高溫容器 （3）中溫容器 （4）低溫容器、按支承形式分類（1）臥式容器 （2）立式容器、

11、按容器材料分類（1）金屬容器 （2）非金屬容器、按管理分類（1）第三類壓力容器 （2）第二類壓力容器 （3）第三類壓力容器第三節(jié) 容器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)容器零件標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)：公稱直徑DN和公稱壓力PN（壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和無 縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)）筒體的公稱直徑DN：內(nèi)徑（鋼板卷制）；外徑（無縫鋼管制作）無 縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)：公稱直徑DN是小于外徑的一個(gè)數(shù)值第四節(jié) 壓力容器安全監(jiān)察1、壓力容器安全監(jiān)察的范圍：最高工作壓力pw0.1pa內(nèi)直徑 Di150mm,且容積V0.025m3介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。第四節(jié) 壓力容器安全監(jiān)察2、我國壓力容器常用法規(guī)：強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)鍋爐壓力容器安

12、全監(jiān)察暫行條例：根本法規(guī)。國務(wù)院和人事部。壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程：具體法規(guī)。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局。鋼制壓力容器：核心標(biāo)準(zhǔn)；國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求1 質(zhì)量保證體系定 義 確保容器從設(shè)計(jì)、選材、制造、投入運(yùn)行到退出服役的整個(gè)過程安全地完成使用要求而采取的有計(jì)劃、系統(tǒng)的措施。內(nèi) 容 材料設(shè)計(jì)制造與制造過程中的檢驗(yàn)在役檢驗(yàn)與監(jiān)控。 第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求2 基本要求安全性 l 足夠的強(qiáng)度 l 足夠的剛度(或穩(wěn)定性) l 可靠的密封性能 l 一定的使用壽命 經(jīng)濟(jì)性l經(jīng)濟(jì)可靠的材料l經(jīng)濟(jì)的制造方法l低的操作和維護(hù)費(fèi)用l長周期的安全運(yùn)行 安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)

13、計(jì)的基本要求2 基本要求按規(guī)則設(shè)計(jì) - GB150鋼制壓力容器 基于經(jīng)濟(jì)方法的設(shè)計(jì)，其典型過程是確定設(shè)計(jì)載荷，選用設(shè)計(jì)公式、曲線或圖表，并對材料取一個(gè)安全應(yīng)力，最終給出容器的基本厚度，然后根據(jù)規(guī)范許可的構(gòu)造細(xì)則及有關(guān)制造檢驗(yàn)要求進(jìn)行制造。 第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求2 基本要求按分析設(shè)計(jì)-JB4732鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 基于考慮作用在容器上載荷的性質(zhì)，進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，計(jì)算得到的應(yīng)力按其對容器破壞的作用分類，與許用應(yīng)力強(qiáng)度比較和評定，并加上嚴(yán)格的材料、制造和檢驗(yàn)要求。 第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在特定的設(shè)計(jì)條件下，有效地利用材料的強(qiáng)度或剛度，使容器或其部件在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全運(yùn)行。 強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 塑性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 脆斷設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 疲勞設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 蠕變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 彈性變形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則l 失穩(wěn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 第五節(jié) 容器機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則容器不出現(xiàn)涉及總體范圍的較大變形，即在內(nèi)壓或其他拉伸等靜力載荷在器壁中所引起的最大應(yīng)力不超過材料的彈性極限。如考慮設(shè)計(jì)安全裕度，則限制在材料的許用應(yīng)力以下。 d = 2= p Dc / 2 t 彈性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1= p