化工机械基础10-1容器设计基础.ppt

第三篇第三篇 容器设计容器设计第十章第十章 容器设计基础容器设计基础第一节第一节 概概 论论一、容器的结构一、容器的结构 壳体壳体( (筒体筒体) )、封头、封头( (端盖端盖) )、法兰、支、法兰、支座、接口管及人孔等组成常低压化座、接口管及人孔等组成常低压化工设备通用零部件标准直接选用工设备通用零部件标准直接选用 二、容器的分类二、容器的分类压力容器分类压力容器分类•按容器的形状按容器的形状 •按承压性质按承压性质 　　 •按管理按管理•其它其它　按容器壁温按容器壁温按金属材料按金属材料按应用情况按应用情况按容器的形状按容器的形状按容器形状分类按容器形状分类名称名称特特 点点方形方形\矩矩形容器形容器平板焊成，制造简便，但承压能平板焊成，制造简便，但承压能力差，只用作小型常压贮槽力差，只用作小型常压贮槽球形容球形容器器弓形板拼焊，承压好，安装内件弓形板拼焊，承压好，安装内件不便，制造稍难不便，制造稍难,多用作贮罐多用作贮罐圆筒形圆筒形容器容器 筒体和凸形或平板封头制造容筒体和凸形或平板封头制造容易，安装内件方便，承压较好，易，安装内件方便，承压较好，应用最广应用最广按承压性质按承压性质 内压：内部介质压力大于外界压力内压：内部介质压力大于外界压力外压：内部介质压力小于外界压力外压：内部介质压力小于外界压力真空：内部压力小于一个绝压的外压真空：内部压力小于一个绝压的外压容器容器表表4-1 内压容器的分类内压容器的分类 容器分类容器分类设计压力设计压力 p （（MPa））低压容器低压容器0.1≤p＜＜1.6中压容器中压容器1.6≤p＜＜10高压容器高压容器10≤p＜＜100超高压容器超高压容器p≥100按管理按管理表表4-2 安全检查规程使用范围安全检查规程使用范围项目项目条件条件最高工作最高工作压力压力pwpw≥0.1MPa，，不包括液体静压不包括液体静压内径内径Di，，容积容积VDi≥0.15m 且且 V≥0.025m3介质介质气体、液化气体或最高工作温气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体度高于等于标准沸点的液体根据压力等级、介质毒性危害程度以根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压力容器可分为及生产中的作用，压力容器可分为三类。

三类第一类压力容器、第二类压力容器、第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器第三类压力容器不包括核能、船舶专用、直接受火焰不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热容器加热容器表表10-3 10-3 毒性危害程度分毒性危害程度分级级指指 标标分分 级级Ⅰ极度危害极度危害Ⅱ高度危害高度危害 Ⅲ中毒危害中毒危害 Ⅳ轻度危害轻度危害 急性中急性中毒毒吸入吸入 ＜＜200 mg/m3200 mg/m3~2000 mg/m3~＞20000 mg/m3经皮经皮＜＜100100 ~500 ~＞2500经口经口＜＜2525 ~500 ~＞5000急性中毒急性中毒易中毒后易中毒后果严重果严重可中毒，可中毒，愈后良好愈后良好偶可中毒偶可中毒无中毒但无中毒但有影响有影响慢性中毒慢性中毒患病率高患病率高较高较高偶有发生偶有发生有影响有影响慢性中毒后果慢性中毒后果 继续进展继续进展不能治愈不能治愈可基本治可基本治愈愈可恢复无可恢复无严重后果严重后果可恢复无可恢复无不良后果不良后果致癌性致癌性 人体致癌人体致癌可疑致癌可疑致癌动物致癌动物致癌无致癌性无致癌性最高容许浓度最高容许浓度 ＜＜0.10.1-1.0-＞＞10常见化学介质常见化学介质 光气、汞、光气、汞、氰化氢氰化氢甲醛甲醛,苯胺、苯胺、氟化氢、氟化氢、二氧化硫二氧化硫,硫化氢硫化氢,氨氨名称名称说明说明三类容器三类容器（（1）） 高压容器；高压容器；（（2）） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； （（3）） 中度危害介质，且中度危害介质，且pV大于等于大于等于10MPa·m3中压储存容器；中压储存容器；（（4）） 中度危害介质，且中度危害介质，且pV大于等于大于等于0.5MPa·m3中压反应容器；中压反应容器； （（5）） 毒性程度为极度和高度危害介质，且毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于乘积大于等于0.2MPa·m3的低压容器；的低压容器； （（6）） 高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；（（7）） 中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；（（8）） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器；使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（（9）） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等；移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等； （（10）） 容积大于等于容积大于等于50 m3的球形储罐；的球形储罐；（（11）） 容积大于容积大于5 m3的低温液体储存容器。

的低温液体储存容器 二类容器二类容器（（1）） 中压容器；中压容器； （（2）） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； （（3）） 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；压储存容器； （（4）） 低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉；（（5）） 低压搪玻璃压力容器低压搪玻璃压力容器 一类容器一类容器不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器判断题：判断题：判断下列容器属一、二、三类判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？容器的哪一类？1 1））φ2000φ2000的的液氨储罐液氨储罐2 2））p p为为4MPa4MPa的剧毒介质容器的剧毒介质容器3 3））p p为为10MPa10MPa，，V V为为800L800L的乙烯的乙烯储罐 按容器壁温按容器壁温常温容器：壁温常温容器：壁温-20℃-20℃至至200℃200℃；；高温容器：壁温达到蠕变温度高温容器：壁温达到蠕变温度, ,碳素钢碳素钢或低合金钢容器，温度超过或低合金钢容器，温度超过420℃420℃，，合金钢超过合金钢超过450℃450℃，奥氏体不锈钢超，奥氏体不锈钢超过过550℃550℃，均属高温容器；，均属高温容器；中温容器：在常温和高温之间；中温容器：在常温和高温之间；低温容器：壁温低于低温容器：壁温低于-20℃, -20℃-20℃, -20℃至至- -40℃40℃为浅冷容器，低于为浅冷容器，低于-40℃-40℃者为深者为深冷容器。

冷容器按材料按材料金属容器金属容器: :钢制钢制, , 铸铁铸铁, ,有色金属容有色金属容器器非金属材料：既可作为容器的衬里，非金属材料：既可作为容器的衬里，又可作为独立的构件又可作为独立的构件按材料按材料应用最多是低碳钢和普通低合金钢，应用最多是低碳钢和普通低合金钢，腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈钢、不锈复合钢板、铝板及钛材钢、不锈复合钢板、铝板及钛材在深冷操作中，可用铜或铜合金；在深冷操作中，可用铜或铜合金；常用非金属材料的有：硬聚氯乙烯、常用非金属材料的有：硬聚氯乙烯、玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等按应用情况按应用情况反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等；聚合釜、变换炉等；换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等；冷凝器、蒸发器等；按应用情况按应用情况分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ）储储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ）储存、盛装气体、液体、液化气体等存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。

高位槽、计量槽、槽车等三、容器的零部件标准三、容器的零部件标准容器的零部件容器的零部件( (例如封头、法兰、例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液支座、人孔、手孔、视镜、液面计等面计等) )标准化、系列化，标准化、系列化，许多化工设备许多化工设备( (例如贮槽、换热例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器器、搪玻璃与陶瓷反应器) )也有也有了相应的标准了相应的标准两个基本参数：两个基本参数：公称直径公称直径DNDN：：指标准化以后的标准指标准化以后的标准直径，以直径，以DNDN表示，单位表示，单位mmmm，，例如例如内径内径1200mm1200mm的容器的公称直径标的容器的公称直径标记为记为DN1200DN1200公称压力公称压力PNPN：：容器及管道的操作压容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以公称压力，以PNPN表示，单位表示，单位MPaMPa㈠　公称直径㈠　公称直径1. 1. 压力容器的公称直径压力容器的公称直径 　钢板卷焊公称直径是内径　钢板卷焊公称直径是内径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  容器直径较小，可直接用无缝容器直径较小，可直接用无缝钢管制作。

公称直径指钢管外径钢管制作公称直径指钢管外径159219273325377426表4-5 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）v设计时，应将工艺计算初步设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调整为符确定的设备内径，调整为符合表合表4-44-4或表或表4-54-5所规定的公所规定的公称直径 v封头的公称直径与筒体一致封头的公称直径与筒体一致2.2.管子的公称直径管子的公称直径 　　也称公称口径、公称通径也称公称口径、公称通径有缝管：电焊钢管，化工厂用来输有缝管：电焊钢管，化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道用蒸汽等流体管道无缝管：分热轧管和冷拔管两种无缝管：分热轧管和冷拔管两种如输送流体用无缝钢管如输送流体用无缝钢管(GB 8163-(GB 8163-87)87)、、石油裂化用无缝钢管石油裂化用无缝钢管(GB (GB 9948-88)9948-88)、、化肥设备用高压无缝化肥设备用高压无缝钢管（钢管（GB 647986)GB 647986)等有缝管的公称直径：有缝管的公称直径：v公称直径近似普通钢管内径的名公称直径近似普通钢管内径的名义尺寸。

公制义尺寸公制mmmm，，英制英制inin，见，见表表4-64-6公称直径公称直径15mm15mm或或1/21/2英寸，外径英寸，外径21.3mm21.3mm，，壁厚壁厚2.75mm2.75mm（（普通）普通）3.25mm3.25mm（（加厚）加厚）有缝管的公称直径：有缝管的公称直径：v每一公称直径对应一外径，其内每一公称直径对应一外径，其内径数值随厚度不同而不同径数值随厚度不同而不同v有缝管按厚度可分为薄壁钢管、有缝管按厚度可分为薄壁钢管、普通钢管和加厚钢管普通钢管和加厚钢管v管路附件也用公称直径表示，意管路附件也用公称直径表示，意义同义同　　无缝钢管的公称尺寸：无缝钢管的公称尺寸：分热轧管和冷拔管分热轧管和冷拔管无缝钢管不用公称直径而是以外径乘无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度表示为公称外径与公称厚度厚度表示为公称外径与公称厚度 在管道工程中，管径超过在管道工程中，管径超过57mm57mm时，常时，常采用热轧管管径在采用热轧管管径在57mm57mm以内常选以内常选用冷拔管用冷拔管 冷拔管的最大外径为冷拔管的最大外径为200mm200mm；；热轧管的最大外径为热轧管的最大外径为630mm630mm。

3. 3. 容器零部件的公称直容器零部件的公称直径径 Ø法兰、支座等公称直径是相配的筒法兰、支座等公称直径是相配的筒体、封头的公称直径体、封头的公称直径DNDN20002000法兰，法兰，DNDN20002000鞍座鞍座Ø还有一些零部件的公称直径是与它还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径相配的管子公称直径DNDN200200管法兰管法兰Ø另有一些容器零部件公称直径是指另有一些容器零部件公称直径是指结构中某一重要尺寸，结构中某一重要尺寸，DNDN80(80(DgDg80)80)视镜是指窥视孔的直径为视镜是指窥视孔的直径为80mm80mm㈡㈡ 公称压力公称压力工作压力不同，相同公称直径的压力容器其工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒体及其零部件的尺寸也不同筒体及其零部件的尺寸也不同将承受的压力范围分为若干个标准压力等级，将承受的压力范围分为若干个标准压力等级，即公称压力即公称压力表表4-74-7压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰与管法兰的公称压力压力容器法兰0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4管法兰0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 5.0 10 15 25v设计时如果选用标准零部件，必设计时如果选用标准零部件，必须将操作温度下的最高操作压力须将操作温度下的最高操作压力( (或设计压力或设计压力) )调整为所规定的某调整为所规定的某一公称压力等级一公称压力等级( (调整方法见第调整方法见第五节五节) )，然后根据，然后根据DNDN与与PNPN选定该选定该零部件的尺寸。

零部件的尺寸v如果零件不选用标准零部件，而如果零件不选用标准零部件，而是自行设计，设计压力就不必符是自行设计，设计压力就不必符合规定的公称压力合规定的公称压力四、压力容器的标准简介四、压力容器的标准简介　　压力容器标准是全面总结压　　压力容器标准是全面总结压力容器生产、设计、安全等方面力容器生产、设计、安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而的经验，不断纳入新科技成果而产生的它是压力容器设计、制产生的它是压力容器设计、制造、验收等必须遵循的准则压造、验收等必须遵循的准则压力容器标准涉及设计方法、选材力容器标准涉及设计方法、选材及制造、检验方法等及制造、检验方法等㈠㈠ 国内标准国内标准v19891989我国压力容器标准化技术委员会制我国压力容器标准化技术委员会制订了订了GB150-89GB150-89《《钢制压力容器钢制压力容器》》v19981998年修订成年修订成GB150-1998GB150-1998，，使标准更加使标准更加完善vGB150GB150《《钢制压力容器钢制压力容器》》内容包括：内容包括：ü压力容器板壳元件计算压力容器板壳元件计算ü容器结构要素的确定容器结构要素的确定ü密封设计密封设计ü超压泄放装置的设置超压泄放装置的设置ü容器的制造与验收的要求等容器的制造与验收的要求等㈡㈡ 国外主要规范国外主要规范国外的规范主要有四个：国外的规范主要有四个：ü美国美国ASMEASME规范，规范，ü英国压力容器规范（英国压力容器规范（BSBS），），ü日本国家标准（日本国家标准（JISJIS），），ü德国压力容器规范（德国压力容器规范（ADAD）。

1 1．美国．美国ASMEASME规范规范v美国机械工程师协会（美国机械工程师协会（ASMEASME））制定制定的的《《锅炉及压力容器规范锅炉及压力容器规范》》美国国家标准家标准v该规范规模庞大、内容完善，仅依该规范规模庞大、内容完善，仅依靠其本身即可完成选材、设计、制造、靠其本身即可完成选材、设计、制造、检验、试验、安装及运行等全部工作检验、试验、安装及运行等全部工作环节1 1．美国．美国ASMEASME规范规范v与压力容器密切相关有：与压力容器密切相关有： 第第ⅡⅡ卷卷 材料技术条件、第材料技术条件、第ⅤⅤ卷卷 无损检验、无损检验、第第ⅧⅧ卷卷 压力容器及第压力容器及第ⅨⅨ卷卷 焊接及钎焊接及钎焊评定 v每年增补一次，每三年出一新版，每年增补一次，每三年出一新版，技术先进，修订及时，能迅速反映世技术先进，修订及时，能迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就，为界压力容器科技发展的最新成就，为世界上影响最大的一部规范世界上影响最大的一部规范 2 2．英国压力容器规范．英国压力容器规范（（BSBS））vBS 5500BS 5500《《非直接火熔焊压力容器非直接火熔焊压力容器》》是由英国标准协会（是由英国标准协会（BSIBSI））负责制定。

负责制定v由两部规范合并而成：由两部规范合并而成：ü一部相当于一部相当于ASMEASME第第ⅧⅧ卷第一册的卷第一册的BS BS 15001500《《一般用途的熔融焊压力容器标一般用途的熔融焊压力容器标准准》》，，ü另一部是近似于德国另一部是近似于德国ADAD规范的规范的BS BS 15151515《《化工及石油工业中应用的熔融化工及石油工业中应用的熔融焊压力容器标准焊压力容器标准》》 　　3. 3. 日本国家标准日本国家标准（（JISJIS）） 于于8080年代初制定了两部基础标准，年代初制定了两部基础标准，ü一部是参照一部是参照ASMEASME第第ⅧⅧ卷第卷第1 1册制定的册制定的JIS B 8243JIS B 8243《《压力容器的构造压力容器的构造》》，，ü另一部是参照另一部是参照ASMEASME第第ⅧⅧ卷第卷第2 2册制定册制定的的JIS B8250JIS B8250《《特定压力容器的构造特定压力容器的构造》》 此外，还有与压力容器相关的标准此外，还有与压力容器相关的标准JIS JIS B 8240B 8240《《冷冻压力容器冷冻压力容器》》、、JIS JIS B8241B8241《《无缝钢制气瓶无缝钢制气瓶》》及及JIS JIS B8242B8242《《圆筒形液化石油气贮罐（卧式）圆筒形液化石油气贮罐（卧式）构造构造》》等。

等4. 4. 德国压力容器规范德国压力容器规范（（ADAD））ADAD压力容器规范是由七个部门编制的：压力容器规范是由七个部门编制的：Ø职工联合会、职工联合会、Ø锅炉压力容器管道联合会、锅炉压力容器管道联合会、Ø化学工业联合会、化学工业联合会、Ø冶金联合会、冶金联合会、Ø机械制造者协会、机械制造者协会、Ø大锅炉企业主技术协会及技术监督大锅炉企业主技术协会及技术监督会联合会（会联合会（VDTUVVDTUV）vADAD规范在技术上有许多独特的观点，规范在技术上有许多独特的观点，它在世界上也是具有广泛影响的规范它在世界上也是具有广泛影响的规范vADAD规范与规范与ASMEASME规范相比，特点：规范相比，特点：① ① ADAD规范只对材料屈服极限取安全系规范只对材料屈服极限取安全系数，且取数较小因此产品厚度薄、重数，且取数较小因此产品厚度薄、重量轻；量轻；② ② ADAD规范允许用较高强度级别钢材；规范允许用较高强度级别钢材； ③ ③ 在制造要求方面，在制造要求方面，ADAD规范没有规范没有ASMEASME详尽，这样可使制造厂具有较大的灵活详尽，这样可使制造厂具有较大的灵活性，易于发挥各厂的技术特长和创新。

性，易于发挥各厂的技术特长和创新思考题思考题 ：：1.1.压力容器按照压力、温度、监压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎样分类的？察管理各是怎样分类的？2.2.钢板卷制的筒体和成型封头的钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是哪个直径？无缝公称直径指的是哪个直径？无缝钢管制作筒体时，公称直径指的钢管制作筒体时，公称直径指的是哪个直径？是哪个直径？3.3.判断容器属几类？判断容器属几类？。