压力容器基础知识和设计.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth Level,Fifth Level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth Level,Fifth Level,Click to edit Master title style,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,压力容器基础知识和设计,压力容器基础知识和设计压力容器基础知识和设计涉及压力容器设计的基本法规和标准,特种设备安全监察条例，国务院令549号，2009.1,固定式压力容器安全技术监察规程，国家质监总局，2010.12第二版，2010.12.1施行,TSGR10012008 压力容器压力管道设计许可规则，2008.1.8,GB150.1150.42011压力容器2012.3.1,JB4732钢制压力容器分析设计标准,NB/T 47003.12009钢制焊接常压容器,GB151-1999管壳式换热器,涉及压力容器设计的基本法规和标准,特种设备安全监察条例,，国务院令,549,号，,2009.1,固定式压力容器安全技术监察规程,，国家质监总局，,2010.12,第二版，,2010.12.1,施行,TSGR10012008,压力容器压力管道设计许可规则,，,2008.1.8,GB150.1,150.42011,压力容器,2012.3.1,JB4732,钢制压力容器,分析设计标准,NB/T 47003.12009,钢制焊接常压容器,GB151-1999,管壳式换热器,5.1,压力容器基础知识,一、压力容器的定义,压力作用下盛装流体介质的密闭容器,尺寸容积形状，压力和温度条件，介质，制造材料,GB150.1,150.42011,压力容器,2012.3.1,实施，,总则：适用设计压力：钢制容器不大于,35MPa,；其他材料制容器按相应引用标准确定。不适用：设计压力低于,0.1MPa,且真空度低于,0.02MPa,的容器,（常压）,。,固定式压力容器：,固定式压力容器是指安装在固定位置使用的压力容器（以下简称压力容器）。,对于为了某一特定用途、仅在装置或者场区内部搬动、使用的压力容器，以及移动式空气压缩机的储气罐按照固定式压力容器进行监督理。,固容规,：同时具备下列条件的压力容器（,适用范围,）：,(1),最高,工作压力,大于或者等于,0.1MPa,；,(2),工作压力,与容积的乘积大于或者等于,2.5MPaL,；,(3),盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。,其中，超高压容器应当符合,超高压容器安全技术监察规程,的规定，非金属压力容器应当符合,非金属压力容器安全技术监察规程,的规定，简单压力容器应当符合,简单压力容器安全技术监察规程,的规定。,只需要满足固容规总则、设计、制造要求的压力容器：,容规适用范围内，容积大于或者等于,25L,的下列压力容器，只需要满足第,1,、,3,、,4,章的规定：,(1),简单压力容器安全技术监察规程,不适用的移动式空气压缩机的储气罐；,(2),深冷装置中非独立的压力容器、直燃型吸收式制冷装置中的压力容器、铝制板翅式热交换器、空分装置中冷箱内的压力容器；,(3),无壳体的套管热交换器、螺旋板热交换器、钎焊板式热交换器；,(4),水力自动补气气压给水（无塔上水）装置中的气压罐，消防装置中的气体或者气压给水（泡沫）压力罐；,(5),水处理设备中的离子交换或者过滤用压力容器、热水锅炉用膨胀水箱；,(6),电力行业专用的全封闭式组合电器（如电容压力容器）；,(7),橡胶行业使用的轮胎硫化机以及承压的橡胶模具；,(8),机器设备上附属的蓄能器。,固容规适用范围的特殊规定,只需要满足固容规总则、设计和制造许可要求的压力容器：,容积大于,1L,并且小于,25L,，或者内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，例如矩形为对角线，椭圆为长轴）小于,150mm,的压力容器，只需要满足本规程总则和,3.1,、,4.1.1,的规定，其设计、制造按照相应产品标准的要求。,只需满足固容规总则和制造许可要求的压力容器：,容积小于或者等于,1 L,的压力容器，只需要满足总则和,4.1.1,的规定，其设计、制造按相应产品标准的要求。,不适用范围 固容规不适用于下列压力容器：,(1),移动式压力容器、气瓶、氧舱；,(2),锅炉安全技术监察规程适用范围内的余热锅炉；,(3),正常运行工作压力小于,0.1MPa,的容器（包括在进料或者出料过程中需要瞬时承受压力大于或者等于,0.1MPa,的容器）；,(4),旋转或者往复运动的机械设备中自成整体或者作为部件的受压器室（如泵壳,压缩机外壳,涡轮机外壳,液压缸等）；,(5),可拆卸垫片式板式热交换器（包括半焊式板式热交换器）、空冷式热交换器、冷却排管。,特种设备安全监察条例,（国务院令,549,号，,2009.1,修订）：,特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的,锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道,、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场（厂）内机动车辆。,(,承压设备,3,类、机电类,5,类）,压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备；其范围规定为：,（,1,）最高工作压力大于或者等于,0.1MPa,（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于,2.5MPaL,的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；,（,2,）盛装公称工作压力大于或者等于,0.2MPa,（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于,1.0MPaL,的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于,60,液体的气瓶；,（,3,）氧舱。,压力容器范围的界定,固容规,明确规定了压力容器的范围，包括,压力容器本体和安全附件,。,压力容器的本体界定在下述范围内：,(1),压力容器与外部管道或者装置,焊接,连接的第一道环向接头的坡口面、,螺纹,连接的第一个螺纹接头端面、,法兰,连接的第一个法兰密封面、,专用连接件或者管件连接,的第一个密封面；,(2),压力容器开孔部分,（接管、人孔、手孔等）,的承压盖,（封头、平盖）,及其紧固件；,(3),非受压元件与压力容器的连接焊缝。,（,GB150,：非受压元件与受压元件的连接焊缝；还包括了：,直接连接在容器上的非受压元件如支座、裙座等；,容器的超压泄放装置,（本条比固容规安全附件范围窄）,受压元件：容器中直接承受压力载荷（包括内压和外压）的零部件。,压力容器本体中的主要受压元件,，包括壳体、封头（端盖）、膨胀节、设备法兰，球罐的球壳板，换热器的管板和换热管，,M36,以上（含,M36,）的设备主螺柱以及公称直径大于或者等于,250mm,的接管和管法兰。,非受压元件：为满足使用要求而与受压元件直接焊接成为整体，不承受压力载荷（只承受重力载荷）的零部件，如支座、吊耳、垫板等。,安全附件,压力容器的,安全附件,，包括直接连接在压力容器上的安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全联锁装置、压力表、液位计、测温仪表等。,二、压力容器的分类,按材质：钢制压力容器、铝制焊接容器（,JB/T4734),、钛制焊接容器（,JB/T4745),、铜制焊接容器（,JB/T4755),、镍及镍合金焊接容器（,JB/T4756),、锆制压力容器（,NB/T47011),按制造方法：板焊、锻焊、铸造、包扎式、绕带式容器等,按承压方式：内压容器、外压容器,按壁厚（,k=Do/Di),：薄壁（,k,1.2,）、厚壁（,k,1.2,）,根据设计压力,p,等级：低压,(L):0.1MPap1.6MPa,，中压,(M):1.6MPap10MPa,，高压,(H):10MPap100MPa,，超高压,(U):p100MPa,。,根据生产过程作用原理：反应压力容器（,R,），,用于完成介质的物理、化学反应。,换热压力容器（,E,），,用于完成介质的热量交换。,分离压力容器（,S,），,用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。,储存压力容器（,C,，其中球罐,B,）,用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质。在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分,品种,。,按,温度,：,常温容器（设计温度（,壁温,）高于,-20,至,200,）、中温容器（,200,至材料蠕变温度）、高温容器（壁温达到材料蠕变温度：对碳素钢或低合金钢容器，温度超过,420,，合金钢超过,450,，奥氏体不锈钢超过,550,，均属高温容器；）和低温容器（设计温度低于,-20,的碳钢、低合金钢、双相不锈钢、铁素体不锈钢制容器，以及设计温度低于,-196,的奥氏体不锈钢制容器）,按形状：圆筒形、方形或矩形、球形；,固容规分类：,根据危险程度，容规适用范围内的压力容器划分为三类，以利于进行分类监督管理。,由,设计压力、容积和介质危害性,三个因素决定压力容器类别,不再考虑容器在生产过程中的作用、材料强度等级、结构形式等因素,简化分类方法,强化危险性原则,从单一理念上对压力容器进行分类监管,突出本质安全思想。根据危险程度的不同,利用设计压力和容积在不同介质分组坐标图上查取相应的类别,简单易行、科学合理、准确唯一。,1.,压力容器分类时考虑的因素,(1),设计压力,指设定的容器顶部的最高压力,与相应的设计温度一起作为设计载荷条件,其值不低于工作压力。,(2),容积,指压力容器的几何容积,即由设计图样标注的尺寸计算,(,不考虑制造公差,),并且圆整。应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。,永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。,(3),介质分组,压力容器的介质分为两组,包括气体、液化气体或者介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。,1),第一组介质,:,毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。,2),第二组介质,:,由除第一组以外的介质组成,如毒性程度为中度危害以下的化学介质,包括水蒸气、氮气等。,介质毒性危害强度和爆炸危险程度按,HG 20660,压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类,规定，没有的按,GB 5044,职业性接触毒物危害程度分级,确定。,2.,基本分类,压力容器分类应当先按照介质特性,按照以下要求选择分类图,再根据设计压力,p,(,单位,MPa),和容积,V,(,单位,L),标出坐标点,确定容器类别。,3,、同腔多种介质容器分类,一个压力腔内有多种介质时,按组别高的介质分类。,4,、介质含量极小容器分类,当某一危害性物质在介质中含量极小时,应当按其危害程度及其,含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。,5,、特殊情况分类,(1),坐标点位于图,1,或者图,2,的分类线上时,按较高的类别划分其类别。,(2)1.4,范围内特殊的压力容器统一划分为第,类压力容器。,6.,对多腔压力容器,(,换热器的管程和壳程、余热锅炉的汽包和换热室、带夹套压力容器的内筒和夹套等,),类别划分等作出了规定,:,a),对各压力腔进行类别划定时,设计压力取本压力腔的设计压力,容积取本压力腔的几何容积,;,b),按照类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别进行使用管理,;,c),按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。,压力容器设计许可级别：,（,TSGR10012008,压力容器压力管道设计许可规则,）,A1 A,级,(1)A1,级，指超高压容器、高压容器,(,注明单层、多层,),；,(2)A2,级，指第三类低、中压容器；,(3)A3,级，指球形储罐；,(4)A4,级，指非金属压力容器。,A2 C,级,(1)C 1,级，指铁路罐车；,(2)C2,级，指汽车罐车、,（或）,长管拖车；,(3)C3,级，指罐式集装箱。,A3 D,级,(1)D1,级，指第一类压力容器；,(2)D2,级，指第二类压力容器。,A4 SAD,级,指压力容器应力分析设计。,不属于,固定式压力容器安全技术监察规程,、,超高压容器安全技术监察规程,范围的压力容器，其设计单位至少应当取得压力容器,A,级、,C,级或,D,级中任一级别的许可。,三、压力容器术语（含参数）,1,、压力（,5,个压力）,（,1,）设计压力：,是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力；,（,2,）工作压力：,正常工况下，容器顶部可能达到的最高压力。,（,3,）计算压力：,是指在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱静压力等附加载荷。,（,4,）,试验压力,PT,：,耐压试验或泄漏试验时，容器顶部的压力。,（,5,）最高允许工作压力：,最高允许工作压力（,MAWP,）：在指定的相应温度下，容器顶部所能承受最高压力。,对于需安装安全泄放装置且需进行气密性试验的容器，为使安全泄放装置的整定压力高于气密性试验压力,(,一般为设计压力,),，应确定设备的最高允许工作压力,(MAWP),；,一台设备的最高允许工作压力,(MAWP),是客观存在的，在工程设计中一般可不要求得到其精确值；,当设计文件没有给出,MAWP,时，可认为设计压力为该容器的最高允许工作压力；,如在图纸上标注了设备的,MAWP,，则应以该值来确定压力试验的最低值。,MAWP,由各受压元件有效厚度，考虑了该元件承受的所有载荷计算得到的，且取最小值。,确定,MAWP,的一般方法,1),利用关于壳体,(,包括筒体和封头,),的最高允许工作压力计算公式求得该设备壳体的,p,max,；,2),以该,p,max,对设备上所有其他的受压元件进行校核；,3),如所有的校核计算结果都合格，则就取该,p,max,为设备的,MAWP,；如有一个或多个受压元件校核不合格，则应适当降低该,p,max,值后对不合格的元件重新校核，直到所有受压元件都校核合格。,2、温度（,4,个温度）,（,1,）设计温度,t,：在正常工况下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。,（,2,）工作温度：即,操作温度，是指在正常操作下容器内物料的温度，它是用以控制操作的条件之一。,（,3,）试验温度：进行耐压试验或泄漏试验时容器壳体的金属温度。（,工程中往往以试验介质温度来表示试验温度。）,（,4,）最低设计金属温度（,MDMT,）：设计时，容器在运行过程中预期的各种可能条件下各元件金属温度的最低值。,（,设计常温储存压力容器时，应当充分考虑在正常工作状态下,大气环境温度条件,对容器壳体金属温度的影响，其最低设计金属温度不得高于,历年来,月平均最低气温,（是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数）的最低值。,）,3、,壁厚（,5,个厚度）,（,1,）计算厚度,，由计算公式得到，保证容器强度，刚度和稳定的厚度,（,2,）,设计厚度,d,，,d,=+C,2,（,腐蚀裕量）,（,3,）,名义厚度,n,，,n,=,d,+C,1,（,钢材负偏差）+（圆整量）,（,4,）有效厚度,e,，,e,=,n,-C,1,-C,2,=+,（,5,）最小成形厚度,min,，受压元件成形后保证设计要求的最小厚度，,min,n,-C,1,（GB150,壳体加工成形后最小厚度是为了满足安装、运输中刚度而定；而,min,是保证正常工况下强度、刚度、寿命要求而定。）,坯,坯料厚度,坯,=,d,+C,1,+C,3,（,其中：,C,3,制造减薄量，主要考虑材料（黑色，有色）、工艺（模压，旋压；冷压，热压），所以,C,3,值一般由制造厂定。）,上述厚度之间的关系,4,、介质,（物料）：容器使用过程中的内部盛装物。,压力容器的介质由用途和生产工艺决定。关注：,（,1,）与压力温度相关的物理特性；,（,2,）对材料的腐蚀性；,（,3,）化学特性（易燃易爆性质和毒性）,5,、载荷：,使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。恒定载荷、可变载荷、偶然载荷；,液位（装量系数）,储存液化气体的压力容器应当规定设计储存量，装量系数不得大于,0.95,。,几何尺寸：容器的几何尺寸包括结构尺寸、形状尺寸、缺陷尺寸、厚度尺寸等。,四、型号表示方法,以换热设备为例：,5.2,压力容器部件知识,一、封头,(,压力容器封头,GB/T25198-2010,）,1,、压力容器常用封头的形式,根据几何形状的不同：,凸封头：球形、球冠形、椭圆形、蝶形,锥壳,平底形,封头的结构形式,椭圆形封头应保证封头的有效壁厚,e,满足一定条件，以免封头赤道区域由于承受环向压缩应力而被压瘪，对标准椭圆形封头不小于封头内直径的,0.15,。,碟形封头球面部分的半径一般不大于筒体内径，而折边内半径,r,在任何情况下均不得小于筒体内径的,10,，且应不小于,3,倍封头名义壁厚。,R,i,=0.9D,i,、,r=0.17D,i,的碟形封头为标准碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的,0.15%,。,2,、封头的特点：,（,1,）椭圆形封头,标准椭圆形封头（,a/b=2,）应力分布：,径向应力,r,为拉伸应力，封头中心最大，沿径线向封头底边逐渐减小。,周向应力,封头中心拉伸应力，并沿径线向封头底边逐渐减小，由拉伸应力变为压缩应力，至底边压应力最大。且,a/b,越大，底部压应力愈大。出于上述考虑，,GB150,规定,a/b2.6,。,所以在内压作用下，封头短轴要伸长，长轴要缩短称之为趋园现象，在曲面与直边相连部分，封头底边径向收缩，园筒径向胀大，在边界力作用下产生附加弯距（弯曲应力），封头上最大应力为薄膜应力和弯曲应力之和。,（,2,）碟形封头,应力分布,碟形封头由球面、环壳和园筒组成，应力分布与椭圆封头相似。,径向应力,r,为拉伸应力，在球面部分均匀分布，至环壳应力逐渐减小，到底边应力降至一半。,周向应力,在球面部分为均匀分布拉伸应力，环壳上为压缩应力，在连接点到底边逐渐减小，而在球面与环壳连接处最大。,碟形壳的应力与变形,碟形封头与椭圆封头形状相似，不同点是应力与变形都是不连续的，而且有两个拐点（球面与环壳、环壳与园筒）在两个边界上产生附加力矩（弯曲应力）,在内压作用下，球面外凸，环壳内缩，园筒外胀。当,r/R,越小，球面与环壳处产生应力最大；,r/R1,趋于球壳，弯距,0,；所以蝶形封头最大应力在球面与环壳过度区。,封头设计标记,封头成品标记,3,、封头的制造成形方法,（,1,）坯料制备：毛坯厚度考虑工艺减薄量，避免材料表面的机械损伤；尖锐伤痕以及材料防腐表面的局部伤痕、刻痕等缺陷应修磨，修磨范围的斜度至少为,1:3,；钢材坡口表面不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷；先拼板后成形的，拼板的对口错边量不应大于材料厚度的,10%,，且不大于,1.5mm,。,（,2,）依据封头的类型、规格、材质，可采用整板或拼板经冷冲压、热冲压、冷旋压、热旋压、冷卷、热卷等方法成形，也可分瓣成形后再组焊成封头。封头加热炉的炉内气氛应呈中性或弱氧化性，加热的火焰不宜与工件直接接触；由成形的瓣片和顶圆板拼接制成的封头，以及先拼板后成形的封头，封头上各种不相交的拼接焊缝中心线间的距离，至少应为材料厚度的,3,倍，且不小于,100mm,。,4,、封头的质量要求,（,1,）直边倾斜度：,椭圆、蝶形、平底形、锥形,(mm),(2),外圆周长或内直径公差,（部分）,（,3,）封头的圆度,封头的圆度应不大于,0.5%DN,，且不大于,25mm,；当,s/DN0.005,且,s2000mm,，,h=40mm,；直边高度公差为（,-5%10%,）,h,。,（,7,）根据制造工艺确定投料的厚度，以确保成品最小厚度,min,不小于设计要求的最小成形厚度,min,。,（,8,）无损检测符合相应级别要求。,二、支座（,JB/T4712.14712.4-2007),1,、分为鞍式、腿式、耳式、支承式四种形式,2,、鞍式支座,JB/T4712.1,（,1,）适用：双支点支承的钢制卧式容器。多支点支承的结构形式、结构尺寸亦可参照使用。,（,2,）设计条件：设计温度,200,；地震设防烈度,8,度（,类场地土）,（,3,）型式特征：分为轻型（代号,A,）和重型（代号,B,），轻型为焊制、包角,120,、有垫板；重型支座按制作方式、包角及附带垫板情况分为五种型号：焊制（,B120,有、,B150,有、,B120,无）；弯制（,B120,有、,B120,无）。分为固定式（,F,）、滑动式（,S,）两种安装形式。,（,4,）材料,（,5,）标记,（,6,）、质量要求：,3,、腿式支座,JB/T4712.2,（,1,）适用于直接安装在刚性地基上，且符合下列条件的容器：,不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器。,（,2,）型式特征：,（,3,）材料：,（,4,）标记：,（,5,）质量要求：,3,、耳式支座,JB/T4712.3,（,1,）适用：,DN,不大于,4000mm,的立式圆筒形容器。,（,2,）型式特征：,（,3,）材料：垫板材料一般与容器相同；筋板和底板材料分为,4,种：,（,4,）标记,（,5,）质量要求,4,、支承式支座,JB/T4712.4,（,1,）适用：下列条件的钢制立式容器,a)DN800mm-4000mm,；,b),圆筒长度与公称直径之比,L/DN,5,；,c),容器总高度,Ho,10,。,（,2,）型式特征：,（,3,）材料,（,4,）标记,（,5,）质量要求,三、锻件,承压设备用碳素钢和合金钢锻件,（,NB/T 470082010,）,(,设计温度不低于,-20,，,p100MPa),、,低温承压设备用低合金钢锻件,（,NB/T 470092010,）,(,设计温度低于,0,，,p100MPa,）、,承压设备用不锈钢和耐热钢锻件,（,NB/T 470102010,）（,p5,的裙座自支承塔式容器。,塔器是重要的单元操作设备，实现气（汽）,液相或液,液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。,基本要求,1.,气液两相充分接触，相际间传热面积大。,2.,生产能力大，即气液处理量大。,3.,操作稳定，操作弹性大。,4.,阻力小。,5.,结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低。,6.,耐腐蚀，不易堵塞。,下列情况优先选用,填料塔,（,结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造。气、液两相是微分接触，气、液的组成则发生连续变化,）,1,）在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有高的传质效率，故可采用新型填料以为降低高度；,2,）对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可有限选择真空操作下的填料塔；,3,）具有腐蚀性的物料，可选择填料塔；,4,）容易发泡的物料，宜选用填料塔；,下列情况优先选用,板式塔,：（板式塔是逐级接触，混合物浓度发生阶跃式变化）,1,）塔内液体持液量较大，要求塔的负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；,2,）塔内负荷较小；,3,）含固体颗粒、容易结垢、有结晶的物料；,塔设备由塔体、裙座（圆筒形、圆锥形：半顶角不宜超过,15,）、内件（塔盘、降液管、填料、填料支承装置、液体分布装置、其他附件（塔顶吊柱、梯子平台、除沫器等）组成。,计算时除压力外，还需要考虑质量载荷、风载荷、地震载荷、偏心载荷等。,板式塔的气、液相流程：,再沸器加热釜液产生气相在塔内逐级上升，上升到塔顶由塔顶冷凝器冷凝，部分凝液返回塔顶作回流液。液体在逐级下降中与上升气相进行接触传质。具体接触过程如右图所示。液体横向流过塔板，经溢流堰溢流进入降液管，液体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流至下一层塔板。塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀等，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行传质。气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级的接触传质。,3,、换热器,固定管板式、浮头式、,U,型管式、釜式重沸器、填料函式,固定管板式：,结构简单、紧凑，没有壳程的密封问题，往往管板兼做法兰。适用于：,a),管、壳程温差较大，但压力不高的场合,(,因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差；）,b),管、壳程温差不大，而压力较高的场合；,c),壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；,d),布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。,浮头式：,a),可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；,b),一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合；,c),浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施；,d),压力试验时的试压胎具复杂。,U,型管式：,填料函式：,另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板（裙）可在填料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差量。,这类结构直径不能太大，压力一般不高于,2.5 MPa,，且不能用于贵重介质及危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以有使用是因其解决温差应力的成本较低。,釜式重沸器：,釜式重沸器的管程采用,U,形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），壳程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管程的温度和压力比壳体的高，适用于：,a),管、壳程温差大的场合；,b),一般管程压力比壳程高，可采用,T,翅或表面多孔强化传热管；,c),塔底空间较小的场合；,d),汽化率较高的场合,(3080%),；,e),重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合；,f),用作蒸汽发生器，对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。,4,、球罐：,GB12337-1998,钢制球形储罐,球壳板最小宽度不小于,500mm,分类：,a.,桔瓣式；,b.,混合式。支撑方式：支柱式支座。,罐体作用：储罐主体，储存物料、承受物料工作压力和液柱静压力。,按其组合方式分：桔瓣式（三带,七带）（公称容积,501000,立方米）、混合式（三带,五带）（公称容积,100010000,立方米）。,组合方式,壳片分割成型,形 式,优 点,缺 点,应用,桔,瓣,式,球壳全部按桔瓣片形状进行分割成型后再组合。,球壳拼装焊缝较规则，施焊组装容易，实施自动焊；便于布置支座，焊接接头受力均匀，质量较可靠。,球瓣在不同带位置尺寸大小不一，互换有限；下料成型复杂，板材利用率低；球极板尺寸往往较小，人孔、接管等容易拥挤，有时焊缝不易错开。,适用于各种容量的球罐。,混,合,式,材料利用率高赤道带和温带,桔瓣式；极板,足球瓣式。,焊缝长度缩短，壳板数量少，极板尺寸大，易布置人孔及接管避免球罐支座与球壳板焊接接头搭在一起，球壳应力分布均匀。,5,、夹套容器,搅拌容器作用,:,为物料反应提供合适的空间,.,结构,:,装料系数,:,一般取,0.6 0.85,如物料在反应过程中呈泡沫或沸腾状态取,0.6 0.7,如物料在反应过程中比较平稳取,0.8 0.85,容积,卧式搅拌容器,:,筒体和左右两封头容积之和,直立式搅拌容器,:,筒体和下封头两部分容积之和,种类,罐内物料类型,高径比,一般搅拌罐,液,-,固相、液液相,1,1.3,气液相,1,2,聚合釜,悬浮液、乳化液,2.08,3.85,发酵罐类,发酵液,1.7,2.5,高径比：,各种碳钢夹套的适用温度和压力范围,夹套型式,最高温度,/,最高压力,/MPa,整体夹套,U,型,圆筒型,350,300,0.6,1.6,型钢夹套,200,2.5,蜂窝夹套 短管支撑式,折边锥体式,200,250,2.5,4.0,半圆管夹套,350,6.4,6,、真空绝热：,GB/T 18442.1,6-2011,固定式真空绝热深冷压力容器,内容器,（材质一般为奥氏体不锈钢）,设计用于盛装深冷液体，一般包括：筒体、封头、工艺人孔（非必备）、深冷容器允许不设置检查孔及人孔、工艺吊耳、抗外压加强环、抗支承反力的局部加强环或板、上进液喷淋头、下进液分布或搅拌器（一般仅,LNG,需要）、溢流管咀、差压液位计引管特殊管咀、出液防涡器等管系内件、引管穿壁接头（凸缘）；,外壳,（材质一般为碳素钢或低合金钢）用于密封维持真空绝热层真空，一般包括：筒体、封头、抗外压加强环、抗支承反力的局部加强环或板、引管穿壁接头、防爆装置座、吊耳、支座；,真空绝热夹层,管路系统,阀门、附件、仪表,高真空多层绝热罐,立式粉末真空绝热罐,7,、快开门容器：,（,1,）承受交变载荷；,（,2,）设置安全联锁装置（关闭才能升压、压力完全释放才能打开）；,5.4,压力容器设计,一、压力容器性能基本要求,（,1,）安全可靠：材料的强度高、韧性好；材料与介质相容；结构有足够的刚度和抗失稳能力；密封性能好。,1,）强度 是过程设备在载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力。例如，气体储罐不应爆炸，搅拌轴不可扭断。过程设备设计时，一般根据不同的强度破坏方式，将应力或与应力有关的参量限制在许用值以内，以满足强度要求。,2,）刚度 是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力。刚度不足是过程设备过度变形、失稳和泄漏的主要原因之一。例如，螺栓、法兰和垫片组成的连接结构，若法兰因刚度不足而发生过度变形，将导致密封失效而泄漏；在真空下工作和承受外压的过程设备，若壳体刚度不够，将引起失稳破坏。因此，过程设备应有足够的刚度。,3,）韧性 是指材料断裂前吸收变形能量的能力。由于原材料、制造（特别是焊接）和使用（如疲劳、应力腐蚀）等方面的原因，设备常带有各种各样的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣等。研究表明，并不是所有缺陷都会危及过程设备的安全运行，只有当缺陷尺寸达到某一临界尺寸时，才会发生快速扩展而导致过程设备破坏。（,考虑强度与韧性的匹配，环境的影响,）,4,）密封性 密封性是指过程设备防止介质泄漏的能力。如管壳式换热器中管程介质通过管板泄漏至壳程。这种泄漏轻者会引起产品污染，重者会引起爆炸事故。或介质通过可拆接头泄漏到周围环境中，或空气漏入过程设备内。密封是设备安全操作的必要条件。,（,2,）满足过程要求：功能要求；寿命要求。,（,3,）综合经济好：生产效率高、消耗系数低；结构合理、制造简便；易于运输和安装。,（,4,）易于操作、维护和控制：操作简单；可维护性和可修理性好；便于控制。,（,5,）优良的环境性能。,二、安全技术规范对压力容器设计方面的安全基本要求,固定式压力容器安全技术监察规程,（,TSG R00042009,）、,非金属压力容器安全技术监察规程,（,TSG R00012004,）、,简单压力容器安全技术监察规程,（,TSG R00032007,）,1,、设计单位许可资格与责任,(1),设计单位应当对设计质量负责，压力容器设计单位的许可资格、设计类别、品种和级别范围应当符合,压力容器压力管道设计许可规则,的规定；,(2),总体采用规则设计标准，局部参照分析设计标准进行压力容器受压元件分析计算的单位，可以不取得应力分析设计许可项目资格；,压力容器总体采用规则设计标准，对某些局部或结构可以采用应力分析方法进行强度校核，但校核所取材料许用应力应当是规则设计标准中规定的材料许用应力；其设计、制造仍按规则设计制造标准进行。对这种情况，该容器的设计单位或者进行强度校核的单位不需要取得应力分析设计许可项目资格。,(3),压力容器的设计应当符合容规的基本安全要求。对于采用国际标准或者境外标准设计的压力容器，进行设计的单位应当提供设计文件与容规基本安全要求的符合性申明；,(4),压力容器的设计单位应当向,设计委托方,提供完整的设计文件。,压力容器设计单位每年第,1,季度内应向,许可实施机关,报送上年度综合报告，并且抄报相应的,鉴定评审机构,。,设计单位对设计文件的质量负责。设计单位在设计产品,(,系统,),时，应当满足国家有关安全技术规范、标准的要求，并且还应当充分考虑产品能源利用和系统节能，提高能源利用率。,压力容器,A,级、,C,级和,SAD,级由国家质检总局负责受理和审批；,D,级设计单位由省级质量技术监督部门负责受理和审批。,压力容器相关设计人员、审批人员的资格有效期为,4,年。,设计许可印章：,(1),压力容器的,设计总图,上，必须加盖特种设备（压力容器）设计许可印章（复印章无效），设计许可印章失效的设计图样和已加盖竣工图章的图样不得用于制造压力容器；,(2),压力容器设计许可印章中的设计单位名称必须与所加盖的设计图样中的设计单位名称一致。,设计条件：,压力容器的设计委托方应当以正式书面形式向设计单位提出压力容器设计条件。,设计条件至少包含以下内容：,(1),容器设计所依据的主要标准和规范；,（,GB150.1,）,(2),操作参数（包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷等）；,(3),压力容器使用地及其自然条件（包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等）；,(4),介质组分与特性；,(5),预期使用年限；,(,设计者应当与委托方进行协商，根据压力容器使用工况、选材、安全性和经济性合理确定压力容器的设计使用年限（也称设计寿命）,),(6),几何参数和管口方位；,(7),设计需要的其他必要条件。,（一般指选材要求、防腐蚀要求、表面处理、特殊试验、安装运输要求等。）,设计文件：,压力容器的设计单位，应当向设计委托方提供,完整的设计文件：,（,1,）压力容器的设计文件包括强度计算书或应力分析报告、设计图样、制造技术条件、风险评估报告（适用于第,类压力容器），必要时还应当包括安装与使用维修说明。,(2),装设安全阀、爆破片装置的压力容器，设计文件还应当包括压力容器安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积的计算书；无法计算时，应当会同设计委托单位或者使用单位，协商选用超压泄放装置。,设计总图：,1,、总图的审批,设计总图应当按照有关安全技术规范的要求履行审批手续。,对于第,类压力容器，应当有压力容器设计单位技术负责人或者,其授权人的批准签字。,2,、总图的主要内容,压力容器的设计总图上，至少应当注明以下内容,（,14,项）,：,(1),压力容器名称、类别，设计、制造所依据的主要法规、标准；,(2),工作条件，包括工作压力、工作温度、介质毒性和爆炸危害程度等；,(3),设计条件，包括设计温度、设计载荷（包含压力在内的所有应当考虑的载荷）、介质（组分）、腐蚀裕量、焊接接头系数、自然条件等，对储存液化气体的储罐应当注明装量系数，对有应力腐蚀倾向的储存容器应当注明腐蚀介质的限定含量；,(4),主要受压元件材料牌号与标准；,(5),主要特性参数（如压力容器容积、换热器换热面积与程数等）；,(6),压力容器设计使用年限（疲劳容器标明循环次数）；,(7),特殊制造要求；,(8),热处理要求；,(9),无损检测要求；,(10),耐压试验和泄漏试验要求；,(11),预防腐蚀的要求；,(12),安全附件的规格和订购特殊要求（工艺系统已考虑的除外）；,(13),压力容器铭牌的位置；,(14),包装、运输、现场组焊和安装要求。,3,、特殊要求,下列情况对设计总图的特殊要求：,(1),多腔压力容器分别注明多腔的试验压力，有特殊要求时注明共用元件两侧允许的压力差值，以及试验步骤和试验要求；,(2),装有触媒的压力容器和装有充填物的压力容器，注明使用过程中定期检验的技术要求；,(3),由于结构原因不能进行内部检验的压力容器，注明计算厚度、使用中定期检验的要求；,(4),不能进行耐压试验的压力容器，注明计算厚度和制造与使用的特殊要求；,(5),有隔热衬里的压力容器，注明防止受压元件超温的技术措施；,(6),要求保温或者保冷的压力容器，提出保温或者保冷措施。,设计方法：,压力容器的设计可以采用规则设计方法或者分析设计方法。必要时也可以采用试验方法或者可对比的经验设计方法，但是应当按照容规,1.9,的规定通过技术