化工设备设计基础 第6章 化工设备设计概述.ppt

第六章第六章 化工设备设计概述化工设备设计概述一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类四、容器机械设计的基本要求四、容器机械设计的基本要求二、容器零部件的标准化二、容器零部件的标准化三、压力容器的安全监察三、压力容器的安全监察一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类图图6-1 压力容器的总体结构压力容器的总体结构1法兰；法兰；2支座；支座；3封头拼接焊缝；封头拼接焊缝；4封头；封头；5环焊缝；环焊缝；6补强圈；补强圈；7人孔；人孔；8纵焊缝；纵焊缝；9筒体；筒体；10压力表；压力表；11安全阀；安全阀；12液面计液面计一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类1.按容器的作用原理按容器的作用原理 反应设备反应设备 主要是用来完成介质的物理、化学反应的设备。如：反应器、发生主要是用来完成介质的物理、化学反应的设备。如：反应器、发生器、反应釜、聚合釜、高压釜、分解塔、合成塔、变换炉等。器、反应釜、聚合釜、高压釜、分解塔、合成塔、变换炉等。换热设备换热设备主要是用来完成介质的热量交换的设备。如：热交换器、加热器、冷主要是用来完成介质的热量交换的设备。如：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、废热锅炉等。却器、冷凝器、蒸发器、废热锅炉等。分离设备分离设备主要是用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等的设备。如：主要是用来完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等的设备。如：分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔等。分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔等。贮运设备贮运设备主要是用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等。如：主要是用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气体等。如：各种贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。各种贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类2.按容器形状分类按容器形状分类 方形和矩形容器方形和矩形容器由平板焊成，制造简单，但承压能力差，只用作小型常压由平板焊成，制造简单，但承压能力差，只用作小型常压贮槽。贮槽。球形客器球形客器由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不便和制造稍难，一般多用作贮罐。便和制造稍难，一般多用作贮罐。圆筒形容器圆筒形容器由圆柱形简体和各种回转形成型封头由圆柱形简体和各种回转形成型封头(半球形、椭球形、半球形、椭球形、碟形、圆锥形碟形、圆锥形)或平板封头所组成。作为容器主体的圆柱或平板封头所组成。作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，因此这类容器应用最广。因此这类容器应用最广。3.按承压性质和能力分类按承压性质和能力分类 一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类4.按壁温分类按壁温分类 常温容器常温容器指壁温高于指壁温高于-20至至200条件下工作的容器；条件下工作的容器；高温容器高温容器指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳家钢或低合指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳家钢或低合金钢容器，温度超过金钢容器，温度超过420，合金钢（如，合金钢（如Cr-Mo钢）超过钢）超过450，奥氏体不锈钢超过，奥氏体不锈钢超过550，均属高温容器；，均属高温容器；中温容器中温容器指壁温在常温和高温之间的容器；指壁温在常温和高温之间的容器；低温容器低温容器指壁温低于指壁温低于-20条件下工作的容器。其中低于条件下工作的容器。其中低于-20至至 -40者为浅冷容器，低于者为浅冷容器，低于-40者为深冷容器。者为深冷容器。一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类5.按结构材料分类按结构材料分类金属容器：金属容器：目前应用最多的是低碳钢和普通低合目前应用最多的是低碳钢和普通低合金钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的金钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的场合，使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钴场合，使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钴等制的容器，在深冷操作中，可用铜或铜合金。等制的容器，在深冷操作中，可用铜或铜合金。而承压不大的塔节或容器，可用铸铁。而承压不大的塔节或容器，可用铸铁。非金属材料非金属材料既可作容器的衬里，又可作独立的构既可作容器的衬里，又可作独立的构件。常用的有硬聚氯乙烯、玻璃。钢、不透性石件。常用的有硬聚氯乙烯、玻璃。钢、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷以及砖、板、花岗岩、墨、化工搪瓷、化工陶瓷以及砖、板、花岗岩、橡胶衬里等。橡胶衬里等。一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类6.按综合安全管理分类按综合安全管理分类压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程-99版，根据容器版，根据容器压力的高低、介质的危害程度以及压力的高低、介质的危害程度以及在使用中的重要性在使用中的重要性，将压力容器分为以下三类：，将压力容器分为以下三类：A.三类容器三类容器。符合下列情况之一者为三类容器：。符合下列情况之一者为三类容器：(1)高压容器；高压容器；(2)中压容器中压容器(毒性程度为极度和高度危害介质毒性程度为极度和高度危害介质)；(3)中压贮存容器中压贮存容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积pV 10MPam3)；(4)中压反应容器中压反应容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV 0.5MPam3)；(5)低压容器低压容器(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 0.2MPam3)；(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)使用强度级别较高使用强度级别较高(抗拉强度规定值下限抗拉强度规定值下限540MPa)的材料制造的压力容器；的材料制造的压力容器；(9)移动式压力容器，包括铁路罐车（气体、低温液体或永久气体运输车）和罐移动式压力容器，包括铁路罐车（气体、低温液体或永久气体运输车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）；式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）；(10)球形贮罐球形贮罐(容积容积V 50m3)；(11)低温液体贮存容器低温液体贮存容器(V 5m3)。一、容器的结构与分类一、容器的结构与分类6.按综合安全管理分类按综合安全管理分类 B.二类容器二类容器。符合下列情况之一且不在第符合下列情况之一且不在第1款之内者为二类款之内者为二类容器：容器：(1)中压容器；中压容器；(2)低压容器低压容器(毒性程度为极度和高度危害介质毒性程度为极度和高度危害介质)；(3)低压反应容器和低压贮存容器低压反应容器和低压贮存容器(易燃介质或毒性程度为易燃介质或毒性程度为中度危害介质中度危害介质)；(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。C.一类容器一类容器。低压容器且不在第低压容器且不在第1、第、第2款之内者。款之内者。注：化学介质毒性程度和易燃介质的划分可参照有关规定。注：化学介质毒性程度和易燃介质的划分可参照有关规定。二、容器零部件的标准化二、容器零部件的标准化1.标准化的意义标准化的意义 就广义而言，从产品的就广义而言，从产品的设计、制造、检验和维修设计、制造、检验和维修等许多方等许多方面来看，标准化是组织现代化生产的重要手段之一。面来看，标准化是组织现代化生产的重要手段之一。实现标准化，有利于成批生产，缩短生产周期、提高产品实现标准化，有利于成批生产，缩短生产周期、提高产品质量，降低成本，从而提高产品的竞争能力。标准化为组质量，降低成本，从而提高产品的竞争能力。标准化为组织专业化生产提供了有利条件。织专业化生产提供了有利条件。有利于合理地利用国家资源，节省原材料，能够有效地保有利于合理地利用国家资源，节省原材料，能够有效地保障人民的安全与健康；采用国际性的标准化，可以消除贸障人民的安全与健康；采用国际性的标准化，可以消除贸易障碍提高竞争能力，实现标准化可以增加零部件的互换易障碍提高竞争能力，实现标准化可以增加零部件的互换性。性。有利于设计、制造、安装和检修，提高劳动生产率。有利于设计、制造、安装和检修，提高劳动生产率。我国有关部门已经制定了一系列容器零部件的标准。我国有关部门已经制定了一系列容器零部件的标准。例如例如封头、法兰、支座、人孔、手孔和视镜封头、法兰、支座、人孔、手孔和视镜等。等。二、容器零部件的标准化二、容器零部件的标准化2.容器零部件标准化的基本参数容器零部件标准化的基本参数容器零部件标准化的基本参数是容器零部件标准化的基本参数是公称直径公称直径DN和和公称压力公称压力PN。公称直径公称直径钢板卷制的筒体和成形封头钢板卷制的筒体和成形封头来说，公称直径是指它们的来说，公称直径是指它们的内径内径；无缝钢管做容器筒体时无缝钢管做容器筒体时公称直径是指无缝钢管的公称直径是指无缝钢管的外径外径。管子的公称直径管子的公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是小于管子外径的一个既不是它的内径，也不是外径，而是小于管子外径的一个数值。只要管子的公称直径一定，外径也就确定了。而管子的内径则根据数值。只要管子的公称直径一定，外径也就确定了。而管子的内径则根据壁厚的不同有多种尺寸，它们大都接近于管子的公称直径。壁厚的不同有多种尺寸，它们大都接近于管子的公称直径。【补充补充】对于法兰来说，它的公称直径是指与它相配的筒体或管子的公称对于法兰来说，它的公称直径是指与它相配的筒体或管子的公称直径。例如，公称直径为直径。例如，公称直径为200mm的管法兰，指的是联接公称直径为的管法兰，指的是联接公称直径为200mm管管子用的管法兰。公称直径是子用的管法兰。公称直径是1000mm的压力容器法兰，指的是公称直径为的压力容器法兰，指的是公称直径为1000mm容器筒体和封头用的法兰。容器筒体和封头用的法兰。公称压力公称压力容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力，以PNPN表示，单位表示，单位MPaMPa。二、容器零部件的标准化二、容器零部件的标准化300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)2400 2500 2600 28003000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 45004600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000卷制压力容器公称直径系列卷制压力容器公称直径系列159219273325377426无缝钢管做筒体的公称直径系列无缝钢管做筒体的公称直径系列三、压力容器的安全监察三、压力容器的安全监察1.安全监察的必要性安全监察的必要性应用广泛、特殊、事故率高、危害性大，一旦发生破坏会导致爆炸、应用广泛、特殊、事故率高、危害性大，一旦发生破坏会导致爆炸、介质泄漏等灾难性事故，因此必须纳为介质泄漏等灾难性事故，因此必须纳为特种设备特种设备进行管理。进行管理。2.压力容器相关的法规和标准压力容器相关的法规和标准法规性规定：具有强制性法规性规定：具有强制性特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例2003年年锅炉、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、大型游乐设施乐设施压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程1999最高工作压力最高工作压力PW0.1MPa（表压，不包括液柱静压力）（表压，不包括液柱静压力）内直径（非圆形截面则指断面最大尺寸）内直径（非圆形截面则指断面最大尺寸）Di 150mm，且容积，且容积V 0.025m3介质为气体、液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体介质为气体、液化气体或最高工作温度高于标准沸点的液体钢制压力容器钢制压力容器GB1501998技术性标准、规定技术性标准、规定材料；零部件；产品型式、参数；有关化工与石油化工单元设备的标准材料；零部件；产品型式、参数；有关化工与石油化工单元设备的标准三、压力容器的安全监察三、压力容器的安全监察3.压力容器法规、标准技术资料之间的相互关系压力容器法规、标准技术资料之间的相互关系三、容器机械设计的基本要求三、容器机械设计的基本要求1.强度强度：强度就是容器抵抗外力破坏的能力。强度就是容器抵抗外力破坏的能力。2.刚度刚度：刚度是指构件抵抗外力使其发生变形的能力。刚度是指构件抵抗外力使其发生变形的能力。3.稳定性稳定性：是指容器或构件在外力作用下维持其原有形状的：是指容器或构件在外力作用下维持其原有形状的能力。能力。4.耐久性：耐久性：化工设备的耐久性是根据所要求的使用年限来决化工设备的耐久性是根据所要求的使用年限来决定的。化工设备的设计使用年限一般为定的。化工设备的设计使用年限一般为10年年15年。年。5.密封性密封性6.节省材料和便于制造节省材料和便于制造7.方便操作和便于运输方便操作和便于运输8.技术经济指标合理技术经济指标合理化工设备的主要技术经济指标包括单位生产能力、消耗系数、设备价化工设备的主要技术经济指标包括单位生产能力、消耗系数、设备价格、管理费用和产品总成本等五项。单位生产能力是指化工设备每单格、管理费用和产品总成本等五项。单位生产能力是指化工设备每单位体积、单位重量或单位面积在单位时间内所能完成的生产任务。单位体积、单位重量或单位面积在单位时间内所能完成的生产任务。单位生产能力愈高愈好。位生产能力愈高愈好。