过程设备机械设计基础 压力容器修优秀PPT.ppt

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1、过程设备机械设计基础 压力容器修第一页，本课件共有79页1 18.2 压力容器的结构与分类一、一、压力容器的结构压力容器的结构第二页，本课件共有79页2 2典典型型反反应应器器结结构构第三页，本课件共有79页3 3二、压力容器分类二、压力容器分类1、按承压性质分MPaMPaPMPaPMPaP10010010106.16.11.0超高压/U高压/H中压/M低压/L内压容器第四页，本课件共有79页4 42、按形状分按形状分 圆筒，球形，矩形；圆筒，球形，矩形；3、按材料分按材料分 金属材料，非金属材料金属材料，非金属材料4、按壁厚分按壁厚分 薄壁容器（薄壁容器（Ro/Ri=1.2）5、按安装方式分

2、按安装方式分 固定式容器固定式容器 移动式容器移动式容器第五页，本课件共有79页5 56、按作用原理分按作用原理分 反应器（反应器（R），换热器（），换热器（E），），分离器（分离器（S），储存容器（），储存容器（C，B）分离器（分离器（S）：用于介质的流体压力平衡和气体）：用于介质的流体压力平衡和气体净化分离的压力容器，净化分离的压力容器，如过滤器，集油器，缓如过滤器，集油器，缓冲器，吸收塔，干燥塔，除氧器。冲器，吸收塔，干燥塔，除氧器。反应器（反应器（R）：完成介质物理化学反应的压力）：完成介质物理化学反应的压力容器。容器。如反应器，反应釜，分解锅，硫化罐，分解如反应器，反应釜，分解锅，硫

3、化罐，分解塔，聚合釜，高压釜，合成塔塔，聚合釜，高压釜，合成塔第六页，本课件共有79页6 6换热器（换热器（E）：用于完成介质的热量交换的压）：用于完成介质的热量交换的压力容器，力容器，如余热锅炉，热交换器，消毒罐，染如余热锅炉，热交换器，消毒罐，染色器，烘缸，预热锅，蒸汽发生器，煤气发生色器，烘缸，预热锅，蒸汽发生器，煤气发生炉的水夹套，冷凝器等炉的水夹套，冷凝器等储存容器（储存容器（C，B）：主要用于储存和盛装气）：主要用于储存和盛装气体，液体和液化气体等介质的压力容器，体，液体和液化气体等介质的压力容器，如：如：各种形式的储罐等各种形式的储罐等同一容器，多种功能时，按主要作用来划分。同一

4、容器，多种功能时，按主要作用来划分。第七页，本课件共有79页7 77、按监察规程分按监察规程分a.最高工作压力最高工作压力Pw0.1MPab.内直径内直径Di0.15m，且且V0.025m3c.盛装介质为气体、液化气体或最高工作盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。温度高于等于标准沸点的液体。监察规程的管辖范围监察规程的管辖范围压力容器安全压力容器安全技术监察规程技术监察规程第八页，本课件共有79页8 8 GB5044职业性接触毒物危害程度分级/HG20660压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类 (1)极度危害10mg/m3,氢氧化钠、丙酮等一类容器一类容器1.

5、非易燃或低毒的低压反应容器和储存容器非易燃或低毒的低压反应容器和储存容器;2.有毒和有危害的低压容器有毒和有危害的低压容器第九页，本课件共有79页9 91、一般中压容器；、一般中压容器；二类容器二类容器2、介质为易燃或毒性程度为中度危介质为易燃或毒性程度为中度危 害的低压反应容器和储存容器；害的低压反应容器和储存容器；3、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 的低压容器；的低压容器；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。第十页，本课件共有79页1010三类容器三类容器1、高压容器；高压容器；2、低压容器低压容器(毒性为极

6、度或高度危害介质，毒性为极度或高度危害介质，且且PVPV大于大于0.20.2MPamMPam3 3)；3、中压反应容器中压反应容器(易燃或易燃或毒性程度为中度危毒性程度为中度危 害介质且害介质且PV0.5MPamPV0.5MPam3 3)；4、中压储存容器中压储存容器(易燃或易燃或毒性程度为中度危毒性程度为中度危 害介质，且害介质，且PV10MPamPV10MPam3 3)；5、高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；第十一页，本课件共有79页1111三类容器三类容器(续）续）6、中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；7、球形（、球形（V=50m3)；8、移动式压力容器。移动式压

7、力容器。9、中压容器（仅限毒性程度为极度或中压容器（仅限毒性程度为极度或 高度危害介质。高度危害介质。10、使用强度级别较高的材料制造的压使用强度级别较高的材料制造的压 力容器。力容器。11、低温储存容器低温储存容器(V5m3)。第十二页，本课件共有79页1212Question:多压力腔容器如何归类管理？Heat Exchanger,Jacket Reactor第十三页，本课件共有79页13138.3典型薄壁容器应力分析1、按容器的外径、按容器的外径Do和内径和内径Di的比值的比值K 不同，可将容器分为：不同，可将容器分为：厚壁容器：厚壁容器：K1.2薄壁容器：薄壁容器：K 1.22、应力分

8、析理论、应力分析理论无力矩理论或薄膜理论无力矩理论或薄膜理论力矩理论力矩理论第十四页，本课件共有79页14141 1、受内压圆筒壳体、受内压圆筒壳体静力平衡方程：静力平衡方程：环向应力为环向应力为:环向应力环向应力周向应力周向应力一、典型壳体应力分析一、典型壳体应力分析第十五页，本课件共有79页1515静力平衡方程：静力平衡方程：经向应力为经向应力为经向应力经向应力/轴向应力轴向应力 薄壁圆筒形压力容器环向应力薄壁圆筒形压力容器环向应力为经向应力的二倍为经向应力的二倍第十六页，本课件共有79页16162、承受内压的球形壳体、承受内压的球形壳体球形壳体的厚度仅需圆筒形壳体的一半；球形容器的表面积

9、最小；所以耗材是最少的。第十七页，本课件共有79页17173、承受内压的椭球形壳体、承受内压的椭球形壳体*在顶点：在顶点：在赤道：在赤道：第十八页，本课件共有79页1818椭圆形封头的应力分布椭圆形封头的应力分布第十九页，本课件共有79页1919标准椭圆形封头 取顶点处的周向应力与赤道处的周向应力相等，得:a=2b第二十页，本课件共有79页20204、承受内压的锥形壳体*由此可见，锥形壳体由此可见，锥形壳体的周向应力是经向应力的周向应力是经向应力的两倍。的两倍。在锥顶处应力为零。在锥顶处应力为零。应力随半锥角的增大而增应力随半锥角的增大而增大。大。第二十一页，本课件共有79页2121二、边缘应

10、力及其处理二、边缘应力及其处理1.边缘应力的产生原因几何非线性载荷非线性约束非线性材料非线性第二十二页，本课件共有79页22220Q0Q00ppM0M0M0M0图图8-17 圆筒形容器的边缘效应圆筒形容器的边缘效应 第二十三页，本课件共有79页23232.边缘应力的特点局部性自限性3.工程上的处理方法危害性较小，不做特殊处理仅作局部结构调整，p161 图8-18第二十四页，本课件共有79页2424三、内压薄壁圆筒设计三、内压薄壁圆筒设计第二十五页，本课件共有79页2525几个前提不大于35MPa的内压容器的筒体和封头设计准则为弹性失效一般不考虑边缘应力，必要时以应力增强系数的形式引入设计计算。

11、依据：GB150-1999钢制压力容器三、内压薄壁圆筒设计第二十六页，本课件共有79页2626一、一、强度设计公式强度设计公式强度条件：设计公式：三、内压薄壁圆筒设计第二十七页，本课件共有79页2727强度校核条件：或第二十八页，本课件共有79页2828二、二、设计参数确定设计参数确定1、设计压力设计压力(P)通常：P(1.01.1)PW安全阀：P=(1.051.1)PW.且不低于安全阀 开启压力。爆破片：(1.151.75)PW.爆破压力制造偏差介质为液化气：TMAX时液化气饱和蒸汽压介质为液体：当液柱静压大于0.05P时，应 计入液体静压力。第二十九页，本课件共有79页2929指容器正常工

12、作时，在相应的设计压力指容器正常工作时，在相应的设计压力下，器壁金属可能达到的最高和最低温下，器壁金属可能达到的最高和最低温度（低于度（低于0)2 设计温度设计温度3 焊缝系数焊缝系数焊缝系数决定于二个因素：焊缝系数决定于二个因素：1）焊缝的结构形式）焊缝的结构形式 2）无损探伤水平）无损探伤水平第三十页，本课件共有79页3030焊接接头形式无损检测要求焊缝系数双面对接焊100%1.0局部0.85单面对接焊100%0.9局部0.8焊缝系数第三十一页，本课件共有79页31314、许用应力、许用应力影响许用应力的因素：1 使用温度2 钢板厚度 许用应力由材料的强度极限除以相应许用应力由材料的强度极

13、限除以相应 的安全系数而得。的安全系数而得。强度极限根据材料的失效类型确定强度极限根据材料的失效类型确定 安全系数则受工况、材料、制造质量安全系数则受工况、材料、制造质量 和计算方法的影响；和计算方法的影响；Question:WHY?第三十二页，本课件共有79页32325.厚度厚度(t)a.壁厚附加量壁厚附加量 CC1C2 C1：钢板负偏差钢板负偏差,表表8-9 C2：腐蚀裕量腐蚀裕量b.最小壁厚最小壁厚保证设备在运输和安装过程中的安全保证设备在运输和安装过程中的安全碳素钢和低合金钢：不小于碳素钢和低合金钢：不小于3mm。高合金钢：不小于高合金钢：不小于2mm。第三十三页，本课件共有79页33

14、33三、三、压力与气密性试验压力与气密性试验1、水压试验水压试验a.试验压力：试验压力：b.强度条件强度条件：第三十四页，本课件共有79页34341、水压试验（续）c.对试压介质的要求对试压介质的要求方便获得；价格低廉；无危险；存储方便；沸点高于试验温度；洁净，无污染，易于清除；无腐蚀性。第三十五页，本课件共有79页3535d.对试验温度的要求试验温度应该高于材料的无延性转变温度（NDT）。对于碳钢，16MnR，15MnVR等，试验温度应该大于5 ，其他低合金钢，试验温度应该大于15。板厚的影响导致试验温度的提高。第三十六页，本课件共有79页36362、气压试验、气压试验a.试验压力：试验压力

15、：b.强度条件强度条件：第三十七页，本课件共有79页3737c.常用介质常用介质干燥洁净的空气；氮气惰性气体。d.试验温度试验温度对于碳钢和低合金钢，应大于15。第三十八页，本课件共有79页38383压力试验时的应力校核液压试验时：气压试验时：薄膜应力：第三十九页，本课件共有79页39394、气密性试验气密性试验b.试验压力：试验压力：a.用处：介质毒性程度为极度或高度危害；设计上不容许有微量泄漏；第四十页，本课件共有79页4040c.其他介质：干净空气或氮气、惰性气体温度：碳钢、低合金钢等，不低于15保压：30min，升压缓慢，稳定。第四十一页，本课件共有79页41418.4 外压薄壁圆筒的

16、设计外压薄壁圆筒的设计 外压容器的定义：外压大于内压的容器外压容器的定义：外压大于内压的容器;失效的主要形式为失稳。其后果是造成容失效的主要形式为失稳。其后果是造成容 器几何形状偏离原形状。器几何形状偏离原形状。一、外压容器失稳的概念常见外压容器：减压蒸馏塔；真空冷凝器；常见外压容器：减压蒸馏塔；真空冷凝器；结晶器；带蒸汽加热夹套；结晶器；带蒸汽加热夹套；第四十二页，本课件共有79页4242长园筒长园筒第四十三页，本课件共有79页4343第四十四页，本课件共有79页4444容器失稳与压杆失稳类似，取决于：容器失稳与压杆失稳类似，取决于：1)圆筒外径与有效壁厚之比圆筒外径与有效壁厚之比 Do/t

17、e；2)圆筒长度与外径的比值圆筒长度与外径的比值 L/Do 3)材料的力学性能材料的力学性能（E，)其他：形状偏差，圆度其他：形状偏差，圆度 压杆失稳的主要因素：压杆失稳的主要因素：1）外载大小）外载大小 2）压杆柔度）压杆柔度(细长比细长比)3）材料的力学性能。）材料的力学性能。第四十五页，本课件共有79页4545临界压力的计算1.长圆筒：临界压力钢制圆筒：临界应力：第四十六页，本课件共有79页46462.短圆筒：3.临界长度：临界应力：第四十七页，本课件共有79页4747二、外压薄壁圆筒厚度设计外压设计的总体思路：保证工作压力外压设计的总体思路：保证工作压力P小小于许用外压于许用外压P而而

18、P=Pcr/mm 决定于决定于Pcr的准确程度、制造技术、焊的准确程度、制造技术、焊缝结构形式等因素。我国规定缝结构形式等因素。我国规定 m=3第四十八页，本课件共有79页4848解析法解析法2)求求Pcr，确定确定P3)如如PP且较为接近，则所假定的且较为接近，则所假定的 tn符合要求，符合要求，否则重算，直到符合要求。否则重算，直到符合要求。1)假设设计名义厚度假设设计名义厚度tn，则有则有te=tn-C第四十九页，本课件共有79页4949求解步骤：根据工况，确定材料；假定壁厚为tn，确定有效厚度te，根据已知条件确定临界长度Lcr；根据公式确定许用设计外压P；确定设计外压P，并比较P与P

19、，如果P=I.例题 例3 自学第五十三页，本课件共有79页53538.6 压力容器的安全使用与管理一、一、压力容器的安全技术监察压力容器的安全技术监察1、安全技术监察的依据、安全技术监察的依据容规容规涉及内容涉及内容:类别划分，材料选用，结构与强类别划分，材料选用，结构与强度设计，制造组装，无损检测探伤，压力试度设计，制造组装，无损检测探伤，压力试验，使用管理，定期检验及安全附件，等等验，使用管理，定期检验及安全附件，等等2、压力容器的设计监察、压力容器的设计监察资格资格3、压力容器的制造监察、压力容器的制造监察许可许可第五十四页，本课件共有79页5454设计单位证书副本第五十五页，本课件共有

20、79页5555第五十六页，本课件共有79页5656美美国国机机械械工工程程师师协协会会颁颁发发的的ASME“U”钢钢印印证证书书 第五十七页，本课件共有79页5757欧欧盟盟承承压压设设备备指指令令PED-CE资资质质 第五十八页，本课件共有79页5858二、压力容器的安全使用与管理二、压力容器的安全使用与管理1、管理体系与职责、管理体系与职责2、建立压力容器技术档案、建立压力容器技术档案3、压力容器的使用登记、压力容器的使用登记4、制订容器的安全操作规程、制订容器的安全操作规程5、正确操作容器、正确操作容器第五十九页，本课件共有79页5959三、三、压力容器的定期检验压力容器的定期检验1、定

21、期检验的目的、定期检验的目的2、定期检验的内容与期限、定期检验的内容与期限 外部检测，内外部检验，耐压试验；外部检测，内外部检验，耐压试验；检验程序检验程序 检验报告检验报告第六十页，本课件共有79页6060光气又称碳酰氯，无色气体，有腐草臭味，剧毒，微溶于水，较易溶于苯、甲苯等。由一氧化碳和氯的混合物通过活性炭制得。环境中的光气主要来自染料、农药、制药等生产工艺。光气是剧烈窒息性毒气，高浓度吸人可致肺水肿。毒性比氯气约大10倍，但在体内无蓄积作用。在生产条件下以急性中毒为主，主要对呼吸系统造成损害。吸人光气后，发生典型的刺激症状，初为干咳，数小时后加重，轻者出现咳嗽、胸闷、气促、眼结膜刺激和

22、头痛、恶心等；重者可发展为肺水肿、呼吸困难，甚至出现休克。第六十一页，本课件共有79页6161图解法（略）图解法（略）器壁上的应变：器壁上的应力：K为特征系数临界压力：图解法来源：GB150 钢制压力容器第六十二页，本课件共有79页6262外压圆筒几何参数计算图外压圆筒几何参数计算图第六十三页，本课件共有79页6363圆筒的许用外压力圆筒的许用外压力：令则而此即为BA图的由来第六十四页，本课件共有79页6464外压圆筒计算图外压圆筒计算图(BA图图)第六十五页，本课件共有79页6565设计方法和计算步骤设计方法和计算步骤1 假设假设2 确定比值：确定比值：L/Do和和D/te3 查图查图8-1

23、3，确定，确定A值值4 根据不同材料查图根据不同材料查图8-14,8-15,8-16确定确定B值，求得许用外压值，求得许用外压PA在温度线的右方在温度线的右方5 比较比较P与与P ,以以P小于且接近于小于且接近于P为原则为原则A在温度线的左方，属弹性失稳在温度线的左方，属弹性失稳.第六十六页，本课件共有79页6666三三 设计参数的规定设计参数的规定1设计外压力P工作时最大内外压力差；真空容器取1.25倍内外压差或0.1MPa中的较小值；无安全控制装置时，取0.1MPa；2 试验压力PT液压：PT=1.25P 或气压 PT=1.15P3 圆筒计算长度 图8-17第六十七页，本课件共有79页67

24、67四四.轴向受压圆筒的设计轴向受压圆筒的设计在弹性阶段：在弹塑性阶段用BA图确定cr参考 GB150-1999 钢制压力容器第六十八页，本课件共有79页6868今日作业复习复习:例题例题2，3思考思考:3,5,7习题习题:8-2预习预习:第九章第九章第六十九页，本课件共有79页6969第七十页，本课件共有79页7070第七十一页，本课件共有79页7171第七十二页，本课件共有79页7272甲醛(化学分子式HCHO,分子量:30.03,是一种无色,有强烈刺激性气味的气体，易溶于水，可经呼吸道吸收，己被世界卫生组织确定为可疑致癌和致畸形物质。儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也更大。我国的甲醛室内标

25、准为0.08 mg/m3。装修材料及家具中的胶合板、大芯板、中纤板、刨花板（碎料板）等的黏合剂遇热、潮解遇热、潮解时甲醛就释放出来，是室内最主要的甲醛释放源；各种纺织品如床上用品、墙布、化纤地毯、窗帘和布艺家具等，也是甲醛污染源之一。第七十三页，本课件共有79页7373第七十四页，本课件共有79页7474反应器31603第七十五页，本课件共有79页7575工业纯镍换热器第七十六页，本课件共有79页7676某石化厂HE302冷凝器第七十七页，本课件共有79页7777采用大片法进行球罐施工第七十八页，本课件共有79页7878某石化公司1000 m3 SPV50Q钢球罐群 第七十九页，本课件共有79页7979