过程设备设计知识点.doc

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1、6.1. 过程设备的应用：1加氢反响器 2储氢容器 3超高压食品杀菌釜4核反响堆5超临界流体萃取装置 6深海潜艇2. 过程设备的特点：过程设备向多功能，大型化，成套化和轻量化方向进展1功能原理多种多样 2化机电一体化 3外壳一般为压力容器3. 压力容器标准：中国：GB150 钢制压力容器，JB4732 钢制压力容器-分析设计标准、JB/T4735钢制焊接常压容器和技术法规固定式压力容器安全技术监察规程等4.过程设备的根本要求：1安全牢靠：1.材料的强度高、韧性好。2.材料与介质相容。3.结构有足够的刚度和抗失稳力气。4.密封性能好。2） 满足过程要求：1.功能要求。2.寿命要求。3） 综合经济

2、性好：1.生产效率高、消耗低。2.构造合理，制造简便。3.易于运输和安装4） 易于操作、维护和把握：1.操作简洁。2.可维护性。3.便于把握5） 优良的环境性能5.压力容器的根本组成：1筒体 2封头 3密封装置 4开孔与接收 5支座 6安全附件7. 介质危害性：介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等，影响分类的主要是毒性和易燃性8. 毒性：极度危害级 10mg/m39. 压力容器的分类：1按压力容器等级分：低压容器 L 0.11.6MPa；中压容器 M1.610.0MPa ；高压容器 H 10100MPa；超高压容器 U 100MPa 2按容器在生产中的作用分类：反响压力容器 R；换热压力容器

3、E；分别压力容器S；储存压力容器C 球罐B。3按安装方式分类：固定式压力容器；移动式压力容器。4按安全技术治理分类：1.介质分组：第一组介质：毒性危害程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。其次组介质2.压力容器分类10. 国外主要标准标准简介：ASME 标准美国JIS B8266压力容器构造-特定标准日本EEC/EC 指令和协调标准欧盟11. 国内主要标准标准介绍：法律-行政法规-部门规章-安全技术标准-引用标准12. 压力来源的三种状况：一是流体经泵或压缩机，通过与容器相连接的管道，输入容器内 而产生压力。如氨合成塔，尿素合成塔。二是加热盛装液体的密闭容器，液体膨胀或汽化后

4、 使容器类压力上升，如人造水晶釜。三是盛装液化气体的容器，如液氨储罐，其压力为液体的饱和蒸气压。13. 非压力载荷：分为整体载荷和局部载荷。整体载荷：重力，风，地震，运输。局部载荷： 管系载荷，支座反力和吊装力14. 载荷工况：1.正常操作工况 2.特别载荷工况压力试验开停工及检修 3.意外载荷工况15. 对于圆筒，Do/Dimax1.11.2，则成为薄壁圆筒，反之，则称为厚壁圆筒16. 无力矩理论应用条件1） 壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能一样2） 壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和转矩作用3） 壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠

5、度17. 不连续效应：由于这种总体构造不连续，组合壳在连接处四周的局部区域消灭衰减很快的应力增大现象。该处的应力具有局限性和自限性18. 厚壁圆筒的筒壁应力值19. 热应力：因温度变化引起的自由膨胀或收缩受到约束，在弹性体内所引起的应力。20. 厚壁圆筒中压力与容积变化量的关系OA 段：弹性变形阶段A 点：初始屈服压力Ps AC 段：弹塑性变形阶段 B 点：全屈服压力 PsoC 点：塑性垮塌压力CD 段：爆破阶段D 点：爆破压力 Pb21. 自增加：原理：通过超工作压力处理，由筒壁自身外层材料的弹性收缩引起剩余应力的方法；目的：提高屈服承载力气22. 失稳现象：承受外压载荷的壳体，当外压载荷增

6、大到某一值时，壳体会突然失去原来的外形，被压扁或消灭波浪，载荷卸去后，壳体不能恢复原状的现象23. 失稳时呈现两个波浪，n=2，这样的圆柱壳称为长圆筒。n2，称为短圆筒。24. 过大的局部应力会使构造处于担忧定状态；在变动载荷作用下，局部应力处易形成裂纹，有可能导致疲乏失效。25. 降低局部应力的措施：合理的构造设计 削减两连接件的刚度差尽量承受圆弧过渡局部区域补强选择适宜的开孔方位削减附件传递的局部载荷尽量削减构造中的缺陷26. 钢材分类:钢板，钢管，锻件27. 钢材类型：碳素钢：含碳量小于0.022.11的铁碳合金。以及少量硫、磷、硅、氧、氮等元素10、20 钢钢管； 20、 35 钢锻件

7、Q235-B Q235-C 系列钢板Q245R、 20G低合金钢：Q345R,16MnDR,15MnNiDR,09MnNiDR,15CrMoR,20MnMo,09MnNiD,12Cr1MoVR高合金钢:0Cr13(S11316)，0Cr18Ni9，0Cr18Ni10Ti，0Cr19Ni10，00Cr18Ni5Mo3Si3 28.有色金属：铜及铜合金，铝及铝合金，镍及镍合金，钛及钛合金29. 非金属材料：涂料，工程塑料，不透性石墨，搪瓷，陶瓷30. 冷加工：定义：在再结晶温度以下进展的塑性变形特点：冷变形中无再结晶消灭，因而有加工硬化现象。由于冷变形时有加工硬化现象，塑性降低，每次的冷变形程度不

8、宜过大，否则，变形金属将产生断裂破坏。31. 热加工：定义：但凡在再结晶温度以上进展的塑性变形特点：热变形时加工硬化和再结晶现象同时消灭，但加工硬化被再结晶消退变形后具有再结晶组织，因而无加工硬化现象。32. 应变时效：定义：经冷加工塑性变形的碳素钢、 低合金钢，在室温下停留较长时间， 或在较高温度下停留确定时间后，会消灭屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为应变时效。危害：发生应变时效的钢材，不但冲击吸取功大幅度下降，而且韧脆转变温度大幅度上升，表现出常温下的脆化。降低危害的措施：一般认为，合金元素中， 碳、氮增加钢的应变时效敏感性。削减碳、氮含量，参与铝、钛、钒等元素，使它们与碳

9、、氮形成稳定化合物，可显著减弱钢的应变时效敏感性。31.焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区33. 焊接接头常见缺陷：裂纹，夹渣，未焊透，未熔合，焊瘤，气孔，咬边34. 焊接接头检验：破坏性检验非破坏性检验：外观检查直观，量具；密封性检验水，气，油； 无损检测射线透照，超声波，外表磁粉，渗透，涡流35. 蠕变现象：定义：在高温存恒定载荷的作用下，金属材料会产生随时间而进展的塑性变形，这种现象被称为蠕变现象。36.蠕变曲线三阶段：减速蠕变，恒速蠕变，加速蠕变37.松弛：在高温存应力作用下，随着时间的增长，假设变形总量保持不变，蠕变而渐渐增 加的塑性变形将逐步代替原来的弹性变形，从而使零件内的应力渐

10、渐降低，这种称为松驰。38.松弛的危害：如高温压力容器中的连接螺栓， 可能因松弛而引起容器泄漏39. 按机理的腐蚀分类：电化学腐蚀，化学腐蚀，应力腐蚀40. 应力腐蚀的特征：拉伸应力；特定合金和介质的组合；一般为延迟脆性断裂41. 应力腐蚀的三个阶段：孕育阶段；裂纹稳定扩展阶段；裂纹失稳阶段42. 常见的应力腐蚀：碱溶液碱脆；湿硫化氢硫裂；液氨氨脆；氯化物溶液氯脆43. 应力腐蚀的预防措施：合理选择材料；削减或消退剩余拉应力；改善介质条件；涂层保护；合理设计38. 压力容器失效形式：按机理：突发性失效；退化性失效长期，循环载荷引起 按缘由：强度失效，刚度失效，失稳失效，泄露失效39. 强度失效

11、：因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效，包括韧性断裂；脆性断裂；疲乏断裂；蠕变断裂；腐蚀断裂等40. 刚度失效：由于构件过度的弹性变形引起的失效。 如塔受风41. 失稳失效：在压应力作用下，压力容器突然失去其原有的规章几何外形引起的失效42. 泄漏失效：泄漏而引起的失效。危害可能引起中毒、燃烧和爆炸等事故，造成环境污染43. 屈服和断裂是容器强度失效的两种表现形式44. 韧性断裂是压力容器在载荷作用下，产生的应力到达或接近所用材料的强度极限而发生的断裂断裂特征断后有肉眼可见的宏观变形，如整体鼓胀，周长伸长率可达1020%，断 口处厚度显著减薄；没有碎片，或间或有碎片；按实测厚度计算

12、的爆破压力与实际爆破压力相当接近45. 脆性断裂是指变形量很小、且在壳壁中的应力值远低于材料的强度极限时发生的断裂。断裂特征断裂时容器没有膨胀，即无明显的塑性变形；其断口齐平，并与最大应力方向垂直；断裂的速度极快，常使容器断裂成碎片。46. 断裂缘由-材料脆性和缺陷。47. 疲乏断裂在交变载荷作用下，经确定循环次数后产生裂纹或突然发生断裂失效的过程。包括裂纹萌生、 扩展和最终断裂三个阶段48. 疲乏断口由裂纹源、 裂纹扩展区、 瞬时裂纹区三局部组成49. 筒体构造：多层包扎式：优点：制造工艺简洁，不需大型简洁加工设备；安全牢靠性高，层板间隙具有阻挡缺陷和裂纹向厚度方向扩展的力气；削减了脆性破坏

13、的可能性；包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择适宜的内筒材料。缺点：筒体制造工序多、 周期长、效率低、钢材利用率低仅60%左右； 深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；焊缝部位存在很大的焊接剩余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；环焊缝的坡口 切削工作量大，且焊接简洁。热套式：优点：工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数优点缺点：筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合时需选配套合；套合时贴紧程度不很均匀；套合后，需热处理以消退套合预应力及深环焊缝的焊接剩余应力绕板式：优点：机械化程度高，制造效率高，

14、材料利用率高可达90%以上。缺点：薄卷板存在中间厚两边薄，卷板后易累积间隙。整体多层包扎式：优点：环、纵焊缝错开，筒体与封头或法兰间的环焊缝为确定角度的斜面焊缝，承载面积增大。绕带式：两种构造：型槽绕带式；扁平钢带倾角错绕式优点：筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在预紧力，50.厚度示意图：在内压用下，筒壁应力分布较均匀;缺点：钢带需由钢厂特地轧制，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层钢带能相互啮合，需承受精度较高的专用缠绕机床.51. 计算厚度 由公式承受计算压力得到的厚度。必要时还应计入其它载荷对厚度的影响。52. 设计厚度d计算厚度与腐蚀裕量之和。dC253. 名

15、义厚度n设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度， 即标注在图样上的厚度。ndC1= C1 C2 54. 有效厚度e名义厚度减去钢材负偏差和腐蚀裕量。enC1C255. 厚度附加量C由钢材的厚度负偏差C1 和腐蚀裕量C2 组成。C=C1+C256. 计算压力是指在相应设计温度下，用以确定元件最危急截面厚度的压力，其中包括液柱静压力。通常状况下，计算压力=设计压力+液柱静压力当元件所承受的液柱静压力5%设计压力，可无视不计57.静密封可拆卸密封：螺纹连接；承插件连接；螺栓法兰连接58. 泄漏途径：渗透泄漏：密封件本体毛细管的渗透泄漏，不但与介质压力、温度、粘度、分子构造等流体状态

16、性质有关，还与密封材料的构造与材料性质有关 。界面泄漏：密封件与压紧面间的泄漏，主要与界面间隙尺寸有关，其是密封失效的主要途径。59. 影响密封性能的主要因素：（1） 螺栓预紧力1. 预紧力使垫片压紧实现初始密封2. 适当提高预紧力可增加垫片的密封力气，即在正常工况下保存较大的接触面比压力3. 预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧失回弹力气，甚至将垫片挤出或压坏4. 预紧力应均匀地作用到垫片上，可实行减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能（2） 垫片性能1. 垫片变形力气和回弹力气是形成密封的必要条件2. 垫片还应具有能适应介质的温度、压力和腐蚀等的性性能3. 垫片比压力 y 和垫片系

17、数 m：与垫片材料、构造与厚度关，还与介质性质、压力、温度、压紧面粗糙度等因素有关，而且 m 和 y 之间也存在内在联系（3） 压紧面质量1. 压紧面又称密封面，其外形和粗糙度应与垫片相匹配2. 使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高3. 压紧面外表不允许有刀痕和划痕4. 应能均匀地压紧垫片，保证压紧面的平面度和压紧面与法兰中心轴线的垂直度（4） 法兰刚度1.刚度缺乏引起过大的翘曲变形，是密封失效的主要缘由之一。（5） 操作条件1. 指压力、 温度及介质的物理化学性质等对密封性能的影响。2. 单一操作条件对密封的影响不显著，在压力、介质和温度的联合作用下，尤其是波动的高温下，会严

18、峻影响密封性能，甚至使密封因疲乏而完全失效。60. 法兰构造类型松式法兰：法兰不固定在本体上，或不保证一起承受螺栓载荷整体法兰：将法兰与壳体锻、铸、或熔透成一体任意式法兰：构造上法兰与壳体连成一体，刚性介于整体和松式法兰之间61.高压密封的根本特点1一般承受金属密封元件 2承受窄面或线接触密封 3尽可能承受自紧或半自紧式密封61. 高压密封的构造形式：平垫密封，卡扎里密封，双锥密封，伍德密封，高压管道密封62. 提高高压密封性能措施1改善密封接触外表；2改进垫片构造；3承受焊接密封元件63.Waters 方法基于强度的设计方法，以强度条件来对法兰所应起的密封作用作局部保证，目前美国和中国的最通

19、用的设计方法。64. PVRC 方法基于密封性-严密度的设计方法，严密度选择方面存在确定的缺陷；未考虑法兰接头在各个工况载荷作用下的变形协调分析，无法准确确定螺栓预紧力65. EN 方法EN 方法较为完整的考虑了垫片、 螺栓和法兰的相互作用，满足各个工况密封的要求，较为准确确实定了法兰接头装配时所需的螺栓预紧力，相对较为完整，但是计算过程简洁。66 补强构造：局部补强:补强圈补强；厚壁接收补强；整体锻件补强 和整体补强67. 补强圈补强：优点：构造简洁，制造便利，使用阅历丰富缺点：1与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时， 存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力；2

20、与壳体承受搭接连接，难以与壳体形成整体， 抗疲乏性能差。68. 开孔补强设计准则：等面积补强法；压力面积补强法；极限载荷补强法69. 支座的分类：立式支座：耳式支座；支撑式支座；腿式支座；裙式支座卧式支座：鞍式支座；圈式支座；支腿支座70. 安全泄放装置：安全泄放原理；安全阀；爆破片71. 焊接接头形式：对接接头；角接接头及T 字接头；搭接接头72.对于内压容器,试验压力不小于：液压试验：n=1.25对于外压容器和真空容器，试验压力：气压和气液组合压力试验时 n=1.10下式校核试验时筒体的薄膜应力T。液压试验时气压试验和气液组合试验时73. 压力容器焊接构造设计根本原则：尽量承受对接接头；尽

21、量承受全熔透的构造，不允许产生未熔透缺陷；尽量削减焊缝处应力集中；尽量削减焊缝处应力集中74. 耐压试验：液压试验；气压试验；气液组合压力试验内压容器试验目的：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成渗漏，检验密封构造的密封性能外压容器试验目的：检查是否存在穿透性缺陷75. 试验介质耐压试验温度;一般状况下，为防止材料发生低应力脆性破坏，耐压试验时容器器壁金属温度应当比容器器壁金属的韧脆转变温度高30 76. 耐压试验压力77. 耐压试验时容器强度校核:为使液压试验时容器材料处于弹性状态，在压力试验前必需按78. 泄漏试验:气密性试验;氨泄漏试验;卤素检漏试验;氦检漏试验试

22、验目的：为了考核容器的密封性能，检查重点是可拆的密封装置和焊接接头等部位，泄漏试验应在耐压试验合格后进展。79. 常规设计的局限性1常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理，不涉及容器的疲乏寿命问题，不考虑热应力。 2常规设计以材料力学及弹性力学中的简化模型为根底，确定筒体与部件中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所确定的许用应力范围之内，则认为筒体和局部件 是安全的。 3常规设计标准中规定了具体的容器构造形式，它无法应用于标准中未包含的其他容器构造和载荷形式，因此，不利于型设备的开发和使用。80. 压力容器的应力分类;1一次应力P 2二次应力Q 3峰值应力F 一次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力；二次应力是指由相邻部件的约束或构造的自身约束所引起的正应力或切应力；峰值应力是有局部构造不连续和局部热应力的影响而叠加到一次加二次应力之上的应力增量，介质温度急剧变化在器壁或管壁中引起的热应力也归于峰值应力