壓力容器基礎(chǔ)知識

一、過程設(shè)備和容器的概念
1、過程設(shè)備-----用于傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等過程的裝置
容器-----設(shè)備外部殼體的總稱
* 過程設(shè)備為過程的實現(xiàn)服務(wù)，因此過程設(shè)備的設(shè)計必須滿足過程的要求，沒有相應(yīng)的設(shè)備，過程也無法實現(xiàn)。
舉例：合成氨工藝過程及相應(yīng)設(shè)備
*設(shè)備是靜止的，沒有相對運動的機(jī)構(gòu)（有些靜止設(shè)備上帶有運動的傳動裝置，如夾套反應(yīng)釜），如儲存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備等。
機(jī)器有相對運動的機(jī)構(gòu)，如泵、壓縮機(jī)、離心機(jī)等。
2、過程設(shè)備設(shè)計的主要內(nèi)容
本課程主要介紹儲存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備的一般設(shè)計方法，從設(shè)備工作時的受載情況出發(fā)，通過應(yīng)力分析和強(qiáng)度計算，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析，并按相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)備的零部件及整體的設(shè)計工作。
受載情況→應(yīng)力分析、強(qiáng)度計算→結(jié)構(gòu)分析→零部件及整體設(shè)計
·設(shè)計參數(shù)的選取
·設(shè)計方法的確定
·設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的選用
·教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)及實踐經(jīng)驗的積累
·課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的作用
二、過程設(shè)備的應(yīng)用
a、加氫反應(yīng)器（反應(yīng)設(shè)備）
b、液態(tài)氫儲存容器（儲存設(shè)備）
c、超高壓食品**釜（高壓設(shè)備）
d、核反應(yīng)堆（反應(yīng)設(shè)備）
e、超臨界流體萃取裝置（傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)）
三、過程設(shè)備的特點
1、非標(biāo)設(shè)備，功能原理多樣化
2、機(jī)電一體化-----過程工藝、設(shè)備、控制緊密結(jié)合
3、外殼一般為壓力容器
4、過程設(shè)備設(shè)計的規(guī)范性和能動性
四、過程設(shè)備的基本要求
為防止容器在使用過程中發(fā)生破壞或失效，在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)外載荷進(jìn)行容器的應(yīng)力計算及校核，并綜合考慮材料、制造方法、檢驗方法等因素，進(jìn)行容器的合理設(shè)計，保證容器在運行中的**?！ず侠碓O(shè)計----**經(jīng)濟(jì)
·容器設(shè)計的基本原則：在保證**的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)。
設(shè)備的基本要求：
a、**可靠
①強(qiáng)度、韌性
②耐腐蝕性（材料與介質(zhì)相容）
③剛度和抗失穩(wěn)能力
④密封性能
b、滿足過程要求
①功能要求
②壽命要求
c、綜合經(jīng)濟(jì)性好
① 生產(chǎn)效率高（單位生產(chǎn)能力高）、消耗系數(shù)低
單位生產(chǎn)能力----單位時間、單位設(shè)備容積（面積）處理的物料量或所得產(chǎn)品的數(shù)量。
消耗系數(shù)----生產(chǎn)單位重量或體積產(chǎn)品所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸汽等。
② 結(jié)構(gòu)合理、制造方便
③ 便于安裝和運輸
d、易于操作、維護(hù)和控制
① 操作簡單
② 易于維護(hù)、修理----**、正常地運轉(zhuǎn)，維修周期長
③ 便于控制
e、優(yōu)良的環(huán)境性能
泄漏、環(huán)境污染、環(huán)境失效
以上各方面要求在設(shè)備設(shè)計時應(yīng)綜合考慮、具體分析，采用工程觀點來解決主要矛盾。
五、過程設(shè)備設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟

需求分析和目標(biāo)界定
↓
總體結(jié)構(gòu)分析
↓
零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
↓
↓
設(shè)計實施

設(shè)計步驟：
工藝條件
↓
結(jié)構(gòu)分析
↓
設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
↓
應(yīng)力分析及強(qiáng)度計算
↓
繪圖、提出技術(shù)要求
一、壓力容器總體結(jié)構(gòu)
圖1-1
壓力容器由許多基本部件組成，如筒體、封頭、接管、法蘭、支座等，在外載荷作用下，各部件中會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，容器設(shè)計時應(yīng)考慮各零部件的結(jié)構(gòu)、材料及應(yīng)力分布狀況，進(jìn)行應(yīng)力分析和計算，并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
（1） 筒體
（2） 封頭
（3） 密封裝置
（4） 開孔與接管
（5） 支座
（6）
**附件
二、壓力容器零部件之間的焊接
1、焊接結(jié)構(gòu)
2、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容
一、介質(zhì)危害性
1、毒性：極度危害（Ⅰ級）*高容許質(zhì)量濃度＜0.1mg/m3
高度危害（Ⅱ級）*高容許質(zhì)量濃度0.1~＜1.0mg/m3
中度危害（Ⅲ級）*高容許質(zhì)量濃度1.0~＜10mg/m3
輕度危害（Ⅳ級）*高容許質(zhì)量濃度≥10mg/m3
* Q235-A或Q235-B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害的壓力容器
2、易燃性
爆炸濃度極限----可燃?xì)怏w或蒸汽與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍。
易燃介質(zhì)----爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介質(zhì)。
* Q235-AF不得用于制造易燃介質(zhì)容器
Q235-A不得用于制造液化石油氣容器
二、壓力容器分類
《壓力容器**技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》
a、按壓力等級分類
低壓(代號L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa；
中壓(代號M)容器 1.6MPa≤p
高壓(代號H)容器 10MPa≤p<100MPa；
超高壓(代號U)容器 p≥100MPa。
b、按承壓方式分類
內(nèi)壓容器----容器內(nèi)部壓力大于外部壓力，主要進(jìn)行強(qiáng)度計算。
外壓容器----容器外部壓力大于內(nèi)部壓力，主要進(jìn)行穩(wěn)定性計算，如減壓塔和真空容器，對于帶有夾套的容器，當(dāng)夾套內(nèi)介質(zhì)壓力大于容器內(nèi)壓時，容器也是外壓容器。
c、按作用原理
換熱容器（E）----主要用于實現(xiàn)介質(zhì)的熱量交換，如熱交換器、冷卻器、廢熱鍋爐等。
反應(yīng)容器（R）----主要用于完成介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，如各種反應(yīng)釜。
分離容器（S）----主要用于對混合物料進(jìn)行分離，如分餾塔、吸收塔等。
貯運容器（C）----主要用于盛裝物料，如貯罐、槽車等。其中球罐（B）
* 在一種壓力容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應(yīng)按工藝
過程中的主要作用來劃分品種。
d、按安裝方式分類
固定式容器----由相對固定的安裝、工作地點，工藝條件和操作人員也較為固定，如塔、反應(yīng)器、儲罐等。
移動式容器----需經(jīng)常搬運的容器，承受介質(zhì)壓力外還要承受介質(zhì)沖擊力、外部撞擊及振動載荷，在結(jié)構(gòu)、使用、**上有特殊要求。
e、按容器形狀分類
方形或矩形容器----由平板焊制而成，制造簡單，承壓能力差，用于小型常壓貯罐。
球形容器----由數(shù)塊球瓣拼焊而成，承壓能力好，內(nèi)件安裝不便，制造困難，常用作大型貯罐。
圓筒形容器----由圓柱形筒體和各種形狀的成型封頭組成，筒體制造簡單，內(nèi)件安裝方便，承壓能力較好，應(yīng)用*普遍。
f、按**技術(shù)管理分類（按綜合因素，即壓力高低、生產(chǎn)過程重要性、介質(zhì)危險程度等）
一類容器
二類容器
三類容器
一、壓力容器的質(zhì)量保證（介紹）
（1）定義
壓力容器的質(zhì)量保證可以理解為廣義的、更嚴(yán)格的**性，是為使容器在整個使用過程中能夠**運行，不發(fā)生事故，而采取的有計劃的、系統(tǒng)的措施，是一種系統(tǒng)工程。
（2）質(zhì)量保證≠**性
（3）容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范必須依據(jù)質(zhì)量保證系統(tǒng)的要求來制定
（4）質(zhì)量監(jiān)督是達(dá)到質(zhì)量保證的手段
《壓力容器**技術(shù)檢查規(guī)程》
（5）質(zhì)量保證的內(nèi)容
①設(shè)計
工藝條件→設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范→應(yīng)力分析及強(qiáng)度計算→繪圖、提出技術(shù)要求
設(shè)計環(huán)節(jié)的步驟：
外載荷→應(yīng)力分析→強(qiáng)度計算→零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計→總體結(jié)構(gòu)設(shè)計→繪圖
②材料
·壓力容器廣泛使用金屬材料，如碳鋼、合金鋼、有色金屬等。
·《金屬材料工藝學(xué)》
·由于壓力容器在加工、使用過程中都有嚴(yán)格要求，所以選用的材料原則上應(yīng)符合壓力容器用鋼的標(biāo)準(zhǔn)。
常用標(biāo)準(zhǔn)：GB6654-86《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板》
R ---容器用鋼，如16MnR、15 MnVR、20R等
·壓力容器用鋼的基本要求
a、化學(xué)成分-----C、S、P、Mn、Si等
b、力學(xué)性能
強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度極限、屈服極限）
塑性（延伸率、斷面收縮率）
韌性（沖擊韌性：夏比V形缺口沖擊試驗、沖擊功AKV；斷裂韌性：極限應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋**張開位移）
硬度（HB、HRC）
疲勞特性（疲勞壽命）
c、加工工藝性----可焊性、可鍛性、鑄造性、切削加工性能等。
d、熱處理性能----正火、回火、退火、淬火等，“調(diào)質(zhì)處理”
·壓力容器用鋼的基本類型
我國壓力容器用鋼三大基本類型：
低合金鋼----是壓力容器的主要結(jié)構(gòu)材料
σS350MPa級的16MnR
σS400MPa級的15MnVR
σS450MPa級的15MnVNR
σS500MPa級的18MnMoNbR
·壓力容器材料的選用
③制造和制造過程中的檢驗
④使用過程中的定期檢驗和監(jiān)控
《壓力容器**技術(shù)檢查規(guī)程》
二、壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
·滿足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基本要求
·“創(chuàng)造性”地使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

·了解標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的變動情況，采用*新版本的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
2、壓力容器規(guī)范簡介
ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》
GB150—1998《鋼制壓力容器》
GB151—1999《管殼式換熱器》
GB12337—1998《鋼制球形儲罐》
JB4732—1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》
JB4710—2000《鋼制塔式容器》