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1、化工设备机械基础,化学与材料工程系,第二篇 化工容器设计,第2章 容器设计基本知识,第一节 概 论,主要内容,结构:筒体、封头、零部件分类:形状、压力、管理、毒害、三大类、温度、材料、应用,一、容器的结构,壳体(筒体)、封头(端盖)、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常低压化工设备通用零部件标准直接选用。,二、容器的分类,压力容器分类,按容器的形状按承压性质按管理其它,按容器壁温按金属材料按应用情况,按容器的形状分类,按承压性质,内压：内部介质压力大于外界压力外压：内部介质压力小于外界压力真空：内部压力小于一个绝压的外压容器,表4-1 内压容器的分类,高压锅？,按管理,表4-2 安全检查规程使用
2、范围,根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压力容器可分为三类。第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热容器,毒性危害程度分级,三类容器,（1）高压容器；（2）毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器；（3）中度危害介质，且PV大于等于10MPam3中压储存容器；（4）中度危害介质，且PV大于等于0.5MPam3中压反应容器；（5）毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPam3的低压容器；（6）高压、中压管壳式余热锅炉；（7）中压搪玻璃压力容器；（8）使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（9）移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽
3、车和罐式集装箱等；（10）容积大于等于50 m3的球形储罐；（11）容积大于5 m3的低温液体储存容器。,二类容器（1）中压容器；（2）毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器；（3）易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；（4）低压管壳式余热锅炉；（5）低压搪玻璃压力容器。,一类容器,不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。,判断题：,判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？1）2000的液氨储罐2）P为4MPa的剧毒介质容器3）P为10MPa，V为800L的乙烯储罐。,按容器壁温,常温容器：壁温-20至200；高温容器：壁温达到蠕变温度,碳素钢或低合金
4、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；中温容器：在常温和高温之间；低温容器：壁温低于-20,-20至-40为浅冷容器，低于-40者为深冷容器。,按材料,金属容器:钢制,铸铁,有色金属容器,非金属材料：既可作为容器的衬里，又可作为独立的构件。,按材料,应用最多是低碳钢和普通低合金钢，腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈钢、不锈复合钢板、铝板及钛材。在深冷操作中，可用铜或铜合金；常用非金属材料的有：硬聚氯乙烯、玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等,按应用情况,反应压力容器（）完成物理、化学反应，如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等；换
5、热压力容器（）热量交换，如热交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、冷凝器、蒸发器等；,按应用情况,分离压力容器（）流体压力平衡缓冲和气体净化分离，如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等；储存压力容器：（，球罐为）储存、盛装气体、液体、液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。,三、容器的零部件标准,容器的零部件(例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液面计等)标准化、系列化，许多化工设备(例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器)也有了相应的标准。,两个基本参数：,公称直径DN：指标准化以后的标准直径，以DN表示，单位mm，例如内径1200mm的容器的公称直径标记为DN120
6、0。公称压力PN：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PN表示，单位MPa。,公称直径,压力容器的公称直径 钢板卷焊公称直径是内径。,容器直径较小，可直接用无缝钢管制作。公称直径指钢管外径。,表4-5 无缝钢管制作筒体时容器的公称直径（mm）,设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调整为符合所规定的公称直径。封头的公称直径与筒体一致。,管子的公称直径,也称公称口径、公称通径。有缝管：电焊钢管，化工厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸汽等流体管道。无缝管：分热轧管和冷拔管两种。如输送流体用无缝钢管(GB 8163-87)、石油裂化用无缝钢管(GB 9948-88)、化
7、肥设备用高压无缝钢管（GB 647986)等。,有缝管的公称直径：,公称直径近似普通钢管内径的名义尺寸。公制mm，英制in。公称直径15mm或1/2英寸，外径21.3mm，壁厚2.75mm（普通）3.25mm（加厚）,有缝管的公称直径：,每一公称直径对应一外径，其内径数值随厚度不同而不同。有缝管按厚度可分为薄壁钢管、普通钢管和加厚钢管。管路附件也用公称直径表示，意义同,无缝钢管的公称尺寸：,分热轧管和冷拔管。无缝钢管不用公称直径而是以外径乘厚度表示。为公称外径与公称厚度。在管道工程中，管径超过57mm时，常采用热轧管。管径在57mm以内常选用冷拔管。冷拔管的最大外径为200mm；热轧管的最大外
8、径为630mm。,3.容器零部件的公称直径,法兰、支座等公称直径是相配的筒体、封头的公称直径。DN2000法兰，DN2000鞍座还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径DN200管法兰另有一些容器零部件公称直径是指结构中某一重要尺寸，DN80(Dg80)视镜是指窥视孔的直径为80mm。,公称压力,工作压力不同，相同公称直径的压力容器其筒体及其零部件的尺寸也不同。将承受的压力范围分为若干个标准压力等级，即公称压力。压力容器法兰与管法兰的公称压力MPa,设计时如果选用标准零部件，必须将操作温度下的最高操作压力(或设计压力)调整为所规定的某一公称压力等级，然后根据DN与PN选定该零部件的尺寸
9、。如果零件不选用标准零部件，而是自行设计，设计压力就不必符合规定的公称压力。,四、压力容器的标准简介,压力容器标准是全面总结压力容器生产、设计、安全等方面的经验，不断纳入新科技成果而产生的。它是压力容器设计、制造、验收等必须遵循的准则。压力容器标准涉及设计方法、选材及制造、检验方法等。,国内标准,1989我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150-89钢制压力容器1998年修订成GB150-1998，使标准更加完善。GB150钢制压力容器内容包括：压力容器板壳元件计算容器结构要素的确定密封设计超压泄放装置的设置容器的制造与验收的要求等,国外主要规范,国外的规范主要有四个：美国ASME规范，英国压力容器规范（BS），日本国家标准（JIS），德国压力容器规范（AD）。,思考题：,1.压力容器按照压力、温度、监察管理各是怎样分类的？2.钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是哪个直径？无缝钢管制作筒体时，公称直径指的是哪个直径？3.判断容器属几类？,作业,P66二,
