第六章 化工设备设计概述一、容器的结构与分类四、容器机械设计的基本要求二、容器零部件的标准化三、压力容器的安全监察一、容器的结构与分类图6-1 压力容器的总体结构1法兰；2支座；3封头拼接焊缝；4封头；5环焊缝；6补强圈； 7人孔；8纵焊缝；9筒体；10压力表；11安全阀；12液面计一、容器的结构与分类 1. 按容器的作用原理 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 器、反应釜、聚合釜、高压釜、分解塔、合成塔、变换炉等。 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 却器、冷凝器、蒸发器、废热锅炉等。 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： 分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔等。 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： 各种贮罐、贮槽、高位槽、计量槽、槽车等。一、容器的结构与分类 2. 按容器形状分类 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 贮槽。 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 便和制造稍难，一般多用作贮罐。 圆筒形容器 由圆柱形简体和各种回转形成型封头(半球形、椭球形、 碟形、圆锥形)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， 因此这类容器应用最广。3. 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 4. 按壁温分类 常温容器 指壁温高于-20至200条件下工作的容器； 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 金钢容器，温度超过420，合金钢（如Cr-Mo钢）超过 450，奥氏体不锈钢超过550，均属高温容器； 中温容器 指壁温在常温和高温之间的容器； 低温容器 指壁温低于-20条件下工作的容器。其中低于-20至-40者为浅冷容器，低于-40者为深冷容器。一、容器的结构与分类 5. 按结构材料分类 金属容器：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 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。 而承压不大的塔节或容器，可用铸铁。 非金属材料既可作容器的衬里，又可作独立的构 件。常用的有硬聚氯乙烯、玻璃。钢、不透性石 墨、化工搪瓷、化工陶瓷以及砖、板、花岗岩、 橡胶衬里等。 一、容器的结构与分类 6. 按综合安全管理分类压力容器安全技术监察规程-99版，根据容器压力的高低、介质的危害程度以及 在使用中的重要性，将压力容器分为以下三类： A.三类容器。符合下列情况之一者为三类容器： (1)高压容器； (2)中压容器(毒性程度为极度和高度危害介质)； (3)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pV 10MPam3)； (4)中压反应容器(易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV 0.5MPam3)； (5)低压容器(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； (7)中压搪玻璃压力容器； (8)使用强度级别较高(抗拉强度规定值下限540MPa)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）和罐式 集装箱（介质为液化气体、低温液体等）； (10)球形贮罐(容积V 50m3)； (11)低温液体贮存容器(V 5m3)。一、容器的结构与分类 6. 按综合安全管理分类 B. 二类容器。符合下列情况之一且不在第1款之内者为二 类容器： (1)中压容器； (2)低压容器(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(易燃介质或毒性程度为中 度危害介质)； (4)低压管壳式余热锅炉； (5)低压搪玻璃压力容器。 C. 一类容器。低压容器且不在第1、第2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。二、容器零部件的标准化 1. 标准化的意义就广义而言，从产品的设计、制造、检验和维修等许多方 面来看，标准化是组织现代化生产的重要手段之一。 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 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 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 性。 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。例如 封头、法兰、支座、人孔、手孔和视镜等。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是公称直径DN和公称压力PN。 公称直径钢板卷制的筒体和成形封头来说，公称直径是指它们的内径；无缝钢管做容器筒体时公称直径是指无缝钢管的外径。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 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。 【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 直径。例如，公称直径为200mm的管法兰，指的是联接公称直径为200mm管 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 1000mm容器筒体和封头用的法兰。 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PN 表示，单位MPa。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159219273325377426无缝钢管做筒体的公称直径系列三、压力容器的安全监察 1. 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、 介质泄漏等灾难性事故，因此必须纳为特种设备进行管理。 2. 压力容器相关的法规和标准 法规性规定：具有强制性 特种设备安全监察条例2003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 乐设施 压力容器安全技术监察规程1999 最高工作压力PW0.1MPa（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）Di 150mm，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 钢制压力容器GB1501998 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三、容器机械设计的基本要求 1. 强度： 强度就是容器抵抗外力破坏的能力。 2. 刚度： 刚度是指构件抵抗外力使其发生变形的能力。 3. 稳定性：是指容器或构件在外力作用下维持其原有形状的 能力。 4. 耐久性：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10年15年。 5. 密封性 6. 节省材料和便于制造 7. 方便操作和便于运输 8. 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 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 位生产能力愈高愈好。