第第2 2章章 化工容器设计概论化工容器设计概论容器的结构容器的结构一、容器的分类一、容器的分类高压容器；中压容器(仅限毒性为极度和高度危害介质)；中压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV大于等于10MPa m3 )；中压反应容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV大于等于0.5MPa m3 )；低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV大于等于0.2MPa m3 )；高压、中压管壳式余热锅炉；中压搪玻璃压力容器；使用强度级别较高的材料制造的压力容器；移动式压力容器；球形储罐；低温液体储存容器1. 1. 一类容器、二类容器、三类容器的划分一类容器、二类容器、三类容器的划分(1).(1).符合下列情况之一者，为第三类压力容器：符合下列情况之一者，为第三类压力容器：中压容器；中压容器；低压容器低压容器(仅限毒性程度为极度和高度危害介质仅限毒性程度为极度和高度危害介质)；低压反应容器和低压储存容器低压反应容器和低压储存容器(仅限易燃或毒性程度为中度危害介仅限易燃或毒性程度为中度危害介质质)；低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉；低压搪玻璃压力容器；低压搪玻璃压力容器；(2).(2).符合下列情况之一者，为第二类压力容器：符合下列情况之一者，为第二类压力容器：(3).(3).不属于第不属于第3 3类、第类、第2 2类的容器，均为第类的容器，均为第1 1类压力容器。类压力容器。极度高度危害物质极度高度危害物质：氟气、氟化氢、光气、甲醛、苯、氟气、氟化氢、光气、甲醛、苯、氯气、四氯化碳、三硝基甲苯、汞及其化合物等氯气、四氯化碳、三硝基甲苯、汞及其化合物等。中度轻度危害物质中度轻度危害物质：一氧化碳、硫化氢、氨气、甲醇、一氧化碳、硫化氢、氨气、甲醇、硫酸、盐酸、二氧化硫、丙酮、乙炔、汽油、四氟乙硫酸、盐酸、二氧化硫、丙酮、乙炔、汽油、四氟乙烯等。烯等。2. 2. 毒性程度的划分毒性程度的划分思考题：下列容器分别为第几类容器？思考题：下列容器分别为第几类容器？a. 1500，设计压力为10MPa的废热锅炉b.设计压力为0.6MPa的HF气体贮罐c.设计压力为2.5MPa的搪玻璃容器d.铁路罐车a、第三类容器(3-6)b、第二类容器(2-2)c、第三类容器(3-7)d、第三类容器(3-9)国务院颁发的国务院颁发的锅炉压力容器安全监察暂时条例锅炉压力容器安全监察暂时条例；劳动部颁发的劳动部颁发的锅炉压力容器安全监察暂时条例锅炉压力容器安全监察暂时条例实施细则实施细则；劳动部颁发的劳动部颁发的压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程；“全国压力容器标准化技术委员会全国压力容器标准化技术委员会”颁发的国家标准颁发的国家标准钢制压力容器钢制压力容器；劳动部颁发的劳动部颁发的压力容器设计单位资格管理与监督规则压力容器设计单位资格管理与监督规则；劳动部颁发的劳动部颁发的压力容器产品质量监督检验规则压力容器产品质量监督检验规则；劳动部颁发的劳动部颁发的在用压力容器检验规程在用压力容器检验规程；劳动部颁发的劳动部颁发的压力容器使用登记管理规则压力容器使用登记管理规则。3. 3. 关于压力容器实施监察管理的八大法规关于压力容器实施监察管理的八大法规 强度的要求；强度的要求； 刚度的要求；刚度的要求； 稳定性；稳定性； 耐久性；耐久性； 密封性；密封性； 节省材料和便于制造；节省材料和便于制造； 方便操作和便于运输；方便操作和便于运输； 技术经济指标合理。技术经济指标合理。二、容器机械设计的基本要求二、容器机械设计的基本要求保证压力容器安全运行必须注意的几个问题：v压力、温度要防止超限；压力、温度要防止超限；v低温的控制；低温的控制；v对环境温度的控制对环境温度的控制，如装气钢瓶要防止日晒和接近热源；如装气钢瓶要防止日晒和接近热源；v开停车的压力温度波动开停车的压力温度波动；v介质成分的控制，介质成分的控制，如氯离子、氢离子及某些气体的含水量。如氯离子、氢离子及某些气体的含水量。 温度下降，材料的韧性下降。所以对于设计温度等于或低于温度下降，材料的韧性下降。所以对于设计温度等于或低于-20的碳素钢和低合金钢制的压力容器成为低温压力容器。关的碳素钢和低合金钢制的压力容器成为低温压力容器。关于低温压力容器的选材、结构、制造、检验和验收都有专门的规于低温压力容器的选材、结构、制造、检验和验收都有专门的规定，决不允许将不是低温用钢改作低温容器使用。定，决不允许将不是低温用钢改作低温容器使用。我国已经成为世界贸易组织成员国，要求化工设备零部件我国已经成为世界贸易组织成员国，要求化工设备零部件必须标准化，也有利于成批生产，缩短生产周期，提高产必须标准化，也有利于成批生产，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力；品质量，降低成本，从而提高产品的竞争力；零部件的标准化可以增加其互换性；零部件的标准化可以增加其互换性；零部件的标准化也有利于设计、制造、安装和检修，提高零部件的标准化也有利于设计、制造、安装和检修，提高劳动生产率；劳动生产率；关于化工设备零部件的标准化，我国已经颁布了一系列的关于化工设备零部件的标准化，我国已经颁布了一系列的零部件的标准。零部件的标准。三、容器零部件的标准化三、容器零部件的标准化1. 1. 容器零部件标准化的意容器零部件标准化的意义义1989我国压力容器标准化技术委员会制订了我国压力容器标准化技术委员会制订了GB150-89钢制压力容器钢制压力容器，它是在我国它是在我国钢制石油化工压力容器设计规范钢制石油化工压力容器设计规范标准实施了标准实施了20余年基础余年基础上，总结我国大量工程实践经验，以理论与实验研究为指导，并吸收了上，总结我国大量工程实践经验，以理论与实验研究为指导，并吸收了国际同类先进标准的内容而编制的，标志着我国集设计、制造、检验和国际同类先进标准的内容而编制的，标志着我国集设计、制造、检验和验收技术要求于一体，独立、完整、统一的中国压力容器标准体系正在验收技术要求于一体，独立、完整、统一的中国压力容器标准体系正在形成。形成。1998年，针对年，针对GB150-89 又进行了修订，形成了又进行了修订，形成了GB150-1998，使标使标准更加完善。准更加完善。GB150钢制压力容器钢制压力容器包括压力容器板壳元件计算、容器结构要素的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以及容器的制造与验收的要求等，确定，密封设计、超压泄放装置的设置以及容器的制造与验收的要求等，是压力容器制造、设计、检验与验收的综合性国家标准。它是确保压力是压力容器制造、设计、检验与验收的综合性国家标准。它是确保压力容器结构强度、结构稳定和结构刚度，以达到安全使用所必须遵循的基容器结构强度、结构稳定和结构刚度，以达到安全使用所必须遵循的基本技术要求。本技术要求。2.2.国内标准国内标准3.3.国外标准国外标准美国美国ASME规范规范 ：ASME规范规模庞大、内容完善，仅依靠规范规模庞大、内容完善，仅依靠ASME规范本身即可完成压规范本身即可完成压力容器选材、设计、制造、检验、试验、安装及运行等全部工作环节。现在力容器选材、设计、制造、检验、试验、安装及运行等全部工作环节。现在ASME规范共规范共有十一卷，总计二十二册，另外还有二册规范案例。其中与压力容器密切相关的部分有：有十一卷，总计二十二册，另外还有二册规范案例。其中与压力容器密切相关的部分有： 第第卷材料技术条件、第卷材料技术条件、第卷无损检验、第卷无损检验、第卷卷 压力容器及第压力容器及第卷卷 焊接及钎焊评定。焊接及钎焊评定。ASME规范每年增补一次，每三年出一新版，技术先进，修订及时，能迅速反映世界压力规范每年增补一次，每三年出一新版，技术先进，修订及时，能迅速反映世界压力容器科技发展的最新成就，使它成为世界上影响最大的一部规范。容器科技发展的最新成就，使它成为世界上影响最大的一部规范。英国压力容器规范（英国压力容器规范（BS） 日本国家标准（日本国家标准（JIS） 德国压力容器规范（德国压力容器规范（AD） ：AD规范与规范与ASME规范相比，具有如下的特点：规范相比，具有如下的特点： AD规范只对材料的屈服极限取安全系数，且取数较小。因此，产品厚度薄、重规范只对材料的屈服极限取安全系数，且取数较小。因此，产品厚度薄、重量轻；量轻； AD规范允许采用较高强度级别的钢材；规范允许采用较高强度级别的钢材； 在制造要求方面，在制造要求方面，AD规范没有规范没有ASME详尽，他们认为这样可使制造厂具有较大详尽，他们认为这样可使制造厂具有较大的灵活性，易于发挥各厂的技术特长和创新。的灵活性，易于发挥各厂的技术特长和创新。 公称直径 DN4. 4. 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( (DN、PN) )对由对由钢板卷制的筒体和成形封头而言，公称直径是指钢板卷制的筒体和成形封头而言，公称直径是指它们的它们的内径内径；对于管子而言，公称直径既不是内径，也不是外径，对于管子而言，公称直径既不是内径，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而是小于管子外径的一个数值。只要管子的公称直径确定了，它的外径也就确定了。确定了，它的外径也就确定了。对于法兰来说，它的公称直径是指与它相连的筒体或对于法兰来说，它的公称直径是指与它相连的筒体或管子的公称直径；管子的公称直径；设计时，应将工艺设计初步确定的设备内径，调整到设计时，应将工艺设计初步确定的设备内径，调整到规定的公称直径。规定的公称直径。在制定零部件标准时，仅有公称直径这一个参数是不够的，因为在制定零部件标准时，仅有公称直径这一个参数是不够的，因为即使公称直径相同的筒体，只要工作压力不同，那么它们的其他即使公称直径相同的筒体，只要工作压力不同，那么它们的其他尺寸也可能不一样，因此还需要引入公称压力。尺寸也可能不一样，因此还需要引入公称压力。设计时，如果是选用标准零部件，则必须将操作温度下的最高工设计时，如果是选用标准零部件，则必须将操作温度下的最高工作压力作压力(或设计压力或设计压力)调整到所规定的某一公称压力等级，然后根调整到所规定的某一公称压力等级，然后根据据DN和和PN选定该零件的尺寸。选定该零件的尺寸。 公称压力公称压力 PN标准化的例子其实在我国古代就有过先标准化的例子其实在我国古代就有过先例，在战国时期的秦国在兵器制造方面例，在战国时期的秦国在兵器制造方面就实行过类似于标准化的管理；就实行过类似于标准化的管理；请看：请看：视频视频