第八章 容器設計基本知識

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Nanjing University of Technology,《食品機械基礎》第三篇 化工容器設計,授課教師：仲兆祥,第八章 容器設計的基本知識,,容器的基本結(jié)構(gòu)與分類,1,,2,容器零部件的標準化,4,容器機械設計的基本要求,,,3,壓力容器的安全監(jiān)察,現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿,現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿,現(xiàn)代化企業(yè)的雄姿,壓力容器的特點,應用的廣泛性,壓力容器的特點,鍋爐、換熱器、加熱爐 = 圓筒外殼 + 傳熱管束 核反應堆 = 圓筒安全殼 + 核反應零部件 塔器 = 圓筒外殼 + 傳質(zhì)元件（浮閥、填料等） 反應釜 = 圓筒夾套 + 攪拌器 壓縮機、真空泵 = 圓筒氣缸 + 活塞 透平機、泵 = 蝸殼 + 葉輪 ?,應用的廣泛性,過 程 裝 備 = 受 壓外 殼 + 功 能 內(nèi) 件,壓力容器的特點,壓力容器不僅被廣泛用于化學、石油化工、醫(yī)藥、食品、冶金、機械、采礦、電力、航天航空、交通運輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)部門，在農(nóng)業(yè)、民用和軍工部門也頗常見，其中尤以石油化學工業(yè)應用最為普遍，石油化工企業(yè)中的塔、釜、槽、罐無一不是貯器或作為設備的外殼，而且絕大多數(shù)是在壓力溫度下運行，如一個年產(chǎn)30萬噸的乙烯裝置，約有793臺設備，其中壓力容器281臺，占了35.4%。蒸汽鍋爐也屬于壓力容器，但它是用直接火焰加熱的特種受壓容器。 ?,應用的廣泛性,8.1 容器的基本結(jié)構(gòu)與分類,8.1.1 基本結(jié)構(gòu) 一般容器的結(jié)構(gòu)—以臥式容器為例,8.1.2 壓力容器分類 1.按用途分類： ※盛裝或儲存——儲罐、計量槽、壓力緩沖器； ※實現(xiàn)化學反應——合成塔、反應釜、變換爐等； ※實現(xiàn)傳熱——加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、廢熱鍋爐、水洗塔等； ※實現(xiàn)傳質(zhì)、分離——分餾塔、吸收塔、干燥塔、過濾器、分離器等。 ………,2.考慮安全性 —按承壓（表壓）高低分類 低壓容器 …0.1≤ P ＜1.6 MPa 中壓容器 … 1.6≤ P ＜10 MPa 高壓容器 … 10 ≤ P ＜100 MPa 超高壓容器 P ≥100 MPa,——按容器壁溫分：,（1）常溫容器 -20＜壁溫≤2000C; （2）高溫容器 壁溫~蠕變溫度 碳鋼，低合金鋼 ----- ＞4200C， 奧氏體不銹鋼 -------- ＞5500C。 （3）中溫容器 指壁溫在常溫和高溫之間的容器 （4）低溫容器 壁溫≤-200C -200C～-400C為淺冷容器， 壁溫≤-400C為深冷容器。,8.2.1 標準化的意義 設計——無需計算和制圖，按已有標準圖選擇。 制造——有利于成批生產(chǎn)，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高競爭力。 維修——備件規(guī)格尺寸通用，實現(xiàn)互換性。 通商貿(mào)易——國內(nèi)、國際間通用，消除貿(mào)易障礙。 我國已實現(xiàn)容器零部件標準化的有：圓筒體、封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡和液面計等。,8.2 容器零部件的標準化,8.2.2 標準化的基本參數(shù),公稱直徑 (DN) 公稱壓力 (PN)。 規(guī)定: （1）圓筒體的公稱直徑：板卷制的—— 筒體內(nèi)經(jīng)； 無縫鋼管制的——鋼管外徑。 （2）法蘭與其相配的管子或筒體的PN、DN相一致。 注意：鋼管的DN≠Di,D0,8.3.1 壓力容器安全監(jiān)察的范圍 同時具備如下條件： (1).最高工作壓力pw≥0.1MPa（表壓，不含液體靜壓力）； (2).內(nèi)直徑Di≥0.15m,且容積V≥0.025m3; (3).介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點（大氣壓力下的飽和溫度）的液體。,8.3 壓力容器的安全監(jiān)察,8.3.2 相關(guān)法規(guī)及常用標準,1.基本法規(guī)： 《特種設備安全監(jiān)察條例》 —國務院 2003年施行 2009年重新修訂 2. 壓力容器常用標準： GB150-98 《鋼制壓力容器》國家標準 GB151-99 《管殼式換熱器 》國家標準 JB4709-2000 《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》 JB4730-2005 《壓力容器無損檢測》 HG20592~20635-97 《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》 JB/T4700~4707-2000《壓力容器法蘭》,8.4 容器機械設計的基本要求,8.4.1 容器機械設計條件及程序： 1.容器機械設計條件： （1）工藝結(jié)構(gòu)要求及基本工藝尺寸； （2）工作壓力、工作溫度及工作介質(zhì)； （3）容器的工作環(huán)境、重要程度；,科學嚴謹?shù)膽B(tài)度 ——合格的設計質(zhì)量,確定設計依據(jù)及相關(guān)標準,開始,,選擇材料,,確定容器類別,,,,,,結(jié)構(gòu)設計,壁厚設計,零部件設計,壓力試驗核算,繪制施工圖,,,校核,審核,,,,,,結(jié)束,,,,,,,,,,,,,合格,,合格,,,不合格,不合格,批準,,,2.機械設計程序,8.4.2 機械設計的基本要求：,1.強度——不發(fā)生破壞 如焊縫開裂，筒體爆破，螺栓拉斷等。 2.剛度——不發(fā)生過大變形 如塔體傾斜，塔盤下凹等。 3.穩(wěn)定性——不發(fā)生癟塌或褶皺 如臥式容器支座之間的筒體發(fā)生癟塌，氣柜抽負 癟塌，塔體支座在起吊時發(fā)生癟塌等。,4.耐久性——保證使用壽命。一般化工設備設計使用壽命為10～15年。大多取決于腐蝕情況，有些取決于疲勞、蠕變或振動。 5.密封性——包括內(nèi)漏和外漏。,6. 標準化設計 法蘭、螺栓、封頭、筒體、支座、接管、人孔 7.方便制造、操作與檢修，便于運輸 ※操作閥門位于操作臺面2米高，可否？ ※塔高100米，設計要求整體運輸。合理？ ※直徑2米的碳鋼制容器，壁厚2mm就滿足強度要求，可否批準？ 8.技術(shù)經(jīng)濟指標合理 經(jīng)濟指標：單位生產(chǎn)能力；消耗系數(shù)；設備價格；管理費用和生產(chǎn)總成本。,