化工机械基础 第十五章 第一节 容器设计基础

第四篇 容器设计
第十五章 容器设计基础
第一节 概 论
一、容器的结构
壳体(筒体) 封头(端盖) 法兰、支座、 壳体(筒体)、封头(端盖)、法兰、支座、 接口管及人孔等组成。 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。 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 按容器的形状 •按承压性质 按承压性质 •按管理 按管理 按容器壁温 •其它 按金属材料 其它 按应用情况
按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、 反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学 （Ｒ）完成物理 反应，如反应器、反应釜、分解锅、 反应，如反应器、反应釜、分解锅、 聚合釜、变换炉等； 聚合釜、变换炉等； 换热压力容器（Ｅ）热量交换， （Ｅ）热量交换 换热压力容器（Ｅ）热量交换，如热 交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、 交换器、管壳式余热锅炉、冷却器、 冷凝器、蒸发器等； 冷凝器、蒸发器等；
名称
说明
（1） 高压容器； ） 高压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； ） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； 大于等于10MPa·m3中压储存容器； 中压储存容器； （3） 中度危害介质，且pV大于等于 ） 中度危害介质， 大于等于 中压储存容器 大于等于0.5MPa·m3中压反应容器； 中压反应容器； （4） 中度危害介质，且pV大于等于 ） 中度危害介质， 大于等于 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 ） 毒性程度为极度和高度危害介质， 乘积大于等于 0.2MPa·m3的低压容器； 的低压容器； 的低压容器 （6） 高压、中压管壳式余热锅炉； ） 高压、中压管壳式余热锅炉； （7） 中压搪玻璃压力容器； ） 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； ） 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、罐式汽车和罐式集装箱等； ） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等； 的球形储罐； （10） 容积大于等于 m3的球形储罐； ） 容积大于等于50 的球形储罐 的低温液体储存容器。 （11） 容积大于 m3的低温液体储存容器。 ） 容积大于5 的低温液体储存容器 （1） 中压容器； ） 中压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； ） 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； 低压储存容器； （4） 低压管壳式余热锅炉； ） 低压管壳式余热锅炉； （5） 低压搪玻璃压力容器。 ） 低压搪玻璃压力容器。
有缝管的公称直径： 有缝管的公称直径：
每一公称直径对应一外径， 每一公称直径对应一外径，其内 径数值随厚度不同而不同。 径数值随厚度不同而不同。 有缝管按厚度可分为薄壁钢管、 有缝管按厚度可分为薄壁钢管、 普通钢管和加厚钢管。 普通钢管和加厚钢管。 管路附件也用公称直径表示， 管路附件也用公称直径表示，意 义同
按应用情况
分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓 分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓 （Ｓ） 冲和气体净化分离，如分离器、 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； 滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等； 储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ） ：（Ｃ，球罐为Ｂ）储 储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ）储 盛装气体、液体、 存、盛装气体、液体、液化气体等 介质，如各种形式的贮罐、贮槽、 介质，如各种形式的贮罐、贮槽、 高位槽、计量槽、槽车等。 高位槽、计量槽、槽车等。
两个基本参数： 两个基本参数：
公称直径DN： 公称直径DN：指标准化以后的标 DN 准直径， DN表示 单位mm 表示， mm， 准直径，以DN表示，单位mm， 例如内径1200mm 1200mm的容器的公称 例如内径1200mm的容器的公称 直径标记为DN1200 DN1200。 直径标记为DN1200。 公称压力PN： 公称压力PN：容器及管道的操作 PN 压力经标准化以后的标准压力称 为公称压力， PN表示 表示， 为公称压力，以PN表示，单位 MPa。 MPa。
急性 中毒
急性中毒 慢性中毒 慢性中毒后果 致癌性 最高容许浓度 常见化学介质
＞20000 mg/m3 ＞2500 ＞5000 5000 无中毒但 偶可中毒 有影响 偶有发生 有影响
继续进展 可基本治 可恢复无 可恢复无 不能治愈 愈 严重后果 不良后果 人体致癌 可疑致癌 动物致癌 无致癌性 0.11.0＜0.1 ＞10 甲醛,苯胺 二氧化硫, 苯胺、 光气、 光气、汞、 甲醛 苯胺、二氧化硫 氟化氢、 硫化氢,氨 氟化氢、 硫化氢 氨 氰化氢
(190 (210 (230 1800 2000 2200 2400 2500 2600 2800 0) 0) 0) 3000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 4500 4600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000
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。 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。
三类容器
二类容器
一类容器
判断题： 判断题：
判断下列容器属一、 判断下列容器属一、二、三类 容器的哪一类？ φ2000的 容器的哪一类？1）φ2000的 液氨储罐 2）p为4MPa的剧毒介质容器 4MPa的剧毒介质容器 10MPa， 800L的乙 3）p为10MPa，V为800L的乙 烯储罐。 烯储罐。
㈠ 公称直径
1. 压力容器的公称直径 钢板卷焊公称直径是内径。 钢板卷焊公称直径是内径。
300 (350) 400 (450) 500 (550) 600 (650) 700 (750) 800 900 (110 (130 (150 (170 1600 1000 1200 1400 0) 0) 0) 0)
容器直径较小，可直接用无缝钢 容器直径较小， 管制作。公称直径指钢管外径。 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）
159
219
273
325
377
426
设计时， 设计时，应将工艺计算初步 确定的设备内径， 确定的设备内径，调整为符 合表4 或表4 合表4-4或表4-5所规定的公称 直径。 直径。 封头的公称直径与筒体一致。 封头的公称直径与筒体一致。
2.管子的公称直径 2.管子的公称直径
有缝管的公称直径： 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 mm， in， 义尺寸。公制mm，英制in，见表 4-6。 公称直径15mm 1/2英寸 15mm或 英寸， 公称直径15mm或1/2英寸，外径 21.3mm，壁厚2.75mm 普通） 2.75mm（ 21.3mm，壁厚2.75mm（普通） 3.25mm（加厚） 3.25mm（加厚）
按材料
金属容器:钢制, 铸铁, 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， 非金属材料：既可作为容器的衬里， 又可作为独立的构件。 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， 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 不锈复合钢板、铝板及钛材。 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； 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、 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、 玻璃钢、不透性石墨、化工搪瓷、 化工陶瓷及砖、 化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等
按承压性质
内压： 内压：内部介质压力大于外界压力 外压： 外压：内部介质压力小于外界压力 真空： 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
容器分类 低压容器 中压容器 高压容器 超高压容器 设计压力 p （MPa） ） 0.1≤p＜1.6 ＜ 1.6≤p＜10 ＜ 10≤p＜100 ＜ p≥100
无缝钢管的公称尺寸： 无缝钢管的公称尺寸：
分热轧管和冷拔管。 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。 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 57mm时 在管道工程中，管径超过57mm时， 常采用热轧管。管径在57mm 57mm以内 常采用热轧管。管径在57mm以内 常选用冷拔管。 常选用冷拔管。 冷拔管的最大外径为200mm 200mm； 冷拔管的最大外径为200mm； 热轧管的最大外径为630mm 630mm。 热轧管的最大外径为630mm。
按容器壁温
常温容器：壁温-20℃至200℃； 常温容器：壁温-20℃至200℃； 高温容器：壁温达到蠕变温度, 高温容器：壁温达到蠕变温度,碳素钢 或低合金钢容器，温度超过420℃ 420℃， 或低合金钢容器，温度超过420℃， 合金钢超过450℃ 450℃， 合金钢超过450℃，奥氏体不锈钢超 过550℃，均属高温容器； 550℃，均属高温容器； 中温容器：在常温和高温之间； 中温容器：在常温和高温之间； 低温容器：壁温低于20℃至 低温容器：壁温低于-20℃, -20℃至40℃为浅冷容器 低于-40℃者为深 为浅冷容器， 40℃为浅冷容器，低于-40℃者为深 冷容器。 冷容器。
按容器的形状
按容器形状分类 名称 方形\矩 方形 矩 形容器 球形容 器 圆筒形 容器 特 点 平板焊成，制造简便， 平板焊成，制造简便，但承压能 力差， 力差，只用作小型常压贮槽 弓形板拼焊，承压好， 弓形板拼焊，承压好，安装内件 不便，制造稍难,多用作贮罐 不便，制造稍难 多用作贮罐 筒体和凸形或平板封头。 筒体和凸形或平板封头。制造容 安装内件方便，承压较好， 易，安装内件方便，承压较好， 应用最广
表4-3 毒性危害程度分级
分 级 指 标 吸入 经皮 经口 Ⅰ 极度危害 ＜200 mg/m3 ＜100 ＜25 易中毒后 果严重 患病率高 Ⅱ 高度危害 200 mg/m3~ 100 ~ 25 ~ 可中毒， 可中毒， 愈后良好 较高 Ⅲ 中毒危害 2000 mg/m3~ 500 ~ 500 ~ Ⅳ 轻度危害