化工设备基础-第四章-王绍良-教案

第四章压力容器

一、容器的分类与结构

（一）结构

图2-1卧式容器的结构简图

（二）分类

第一种：按设计压力分类

按承压方式，压力容器可分为压容器与外压容器。压容器又可按设计压力（P）大小分为四个压力等级。

外压容器中，当容器的压力小于0.1MPa时又称为真空容器。

第二种：按作用原理（即用途）分类

第三种：按安全技术管理分类

第四种：按容器壁温分类，可分为常温、中温、高温和低温容器四种。

第五种：按壁厚分类，分为薄壁容器（δ/D i≤0.1）和厚壁容器δ/D i＞0.1

二、容器机械设计的基本要求

在进行压力容器机械设计时,它的总体尺寸、零部件尺寸由工艺条件决定或由经验所得，因此我们这里主要是指结构设计。

要求有以下几个方面。

（一）安全性

1、强度：强度就是容器抵抗外力破坏的能力。容器应有足够的强度，否则造成事故。

2、刚度：是指容器或构件在外力作用下维持原有形状的能力。承受压力的容器或构件，必须保证足够的稳定性，以防止被压瘪或出现折皱。

3、密封性：设备密封的可靠性是安全生产的重要保证之一，因为化工厂中所处理的物料中很多是易燃、易爆或有毒的，

设备的物料如果泄漏出来，不但会造成生产上的损失，更重要的是会使操作人员中毒，甚至引起爆炸；

反过来，如果空气混入负压设备，亦会影响工艺过程的进行或引起爆炸事故。

因此，化工设备必须具有可靠的密封性，以保证安全和创造良好的劳动环境以及维持正常的操作条件。

4、耐久性：化工设备的设计使用年限一般为10年一15年，但实际使用年限往往超过这个数字，

腐蚀、疲劳、蠕变或振动等，都会影响耐久性，尤其是腐蚀，所以以后的设计中会看到考虑腐蚀余量。

（二）可行性

包括制造、安装、操作、维修及运输的可能性、方便性。

（三）经济性指五个方面。

①单位生产能力；

②消耗系数；

③设备价格；

④管理费用：包括劳动工资、维护和检修费用等。管理费用降低，产品成本也随之降低。但管理费用不是一个孤立的因素，

例如有时采用高度自动化的设备，管理费用是降低了，但投资则会增加。

⑤产品总成本：是生产中一切经济效果的综合反映。一般要求产品的总成本愈低愈好，但如果一个化工设备是生产中间产品，

则为了使整个生产的最终产品的总成本为最低，此中间产品的成本就不一定选择最低的指标，而应从整个生产系统的经济效果来确定。

三、容器零部件的标准化

1．标准化的意义

①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。

②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，

例如圆简体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。

2、容器零部件标准化的基本参数——公称直径DN和公称压力PN。

①公称直径：是将容器及管子直径加以标准化以后的标准直径。

A．压力容器(筒体、封头)的公称直径：由钢板卷制的筒体，公称直径是指它的径；

B．当筒体的直径较小，直接采用无缝钢管制作时，容器的公称直径应是指无缝钢管的外径；

封头的公称直径与筒体一致。

B．管子：公称直径既不是它的径，也不是外径，而是小于管于外径的一个数值。

只要管子的公称直径一定，它的外径也就确定了，而管子的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。

C．其它零部件的公称直径：有些零部件的公称直径，如压力容器法兰，鞍式支座等就是指与它相配的筒体与封头的公称直径。

D．而管法兰、手孔等则是指与它相配的管子的公称直径。

公称压力：是将所能承受的压力围分为若干个等级，因为公称直径相同的同类零件，只要它们的工作压力不相同，那么它们的其他尺寸也就不会一样。所以规定了若干个压力等级，

这种规定的标准压力等级就是公称压力，以PN表示。

四、压力容器相关的法规与标准

相关标准与规定近300个，其中GB150-1998《钢制压力容器》是我国压力容器标准体系中的核心标准。

在压力容器的标准与规定中，一部分是技术性的规定，另一部分是法规性的规定（有强制性），

目前法规性规定的标准有3个：GB150-1998《钢制压力容器》；《特种设备安全监察条例》；《压力容器安全技术监察规程》。

第三章压薄壁容器的应力分析

本章重点：薄膜理论及其应用

本章难点：薄膜理论公式推导

建议学时：6学时

工程实际中，应用较多的是薄壁容器，并且，这些容器的几何形状常常是轴对称的，而且所受到的介质压力也常常是轴对称的，甚至于它的支座，或者说约束条件都对称于回转轴，我们把几何形状、所受外力、约束条件都对称于回转轴的问题称为轴对称问题。

第一节回转壳体的应力分析—薄膜应力理论

一、薄膜容器及其应力特点

(一)压薄壁容器的结构与受力：

(二)压薄壁容器的变形：

(三)压薄壁容器的力：

结论

在任何一个压力容器中，总存在着两类不同性质的应力：薄膜应

力、边缘应力

图3-1内压薄膜容器

二、基本概念与基本假设

(一)回转壳体中的基本的几何概念

1、面

（1）中间面：平分壳体厚度的曲面称为壳体的中间面，中间面与壳体外表面等距离，它代表了壳体的几何特性。

（2）回转曲面：由平面直线或平面曲线绕其同平面的回转轴回转一周所形成的曲面。

（3）回转壳体：由回转曲面作中间面形成的壳体称为回转壳体。

2、线

（1）母线：绕回转轴回转形成中间面的平面曲线。

（2）经线：过回转轴的平面与中间面的交线。

（3）法线：过中间面上的点且垂直于中间面的直线称为中间面在该点的法线。

（法线的延长线必与回转轴相交）

（4）纬线：以法线为母线绕回转轴回转一周所形成的圆锥法截面与中间面的交线平行圆：垂直于回转轴的平面与

（5）中间面的交线称平行圆。显然，平行圆即纬线。

3、点

4、半径

（1）第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径为该点的“第一曲率半径”R1，R1=MK1。