化工设备设计概述(共 56张PPT)

耐久性
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7 概 述（续）
7.3容器的标准化设计
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1、 标准化的意义
（1）从产品的设计、制造、检验和维修等诸多方面
来看，标准化是组织现代化生产的重要手段。
a）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，从而提高产品竞争能力； b）实现标准化，可以增加零部件的互换性，有利于 设计、制造、安装和维修，提高劳动生产率。
第二篇 化工设备设计基础
7 概 述
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7 概 述（续）
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7.1 容器的结构与分类
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1、容器的结构 ——反应设备、换热设备、分离设备和储运设备 （1）反应设备 ——用来完成介质物理、化学反应。 如反应器、发生器、反应釜、 聚合釜、分解塔、合成塔、
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7 概 述（续）
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屈强比 ——屈服极限σS与强度极限σb之比，反映材料屈服 后强化能力的高低。 屈强比愈低表示屈服后仍有较大的强度裕量， 高强度钢的屈强比数值较高，可达0.8 以上，而低强 度钢的屈强比可低到0.6 以下。 持久强度 ——指钢材在设计温度下经10 万小时断裂的持久强 度的平均值。
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7 概 述（续）
② 第二类压力容器
具有下列情况之一的，为第二类压力容器:
a．中压容器；
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b．低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； c．低压反应容器和低压储存容器 （仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）； d．低压管壳式余热锅炉； e．低压搪玻璃压力容器。
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③ 第一类压力容器
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，应用最广。
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接管
人孔 封头
图 赤道正切柱式支承单层壳球罐
1-球壳；2-液位计导管；3-避雷针； 4-安全泄放阀；5-操作平台；6-盘梯；
液面计 筒身 支座
7-喷淋水管；8-支柱；9-拉杆 12
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公称直径（又称公称通径）DN
公称压力 PN。
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公称直径，也称为公称通径，用“DN”表示
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——为使用方便将容器及管子标准化以后的标准直径
对用钢板卷制的圆筒公称直径——指其内径
对用无缝钢管制作的圆筒公称直径——指钢管外径
对管法兰公称直径——指与其相连接的管子的名义直 径，也就是管件的公称通径，它既不是管子的内径， 也不是管子的外径，而是接近内外径的某个整数。 压力容器法兰的公称直径——指与法兰相配套的容器
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7.4 化工容器常用金属材料的基本性能
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化学工业是多品种的基础工业，为了适应化工生产 的多种需要，化工设备的种类很多，设备的操作条件也 比较复杂。 ——按操作压力，有真空、常压、低压、中压、高压 和超高压； ——按操作温度，有低温、常温、中温和高温； ——处理的介质大多数具有腐蚀性，或为易燃、易爆、 剧毒等。 对于某种具体设备来说，往往既有温度、压力要求， 又有耐腐蚀要求，而且这些要求有时还是互相矛盾的， 有时某些条件又经常变化。
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（5）按支承形式分类
——卧式容器和立式容器。
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（6）按结构材料分类
——有金属制的和非金属制的两类。 金属——应用最多的是低碳钢和低合金钢。 非金属材料——既可作容器衬里，又可作独立构件。 常用的有硬聚乙烯、玻璃钢、不锈钢石墨、化工搪瓷、 化工陶瓷、砖、板、花岗岩、橡胶衬里等。
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7 概 述（续）
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（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。
（3）采用国际性的标准化，可以消除贸易障碍， 提高国际竞争能力。
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2、容器零部件标准化的基本参数
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压力容器的直径和操作压力是由工艺条件确定。 压力容器及其零部件标准化的基本参数
设计时应尽量采用标准设计和标准零部件。
7、方便操作和便于运输 ——化工设备的结构应考虑操作方便，及安装、维 护、检修方便（人孔、手孔位置）。在化工设备的 尺寸和形状上还应考虑到运输的方便和可能性。
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强度
刚度 压力容器设计要求 稳定性
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方便操作 便于运输
节省材料 便于制造 密封性
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2、容器的分类 （1）按容器形状分类
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方形和矩形容器——平板焊成，制造简单，承压能力
差，只用作常压或低压小型贮槽。
球形容器——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，一般多用作储罐。 圆筒形容器——由圆柱形筒体和各种回转形成形封头 （半球形、椭球形、蝶形、圆锥形等）或平板形封头
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高度、极度毒性 ≥0.2
二类容器
三类 容器
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高压(MPa) 10≤p<100
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7.2 容器机械设计的基本要求
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容器的总体尺寸（例如反应釜釜体容积的大小， 釜体长度与直径的比例，传热方式及传热面积的大 小；又如蒸馏塔的直径与高度，接口管的数目，方
位及尺寸等），一般是根据工艺生产要求，通过化
a．高压容器；
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b．中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）； c．中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且pV乘积大于等于10MPa· m3）；
d. 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且pV乘积大于等于0.5MPa· m3）；
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e．低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质， 且pV乘积大于等于0.2MPa· m3）； f．高压、中压管壳式余热锅炉； g．中压搪玻璃压力容器； h．使用强度级别较高的材料制造的压力容器；
或封头的公称直径。
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7 概 述（续）SIT4分、6分、1寸是英制说法即英寸。 普通4分管1\2"---管内径15mm；外径21.3mm ，壁厚2.75mm 普通6分管3\4"---管内径20mm ;外径26.8mm，壁厚2.75mm
普通1吋管1"---管内径25.4mm；外径33.5mm，壁厚3.25mm
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4、耐久性——保证使用寿命
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一般化工设备设计使用寿命为10～15年。高压容器，
因制造成本较高，为20～25年。大多取决于腐蚀情况， 有些取决于疲劳、蠕变或振动。 5、密封性——包括内漏和外漏
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6、节省材料，便于制造
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——尽可能降低材料消耗。尤其是贵重材料的消耗， 在考虑结构时应使其便于制造，保证质量。应尽量 减少或避免复杂的加工工序，尽量减少加工量。在
工工艺计算和生产经验决定的。这些尺寸通常称为 设备的工艺尺寸。
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强度设计，设计时应满足：
1、强度——不发生破坏
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当设备的工艺尺寸初步确定之后，可进行结构、
——如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。
2、刚度——不发生过大变形
——如塔体倾斜，塔盘下凹等。
3、稳定性——不发生瘪塌或褶皱 ——如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽 负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。
（2）按容器的厚度分类 ——薄壁容器和厚壁容器
薄壁圆柱壳或薄壁圆筒 外直径与内直径的比值
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(Do/Di)max≤1.1-1.2
厚壁圆柱壳或厚壁圆筒
外直径与内直径的比值 (Do/Di)max＞ 1.1-1.2
（D0——容器外径，Di——容器内径，δ——容器厚度）
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（3）按承压性质和能力分类 外压容器 承压 方式
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交换炉等。
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（2）换热设备
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——用来完成介质的热量交换。如热交换器、加热 器、冷却器、蒸发器、废热锅炉等。
管壳式换热器
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（3）分离设备
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——完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等。
如分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干 燥塔等。
吸收塔
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[当容器的内压力小于一个绝对大气 压（约0.1MPa）时又称为真空容器]
低压(L)容器 0.1 MPa≤p＜1.6 MPa
内压容器
按照设计压力P
中压(M)容器 1.6 MPa≤p＜10.0 MPa
高压(H)容器 10 MPa≤p＜100 MPa 超高压(U)容器 p≥100MPa
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壁厚误差+12%；-15%，外径偏差正负0.5mm
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法兰的公称压力 ——指某种材料制造的法兰，在一定的温度下所能 承受的最大工作压力，用“PN”表示，是法兰承载能 力的标志。压力容器法兰的公称压力是指在规定的 螺栓材料和垫片的基础上，16MnR材料制造的法兰， 在200℃时所允许的最大工作压力。
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（7）按安全技术管理分类
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《压力容器安全技术监察规程》将容器分为三类：
（1）压力（ P ）
分类依据 （2）压力与容积的乘积（PV）
（3）介质危害程度
（4）容器的作用 第一类压力容器