化工设备设计基础知识
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设备的共同特点是都有一个外壳。外壳称作容器
换热器 反应釜
塔设备
7.1 容器的结构与分类
• 容器：化工生产所用各种化工设备外部壳体的总称。 • 容器一般由几种壳体（如圆柱壳、圆锥壳、椭球壳）组合而成。再加上连
接法兰、支座、接口管、人孔、手孔、视镜等零部件。
接管
人孔 封头
液面计
筒身
支座
二、容器的分类
求，可否批准？ 8.技术经济指标合理 经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价格；
管理费用和生产总成本。
7.3 容器标准化设计
7.3.1 标准化的意义 • 设计——无需计算和制图，按已有标准图选择。 • 制造——有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，提高竞争力。 • 维修——备件规格尺寸通用，实现互换性。 • 通商贸易——国内、国际间通用，消除贸易障碍。 我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、
• 分类方法 形状 厚度 承压性质 工作温度 支承形式 结构材料 技术管理
Fra Baidu bibliotek
方形和矩形容器
形状分 球形容器
圆筒形容器
容器厚度分厚薄壁壁容容器器
承压性质内压容器：常外、压低容、器中、高、超高
常温：20 200 壁温分中高温温：：常达温到材 高料温蠕之变间温度
低温：低于 20
支承形式分卧立式式容容器器 结构材料分非金金属属：：低硬碳聚钢乙、烯低、合玻金璃钢钢、、不搪锈瓷钢
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。而管法兰、手孔等则是指与它相配的管 子的公称直径。
7.4 化工容器常用金属材料的基本性能
选用材料的一般要求
（1）材料品种应符合我国资源和供应情况； （2）材质可靠，能保证使用寿命； （3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介 质能耐腐蚀； （4）便于制造加工，焊接性能良好； （5）成本低，经济上合算。
第二篇 化工设备设计基础
第七章 概述 §7.1 容器的结构与分类 §7.2 容器机械设计的基本要求 §7.3 容器的标准化设计 §7.4 化工容器常用金属材料的基本性质
7.1 容器的结构与分类
• 化工设备分类——按照用途分 反应设备：完成介质的物理、化学反应的设备 换热设备：完成介质的热量交换的设备 分离设备： 储运设备：用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气等
7.3 容器的标准化设计
二、容器零部件标准化的基本参数
法兰
公称直径DN：将容器及
管子直径加以标准化以后的 标准直径。
接管
公称压力PN：规定 的标准应力等级
（板卷） 筒体
无缝管
封头 接管
公称直径
DN是公称直径， (或叫公称通径),就是各种管子与管路附件的通用口 径。同一公称直径的管子与管路附件均能相互连接，具有互换性.它 不是实际意义上的管道外径或内径，虽然其数值跟管道内径较为接近 或相等；
三、化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性
四、工艺性能
五、其他性能
1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性
变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗 拉强度等。
屈服极限 s或 0.2
强度极限 b
持久极限 -1
2、塑性
金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏 的能力。
l
断后伸长率
l0
断面收缩率 A
第三类压力容器 安全技术管理分第二类压力容器
第一类压力容器
设计资质
7.2.容器机械设计的基本要求 7.2.1 容器机械设计条件及程序： 1.容器机械设计条件： （1）工艺结构要求及基本工艺尺寸； （2）工作压力、工作温度及工作介质； （3）容器的工作环境、重要程度；
科学严谨的态度
不合格
2.机械设计程序
选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的 原则。
7.4 化工容器常用金属材料的基本性能
一、力学性能
材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破 坏的能力，叫做材料的力学性能。主要特征指标包括 强度、塑性、韧性、 硬度、材料高温下的力学性能 这是设计时选用材料的重要依据。
二、物理性能：密度、熔点、热膨胀系数 、导热系数和导电性等
开始
确定设计依据及相关标准
选择材料 确定容器类别
结构设计 壁厚设计 零部件设计 压力试验核算
不合格
校核
合格
审核
合格
批准
绘制施工图
结束
机械设计的基本要求：
1.强度——不发生破坏 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
公称直径
A．压力容器(筒体、封头)的公称直径：由钢板卷制的筒 体，公称直径是指它的内径；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内径，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，而管子的内径则根据壁厚的不 同有多种尺寸，它们大都接近于管子的公称直径。
发生瘪塌等。
4.耐久性——保证使用寿命。一般化工设备 设计使用寿命为10～15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。
6. 标准化设计 法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人孔
7.方便制造、操作与检修，便于运输 ※操作阀门位于操作台面2米高，可否？ ※储罐内介质脏，设计结构如何考虑？ ※塔高100米，设计要求整体运输。合理？ ※直径2米的碳钢制容器，壁厚2mm就满足强度要
视镜和液面计等。
国外主要规范
国外的规范主要有四个： 美国ASME规范， 英国压力容器规范（BS）， 日本国家标准（JIS）， 德国压力容器规范（AD）。
相关法规及常用标准
1.基本法规： 《压力容器安全技术监察规程》
—国家质量技术监督局 1999 2. 压力容器常用标准： GB150-98 《钢制压力容器》国家标准 GB151-99 《管壳式换热器 》国家标准 JB4709-2000 《钢制压力容器焊接规程》 JB4730-2005 《压力容器无损检测》 HG20592~20635-97 《钢制管法兰、垫片、紧固件》 JB/T4700~4707-2000《压力容器法兰》
换热器 反应釜
塔设备
7.1 容器的结构与分类
• 容器：化工生产所用各种化工设备外部壳体的总称。 • 容器一般由几种壳体（如圆柱壳、圆锥壳、椭球壳）组合而成。再加上连
接法兰、支座、接口管、人孔、手孔、视镜等零部件。
接管
人孔 封头
液面计
筒身
支座
二、容器的分类
求，可否批准？ 8.技术经济指标合理 经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价格；
管理费用和生产总成本。
7.3 容器标准化设计
7.3.1 标准化的意义 • 设计——无需计算和制图，按已有标准图选择。 • 制造——有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，提高竞争力。 • 维修——备件规格尺寸通用，实现互换性。 • 通商贸易——国内、国际间通用，消除贸易障碍。 我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、
• 分类方法 形状 厚度 承压性质 工作温度 支承形式 结构材料 技术管理
Fra Baidu bibliotek
方形和矩形容器
形状分 球形容器
圆筒形容器
容器厚度分厚薄壁壁容容器器
承压性质内压容器：常外、压低容、器中、高、超高
常温：20 200 壁温分中高温温：：常达温到材 高料温蠕之变间温度
低温：低于 20
支承形式分卧立式式容容器器 结构材料分非金金属属：：低硬碳聚钢乙、烯低、合玻金璃钢钢、、不搪锈瓷钢
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。而管法兰、手孔等则是指与它相配的管 子的公称直径。
7.4 化工容器常用金属材料的基本性能
选用材料的一般要求
（1）材料品种应符合我国资源和供应情况； （2）材质可靠，能保证使用寿命； （3）足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介 质能耐腐蚀； （4）便于制造加工，焊接性能良好； （5）成本低，经济上合算。
第二篇 化工设备设计基础
第七章 概述 §7.1 容器的结构与分类 §7.2 容器机械设计的基本要求 §7.3 容器的标准化设计 §7.4 化工容器常用金属材料的基本性质
7.1 容器的结构与分类
• 化工设备分类——按照用途分 反应设备：完成介质的物理、化学反应的设备 换热设备：完成介质的热量交换的设备 分离设备： 储运设备：用来盛装生产和生活用的原料气体、液体、液化气等
7.3 容器的标准化设计
二、容器零部件标准化的基本参数
法兰
公称直径DN：将容器及
管子直径加以标准化以后的 标准直径。
接管
公称压力PN：规定 的标准应力等级
（板卷） 筒体
无缝管
封头 接管
公称直径
DN是公称直径， (或叫公称通径),就是各种管子与管路附件的通用口 径。同一公称直径的管子与管路附件均能相互连接，具有互换性.它 不是实际意义上的管道外径或内径，虽然其数值跟管道内径较为接近 或相等；
三、化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性
四、工艺性能
五、其他性能
1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性
变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗 拉强度等。
屈服极限 s或 0.2
强度极限 b
持久极限 -1
2、塑性
金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏 的能力。
l
断后伸长率
l0
断面收缩率 A
第三类压力容器 安全技术管理分第二类压力容器
第一类压力容器
设计资质
7.2.容器机械设计的基本要求 7.2.1 容器机械设计条件及程序： 1.容器机械设计条件： （1）工艺结构要求及基本工艺尺寸； （2）工作压力、工作温度及工作介质； （3）容器的工作环境、重要程度；
科学严谨的态度
不合格
2.机械设计程序
选材要抓住主要矛盾，遵循适用、安全和经济的 原则。
7.4 化工容器常用金属材料的基本性能
一、力学性能
材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破 坏的能力，叫做材料的力学性能。主要特征指标包括 强度、塑性、韧性、 硬度、材料高温下的力学性能 这是设计时选用材料的重要依据。
二、物理性能：密度、熔点、热膨胀系数 、导热系数和导电性等
开始
确定设计依据及相关标准
选择材料 确定容器类别
结构设计 壁厚设计 零部件设计 压力试验核算
不合格
校核
合格
审核
合格
批准
绘制施工图
结束
机械设计的基本要求：
1.强度——不发生破坏 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
公称直径
A．压力容器(筒体、封头)的公称直径：由钢板卷制的筒 体，公称直径是指它的内径；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内径，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，而管子的内径则根据壁厚的不 同有多种尺寸，它们大都接近于管子的公称直径。
发生瘪塌等。
4.耐久性——保证使用寿命。一般化工设备 设计使用寿命为10～15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。
6. 标准化设计 法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人孔
7.方便制造、操作与检修，便于运输 ※操作阀门位于操作台面2米高，可否？ ※储罐内介质脏，设计结构如何考虑？ ※塔高100米，设计要求整体运输。合理？ ※直径2米的碳钢制容器，壁厚2mm就满足强度要
视镜和液面计等。
国外主要规范
国外的规范主要有四个： 美国ASME规范， 英国压力容器规范（BS）， 日本国家标准（JIS）， 德国压力容器规范（AD）。
相关法规及常用标准
1.基本法规： 《压力容器安全技术监察规程》
—国家质量技术监督局 1999 2. 压力容器常用标准： GB150-98 《钢制压力容器》国家标准 GB151-99 《管壳式换热器 》国家标准 JB4709-2000 《钢制压力容器焊接规程》 JB4730-2005 《压力容器无损检测》 HG20592~20635-97 《钢制管法兰、垫片、紧固件》 JB/T4700~4707-2000《压力容器法兰》