化工机械基础10-1容器设计基础
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化工机械基础(第三版)第十章 容器设计基础PPT课件
按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学反应，如反应器、 反应釜、分解锅、聚合釜、变换炉等； 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、冷凝器、蒸发器等； 分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓冲和气体净化分离， 如分离器、过滤器、缓冲器、吸收塔、干燥塔等； 储存压力容器（Ｃ，球罐为Ｂ）储存、盛装气体、液体、 液化气体等介质，如各种形式的贮罐、贮槽、高位槽、 计量槽、槽车等。
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
第十章 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、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。
二、容器的分类
压力容器分类
按容器的形状
内压：内部介质压力大于外界压力 外压：内部介质压力小于外界压力 真空：内部压力小于一个绝压的外压容器
表10-1 内压容器的分类
容器分类
设计压力 p （MPa）
低压容器
0.1≤p＜1.6
中压容器
1.6≤p＜10
高压容器
10≤p＜100
超高压容器
p≥100
按管理
根据压力等级、介质毒性危害程度以及生产中的作用，压 力容器可分为三类。 第一类压力容器 第二类压力容器 第三类压力容器 不包括核能、船舶专用、直接受火焰加热容器
不在第三、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。
课堂作业：判断题
判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？ 1）φ2000mmx5000mm的液氨储罐； 2）p为4MPa的剧毒介质容器； 3）p为10MPa，V为800L的乙烯储罐。
化工机械基础10
Di
t n C
n C
2s
Di
t
e
e
式中 ：n-圆筒名义厚度 n d C1
圆整成钢材原则值；
e-圆筒有效厚度 e n C
C-厚度附加量。 C C1 C2
设计温度下圆筒旳计算应力
s t pc Di e s t
2 e
五、球壳强度计算
设计温度下球壳旳计算厚度：
pDi
应使其短轴与筒体旳 轴线平行，以尽量降 低开孔对纵截面旳减 弱程度，使环向应力 不致增长诸多。
分析：
s pD / 4 s 2 pD / 2
问题b：钢板卷制圆筒 形容器，纵焊缝与环 焊缝哪个易裂？
筒体纵向焊缝受力不小 于环向焊缝，故纵焊缝 易裂，施焊时应予以注 意。
s pD / 4 s 2 pD / 2
㈡ 无力矩理论基本方程式
无力矩理论是在旋转薄壳旳受 力分析中忽视了弯矩旳作用。
此时应力状态和承受内压旳薄 膜相同。又称薄膜理论
无力矩理论基本方程式：
s1 s 2 p（4-3）——平衡方 R1 R2 程
σ 1
prk （4-4）——区
2 cos 域平衡方程
三、基本方程式旳应用
σ 1．圆筒形壳体
最大工作压力：是指容器顶部在 工作过程中可能产生旳最高压力 （表压）。
㈠ 设计压力（计算压力）
使用安全阀时设计压力不不大 于安全阀开启压力或取最大工作 压力1.05～1.10倍；
使用爆破膜根据其型式，一般 取最大工作压力旳1.15～1.4倍作 为设计压力。
容器内盛有液体，若其静压力不 超出最大工作压力旳5％，则设 计压力可不计入静压力，不然， 须在设计压力中计入液体静压力。
㈤ 厚度附加量
满足强度要求旳计算厚度之外，额外
t n C
n C
2s
Di
t
e
e
式中 ：n-圆筒名义厚度 n d C1
圆整成钢材原则值；
e-圆筒有效厚度 e n C
C-厚度附加量。 C C1 C2
设计温度下圆筒旳计算应力
s t pc Di e s t
2 e
五、球壳强度计算
设计温度下球壳旳计算厚度：
pDi
应使其短轴与筒体旳 轴线平行，以尽量降 低开孔对纵截面旳减 弱程度，使环向应力 不致增长诸多。
分析：
s pD / 4 s 2 pD / 2
问题b：钢板卷制圆筒 形容器，纵焊缝与环 焊缝哪个易裂？
筒体纵向焊缝受力不小 于环向焊缝，故纵焊缝 易裂，施焊时应予以注 意。
s pD / 4 s 2 pD / 2
㈡ 无力矩理论基本方程式
无力矩理论是在旋转薄壳旳受 力分析中忽视了弯矩旳作用。
此时应力状态和承受内压旳薄 膜相同。又称薄膜理论
无力矩理论基本方程式：
s1 s 2 p（4-3）——平衡方 R1 R2 程
σ 1
prk （4-4）——区
2 cos 域平衡方程
三、基本方程式旳应用
σ 1．圆筒形壳体
最大工作压力：是指容器顶部在 工作过程中可能产生旳最高压力 （表压）。
㈠ 设计压力（计算压力）
使用安全阀时设计压力不不大 于安全阀开启压力或取最大工作 压力1.05～1.10倍；
使用爆破膜根据其型式，一般 取最大工作压力旳1.15～1.4倍作 为设计压力。
容器内盛有液体，若其静压力不 超出最大工作压力旳5％，则设 计压力可不计入静压力，不然， 须在设计压力中计入液体静压力。
㈤ 厚度附加量
满足强度要求旳计算厚度之外，额外
化工机械基础10-1容器设计基础
第三篇 容器设计
第十章 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、 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。
二、容器的分类
压力容器分类
•按容器的形状 •按承压性质 •按管理 按容器壁温 •其它 按金属材料 按应用情况
按容器的形状
按容器形状分类 名称 方形\矩 形容器 特 点 平板焊成，制造简便，但承压能 力差，只用作小型常压贮槽
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 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 光气、汞、 甲醛,苯胺、二氧化硫, 氰化氢 氟化氢、 硫化氢,氨
设计时如果选用标准零部件，必 须将操作温度下的最高操作压力 (或设计压力)调整为所规定的某 一公称压力等级(调整方法见第 五节)，然后根据DN与PN选定该 零部件的尺寸。 如果零件不选用标准零部件，而 是自行设计，设计压力就不必符 合规定的公称压力。
四、压力容器的标准简介
压力容器标准是全面总结压 力容器生产、设计、安全等方面 的经验，不断纳入新科技成果而 产生的。它是压力容器设计、制 造、验收等必须遵循的准则。压 力容器标准涉及设计方法、选材 及制造、检验方法等。
(190 (210 (230 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
第十章 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、 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。
二、容器的分类
压力容器分类
•按容器的形状 •按承压性质 •按管理 按容器壁温 •其它 按金属材料 按应用情况
按容器的形状
按容器形状分类 名称 方形\矩 形容器 特 点 平板焊成，制造简便，但承压能 力差，只用作小型常压贮槽
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 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 光气、汞、 甲醛,苯胺、二氧化硫, 氰化氢 氟化氢、 硫化氢,氨
设计时如果选用标准零部件，必 须将操作温度下的最高操作压力 (或设计压力)调整为所规定的某 一公称压力等级(调整方法见第 五节)，然后根据DN与PN选定该 零部件的尺寸。 如果零件不选用标准零部件，而 是自行设计，设计压力就不必符 合规定的公称压力。
四、压力容器的标准简介
压力容器标准是全面总结压 力容器生产、设计、安全等方面 的经验，不断纳入新科技成果而 产生的。它是压力容器设计、制 造、验收等必须遵循的准则。压 力容器标准涉及设计方法、选材 及制造、检验方法等。
(190 (210 (230 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
第10章容器设计基础
10.2 内压薄壁容器设计
一、薄壁容器设计的理论基础
1、薄壁容器 容器 厚壁容器 K＞1.2
薄壁容器 K ≤1.2
δ/Di≤0.1
根据容器的外径D0和内径Di的比值K来判断。
D0 Di 2 K 1 2 Di Di Di
石油、化工中使用的压力容器大多为薄壁容器。
2、圆筒薄壁容器承受内压时的应力
无缝钢管一般只适用DN600以下的，直径再大的管线 就要选有缝管。总体来说，无缝管质量低于有缝管。
热扎无缝钢管的生产过程
粗扎
精扎
有缝管的标记 有缝管的标记用公称直径表示：
DN50
公称直径 公称直径是近似内径的一个代号，可用mm或in表 示，每个公称直径对应一个外径D0，但厚度不同 （普通、加厚）→内径Di不同。
以外径为基准的压力容器的公称直径（GB9019—2001）
159 219 273 325 377 426
（2）管子的公称直径（口径、通径）
有缝管（焊接管）：由钢板卷曲焊接而成，化工 厂用来输送水、煤气、空气、油以及取暖用蒸 汽等流体管道。 无缝管：直接生产出，分热轧管和冷拔管两种。前 者最大直径为630mm，后者最大直径为200mm。
三、容器零部件标准化
基本参数 1、公称直径 公称直径DN 公称压力PN
指标准化后的标准直径，DN表示，单位mm
（1）压力容器的公称直径 筒体 钢板卷焊：内径 无缝钢管：外径
封头：公称直径与筒体一致
以内径为基准的压力容器的公称直径（GB9019—2001）
300 800 1800 3000 4600 (350) 900 (1900) 3200 4800 400 1000 2000 3400 5000 (450) (1100) (2100) 3500 5200 500 1200 2200 3600 5400 (550) (1300) (2300) 3800 5500 600 1400 2400 4000 5600 (650) (1500) 2500 4200 5800 700 1600 2600 4400 6000 (750) (1700) 2800 4500
化工机械基础111容器零部件设计
4
一、法兰联接结构与密封原理
组合件
联接件强度破坏很少见，多是密封不
好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。
可整理ppt
5
法兰密封的原理
预紧力压紧垫片。
压紧应力（垫片密封比压力）到一定 数值使垫片变形，密封面上微隙被填 满，形成初始密封条件。
密封比压力主要决定于垫片材质。
垫片材质确定后，垫片越宽，为保证
比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺
有足够大的强度和刚度，不发生过大
的变形。
可整理ppt
7
二、法兰的分类
可整理ppt
8
（一）整体法兰
１．平焊法兰，制造容易，应用广 泛，但刚性较差。
可整理ppt
9
平焊法兰的适用范围：
法兰附近筒壁的截面上，将产生 附加的弯曲应力。所以平焊法兰 适用的压力范围较低
（PN<4.0MPa）。
可整理ppt
10
承插式联接。
可整理ppt
3
可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。
法兰联接强度较好和紧密性，适用尺 寸范围宽，设备和管道应用最普遍。
法兰联接不能很快装配与拆卸，制造 成本较高。
❖设备法兰与管法兰均已制定出标准。 根据公称直径和公称压力，可以从 标准中查到，少量超出标准规定范 围法兰，才需进行设计。
可整理ppt
垫片性能；
法兰刚度；
操作条件。
可整理ppt
15
㈠ 螺栓预紧力
螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。
❖预紧力使垫片压紧并实现初始密封。
❖预紧力过大则垫片被压坏或挤出。
预紧力通过法兰密封面传递给垫片， 良好的密封，必须使预紧力均匀地作 用于垫片。
当需要预紧力一定时，采取增加螺栓 个数、减小螺栓直径对密封有利
化工机械基础-第10章 内压容器封头设计
(5)平板封头
a.结构最简单，制造最容易的一种封头形式； b.对于同样直径和压力的容器，厚度最大。
Page31
化工设备机械 基础
各种封头比较
1）从受力情况看，半球形封头最好，椭圆形和碟 形其次，球冠形和锥形更次之，平板最差； 2）从制造角度看，平板最容易，球冠形和锥形次 之，碟形和椭圆形更次，而半球形最难； 3）从使用而论：
Page5
化工设备机械 基础
设计思路：
1）对于受均匀内压封头的强度计算，不仅 要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力，还 要考虑与筒身连接处的边缘应力。
2）在封头设计中，薄膜应力作为强度判断 中的基本应力；而把因不连续效应产生的 应力增强影响以应力增强系数的形式引入 壁厚计算式。
Page6
化工设备机械 基础
a.由球面，过渡段和直边段组成； b.过渡段的存在，降低了封头深度，便于加工； c.三部分连接处，经向曲率突变，不连续应力比 薄膜应力大，受力不佳。
Page30
化工设备机械 基础
(4)锥形封头
a.就强度而论，锥形封头的结构不理想； b.封头的形式，决定了容器的使用要求，比如，对 于气体的均匀进入和引出，悬浮或粘稠液体和固 体颗粒的排放，不同直径圆筒的过度，是理想的 结构形式。
Page35
化工设备机械 基础
标准碟形封头壁厚：
d
1.325 pcDi
2 t 0.5 pc
C2
pC＝2.2MPa；Di=600mm； []t=189MPa；j=1.0，C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.3mm
代入并经圆整后用n=6mm钢板。
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平板封头壁厚：
化工设备机械 基础
§10.1 凸形封头
a.结构最简单，制造最容易的一种封头形式； b.对于同样直径和压力的容器，厚度最大。
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化工设备机械 基础
各种封头比较
1）从受力情况看，半球形封头最好，椭圆形和碟 形其次，球冠形和锥形更次之，平板最差； 2）从制造角度看，平板最容易，球冠形和锥形次 之，碟形和椭圆形更次，而半球形最难； 3）从使用而论：
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化工设备机械 基础
设计思路：
1）对于受均匀内压封头的强度计算，不仅 要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力，还 要考虑与筒身连接处的边缘应力。
2）在封头设计中，薄膜应力作为强度判断 中的基本应力；而把因不连续效应产生的 应力增强影响以应力增强系数的形式引入 壁厚计算式。
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化工设备机械 基础
a.由球面，过渡段和直边段组成； b.过渡段的存在，降低了封头深度，便于加工； c.三部分连接处，经向曲率突变，不连续应力比 薄膜应力大，受力不佳。
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化工设备机械 基础
(4)锥形封头
a.就强度而论，锥形封头的结构不理想； b.封头的形式，决定了容器的使用要求，比如，对 于气体的均匀进入和引出，悬浮或粘稠液体和固 体颗粒的排放，不同直径圆筒的过度，是理想的 结构形式。
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化工设备机械 基础
标准碟形封头壁厚：
d
1.325 pcDi
2 t 0.5 pc
C2
pC＝2.2MPa；Di=600mm； []t=189MPa；j=1.0，C2=1.0mm 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.3mm
代入并经圆整后用n=6mm钢板。
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平板封头壁厚：
化工设备机械 基础
§10.1 凸形封头
化工机械基础-第11章 外压容器设计基础
2E t
D0
e
1.1
e
D0
2
长圆筒应变
2.5
1.5
'
'cr
Et
2.59Et
e
D0
L 2Et
D0
e
1.3
e
D0
L
D0
D0
短圆筒应变
化工设备机械 基础
• 1. 算图的由来 – 外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何 尺寸（δe，D0，L）之间的关系
f
D0 ，L
B 2 Et 2 Et
m
3
化工设备机械 基础
• 1. 算图的由来
若以ε为横坐标，以B为纵 坐标，将B与ε （即图中A ）关系用曲线表示出来。 利用这组曲线可以方便而 迅速地从ε找到与之相对应 的系数B，进而求出[p]。 当ε比较小时，E是常数， 为直线（相当于比例极限 以前的变形情况）。当ε较 大时（相当于超过比较极 限以后的变形情况），E值 有很大的降低，而且不再 是一个常数，为曲线。
不同的材料有不同的比例极限和屈服点 ，所以有一系列的A－B图。
化工设备机械 基础
二、外压圆筒厚度设计的图算法
利用算图确定外压圆筒厚度。步骤如下：
1． D0/e≥20的外压圆筒及外压管 a. 假设n,计算e＝n-C,定出L/D0、D0/e值
b. 在图11-5 外压或轴向受压圆筒和管子几何 参数计算图中得到系数A；
化工设备机械 基础
第十一章 外压容器设计基础
1、概述； 2、临界压力； 3、外压容器设计方法及要求； 4、外压球壳与凸形封头的设计 5、加强圈的作用与结构
Page1
§11.1概述 一、外压容器的失稳
化工设备机械 基础
化工设备设计基础10
(5)、法兰查取、示例及标记
（5-1）按表10－1初定法兰结构类型（甲、乙或长颈）（DN， P）； （5-2）根据P , t及材料来确定表10－10或表10－11中PN； （5-3）PN，DN返回表10－1，看法兰类型是否包含确定的PN， DN； （5-4）由PN，DN从表10-2～10-8选取尺寸。
密封原理分为两个阶段： （1）预紧阶段 建立预紧密封条件 螺栓力通过法兰压紧力达 到某一值时，借助于垫圈的变 形，把法兰密封面上的凹凸不 平处填满，这样就建立了初始 密封条件。达到预紧密封条件 时，垫圈单位面积上的压紧力 称为垫圈的预紧密封比压y。
图(b) 预紧时 图(c) 工作状态
（2）工作阶段 建立工作密封条件 工作时，在介质压力作用下，螺栓受到 进一步拉伸，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动，密封 面与垫圈的压紧力下降。若垫圈具有足够的回弹能力，能 补偿螺栓和压紧面的变形，则预紧密封比压就会下降到某 一值——工作密封比压，密封可靠。若垫圈的回弹能力不 足，则预紧密封比压下降到工作密封比压之下，密封失 效——泄漏。通常，实际工作压力要小于工作密封比压， 这样更安全。为此，我们定义垫圈系数： • （1～6） 工作密封比压
一、法兰连接的密封原理 1、组成 一对法兰，数个螺 栓和一个垫片（圈）组成。 法兰：简单说是一个圆环， 上开螺栓孔，与筒体或管子 焊在一起。
2、密封原理 我们知道，阻止压力介质泄漏
的基本要求是：压力介质通过密封口处的 阻力降大于密封口两侧的介质压力差。否 则，介质可能通过密封口向外界泄漏，即 密封失败。
CHAP. 10
压力容器零部件与标准
10.1 压力容器法兰连接 法兰连接的密封原理 法兰受力分析 法兰分类 压力容器法兰标准(JB/T4700~4707-2000) 10.2 管法兰连接 管法兰 密封垫片 紧固件 10.3 开孔补强与设备凸缘 容器接管附近的应力集中 补强结构与计算 容器上开孔及补强的有关规定 设备凸缘 10.4 容器支座 卧式容器支座 立式容器支座 10.5 人孔、手孔、视镜和液面计 人孔和手孔 视镜和液面计
《化工设备机械基础》课程规范(讲授)
《化工设备机械根底》课程标准（讲授）
一、课程概称
化工设备机械根底
课程英文名称
MechanicalBasisofChemicalEquipment
总学时数
48
学分
3
讲授学时
48
试验学时
0
开课单位
理工学院
适用专业
化工、制药
课程类别
专业根底课
修读方式
必修
先修课程
高等数学、工程图学、化工原理、大学物理
11.6轮齿的根切现象及最少齿数
11.7轮齿的失效和齿轮材料
11.8直齿圆柱齿轮的强度计算
11.9斜齿圆柱齿轮传动
1.齿轮传动的特点
2.直齿圆柱齿轮的强度计算
使学生把握直齿圆柱渐开线齿轮的设计计算和材料选用，了解齿轮失效及改善措施。
3
把握
第十一章蜗杆传动
11.1蜗杆传动的组成、特点及类型
11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
11.3蜗杆传动的主要失效形式、常用材料和构造
11.4蜗杆传动的强度计算简介
1.蜗杆传动组成、类型
2.蜗杆传动参数和尺寸计算
把握蜗杆传动的特点，传动的计算
4
把握
第十二早齿轮与减速器
12.1轮条
12.2减速器
1轮余传动比计算
2.减速器构造、类型
把握轮余传动比计算方法
1
生疏
第十三章轴、键、联轴器
13.1概述
重点和难点
重点：依据梁的载荷条件分析各截面的剪力和弯矩，绘制剪力图和弯矩图。
难点：弯曲正应力的强度条件计算和校核梁的强度。
“三基”分析
根本学问：1.弯曲变形的概念和实例
2弯曲的应力计算
一、课程概称
化工设备机械根底
课程英文名称
MechanicalBasisofChemicalEquipment
总学时数
48
学分
3
讲授学时
48
试验学时
0
开课单位
理工学院
适用专业
化工、制药
课程类别
专业根底课
修读方式
必修
先修课程
高等数学、工程图学、化工原理、大学物理
11.6轮齿的根切现象及最少齿数
11.7轮齿的失效和齿轮材料
11.8直齿圆柱齿轮的强度计算
11.9斜齿圆柱齿轮传动
1.齿轮传动的特点
2.直齿圆柱齿轮的强度计算
使学生把握直齿圆柱渐开线齿轮的设计计算和材料选用，了解齿轮失效及改善措施。
3
把握
第十一章蜗杆传动
11.1蜗杆传动的组成、特点及类型
11.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算
11.3蜗杆传动的主要失效形式、常用材料和构造
11.4蜗杆传动的强度计算简介
1.蜗杆传动组成、类型
2.蜗杆传动参数和尺寸计算
把握蜗杆传动的特点，传动的计算
4
把握
第十二早齿轮与减速器
12.1轮条
12.2减速器
1轮余传动比计算
2.减速器构造、类型
把握轮余传动比计算方法
1
生疏
第十三章轴、键、联轴器
13.1概述
重点和难点
重点：依据梁的载荷条件分析各截面的剪力和弯矩，绘制剪力图和弯矩图。
难点：弯曲正应力的强度条件计算和校核梁的强度。
“三基”分析
根本学问：1.弯曲变形的概念和实例
2弯曲的应力计算
化工设备设计基础第10章压力容器零部
四、法兰标准及选用
6.管法兰标准 ⑴ 国内配管系列 英制管：以英寸表示公称直径，国际上通用，各国的英制管外径尺寸略有差异，但大致相同。 公制管：以mm表示，我国除石油化工行业之外的其它行业广泛采用。 区别：钢管外径在DN≤150mm时，公制管外径小于英制管；DN≥300mm时公制管外径稍大于英制管。 ⑵ 国内管法兰标准 英制管在国际上分为欧洲体系和美洲体系。同一体系内部各国的法兰标准之间可以互相配用，但体系之间不能互相配用，主要是公称压力等级不同。 我国法兰标准有国家标准GB9112～9135（欧洲体系和美洲体系），机械行业标准JB／T74～90，化工行业标准HG20592～20635－97。我国《压力容器安全监察规程》－99版，规定管法兰优先选用HG20592～20635标准的法兰。
三、法兰密封的影响因素
3.垫片性能 密封的必要条件：适当的垫片变形和回弹能力。垫片的变形和回弹能力与垫片的材料和结构有关。 垫片材料：良好的变形性能和回弹能力；一定的机械强度和适当的柔软性；工作温度下不易变质硬化或软化。 非金属垫片材料：石棉板、橡胶板、石棉—胶板及合成树脂。 金属－非金属混合制垫片：金属包垫片及缠绕垫片等。 金属垫片材料：不要求强度高，而是要求软韧。常用的是软铝、铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金钢和18－8不锈钢等。
四、法兰标准及选用
2.压力容器法兰的尺寸 ⑴ 法兰尺寸的基本参数 ① 法兰的公称直径DN。指的是与法兰相配筒体或封头的公称直径。 ② 法兰公称压力PN。在规定设计条件下，确定法兰结构尺寸时采用的设计压力。分0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和6.4MPa7个等级。
压力容器法兰的尺寸 确定法兰尺寸的计算基础及选用
第10章 压力容器零部件
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化工设备机械基础：第二章 容器设计的基本知识
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2.1 容器的分类与结构
2.1.1 容器的分类（表2-1）
1、按设计压力分类 按承压方式，压力容器可分为内压容器与外压容器。
内压容器又可按设计压力（P）大小分为四个压力等级 （L,M,H,U)；外压容器中，当容器的内压力小于0.1Mpa 时又称为真空容器。
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压力容器按用途分类
卧式储罐
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高压反应釜
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板式换热器
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精馏塔
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固定容器
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移动容器
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2.1 容器的分类与结构
6、按几何形状分类：球形、圆筒、圆锥、轮胎形容器 7、三类容器（P57） 8、根据介质的毒性程度和易燃介质划分
极度危害、高度危害、中度危害、轻度危害
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2.2 容器零部件的标准化
2.1.1 标准化的意义
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2.2 容器零部件的标准化
2.2.2 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。
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2.1 容器的分类与结构
2.1.1 容器的分类（表2-1）
1、按设计压力分类 按承压方式，压力容器可分为内压容器与外压容器。
内压容器又可按设计压力（P）大小分为四个压力等级 （L,M,H,U)；外压容器中，当容器的内压力小于0.1Mpa 时又称为真空容器。
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压力容器按用途分类
卧式储罐
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2.1 容器的分类与结构
6、按几何形状分类：球形、圆筒、圆锥、轮胎形容器 7、三类容器（P57） 8、根据介质的毒性程度和易燃介质划分
极度危害、高度危害、中度危害、轻度危害
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2.2 容器零部件的标准化
2.1.1 标准化的意义
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2.2 容器零部件的标准化
2.2.2 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。
化工机械基础
《化工机械基础(第三版)》是2015年化学工业出版社出版的图书，作者是陈国桓、陈刚。
全书共分五篇。
第一篇工程力学，包括物体的受力分析及其平衡条件、直杆的拉伸和压缩、直梁的弯曲、剪切、圆轴的扭转、基本变形小结;第二篇材料与焊接，包括化工设备材料、焊接;第三篇容器设计，包括容器设计基础、容器零部件设计、容器设计举例;第四篇典型化工设备，包括塔设备、管壳式换热器;第五篇机械传动，包括带传动、齿轮传动。
书后有附录等相关内容。
本书可作为高等学校化学工程与工艺专业及相近专业(石化、生化、制药、冶金、环保、能源等)的本科生教材，也可供相关部门的科研、设计和生产单位的工程技术人员参考。
第一篇工程力学/1第1章物体的受力分析及其平衡条件/21.1力的概念和基本性质21.2力矩与力偶51.3物体的受力分析及受力图81.4平面力系的平衡方程13思考题17第2章直杆的拉伸和压缩/182.1直杆的拉伸和压缩192.2拉伸和压缩时材料的力学性能222.3拉伸和压缩的强度条件29第3章直梁的弯曲/333.1梁的弯曲实例与概念333.2梁横截面上的内力--剪力与弯矩343.3弯矩方程与弯矩图363.4弯曲时横截面上的正应力及其分布规律42 3.5梁弯曲时的强度条件453.6梁截面合理形状的选择473.7梁的弯曲变形49思考题52第4章剪切/534.1剪切变形的概念534.2剪力、切应力与剪切强度条件534.3挤压的概念和强度条件554.4剪切变形和剪切虎克定律55思考题56第5章圆轴的扭转/575.1圆轴扭转的实例与概念575.2扭转时的外力和内力585.3扭转时横截面上的应力605.4扭转的强度条件645.5圆轴的扭转变形与刚度条件65第6章基本变形小结/68第一篇习题70参考文献76第二篇材料与焊接/77第7章化工设备材料/787.1概述787.2材料的性能787.3铁碳合金817.4钢的分类867.5有色金属材料957.6非金属材料977.7化工设备的腐蚀及防腐措施99 7.8化工设备的材料选择104思考题105第8章焊接/1078.1电弧焊1078.2焊接材料1098.3焊接接头和坡口形式1128.4焊接缺陷与焊接质量检验114 思考题116参考文献116第三篇容器设计/119第9章容器设计基础/120 9.1概述1209.2内压薄壁容器设计125 9.3外压圆筒设计1349.4封头的设计144思考题153第10章容器零部件设计/154 10.1法兰连接15410.2容器支座16310.3容器的开孔与附件169 思考题173第11章容器设计举例/174 11.1罐体壁厚设计174 11.2封头壁厚设计174 11.3鞍座设计17511.4人孔设计17511.5人孔补强确定176 11.6接口管设计17611.7设备总装配图176第三篇习题178参考文献180第四篇典型化工设备/181第12章塔设备/18212.1概述18212.2板式塔结构18212.3填料塔18812.4塔体强度计算19812.5裙座的强度计算205思考题210第13章管壳式换热器/21113.1概述21113.2管壳式换热器的结构形式21213.3管壳式换热器构件21313.4管壳式换热器的强度计算22513.5管壳式换热器标准简介230参考文献231第五篇机械传动/233第14章带传动/23414.1概述23414.2带传动的工作原理及工作情况分析235 14.3V形带传动的设计计算23714.4V形带轮24114.5V形带的布置、使用和维修24314.6同步齿形带传动简介244思考题246第15章齿轮传动/24715.1概述24715.2齿廓啮合的基本定律24715.3渐开线和渐开线齿廓的啮合特性24815.4渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称和基本尺寸25015.5一对渐开线齿轮的啮合传动25215.6齿轮的加工方法及变位齿轮25315.7齿轮轮齿的失效形式25615.8直齿圆柱齿轮传动的强度计算25715.9齿轮材料与许用应力26115.10齿轮的构造262思考题265第五篇习题266参考文献266附录/267附录1我国不锈钢与美国不锈钢牌号近似对照(摘自GB.150-2011)267附录2钢材弹性模量(摘自GB.150-2011)268附录3钢材平均线膨胀系数(摘自GB.150-2011)268附录4钢材许用应力(包括碳素结构钢钢板、压力容器用钢板、低温压力容器用钢板、高合金钢板，摘自GB.150-2011及GB.150-1998)269附录5碳素钢和低合金钢钢管许用应力(摘自GB.150-2011)272 附录6热轧工字钢规格及截面特性参数(摘自GB.706-2008)273 附录7钢制压力容器用甲型平焊法兰的结构形式和系列尺寸(摘自NB/T.47021-2012)274附录8管法兰中，突面、凹凸面、榫槽面的密封面尺寸(摘自HG/T.20592-2009)276附录9板式平焊钢制管法兰参数(摘自HG/T 20592-2009)277 附录10有关筒体和封头的数据280。
机械设备基础第十章容器设计基础
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机械设备基础第十章容器设计基础
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。
•300
•(35 0)
•400
•(45 0)
•500
•(55 0)
•600
•(65 0)
•700
•(75 0)
•800
•900
•100 0
•(11 00)
•120 0
•(13 00)
•140 0
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机械设备基础第十章容器设计基础
按容器壁温
常温容器：壁温-20℃至200℃； 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℃，合金钢超过450℃，奥氏体不锈钢超过 550℃，均属高温容器； 中温容器：在常温和高温之间； 低温容器：壁温低于-20℃, -20℃至-40℃为浅冷容器，低 于-40℃者为深冷容器。
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机械设备基础第十章容器设计基础
2．英国压力容器规范（BS）
BS 5500《非直接火熔焊压力容器》是由英国标准协会 （BSI）负责制定。由两部规范合并而成： ❖ 一部相当于ASME第Ⅷ卷第一册的BS 1500《一般用途
的熔融焊压力容器标准》， ❖ 另一部是近似于德国AD规范的BS 1515《化工及石油工
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机械设备基础第十章容器设计基础
㈡ 国外主要规范
v 国外的规范主要有四个： v 美国ASME规范， v 英国压力容器规范（BS）， v 日本国家标准（JIS）， v 德国压力容器规范基础第十章容器设计基础
1．美国ASME规范
v 美国机械工程师协会（ASME）制定的《锅炉及压力容器 规范》。美国国家标准
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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按应用情况
反应压力容器（Ｒ）完成物理、化学 反应，如反应器、反应釜、分解锅 、聚合釜、变换炉等；
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 、冷凝器、蒸发器等；
按应用情况
分离压力容器（Ｓ）流体压力平衡缓 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 ；
储存压力容器：（Ｃ，球罐为Ｂ）储 存、盛装气体、液体、液化气体等 介质，如各种形式的贮罐、贮槽、 高位槽、计量槽、槽车等。
第三篇 容器设计
第十章 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、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。
二、容器的分类
压力容器分类
•按容器的形状 •按承压性质 •按管理
按容器壁温 •其它 按金属材料
按应用情况
按容器的形状
按容器形状分类
2）p为4MPa的剧毒介质容器
3）p为10MPa，V为800L的乙烯储 罐。
按容器壁温
常温容器：壁温-20℃至200℃；
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℃， 合金钢超过450℃，奥氏体不锈钢超 过550℃，均属高温容器；
中温容器：在常温和高温之间；
低温容器：壁温低于-20℃, -20℃至40℃为浅冷容器，低于-40℃者为深 冷容器。
急性 中毒
吸入
经皮 经口
急性中毒
＜200 mg/ 200 mg/m3 2000 mg/m ＞20000 m
m3
~
3~
g/m3
＜100
100 ~
500 ~
＞2500
＜25
25 ~
500 ~ ＞5000
易中毒后 可中毒， 果严重 愈后良好
偶可中毒
无中毒但 有影响
慢性中毒
患病率高 较高
偶有发生 有影响
慢性中毒后果
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
按管理
表4-2 安全检查规程使用范围
项目
条件
最高工作 内压径力Dpi，w
容积V
pw≥0.1MPa，不包括液体静压 Di≥0.15m 且 V≥0.025m3
（1） 中压容器； （2） 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； （4） 低压管壳式余热锅炉； （5） 低压搪玻璃压力容器。
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。
判断题：
判断下列容器属一、二、三类容 器的哪一类？1）φ2000的液氨 储罐
名称
特点
方形\矩 平板焊成，制造简便，但承压能 形容器 力差，只用作小型常压贮槽
球形容 器
圆筒形 容器
弓形板拼焊，承压好，安装内件 不便，制造稍难,多用作贮罐 筒体和凸形或平板封头。制造容 易，安装内件方便，承压较好， 应用最广
按承压性质
内压：内部介质压力大于外界压力
外压：内部介质压力小于外界压力
三、容器的零部件标准
容器的零部件(例如封头、法兰 、支座、人孔、手孔、视镜、 液面计等)标准化、系列化，
许多化工设备(例如贮槽、换热 器、搪玻璃与陶瓷反应器)也有 了相应的标准。
两个基本参数：
公称直径DN：指标准化以后的标准 直径，以DN表示，单位mm，例如 内径1200mm的容器的公称直径标 记为DN1200。
公称压力PN：容器及管道的操作压 力经标准化以后的标准压力称为 公称压力，以PN表示，单位MPa。
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。
300 (350) 400 (450) 500 (550) 600 (650) 700 (750)
800 1800
900
(190 0)
1000 2000
按材料
金属容器:钢制, 铸铁,有色金属容 非器金属材料：既可作为容器的衬里， 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， 腐蚀严重或产品纯度要求高用不锈 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； 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、 化工陶瓷及砖、板、橡胶衬里等
介质
气体、液化气体或最高工作温 度高于等于标准沸点的液体
根据压力等级、介质毒性危害程度以 及生产中的作用，压力容器可分为 三类。
第一类压力容器、第二类压力容器、 第三类压力容器
不包括核能、船舶专用、直接受火焰 加热容器
表10-3 毒性危害程度分
指标
Ⅰ 极度危害
级 分级
Ⅱ
Ⅲ
高度危害 中毒危害
Ⅳ 轻度危害
容器直径较小，可直接用无缝
钢管制作。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，应将工艺计算初步确 定的设备内径，调整为符合表4 -4或表4-5所规定的公称直径。
(110 0)
(210 0)
1200 2200
(130 0)
(230 0)
1400 2400
(150 0)
2500
1600 2600
(170 0)
2800
3000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 4500
4600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000
致癌性 最高容许浓度 常见化学介质
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
光气＜、0.1汞、 甲醛0,.苯1- 胺、二氧1化.0-硫,
＞10
氰化氢 氟化氢、 硫化氢,氨
名称 三类容器
二类容器 一类容器
说明
（1） 高压容器； （2） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； （3） 中度危害介质，且pV大于等于10MPa·m3中压储存容器； （4） 中度危害介质，且pV大于等于0.5MPa·m3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0.2M Pa·m3的低压容器； （6） 高压、中压管壳式余热锅炉； （7） 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； （9） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等； （10） 容积大于等于50 m3的球形储罐； （11） 容积大于5 m3的低温液体储存容器。