化工设备之容器设计基本知识
化工设备机械基础习题解答容器设计的基本知识指出
《化工设备机械基础》习题解答
第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
二、指出下列容器属于一、二、三类容器的哪一类
三、填空题
1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。
6．目前我国纳入安全技术监察范围的压力容器须同时具备的三个条件是（①最高工作压力p w≥0.1MPa；②内直径Di≥150mm，且容积V≥0.025m3；③介质为气体、液化气或最高工作温度高于标准沸点的液体。
）
7．我国现有与压力容器相关的标准与规定有近（300）个。
8．我国现行的关于压力容器具有强制性的、法规性的规定主要有（《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》、《钢制压力容器》）三个。
9．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。
10．容器机械设计的基本要求主要有（强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理）等八条。
容器设计的基本知识
p≥100
2 容器的分类
按容器壁温分类 常温容器： -20＜壁温≤200℃ 高温容器：壁温达到材料蠕变温度 碳素钢或低合金钢容器＞ 420℃ 合金钢＞ 450℃ 奥氏体不锈钢＞ 550℃ 中温容器：在常温和高温之间 低温容器：壁温≤ -20℃,
-20℃ ～-40℃为浅冷容器 5 壁温≤-40℃ 为深冷容器。
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。
19
化工容器设计
容器设计的基本知识
1
1 容器的结构
容器——化工生产所用各种设备外部壳体的总称。 容器的结构
化工设备通 用零部件
2
2 容器的分类
按用途分类（从工艺的角度）
盛装或储存——储罐、计量槽、压力缓冲器；
实现化学反应——合成塔、反应釜、变换炉等；
实现传热——加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、 废热锅炉、水洗塔等； 实现传质、分离——分馏塔、吸收塔、干燥塔、 过滤器、分离器等。
3
2 容器的分类
按承压性质分类（从安全的角度）
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对大气压力（0.1MPa)的外压容器
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（表压）p （MPa） 0.1≤p＜1.6 1.6≤p＜10 10≤p＜100
11
（板卷） 筒体 无缝管
封头 接管
3 容器的零部件标准化
公称压力：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，PN表示。 压力容器法兰与管法兰的公称压力（MPa）
压力容器法兰 0.25 管法兰 0.25 0.6 0.6 1.0 1.0 1.6 1.6 2.5 2.5 4.0 4.0 6.4 5.0 10 15 25
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
化工设备机械基础习题解答容器设计的基本知识指出
《化工设备机械基础》习题解答
第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
二、指出下列容器属于一、二、三类容器的哪一类
三、填空题
1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。
6．目前我国纳入安全技术监察范围的压力容器须同时具备的三个条件是（①最高工作压力p w≥0.1MPa；②内直径Di≥150mm，且容积V≥0.025m3；③介质为气体、液化气或最高工作温度高于标准沸点的液体。
）
7．我国现有与压力容器相关的标准与规定有近（300）个。
8．我国现行的关于压力容器具有强制性的、法规性的规定主要有（《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》、《钢制压力容器》）三个。
9．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。
10．容器机械设计的基本要求主要有（强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理）等八条。
化工设备基本知识
• 5.支座 • 化工容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置不同，化工容器支 座分立式容器支座和卧式容器支座两类，其中立式容器支座又有腿式 支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种。大型容器一般采用裙 式支座。卧式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三种；以鞍式支座 应用最多。而球形容器多采用柱式或裙式支座。 • 6.安全附件 • 由于化工容器的使用特点及其内部介质的化学工艺特性，往往需要在 容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数， 以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。 • 化工容器的安全装置主要有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁 装置、压力表、液面计、测温仪表等。 • 上述筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件等即构成了 一台化工设备的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。 对用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器而言，则须在外壳内 装入工艺所要求的内件，才能构成一个完整的产品。
• （二）按原理与作用分 • 根据化工容器在生产工艺过程中的作用，可分为反应容器、换热容器、 分离容器、储存容器。 • 1.反应容器（代号R）主要是用于完成介质的物理、化学反应的容器， 如反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。 • 2.换热容器（代号E）主要是用于完成介质热量交换的容器。如管壳式 余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。 • 3.分离容器（代号S）主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净 3. S 化分离的容器。如分离器、过滤器、蒸发器、集油器、缓冲器、干燥 塔等。 • 4.储存容器（代号C，其中球罐代号B）主要是用于储存、盛装气体、 液体、液化气体等介质的容器。如液氨储罐、液化石油气储罐等。 • 在一台化工容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工 艺过程的主要作用来划分品种。
化工设备基础知识
1.3.2 压力容器规范简介
❖ 美国机械工程协会制订的《锅炉和受压容器 规范》（简称ASME规范）等。美国ASME规 范是世界上制订最早（1915）、最完备的压 力容器规范。
❖ 1989年制订了有关压力容器的第一部国家标 准《钢制压力容器》（简称GB 150）。
❖ l. 美国ASME规范
❖ ASME规范共有 11卷 22册。第Ⅷ篇 《压力容器》共有3个分篇：第1分篇《压 力容器》，属于常规设计标准；第2分
钢带（GB 3274—88）
❖ (3) 不锈钢热轧钢板（GB 4237—92） ❖ (4) 压力容器用钢板（GB 6654—1996） ❖ 2.钢管 ❖ (1) 输送流体用无缝钢管（GB 8163—87） ❖ (2) 石油裂化用无缝钢管（GB 9948—88） ❖ (3) 化肥设备用高压无缝钢管（GB 6479－86） ❖ （4）高压锅炉用无缝钢管（GB 5310—85）
的热处理工艺。淬火后必须回火。 按照温度范围不同，回火分为三类：
❖ （1）低温回火的回火温度范围为150～250℃， 回火后的钢具有高硬度和高耐磨性，主要用于各 种工具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件；
❖ （2）中温回火的回火温度范围为350～500℃， 回火后的钢具有较高的弹性极限和屈服强度，一 定的韧性和硬度，主要用于各种弹簧和模具等；
❖ ⑩球形储罐（容积大于等于50 m3）； ❖ ⑾低温液体储存容器（容积大于 5 m3 ）。
❖ （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。 ❖ ①中压容器； ❖ ②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害
介质）；
❖ ③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）；
如 45表示优质碳素结构钢，平均含碳量为万分之 四十五，即 0.45％。
化工设备基础第11章外压容器设计基础
安全系数考虑周全
在设计中要考虑各种安全系数，以应对可 能出现的异常工况和事故情况，保证容器 在使用过程中的安全性。
结构设计合理
容器的结构应简单、紧凑，便于制造、安 装和维护。
强度计算准确
通过准确的强度计算，确定容器的壁厚、 直径等参数，以满足外压容器的承载能力 。
材料选择恰当
根据使用条件和工艺要求选择合适的材料 ，保证容器的耐腐蚀、耐高温、耐高压等 性能。
3D打印技术在外压容器设计中的应用 逐渐增多，通过快速原型制造，可以 实现复杂结构的设计和制造，降低制 造成本和时间。
新型防腐材料
针对化工行业的腐蚀环境，新型防腐 材料如陶瓷涂层、合金涂层等被应用 于外压容器表面，增强了容器的耐腐 蚀性。
外压容器设计的技术创新ຫໍສະໝຸດ 改进1 2 3优化设计方法
基于数值模拟和有限元分析等现代设计方法，对 外压容器进行更精确的结构分析和优化设计，提 高容器的稳定性。
详细描述
外压容器壁厚的计算是设计过程中的重要步骤，需要综合考虑容器承受的压力、材料的许用应力和容器的直径等 因素。常用的计算方法有压力面积法和应力面积法，通过这些方法可以计算出满足强度要求的壁厚。
外压容器稳定性的校核
总结词
通过稳定性校核，判断容器在承受外压时是否会发生屈曲变形。
详细描述
外压容器稳定性校核是确保容器安全的重要环节。通过稳定性校核，可以判断容器在承受外压时是否 会发生屈曲变形。校核过程中需要考虑容器的形状、尺寸、材料特性以及压力等因素，确保容器在正 常工作条件下保持稳定。
外压容器的重要性与应用领域
重要性
外压容器广泛应用于化工、石油、制 药、食品等领域，是工业生产中不可 或缺的重要设备之一。
应用领域
化工设备基础知识点背诵版及试题详解
压力容器基础知识考试、检验、修理和改造，均应严格执行
《压力容器安全技术监察规程》的规定。
（ √）
2． 内压圆筒强度计算公式的理论依据是第一强度理论。
（√）
3． 压力容器壳体的最小厚度的规定是为了保证容器的最低强度条件要求。 （× ）
4． 压力容器的设计文件至少应包括设计计算书和设计图样。（√）
Pcr 与什么因素有关？
1) 与材质有关 （E） 2) 与粗细有关 （Ø） 3) 与长短有关 （L）
失稳的实质:是容器筒壁内的应力状态由单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡
临界压力： Pcr 的数值与筒体的几何尺寸、材质及结构有关，是每个容器固有的。这种关系是怎 样的？
临界压力计算公式
Pcr
4 塔设备
1) 外压操作的塔设备，最大组合轴向拉应力应出现在什么工况？什么风面？ 2) 塔设备设计时，除了有操作压力作用外，还应考虑哪些载荷的作用？ 3) 填料塔常用液体分布装置主要有什么？ 4) 按照传热方式的不同，换热设备的分类 5) 管壳式换热器结构型式 6) 载荷以不同方式作用于杆件会产生不同变形，杆件变形的基本方式 7) 低碳钢材料在拉伸时，弹性阶段应力与应变成正比，该比例常数称为什么？ 8) 工程上塑性指标通常指什么？ 9) 设备选材时必须考虑的加工工艺性能主要指标 10) 设备材料的普通热处理的分类 11) 卧式容器支座主要形式 12) 立式容器支座主要形式 13) 塔设备按其结构特点分类可分为几类？
2 化工设备设计
1. 内压薄壁圆筒设计 1) 什么叫强度失效准则？ 2) 什么叫腐蚀余量？腐蚀余量与哪些参数有关？ 3) 为何引入焊缝系数？焊缝系数与哪些参数有关？ 4) 内压薄壁容器设计中，有几种壁厚名称？这些壁厚的含义是什么？这些壁厚之间的大小 关系如何？ 5) 水压试验的目的是什么？容器如何进行压力试验？
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[3.反应釜
4.卧式容器
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V
第二章彖赛设计基本知识
TiiiiiiiWiiiiiiiiiiiiWi
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2.1家器的结构与分类 2.1.1基本结构
由于化工设备的這用场合不同，设备内部的结
故化工说备又隸为化工彖赛。
枸也不同，但它们却有一外亮, 这一外亮称为彖春P 化工家春常见的结枸由：筒体.封头.支座.
密封裝置、开孔以及各种工艺接管和附件等。
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2.1.2化工家器的分类
为了了解各种压力容器的结构特点、适用场合以及
设计、制造、管理等方面的要求，需对压力容器进行分类，着重介绍中国《压力容器安全技术监察规程》中的分类方法。
1) •按压力容器承压等级分类
(1). 内压容器:容器器壁I
diiiiiiiiBiiiiiiiiaiiiiiiiiiiiiB
勺部的压力高于容器外表面所承受
的压力。
低压容器(L) 中压容器(M) 高压容器(H)O.IMPa < P<1.6MPa 1.6MPa < P<lO.OMPa lO.OMPa < P<lOOMPa
超高压容器(U )P>lOOMPa
(2).夕卜压容器:容器器壁外部的压力大于内部所承受压力。
容器的内压力小于一个大气压(0.1M Pa)时称为真空容器
2 ).按压力容器的工艺用途分类
(1)反应压力容器(R):主要用于完成介质的物理、枕学反应的压力容器。
代表设备：反应器、分解塔、合成塔
(2 )换热压力容器(E):主要用于介质热量交换的压力容器。
代表设备：换热器、余热或废热锅炉、冷凝器、蒸发器等。
(3)分离压力容器(S):主要用于介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器。
代表设备：分离器、过滤器、缓冲器、干燥器等。
(4 )储存压力容器(C f球罐B ):主要用于储存或盛装气体.液体■液化气体等介质的压力容器。
3 ).按安全综合分类
按照《压力容器安全技术监察规程》
力、几何容积、材料强度、应用场合和介质危害程度等影响 因素，将压力容器分为：第一、第二、第三类压力容器。
下图用以说明第一、第二、第三类压力容器对容器的设计、 制造.检验.使用和管理要求愈来愈高。
II
..i|Jllll|Tllllllufllll lllllll«l.
,综合考虑了设计压
压力容器类别简易判断表
4)、按容器壁温分类
•丽iiii丽而而而和F
(1).常温容器壁温・20°C〜200°C
(2).高温容器指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。
碳钢＞420°C洽金钢＞450°C澳氏体不锈钢＞550°C
(3).中温容器指壁温在常温和高温之间的容器；
(4).低温容器指壁温低于・20°C条件下工作的容器。
其中壁温在・20 °C〜-40 °C称为浅冷容器。
壁温低于・40°C者为深冷容器。
5).按容器壁厚分类
»aw ■ as ■ aiv ew ■ . MBHH^BMWV «■*«■»•■»
UimillRIIIIIIIIIIIIIIIIKI
根据容器器壁的厚度不同，将压力容器又可分为:薄壁容器和厚壁容器。
判别条件如下：
(1).径比K二Do/Di < 1.2为薄壁容器
(2 )、径比K二Do/Di > 1.2为厚壁容器
易燃及有毒介质分类:
•丽iiii丽而而而和F_
・常见易燃介质：一甲胺，乙烷，乙烯，氯甲
丁二烯，丁烯，烷，环氧乙烷，环丙烷，氢，丁烷，三甲
胺，丙烷，丙烯，甲烷等。
・毒性程度举例：
•※极度危害、高度危害介质：氟，氢氟酸，光气，氟化氢，碳酰氟，氯等；
・※中度危害介质：二氧化硫，氨，一氧化碳，氯乙烯，甲醇，氧化乙烯，硫化乙烯，二硫化碳，乙焕，硫化氢尊；
2.2彖器零部件的标准化
• 2.2.1标准化的意义 计——无需计算和制图，按已有标准图选 有利于成馳生产，阵低成本，榇证 ,提高丸争力。
备件规格尺寸通用，卖现互换性。
——国内.国际间通用，请除贸易
O
•我国已卖现家赛零部件标准化的有：囲筒体 ＞封头.矗莹、支座.人孔.手孔.视镜和 液面讦等。
设择
制?维
通障
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Ma
iiiiiiiBiniiiiiaiiiiiiiiiii
2.2.2 家昙零部件标准化的基本参数・公称直径(DN)
・公称压力(PN)o
•规定：
・(1)圆筒体的公称直径:
板卷制的——筒体内经；•无缝钢管制的--- 筒体外径。
・(2)法兰与其相配的管子或筒体的PN、DN相一致
(板卷)1
NT
M
k 邂
管」
/
¥
Z
/ 丿
接
管
法
兰
筒
体
封
头
・注意：钢管的DN*Di,DO 接管
2.3压力彖赛的安全监察
2.3.1压力彖專安全监案的范圄
•同时具备如下条件：
•(1).最高工作压力pw>0.1MPa (表压，不含液体静压力丿；
•(2).内直^Di>0.15m,且容积V>0.025m3; •(3).介质为宅体、液化毛体或最壽工作温度壽于等于标准沸点(丸宅压力下的饱和温度
)的液体。
上述压力容器所用的安全附件亦属于本规
2.3.2相矣肉规及常用标准
1.基本出规:
《压力彖爰安全技术监察规程》
—国家质量技术监督局1999
2•压力家晟常用标准:
GB150-98 《钢制压力容器》国家标准
GB151-99《管売式换热器》国家标准
JB4709-2000《钢制压力容器焊接规程》
JB4730-2005《压力彖器无损检测》
HG20592〜20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》
• JB/T4700〜4707-2000《压力容器出兰》
2.4机械役计的基本要求:
—■■一一■一一一一—— -
lUimiimiiJiiiiiiuiiiiiiii
如焊住开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。
2 •创度——不发生过大变形如堀体倾斜，堀盘下凹等。
3•稳走性——不发生瘪境或梱銭
如卧式家赛支座之间的简体发生瘪塌，毛柜抽负瘪境，
嫁体支座柱起吊对发生瘪境等。
----------------- — _ _ _ _
•妒士—锋证使用寿令。
一般足2d备设计f蹩匸豐〜巧年。
大多取决于庸蚀借况，有二取决于反券、蠕文或振动。