化工设备机械基础：第二章 容器设计的基本知识
化工设备机械基础
• 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。
金属腐蚀破坏的形式: 均匀腐蚀与非均匀腐蚀（又称局部腐蚀）
金属设备的防腐措施：
1、衬覆保护层 2、电化学保护 3、缓蚀剂
第二章 容器设计的基本知识
• 一、容器的分类与结构 • （一）结构
• （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：：
一化学腐蚀：金属遇到干燥的气体或非电解质溶液而发生化 学作用所引起的腐蚀。其产物在金属的表面，腐蚀过程 中没有电流的产生。
二氢腐蚀：氢气在较低温度和压力(＜200℃，＜5.0MPa)下 对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是在高温 高压下则会对它们产生腐蚀，结果使材料的机械强度和 塑性显著下降，甚至损坏，这种现象常称为“氢腐蚀”。
（也是通过试验方法获得，一般在油压机上进行弯曲试验，测定材料的 缺口敏感性。）
• 4.硬度 ： • 衡量材料软硬的一个指标 • 总之，在材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指
标中， • 强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。 二化学性能（主要指耐腐蚀性和抗氧化性） • 1、耐腐蚀性： • 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能
化工设备之容器设计基本知识
[3.反应釜4.卧式容器■ FV第二章彖赛设计基本知识TiiiiiiiWiiiiiiiiiiiiWi"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。
鲁i -r nt 口A 『L聲护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IdiiiiiiiiBiiiiiiiiaiiiiiiiiiiiiB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。
2容器基本知识概述
承压方式
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
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
（1）GB150 《钢制压力容器》
中国已经颁布并实施 了以GB150《钢制压力 容器》为核心的一系 列标准
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基础标准 产品标准 零部件标准
特点
第 1 部压力容器国家标准 基本思路与ASME Ⅷ-1相同 常规设计标准 设计压力：0.1MPa≤P ≤ 35MPa 设计温度：-196℃ ≤ t ＜蠕变限用温度 适用于：钢制压力容器设计、制造、检验及验收
分离压力容器（代号S）：主要完成介质流体压力 平衡缓冲和气体净化分离
储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）：主要用 于储存、盛装气体、液体和液化气体等介质
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（3）按安装方式 分类
安装方式
固定式压力容器：固定安装和使用地点，工艺条 件和操作人员也较固定
移动式压力容器 ：该安装方式的压力容器在结构、 使用和安全方面均有其特殊的 要求。
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
壁温≤-40℃为深冷容器。
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17
（2）按容器在生产中的 作用分类
生产过程 中的作用
反应压力容器 (代号R）：完成物理、化学反应 换热压力容器（代号E）：完成介质热量交换
29
2.4 压力容器的安全监察
第二章容器设备的基本知识
•设备标准
《压力容器安全技术监察规程》劳动部2004年版
GB150-1998
《钢制压力容器》
GB151-1999
《钢制管壳式换热器》
JB4732-95
《钢制压力容器—分析设计标准》
JB/T4735-1997
《钢制焊接常压容器》
JB/T4746-2002
《钢制压力容器用封头》
JB/T4710-2005
•
•2 容器机械设计的基本要求
•容器的工艺尺寸一般是根据工艺要求通过化工工艺计算及生产经验决定。工艺尺寸初步决定 以后，就可进行零部件的结构设计。容器零部件结构的机械设计应满足如下要求： •1）强度 容器应有抵抗外力破坏的能力，以保证安全生产。 •2）刚度 零部件应有抵抗外力使其变形的能力，以防止容器在使用、运输或安装过程中发生 不允许的变形。 •3）稳定性 容器或其零部件在外力作用下应有维持原有形状的能力，以防止容器被压瘪或出 现折皱。 •4）耐久性 容器应有一定的抵抗介质及大气腐蚀的能力，以保持一定的使用年限。 •5）气密性 容器在承受压力或处理有毒介质时，应有可靠的气密性，以提供良好的劳动环境 及维护正常操作。
《钢制塔式容器》
JB/T4731-2005
《钢制卧式容器》
GB16749-1997
《压力容器波形膨胀节》
JB4700-1992
《压力容器法兰分类与技术条件》
HG20580-1998
《钢制化工容器设计基础规定》
HG20581-1998
《钢制化工容器材料选用规定》
HG20582-1998
《钢制化工容器强度计算规定》
•2）剧毒介质且pV≥0.2MPa·m3的低压容器或剧毒介质的中压容器；
•3）易燃或有毒介质且pV≥0.5MPa·m3的中压反应容器，或pV≥10MPa·m3的中压储存容器； •4）高压、中压废热锅炉或内径大于1m的低压废热锅炉； •5）中压搪玻璃压力容器 •6）移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体• ）、罐式汽车、罐式集装箱等。
第二章化工设备设计的基础知识
118起是各种制造裂纹所引起。
一.概述 1.3 压力容器的事故实例
1979年9月7日国内某电化厂415升液氯 钢瓶爆炸，击穿5个，爆炸5个，10200公斤液 氯外泄，波及7公里范围，59人死亡，779人 严重中毒。
1979年12月18日国内某液化气站400M3储 罐爆炸，引发3个球罐和一个卧罐爆炸，5000 只气瓶爆炸，600吨液化气燃烧，32人死亡， 54 人伤。
压力容器破坏几率
年份 容器运行 灾难性事故a 损伤事故b
台·年 次数 事故率 次数 事故率 1962-1967 100300 7 0.7×10－4 125 1.25×10－4 1967-1972 105400 16 1.5×10－4 123 1.17×10－4
总计
次数 事故 132 1.32×10－4 139 1.32×10－4
第二章 化工设备设计的基础知识
第一节 概述 第二节 容器的结构与分类 第三节 容器的标准化设计 第四节 压力容器安全监察 第五节 容器机械设计的基本要求
一.概述 1.1 现代化企业的雄姿
一.概述 1.1 现代化企业的雄姿
一.概述 1.1 现代化企业的雄姿
一.概述 1.1 现代化企业的雄姿
现代化企业的召唤，需要新一代的接班人， 企业未来的主人，怎样挑起肩上的责任？ 把美好的理想，凝聚成人生的辉煌。 培养你们的才能，誓作祖国的栋梁。
1500MW压水堆压力壳，工作压力为14～16MPa，工作温度
为250～330ºC，容器内直径7800mm，壁厚317 mm，重650
吨；又如煤气化液化装置中的压力容器工作压力为17.5～
25MPa，工作温度为450～550ºC，内直径为3000～5000mm，
壁厚为200～400 mm，重400～2600吨，对这类容器的工艺
化工设备机械基础习题解答
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组B组：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第三章 内压薄壁容器的应力分析和MP S m 63844=⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21DA R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασ SPRR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。
B 点处坐标x=600mm 。
25051010==b a 标准椭圆形封头bb b y x A a R a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
化工设备机械基础试题库完整
化工设备机械基础试题库一、填空力学基础部分1．在外力的作用下,杆件可产生变形的基本形式为轴向拉、压、剪切、扭转、弯曲。
2．就所受外力而言,受剪切直杆与受弯的梁二者之间的区别是受剪横向外力作用线相距很近、受弯横向外力作用线相距很远。
3．从工程意义上讲,材料的破坏可分为二类,一类是脆性断裂破坏,应采用第一或二强度理论解释其破坏原因；另一类是屈服流动破坏,应采用第三或四强度理论解释其破坏原因。
4．碳钢和铸铁都是铁塑性材料；而铸铁是典型的脆性材料。
和碳组成的合金,但是它们却有非常明显的性能差别,低碳钢是典型的5．碳钢和铸铁都是铁和碳组成的合金。
一般来说,对钢材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表现在硫使钢材发生热脆,磷使钢材发生冷脆。
6．碳钢和铸铁中的主要化学元素除铁外还有碳 2.11% 时为碳钢；如果组成的合金中碳含量大于2.11% 时为铸铁。
,如果组成的合金中碳含量小于7．就钢材的含碳量而言,制造压力容器用钢与制造机器零件用钢的主要区别是制造容器用低碳钢,而制造机器零件用中碳钢。
其主要原因是低碳钢有良好的塑性与焊接性能,中碳钢可以通过调质提高其综合机械性能。
8．从应力角度看,等壁厚、内径和内压均相同的球形容器比圆筒形容器具有优越性,二者经向应力相同,而周向（环向）2倍。
应力不同,圆筒形容器是球形容器9．受气体内压的锥形壳体,壳体上的薄膜应力随距锥顶经向距离的增大而增大,锥顶处应力为零,最大应力位于锥底处。
10．标准椭圆形封头的长、短半轴之比等于2,这种封头的最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,最大压应力位于壳体的赤道。
11．标准椭圆形封头最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,位于壳体的赤道出现经向的最大压应力,其绝对值与最大拉应力值相等。
12．边缘应力的两个基本特征是局部性,自限性。
13．圆锥壳与圆柱壳的连接点A处圆锥壳的第一主曲率半径为_______,第二主曲率半径为________。
锥顶处B点的第一主曲率半径为__________,第二主曲率半径为_________。
化工设备机械基础(基础知识)
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1、化工设备基础知识化工容器的基本结构(生产过程:工艺和设备) 1 化工容器的基本结构(生产过程:工艺和设备) 由于化工设备的适用场合不同，由于化工设备的适用场合不同，设备内部的结构也不但它们都有一外壳，这一外壳称为容器，同，但它们都有一外壳，这一外壳称为容器，故化工设备又称为化工容器。
又称为化工容器。
化工容器的特点：经常在高温、高压场合下工作，化工容器的特点：经常在高温、高压场合下工作，内部的介质通常易燃、易爆、有毒、有害且具有腐蚀性。
的介质通常易燃、易爆、有毒、有害且具有腐蚀性。
化工容器的结构组成化工容器常见的结构由：筒体、封头、支座、密封装置、化工容器常见的结构由：筒体、封头、支座、密封装置、开孔以及各种工艺接管和附件等。
图1-1卧式容器的结构简图2 、化工容器的分类不同类型的化工容器虽然服务对象不同、不同类型的化工容器虽然服务对象不同、操作条件各异、结构形式多样，各异、结构形式多样，但大多是能承受一定压力且容积达到一定数值的密闭容器，化工容器又称压力容器。
积达到一定数值的密闭容器，化工容器又称压力容器为了了解各种压力容器的结构特点、为了了解各种压力容器的结构特点、适用场合以及设制造、管理等方面的要求，计、制造、管理等方面的要求，需对压力容器进行分本课程着重介绍中国《类，本课程着重介绍中国《压力容器安全技术监察规中的分类方法。
程》中的分类方法1）.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、化学反应的压反应压力容器（）：主要用于完成介质的物理、主要用于完成介质的物理力容器。
力容器。
代表设备：反应器、分解塔、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。
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8、技术经济指标合理
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2020/12/14
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2020/12/14
2.4 容器机械设计的基本要求
化工设备的主要经济指标包括五个方面：
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。
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2020/12/14
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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2020/12/14
板式换热器
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精馏塔
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2020/12/14
固定容器
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2020/12/14
移动容器
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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。
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2020/12/14
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。
压力容器相关的法规与标准中，分两个大的部 分：1）技术性的标准；2）法规性的规定。
技术性的标准根据其规定的对象分为以下几个 方面：a 材料标准，材料性能实验方法及材料验收 标准；b 容器零部件标准；c 一些产品的形式、参 数，专用产品的标准，工艺技术标准等；d 有关化 工与石油化工单元设备标准。
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2020/12/14
欧洲标准
中国标准
意大利标准
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英国标准
2020/12/14
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2020/12/14
手机充电器接头标准
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2020/12/14
手机卡大小标准
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计划学时：1学时
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2020/12/14
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。
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。
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2020/12/14
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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2020/12/14
2.2 容器零部件的标准化
2.1.1 标准化的意义
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2020/12/14
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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2020/12/142.4 Nhomakorabea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。P61
1、强度
2、刚度
3、稳定性
4、耐久性
5、密封性
6、节省材料和便于制造
7、方便操作和便于运输
②公称压力：是将所能承受的压力范围分为若干个等 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。
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2020/12/14
2.3 压力容器的相关法规与标准
B．管子：公称直径既不是它的内径，也不是外径，而是 小于管子外径的一个数值。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。
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2020/12/14
2.2 容器零部件的标准化
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。
第二章 容器设计的基本知识
压力容器是一种能够承受压力载荷的密闭容器。承受 气态或液态介质的压力的密闭容器均属压力容器。 在石油化工中应用的压力容器占全部压力容器的 50%。
基本要求：
1、了解化工容器的分类方法； 2、掌握容器设计的基本要求及容器零部件标准 化的基本参数。
本章重点：容器的分类
本章难点：对容器的基本感性认识
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2020/12/14
2.1 容器的分类与结构
2.1.1 容器的分类（表2-1）
2、按用途分类（表2-3） 盛装容器、反应容器、换热容器、分离容器
3、按安全技术管理分类(表2-4) 固定式容器、移动式容器
4、按容器壁温分类： 常温、中 温、高温和低温容器四种。
5、按壁厚分类，分为薄壁容器（δ/Di≤0.1）和厚壁容 器δ/Di＞0.1