压力容器基础知识

一、过程设备和容器的概念
1、过程设备-----用于传质、传热和化学反应等过程的装置
容器-----设备外部壳体的总称
* 过程设备为过程的实现服务，因此过程设备的设计必须满足过程的要求，没有相应的设备，过程也无法实现。
举例：合成氨工艺过程及相应设备
*设备是静止的，没有相对运动的机构（有些静止设备上带有运动的传动装置，如夹套反应釜），如储存设备、换热设备、塔设备、反应设备等。
机器有相对运动的机构，如泵、压缩机、离心机等。
2、过程设备设计的主要内容
本课程主要介绍储存设备、换热设备、塔设备、反应设备的一般设计方法，从设备工作时的受载情况出发，通过应力分析和强度计算，结合结构分析，并按相应设计标准和规范进行设备的零部件及整体的设计工作。
受载情况→应力分析、强度计算→结构分析→零部件及整体设计
·设计参数的选取
·设计方法的确定
·设计标准和规范的选用
·教学中的实践环节及实践经验的积累
·课程设计和毕业设计的作用
二、过程设备的应用
a、加氢反应器（反应设备）
b、液态氢储存容器（储存设备）
c、超高压食品**釜（高压设备）
d、核反应堆（反应设备）
e、超临界流体萃取装置（传质、传热、反应）
三、过程设备的特点
1、非标设备，功能原理多样化
2、机电一体化-----过程工艺、设备、控制紧密结合
3、外壳一般为压力容器
4、过程设备设计的规范性和能动性
四、过程设备的基本要求
为防止容器在使用过程中发生破坏或失效，在设计时应根据外载荷进行容器的应力计算及校核，并综合考虑材料、制造方法、检验方法等因素，进行容器的合理设计，保证容器在运行中的**。·合理设计----**经济
·容器设计的基本原则：在保证**的前提下，尽可能做到经济。
设备的基本要求：
a、**可靠
①强度、韧性
②耐腐蚀性（材料与介质相容）
③刚度和抗失稳能力
④密封性能
b、满足过程要求
①功能要求
②寿命要求
c、综合经济性好
① 生产效率高（单位生产能力高）、消耗系数低
单位生产能力----单位时间、单位设备容积（面积）处理的物料量或所得产品的数量。
消耗系数----生产单位重量或体积产品所消耗的资源（原材料、能量、燃料、水、电、蒸汽等。
② 结构合理、制造方便
③ 便于安装和运输
d、易于操作、维护和控制
① 操作简单
② 易于维护、修理----**、正常地运转，维修周期长
③ 便于控制
e、优良的环境性能
泄漏、环境污染、环境失效
以上各方面要求在设备设计时应综合考虑、具体分析，采用工程观点来解决主要矛盾。
五、过程设备设计的基本内容和步骤

需求分析和目标界定
↓
总体结构分析
↓
零部件结构设计
↓
↓
设计实施

设计步骤：
工艺条件
↓
结构分析
↓
设计标准和规范
↓
应力分析及强度计算
↓
绘图、提出技术要求
一、压力容器总体结构
图1-1
压力容器由许多基本部件组成，如筒体、封头、接管、法兰、支座等，在外载荷作用下，各部件中会产生相应的应力，容器设计时应考虑各零部件的结构、材料及应力分布状况，进行应力分析和计算，并进行合理的结构设计。
（1） 筒体
（2） 封头
（3） 密封装置
（4） 开孔与接管
（5） 支座
（6）
**附件
二、压力容器零部件之间的焊接
1、焊接结构
2、焊接结构设计的内容
一、介质危害性
1、毒性：极度危害（Ⅰ级）*高容许质量浓度＜0.1mg/m3
高度危害（Ⅱ级）*高容许质量浓度0.1~＜1.0mg/m3
中度危害（Ⅲ级）*高容许质量浓度1.0~＜10mg/m3
轻度危害（Ⅳ级）*高容许质量浓度≥10mg/m3
* Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害的压力容器
2、易燃性
爆炸浓度极限----可燃气体或蒸汽与空气混合物遇到明火能够发生爆炸的浓度范围。
易燃介质----爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介质。
* Q235-AF不得用于制造易燃介质容器
Q235-A不得用于制造液化石油气容器
二、压力容器分类
《压力容器**技术监察规程》
a、按压力等级分类
低压(代号L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa；
中压(代号M)容器 1.6MPa≤p
高压(代号H)容器 10MPa≤p<100MPa；
超高压(代号U)容器 p≥100MPa。
b、按承压方式分类
内压容器----容器内部压力大于外部压力，主要进行强度计算。
外压容器----容器外部压力大于内部压力，主要进行稳定性计算，如减压塔和真空容器，对于带有夹套的容器，当夹套内介质压力大于容器内压时，容器也是外压容器。
c、按作用原理
换热容器（E）----主要用于实现介质的热量交换，如热交换器、冷却器、废热锅炉等。
反应容器（R）----主要用于完成介质的化学反应，如各种反应釜。
分离容器（S）----主要用于对混合物料进行分离，如分馏塔、吸收塔等。
贮运容器（C）----主要用于盛装物料，如贮罐、槽车等。其中球罐（B）
* 在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺
过程中的主要作用来划分品种。
d、按安装方式分类
固定式容器----由相对固定的安装、工作地点，工艺条件和操作人员也较为固定，如塔、反应器、储罐等。
移动式容器----需经常搬运的容器，承受介质压力外还要承受介质冲击力、外部撞击及振动载荷，在结构、使用、**上有特殊要求。
e、按容器形状分类
方形或矩形容器----由平板焊制而成，制造简单，承压能力差，用于小型常压贮罐。
球形容器----由数块球瓣拼焊而成，承压能力好，内件安装不便，制造困难，常用作大型贮罐。
圆筒形容器----由圆柱形筒体和各种形状的成型封头组成，筒体制造简单，内件安装方便，承压能力较好，应用*普遍。
f、按**技术管理分类（按综合因素，即压力高低、生产过程重要性、介质危险程度等）
一类容器
二类容器
三类容器
一、压力容器的质量保证（介绍）
（1）定义
压力容器的质量保证可以理解为广义的、更严格的**性，是为使容器在整个使用过程中能够**运行，不发生事故，而采取的有计划的、系统的措施，是一种系统工程。
（2）质量保证≠**性
（3）容器设计标准和规范必须依据质量保证系统的要求来制定
（4）质量监督是达到质量保证的手段
《压力容器**技术检查规程》
（5）质量保证的内容
①设计
工艺条件→设计标准和规范→应力分析及强度计算→绘图、提出技术要求
设计环节的步骤：
外载荷→应力分析→强度计算→零部件结构设计→总体结构设计→绘图
②材料
·压力容器广泛使用金属材料，如碳钢、合金钢、有色金属等。
·《金属材料工艺学》
·由于压力容器在加工、使用过程中都有严格要求，所以选用的材料原则上应符合压力容器用钢的标准。
常用标准：GB6654-86《压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板》
R ---容器用钢，如16MnR、15 MnVR、20R等
·压力容器用钢的基本要求
a、化学成分-----C、S、P、Mn、Si等
b、力学性能
强度（拉伸强度极限、屈服极限）
塑性（延伸率、断面收缩率）
韧性（冲击韧性：夏比V形缺口冲击试验、冲击功AKV；断裂韧性：极限应力强度因子、裂纹**张开位移）
硬度（HB、HRC）
疲劳特性（疲劳寿命）
c、加工工艺性----可焊性、可锻性、铸造性、切削加工性能等。
d、热处理性能----正火、回火、退火、淬火等，“调质处理”
·压力容器用钢的基本类型
我国压力容器用钢三大基本类型：
低合金钢----是压力容器的主要结构材料
σS350MPa级的16MnR
σS400MPa级的15MnVR
σS450MPa级的15MnVNR
σS500MPa级的18MnMoNbR
·压力容器材料的选用
③制造和制造过程中的检验
④使用过程中的定期检验和监控
《压力容器**技术检查规程》
二、压力容器标准和规范
·满足标准和规范的基本要求
·“创造性”地使用标准和规范

·了解标准和规范的变动情况，采用*新版本的标准和规范
2、压力容器规范简介
ASME《锅炉与压力容器规范》
GB150—1998《钢制压力容器》
GB151—1999《管壳式换热器》
GB12337—1998《钢制球形储罐》
JB4732—1995《钢制压力容器—分析设计标准》
JB4710—2000《钢制塔式容器》