化工压力容器结构与制造- 绪论与材料-PPT演示文稿.ppt

,,,,,,,,,,化工压力容器结构与制造,配套教材其余参考资料请扫描下面二维码,,绪论,,,,【知识目标】掌握压力容器、过程的概念；了解压力容器在化工生产中的应用要求；掌握压力容器的结构组成及分类方法；了解压力容器的相关标准【能力目标】能够查阅相关标准对压力容器进行分类；能够利用网络书籍、工具书、期刊查询化工生产原理及流程、了解压力容器的制造流程及质保体系、能够查询压力容器相关标准。,引入,,,,【观察与思考】,第一节压力容器在化工生产中的应用及要求,,,,一、压力容器在化工生产中的应用1、压力容器概念,压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。2、压力容器在化工生产中的应用以管式炉乙烷裂解制乙烯生产流程图为例,,,二、化工生产对压力容器的基本要求,,,,,1、安全性要求2、工艺性能要求3、使用性能的要求4、经济性要求,,,足够的强度良好的韧性足够的刚度和抗失稳能力良好的抗腐蚀性可靠的密封性,二、化工生产对压力容器的基本要求,,,,,1、安全性要求2、工艺性能要求3、使用性能的要求4、经济性要求,,,（1）工艺指标（2）生产效率高、消耗低,二、化工生产对压力容器的基本要求,,,,,1、安全性要求2、工艺性能要求3、使用性能的要求4、经济性要求,,,结构合理、制造简单运输与安装方便操作、控制、维护简便,第二节压力容器的结构,,,一、压力容器基本结构,如图0-5是压力容器的典型结构，其由筒体、封头、支座、开孔及接管、密封装置等五大部分组成。,二、压力容器分类,,,,1、按工艺用途分,回顾,,,2、按壳体的承压方式分（1）内压容器作用于器壁内部的压力高于器壁外表面承受的压力。（2）外压容器作用于器壁内部的压力低于器壁外表面承受的压力。3、按设计压力的高低分（1）低压容器（代号L），0.1≤p＜1.6MPa。（2）中压容器（代号M），1.6MPa≤p＜10MPa。（3）高压容器（代号H），10≤p＜100MPa。（4）超高压容器（代号U），≥100MPa。,,,4、按容器的壁厚分（1）薄壁容器径比≤1.2的容器（为容器的外直径，为容器的内直径）。（2）厚壁容器＞1.2的容器。5、按容器的工作温度分（1）低温容器设计温度≤-20℃。（2）常温容器设计温度＞-20200℃。（3）中温容器设计温度＞200450℃。（4）高温容器设计温度＞450℃。,,,6、按安装方式分（1）固定式压力容器安装和使用地点固定，工艺条件也相对固定的压力容器。如生产中的储槽、储罐、塔器、分离器、热交换器等（2）移动式压力容器经常移动和搬运的压力容器。如汽车槽车、铁路槽车、槽船等容器。,回顾,,,,7、按安全技术监察规程分,第三节、压力容器标准体系简介,,,,,压力容器质保体系一为质保手册二为程序文件三为作业指导书四为受控表格,,二、我国压力容器标准体系简介,,,,,美国的ASME规范，日本的JIS规范欧盟的97/23/EC规范中国的GB150等规范,作业,,,,同步练习题一、填空题1-1．压力容器主要由（）、（）、（）、（）、（）等五部分组成1-2、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（）、（）、（）。1-3、GB150-2011压力容器是我国压力容器标准体系中的（）标准。,,,,二、简答题1、压力容器的分类方法及标准。2、压力容器今后的发展方向是什么3、运输槽车可以按照GB150-2011压力容器进行设计制造吗为什么三、选择题1、国内制造非疲劳压力容器的国家标准是（）①GB150②JB4732③ASME2、压力为4MPa的压力容器属于（）①低压容器②中压容器③高压容器,,,,,,压力容器材料,,,配套教材,,,,【知识目标】掌握常见的压力容器材料；掌握压力容器材料的各项常用性能指标及检测方法；了解钢材的劣化种类；掌握氢腐蚀和氢脆的危害；掌握压力容器选材的基本要求【能力目标】能够进行压力容器的选材材料验收；能够查询相关标准提出复验要求；能够选择常用的压力容器材料,学习目标,,,,,【观察与思考】仔细查看表1-1不锈钢板的质量证明书，查阅相关资料，了解相关参数意义以及用途。回答以下问题该质量证明书牌号06Cr9Ni10数字代表的含义是什么压力容器上常用的钢材有哪些，选择的依据是什么,课堂引入,,,,1,1,,,,压力容器的受压元件包括壳体、封头端盖、膨胀节、设备法兰，球罐的球壳板，换热器的管板和换热管，M36以上含M36的设备主螺柱以及公称直径大于或者等于250mm的接管和管法兰。原材料是什么呢,第一节压力容器的材料分类,原材料,,,,,压力容器的钢材按照其使用形式可分为板材、管材、锻件、型材、棒材压力容器的材料按照熔炼时脱氧方式分为沸腾钢和镇静钢压力容器钢板按照化学成分及组成的不同，可分碳钢、不锈钢、复合板、有色金属（如铜、铝、镍、钛及其合金）压力容器钢材按照合金元素成分可分为碳素钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢。,材料分类,,,,,,1,一、碳素钢和低合金钢,,,,,,,不锈钢属于高合金钢的一类，不锈钢分为奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体-铁素体不锈钢（也称双相不锈钢）。铁素体型钢板3个钢号0Cr13S11306、0Cr13AlS11348、019Cr19Mo2NbTiS11972（S为不锈钢统一数字代号，如某不锈钢老牌号为0Cr13，新牌号为06Cr13,统一数字代号S11306,S1为铁素体不锈钢，S2为奥氏体铁素体不锈钢，S3为奥氏体和马氏体不锈钢）,二、不锈钢,,,,,,,第二节材料的检验,,,,一、力学性能1、冲击功Ak2、拉伸试验3、弯曲试验,拉伸试验,弯曲试验,,,,二、化学成分,金属光谱分析,,,,三、其他1、金相组织2、腐蚀试验3、超声波检验4、锻件特殊要求,,,,,,一、入库验收二、材料的使用三、材料的代用,第三节材料的管理,,,,,一、材料的高温性能二、材料的劣化及防止措施,第四节材料的劣化,,石墨化回火脆化氢腐蚀氢脆电化学腐蚀,晶间腐蚀缝隙腐蚀应力腐蚀点腐蚀,劣化,,,,,,压力容器设计基础,,,配套教材,,,,【知识目标】了解压力容器参数的确定方法掌握内外压常规容器的设计方法；掌握外压容器失稳的原因及防止措施；掌握常见压力容器附件的结构及选择方法【能力目标】具备一定的计算能力，能够对在役压力容器的承载能力进行计算；能够分析和计算压力容器载荷，合理选择法兰和支座；能够根据使用要求选择合理的密封结构和密封类型；能够进行选择压力容器上的其他附件,学习目标,,,,,【观察与思考】请仔细查看某塔设备上换热器压力容器图纸上基本参数表图2-1，回答以下问题设计温度、设计压力是多少设计温度及设计压力如何确定根据这些参数如何确定该压力容器的公称直径和钢材厚度这个参数表还反应了哪些信息各自代表了什么含义有什么用途,课堂引入,,,,,,,1、回转薄壳的形成及几何特性,第一节、内压薄壁容器,,,,一,计算曲率半径,由内压产生的轴向合力与作用于壳壁横截面上的轴向总拉力相等,,,,2、承受气压圆筒形薄壁容器的受力分析,垂直于筒体截面的合力与筒体纵向截面上产生的总拉力相等,,,,,,,3、边缘应力的产生及特性,,,,4、降低边缘应力的措施,,（1）减少两连接件的刚度差（2）尽量采用圆弧过渡（3）局部区域补强（4）选择合适的开孔方位,,,,,,,,三、压力容器参数的确定方法1、压力参数,,（1）工作压力指压力容器在正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力，亦称最高工作压力。（2）计算压力指设计温度下，用以确定受压元件厚度的压力。（3）设计压力指压力容器的最高压力，与相应的设计温度一起构成设计载荷条件，其值不得低于工作压力。,,,,2、温度参数（1）设计温度设计温度是指容器正常工作情况下，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度（沿受压元件金属截面厚度的温度平均值）。,,,,3、许用应力,,,，,，,，,，,,,,4、焊接接头系数,,,,焊缝接头类型,补充,,,,GB150-2011压力容器规定，凡符合下列条件之一的容器及受压元件，需要对A类、B类焊接接头进行100无损探伤。①压力容器所用钢板厚度大于30mm的碳素钢、16MnR。②压力容器所用钢板厚度大于25mm的15MnV、20MnMo和奥氏体不锈钢。③标准抗拉强度下限大于540MPa的钢材。④压力容器所用钢板厚度大于16mm的12CrMo、15CrMoR、15CrMo；其它任意厚度的Cr-Mo系列低合金钢。⑤需要进行气压试验的容器。⑥图样中注明压力容器为盛装毒性为极度危害和高度危害。⑦图样中规定必须进行100检验的容器。,6、压力容器的公称压力、公称直径,,,,5、厚度附加量,,6、压力容器的公称压力、公称直径压力容器如果采用钢板卷制焊接而成，则其公称直径等于容器的内径，用DN表示当容器直径比较小时常采用无缝钢管直接制作成筒体，此时的公称直径则指的是钢管的外径。对于管子来说，公称直径既不是管子内径也不是管子的外径，而是比外径小的一个数值。,,,,,四、压力容器的厚度计算及校核1、圆筒容器的校核,,例如有一容器内径为1000mm，在压力为0.1MPa、温度为150C条件下工作，材料采用Q235-B，取焊接接头系数0.85，腐蚀裕量1mm，则①对碳素钢、低合金钢制容器，不小于3mm；对高合金钢制容器，不小于2mm。②对标准椭圆封头和的碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.15，即。对于其它椭圆形封头和碟形封头，其有效厚度应不小于封头内直径的0.3，即,第,,①计算厚度是按有关强度公式利用计算压力得到的厚度，除压力外，必要时还应计入对厚度有影响的其它载荷，如风载荷、地震载荷、偏心载荷等。②设计厚度指计算厚度与腐蚀裕量之和，即③名义厚度指设计厚度加上钢板负偏差后，向上圆整得到的标准规格的钢板厚度,,2、内压球形壳体的强度计算,【例题1-2】有一内压容器，已知设计压力，设计温度，圆筒内径，总高为，内装液体介质，液体静压力为，圆筒材料为Q345R，腐蚀裕量取1.5mm，焊缝系数，试求该容器的筒体厚度。,解①计算压力的确定由于设计压力为，而液柱静压力为，已大于设计压力的5，故计算压力为,②求计算厚度假设筒体所需钢板厚度为6～16mm，查附表得设计温度为70C时的许用应力，将以上参数代入式（2-9）得筒体的计算厚度为,对于低合金钢制容器，按标准规定，因此为了保证筒体具有足够的刚度，取,③求设计厚度,④求名义厚度查表2-6在4.55.5mm范围内得钢板负偏差C10.5mm，因而可取名义厚度至少为5mm。根据钢板常用系列（表2-11）可以看出，厚度为5.0mm的钢板较少采用，因而取名义厚度,⑤检查从附表中看出时没有变化，故取名义厚度为6mm合适。,【例题1-3】对一储罐的筒体进行设计计算。已知设计压力，操作温度在-5～44C，用16MnR钢板制造，储罐内径，腐蚀裕量为，焊接接头系数，试确定筒体厚度。,解16MnR钢板在-5～44C范围的许用应力由附表查取，估计壁厚在616mm之间，查得许用应力，取计算压力，将已知参数代入式（1-9）得到储罐筒体计算厚度为,设计厚度,查表（2-6）得钢板厚度负偏差，则名义厚度取不低于11.470.812.27mm，按照表2-11钢板常用厚度系列查得，因而筒体厚度为14mm。,,,,一、外压容器的失稳与失稳形式1、失稳现象外压容器是指容器壳体外部的压力大于内部压力的容器外压容器的失效是指当外载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，这种现象称为失稳,第二节外压容器,,,2、失稳形式二、临界压力及其计算方法1、概念,,,2、影响临界压力的因素3、临界压力的计算长圆筒短圆筒刚性圆筒4、临界长度与计算长度,,,,（2）圆筒的计算长度三、外压圆筒及外压球壳的图算法,,,,一,第,,1、加强圈的结构及要求加强圈应具有足够的刚度，通常采用扁钢、角钢、工字钢或其它型钢2.加强圈与圆筒的连接加强圈与圆筒之间可以采用连续焊或间断焊。当加强圈设置在容器外面时，加强圈每侧间断焊接的总长，应不小于圆筒外周长的1/2；当设置在圆筒内部时，应不小于圆筒内周长的1/3。,四、外压容器的加强圈,,五、轴向受压圆筒,,一、封头的概念与形式1、封头的概念封头是压力容器中最重要的受压元件之一，主要是以受压为主，以焊接方式连接筒体，大多在设备的两端。封头的种类按其形状分为椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、锥形封头、平盖封头、球冠形封头等。封头的标准为GB/T25198-2010压力容器封头,第三节压力容器封头,,2、封头的型式参数及标记（1）封头的设计标记①②③（④）-⑤⑥示例公称直径2400mm，封头名义厚度20mm，封头最小成形厚度18.2mm，R11.0的，r10.10D1,材质为Q345R,以内径为基准碟形封头标记如下THA240020（18.2）-Q345RGB/T25198,,二、椭圆形封头为了改善焊接受力状况，直边需要一定的长度，其值可按照标准进行选取，若封头内径＜2000mm，则直边25mm，若内径≥2000mm，则直边段位40mm。,,三、球形封头四、碟形封头,,,五、锥形封头六、平盖,,一、密封装置1、法兰密封机理2、法兰结构类型法兰有多种分类方法，按密封面分为窄面法兰和宽面法兰；按应用场合分为容器法兰和管法兰；按组成法兰的圆筒、法兰环及锥颈三个部分的整体性程度可分为松式法兰、整体式法兰和任意式法兰三种,第四节压力容器附件,,,管法兰标准HG20592-2009HG20635-2009压力容器法兰分为甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰，它们的尺寸分别见标准NB/T47021-2012、JB/T47022-2012、JB/T47023-2012。4、法兰密封面形式压力容器法兰密封面的形式有平面型、凹凸型及榫槽型,,,5、法兰标记,,,一,第,,,6、法兰垫圈,,,为了便于内件的安装、清理、检修、取出内件及工作人员的进出压力容器，一般需要设置人孔、手孔等检查孔。,二、人孔与手孔,,支座是用来支承压力容器及其附件以及内部介质重量的一个装置，在某些场合还可能受到风载荷、地震载荷等动载荷的作用。1.立式容器支座（1）耳式支座JB/T4725-2007耳式支座,三、支座,,,2支承式支座JB/T4724-2007支承式支座,,,3腿式支座JB/T4713腿式支座4裙式支座,,,,,2、卧式容器支座,,,,【例题1-4】有一管壳式换热器，如图2-40所示，试对该容器选择一对鞍式支座。已知换热器壳体总重量为4500Kg，内径为1200mm，壳体厚10mm，封头为半球形封头，换热管长L110m，规格为252.5mm，根数为396，其左右两管箱短节长度为120mm，400mm，管板厚度，管程物料为乙二醇，壳程物料为甲苯。,,,1、开孔补强的原因应力集中，同时器壁受到削弱，因此需要采取适当的补强措施2、补强方法与补强结构那是不是所有的开孔都需要补强呢,四、补强方法与结构,,,五、安全装置,1、安全阀,,,2、爆破片绝大多数压力容器都使用安全阀作为泄放装置，然而安全阀却存在“关不严、打不开”的潜在隐患，因而在某些场合应优先选用爆破片作为容器的安全泄放装置。由于爆破片有标定的爆破压力和爆破温度，有明确的安装方向要求，因此使用中要注意维持爆破压力的恒定，爆破片需要定期检查及更换。,,,一,六、其它附件,