一、過(guò)程設(shè)備和容器的概念 1、過(guò)程設(shè)備-----用于傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程的裝置 容器-----設(shè)備外部殼體的總稱(chēng) * 過(guò)程設(shè)備為過(guò)程的實(shí)現(xiàn)服務(wù)，因此過(guò)程設(shè)備的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足過(guò)程的要求，沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)備，過(guò)程也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 舉例：合成氨工藝過(guò)程及相應(yīng)設(shè)備 * 設(shè)備是靜止的，沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)（有些靜止設(shè)備上帶有運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，如夾套反應(yīng)釜），如儲(chǔ)存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備等。 機(jī)器有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，如泵、壓縮機(jī)、離心機(jī)等。 2、過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課程主要介紹儲(chǔ)存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備的一般設(shè)計(jì)方法，從設(shè)備工作時(shí)的受載情況出發(fā)，通過(guò)應(yīng)力分析和強(qiáng)度計(jì)算，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析，并按相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)備的零部件及整體的設(shè)計(jì)工作。 受載情況→應(yīng)力分析、強(qiáng)度計(jì)算→結(jié)構(gòu)分析→零部件及整體設(shè)計(jì) ·設(shè)計(jì)參數(shù)的選取 ·設(shè)計(jì)方法的確定 ·設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的選用 ·教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累 ·課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的作用 二、過(guò)程設(shè)備的應(yīng)用 a、加氫反應(yīng)器（反應(yīng)設(shè)備） b、液態(tài)氫儲(chǔ)存容器（儲(chǔ)存設(shè)備） c、超高壓食品殺菌釜（高壓設(shè)備） d、核反應(yīng)堆（反應(yīng)設(shè)備） e、超臨界流體萃取裝置（傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)） 三、過(guò)程設(shè)備的特點(diǎn) 1、非標(biāo)設(shè)備，功能原理多樣化 2、機(jī)電一體化-----過(guò)程工藝、設(shè)備、控制緊密結(jié)合 3、外殼一般為壓力容器 4、過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的規(guī)范性和能動(dòng)性 四、過(guò)程設(shè)備的基本要求 為防止容器在使用過(guò)程中發(fā)生破壞或失效，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)外載荷進(jìn)行容器的應(yīng)力計(jì)算及校核，并綜合考慮材料、制造方法、檢驗(yàn)方法等因素，進(jìn)行容器的合理設(shè)計(jì)，保證容器在運(yùn)行中的安全。 ·合理設(shè)計(jì)----安全 經(jīng)濟(jì) ·容器設(shè)計(jì)的基本原則：在保證安全的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)。 設(shè)備的基本要求： a、安全可靠 ①?gòu)?qiáng)度、韌性 ②耐腐蝕性（材料與介質(zhì)相容） ③剛度和抗失穩(wěn)能力 ④密封性能 b、滿(mǎn)足過(guò)程要求 ①功能要求 ②壽命要求 c、綜合經(jīng)濟(jì)性好 ① 生產(chǎn)效率高（單位生產(chǎn)能力高）、消耗系數(shù)低 單位生產(chǎn)能力----單位時(shí)間、單位設(shè)備容積（面積）處理的物料量或所得產(chǎn)品的數(shù)量。 消耗系數(shù)----生產(chǎn)單位重量或體積產(chǎn)品所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸汽等。 ② 結(jié)構(gòu)合理、制造方便 ③ 便于安裝和運(yùn)輸 d、易于操作、維護(hù)和控制 ① 操作簡(jiǎn)單 ② 易于維護(hù)、修理----安全、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，維修周期長(zhǎng) ③ 便于控制 e、優(yōu)良的環(huán)境性能 泄漏、環(huán)境污染、環(huán)境失效 以上各方面要求在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮、具體分析，采用工程觀點(diǎn)來(lái)解決主要矛盾。 五、過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟 需求分析和目標(biāo)界定 ↓ 總體結(jié)構(gòu)分析 ↓ 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ↓ ↓ 設(shè)計(jì)實(shí)施 設(shè)計(jì)步驟： 工藝條件 ↓ 結(jié)構(gòu)分析 ↓ 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 ↓ 應(yīng)力分析及強(qiáng)度計(jì)算 ↓ 繪圖、提出技術(shù)要求 一、壓力容器總體結(jié)構(gòu) 圖1-1 壓力容器由許多基本部件組成，如筒體、封頭、接管、法蘭、支座等，在外載荷作用下，各部件中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮各零部件的結(jié)構(gòu)、材料及應(yīng)力分布狀況，進(jìn)行應(yīng)力分析和計(jì)算，并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （1） 筒體 （2） 封頭 （3） 密封裝置 （4） 開(kāi)孔與接管 （5） 支座 （6） 安全附件 二、壓力容器零部件之間的焊接 1、焊接結(jié)構(gòu) 2、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 一、介質(zhì)危害性 1、毒性：極度危害（Ⅰ級(jí)）最高容許質(zhì)量濃度＜0.1mg/m3 高度危害（Ⅱ級(jí)）最高容許質(zhì)量濃度0.1~＜1.0mg/m3 中度危害（Ⅲ級(jí)）最高容許質(zhì)量濃度1.0~＜10mg/m3 輕度危害（Ⅳ級(jí)）最高容許質(zhì)量濃度≥10mg/m3 * Q235-A或Q235-B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害的壓力容器 2、易燃性 爆炸濃度極限----可燃?xì)怏w或蒸汽與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍。 易燃介質(zhì)----爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介質(zhì)。 * Q235-AF不得用于制造易燃介質(zhì)容器 Q235-A不得用于制造液化石油氣容器 二、壓力容器分類(lèi) 《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 a、按壓力等級(jí)分類(lèi) 低壓(代號(hào)L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa； 中壓(代號(hào)M)容器 1.6MPa≤p<l0.0MPa； 高壓(代號(hào)H)容器 10MPa≤p<100MPa； 超高壓(代號(hào)U)容器 p≥100MPa。 b、按承壓方式分類(lèi) 內(nèi)壓容器----容器內(nèi)部壓力大于外部壓力，主要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 外壓容器----容器外部壓力大于內(nèi)部壓力，主要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，如減壓塔和真空容器，對(duì)于帶有夾套的容器，當(dāng)夾套內(nèi)介質(zhì)壓力大于容器內(nèi)壓時(shí)，容器也是外壓容器。 c、按作用原理 換熱容器（E）----主要用于實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的熱量交換，如熱交換器、冷卻器、廢熱鍋爐等。 反應(yīng)容器（R）----主要用于完成介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，如各種反應(yīng)釜。 分離容器（S）----主要用于對(duì)混合物料進(jìn)行分離，如分餾塔、吸收塔等。 貯運(yùn)容器（C）----主要用于盛裝物料，如貯罐、槽車(chē)等。其中球罐（B） * 在一種壓力容器中，如同時(shí)具備兩個(gè)以上的工藝作用原理時(shí)，應(yīng)按工藝 過(guò)程中的主要作用來(lái)劃分品種。 d、按安裝方式分類(lèi) 固定式容器----由相對(duì)固定的安裝、工作地點(diǎn)，工藝條件和操作人員也較為固定，如塔、反應(yīng)器、儲(chǔ)罐等。 移動(dòng)式容器----需經(jīng)常搬運(yùn)的容器，承受介質(zhì)壓力外還要承受介質(zhì)沖擊力、外部撞擊及振動(dòng)載荷，在結(jié)構(gòu)、使用、安全上有特殊要求。 e、按容器形狀分類(lèi) 方形或矩形容器----由平板焊制而成，制造簡(jiǎn)單，承壓能力差，用于小型常壓貯罐。 球形容器----由數(shù)塊球瓣拼焊而成，承壓能力好，內(nèi)件安裝不便，制造困難，常用作大型貯罐。 圓筒形容器----由圓柱形筒體和各種形狀的成型封頭組成，筒體制造簡(jiǎn)單，內(nèi)件安裝方便，承壓能力較好，應(yīng)用最普遍。 f、按安全技術(shù)管理分類(lèi)（按綜合因素，即壓力高低、生產(chǎn)過(guò)程重要性、介質(zhì)危險(xiǎn)程度等） 一類(lèi)容器 二類(lèi)容器 三類(lèi)容器 一、壓力容器的質(zhì)量保證（介紹） （1）定義 壓力容器的質(zhì)量保證可以理解為廣義的、更嚴(yán)格的安全性，是為使容器在整個(gè)使用過(guò)程中能夠安全運(yùn)行，不發(fā)生事故，而采取的有計(jì)劃的、系統(tǒng)的措施，是一種系統(tǒng)工程。 （2）質(zhì)量保證≠安全性 （3）容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范必須依據(jù)質(zhì)量保證系統(tǒng)的要求來(lái)制定 （4）質(zhì)量監(jiān)督是達(dá)到質(zhì)量保證的手段 《壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》 （5）質(zhì)量保證的內(nèi)容 ①設(shè)計(jì) 工藝條件→設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范→應(yīng)力分析及強(qiáng)度計(jì)算→繪圖、提出技術(shù)要求 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的步驟： 外載荷→應(yīng)力分析→強(qiáng)度計(jì)算→零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→繪圖 ②材料 ·壓力容器廣泛使用金屬材料，如碳鋼、合金鋼、有色金屬等。 ·《金屬材料工藝學(xué)》 ·由于壓力容器在加工、使用過(guò)程中都有嚴(yán)格要求，所以選用的材料原則上應(yīng)符合壓力容器用鋼的標(biāo)準(zhǔn)。 常用標(biāo)準(zhǔn)：GB6654-86《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板》 R ---容器用鋼，如16MnR、15 MnVR、20R等 ·壓力容器用鋼的基本要求 a、化學(xué)成分-----C、S、P、Mn、Si等 b、力學(xué)性能 強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度極限、屈服極限） 塑性（延伸率、斷面收縮率） 韌性（沖擊韌性：夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)、沖擊功AKV；斷裂韌性：極限應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋尖端張開(kāi)位移） 硬度（HB、HRC） 疲勞特性（疲勞壽命） c、加工工藝性----可焊性、可鍛性、鑄造性、切削加工性能等。 d、熱處理性能----正火、回火、退火、淬火等，調(diào)質(zhì)處理; ·壓力容器用鋼的基本類(lèi)型 我國(guó)壓力容器用鋼三大基本類(lèi)型： 低合金鋼----是壓力容器的主要結(jié)構(gòu)材料 σS350MPa級(jí)的16MnR σS400MPa級(jí)的15MnVR σS450MPa級(jí)的15MnVNR σS500MPa級(jí)的18MnMonbR ·壓力容器材料的選用 ③制造和制造過(guò)程中的檢驗(yàn) ④使用過(guò)程中的定期檢驗(yàn)和監(jiān)控 《壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》 二、壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 ·滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的基本要求 ·創(chuàng)造性;地使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 ·了解標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的變動(dòng)情況，采用最新版本的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 2、壓力容器規(guī)范簡(jiǎn)介 ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》 GB150—1998《鋼制壓力容器》 GB151—1999《管殼式換熱器》 GB12337—1998《鋼制球形儲(chǔ)罐》 JB4732—1995《鋼制壓力容器—分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 JB4710—2000《鋼制塔式容器》