壓力容器基礎
壓力容器基礎知識
一、過程設備和容器的概念
1、過程設備-----用于傳質、傳熱和化學反應等過程的裝置
容器-----設備外部殼體的總稱
* 過程設備為過程的實現服務，因此過程設備的設計必須滿足過程的要求，沒有相應的設備，過程也無法實現。
舉例：合成氨工藝過程及相應設備
*設備是靜止的，沒有相對運動的機構（有些靜止設備上帶有運動的傳動裝置，如夾套反應釜），如儲存設備、換熱設備、塔設備、反應設備等。
機器有相對運動的機構，如泵、壓縮機、離心機等。
2、過程設備設計的主要內容
本課程主要介紹儲存設備、換熱設備、塔設備、反應設備的一般設計方法，從設備工作時的受載情況出發，通過應力分析和強度計算，結合結構分析，并按相應設計標準和規范進行設備的零部件及整體的設計工作。
受載情況→應力分析、強度計算→結構分析→零部件及整體設計
·設計參數的選取
·設計方法的確定
·設計標準和規范的選用
·教學中的實踐環節及實踐經驗的積累
·課程設計和畢業設計的作用
二、過程設備的應用
a、加氫反應器（反應設備）
b、液態氫儲存容器（儲存設備）
c、超高壓食品**釜（高壓設備）
d、核反應堆（反應設備）
e、超臨界流體萃取裝置（傳質、傳熱、反應）
三、過程設備的特點
1、非標設備，功能原理多樣化
2、機電一體化-----過程工藝、設備、控制緊密結合
3、外殼一般為壓力容器
4、過程設備設計的規范性和能動性
四、過程設備的基本要求
為防止容器在使用過程中發生破壞或失效，在設計時應根據外載荷進行容器的應力計算及校核，并綜合考慮材料、制造方法、檢驗方法等因素，進行容器的合理設計，保證容器在運行中的**。·合理設計----**經濟
·容器設計的基本原則：在保證**的前提下，盡可能做到經濟。
設備的基本要求：
a、**可靠
①強度、韌性
②耐腐蝕性（材料與介質相容）
③剛度和抗失穩能力
④密封性能
b、滿足過程要求
①功能要求
②壽命要求
c、綜合經濟性好
① 生產效率高（單位生產能力高）、消耗系數低
單位生產能力----單位時間、單位設備容積（面積）處理的物料量或所得產品的數量。
消耗系數----生產單位重量或體積產品所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸汽等。
② 結構合理、制造方便
③ 便于安裝和運輸
d、易于操作、維護和控制
① 操作簡單
② 易于維護、修理----**、正常地運轉，維修周期長
③ 便于控制
e、優良的環境性能
泄漏、環境污染、環境失效
以上各方面要求在設備設計時應綜合考慮、具體分析，采用工程觀點來解決主要矛盾。
五、過程設備設計的基本內容和步驟
需求分析和目標界定
↓
總體結構分析
↓
零部件結構設計
↓
↓
設計實施
設計步驟：
工藝條件
↓
結構分析
↓
設計標準和規范
↓
應力分析及強度計算
↓
繪圖、提出技術要求
一、壓力容器總體結構
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，各部件中會產生相應的應力，容器設計時應考慮各零部件的結構、材料及應力分布狀況，進行應力分析和計算，并進行合理的結構設計。
（1） 筒體
（2） 封頭
（3） 密封裝置
（4） 開孔與接管
（5） 支座
（6）
**附件
二、壓力容器零部件之間的焊接
1、焊接結構
2、焊接結構設計的內容
一、介質危害性
1、毒性：極度危害（Ⅰ級）*高容許質量濃度＜0.1mg/m3
高度危害（Ⅱ級）*高容許質量濃度0.1~＜1.0mg/m3
中度危害（Ⅲ級）*高容許質量濃度1.0~＜10mg/m3
輕度危害（Ⅳ級）*高容許質量濃度≥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----可燃氣體或蒸汽與空氣混合物遇到明火能夠發生爆炸的濃度范圍。
易燃介質----爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介質。
* Q235-AF不得用于制造易燃介質容器
Q235-A不得用于制造液化石油氣容器
二、壓力容器分類
《壓力容器**技術監察規程》
a、按壓力等級分類
低壓(代號L)容器 0.1MPa≤p<1.6MPa；
中壓(代號M)容器 1.6MPa≤p
高壓(代號H)容器 10MPa≤p<100MPa；
超高壓(代號U)容器 p≥100MPa。
b、按承壓方式分類
內壓容器----容器內部壓力大于外部壓力，主要進行強度計算。
外壓容器----容器外部壓力大于內部壓力，主要進行穩定性計算，如減壓塔和真空容器，對于帶有夾套的容器，當夾套內介質壓力大于容器內壓時，容器也是外壓容器。
c、按作用原理
換熱容器（E）----主要用于實現介質的熱量交換，如熱交換器、冷卻器、廢熱鍋爐等。
反應容器（R）----主要用于完成介質的化學反應，如各種反應釜。
分離容器（S）----主要用于對混合物料進行分離，如分餾塔、吸收塔等。
貯運容器（C）----主要用于盛裝物料，如貯罐、槽車等。其中球罐（B）
* 在一種壓力容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應按工藝
過程中的主要作用來劃分品種。
d、按安裝方式分類
固定式容器----由相對固定的安裝、工作地點，工藝條件和操作人員也較為固定，如塔、反應器、儲罐等。
移動式容器----需經常搬運的容器，承受介質壓力外還要承受介質沖擊力、外部撞擊及振動載荷，在結構、使用、**上有特殊要求。
e、按容器形狀分類
方形或矩形容器----由平板焊制而成，制造簡單，承壓能力差，用于小型常壓貯罐。
球形容器----由數塊球瓣拼焊而成，承壓能力好，內件安裝不便，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，筒體制造簡單，內件安裝方便，承壓能力較好，應用*普遍。
f、按**技術管理分類（按綜合因素，即壓力高低、生產過程重要性、介質危險程度等）
一類容器
二類容器
三類容器
一、壓力容器的質量保證（介紹）
（1）定義
壓力容器的質量保證可以理解為廣義的、更嚴格的**性，是為使容器在整個使用過程中能夠**運行，不發生事故，而采取的有計劃的、系統的措施，是一種系統工程。
（2）質量保證≠**性
（3）容器設計標準和規范必須依據質量保證系統的要求來制定
（4）質量監督是達到質量保證的手段
《壓力容器**技術檢查規程》
（5）質量保證的內容
①設計
工藝條件→設計標準和規范→應力分析及強度計算→繪圖、提出技術要求
設計環節的步驟：
外載荷→應力分析→強度計算→零部件結構設計→總體結構設計→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》
·由于壓力容器在加工、使用過程中都有嚴格要求，所以選用的材料原則上應符合壓力容器用鋼的標準。
常用標準：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、化學成分-----C、S、P、Mn、Si等
b、力學性能
強度（拉伸強度極限、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、沖擊功AKV；斷裂韌性：極限應力強度因子、裂紋**張開位移）
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，“調質處理”
·壓力容器用鋼的基本類型
我國壓力容器用鋼三大基本類型：
低合金鋼----是壓力容器的主要結構材料
σS350MPa級的16MnR
σS400MPa級的15MnVR
σS450MPa級的15MnVNR
σS500MPa級的18MnMoNbR
·壓力容器材料的選用
③制造和制造過程中的檢驗
④使用過程中的定期檢驗和監控
《壓力容器**技術檢查規程》
二、壓力容器標準和規范
·滿足標準和規范的基本要求
·“創造性”地使用標準和規范
·了解標準和規范的變動情況，采用*新版本的標準和規范
2、壓力容器規范簡介
ASME《鍋爐與壓力容器規范》
GB150—1998《鋼制壓力容器》
GB151—1999《管殼式換熱器》
GB12337—1998《鋼制球形儲罐》
JB4732—1995《鋼制壓力容器—分析設計標準》
JB4710—2000《鋼制塔式容器》
