7化工设备设计概述.pptx

1 第二篇第二篇 化工设备设计基础化工设备设计基础 7 概概 述述 2 7 概 述 3 7 概 述（续）4 7 概 述（续）7.1 容器的结构与分类容器的结构与分类 5 7 概 述（续）1 1、容器的结构、容器的结构 反应设备、换热设备、分离设备和储运设备反应设备、换热设备、分离设备和储运设备 （1 1）反应设备）反应设备 用来完成介质物理、化学反应。用来完成介质物理、化学反应。如反应器、发生器、反应釜、如反应器、发生器、反应釜、聚合釜、分解塔、合成塔、聚合釜、分解塔、合成塔、交换炉等。交换炉等。6 7 概 述（续）（2）换热设备）换热设备 用来完成介质的热量交换。如热交换器、加热用来完成介质的热量交换。如热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、废热锅炉等。器、冷却器、蒸发器、废热锅炉等。管壳式换热器管壳式换热器 7 7 概 述（续）（3）分离设备）分离设备 完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等。完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等。如分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干如分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、干燥塔等。燥塔等。吸收塔吸收塔 8 7 概 述（续）（4）储运设备）储运设备 盛装生活和生产用的原料气体、液体、液化气等。盛装生活和生产用的原料气体、液体、液化气等。如各种储罐、储槽、高位槽、计量槽、槽车等。如各种储罐、储槽、高位槽、计量槽、槽车等。球球 罐罐 9 容容 器器设备外部设备外部壳体壳体的总称，凡含有压力介质的的总称，凡含有压力介质的 封闭容器都被称做压力容器。封闭容器都被称做压力容器。7 概 述（续）1-法兰法兰 2-支座支座 3-封头拼接焊缝封头拼接焊缝 4-封头封头 5-环焊缝环焊缝 6-补强圈补强圈 7-人孔人孔 8-纵焊缝纵焊缝 9-筒体筒体 10-压力表压力表 11-安全阀安全阀 12-液面计液面计 10 7 概 述（续）11 7 概 述（续）2、容器的分类、容器的分类 （1）按容器形状分类）按容器形状分类 方形和矩形容器方形和矩形容器平板焊成，制造简单，承压能力平板焊成，制造简单，承压能力差，只用作常压或低压小型贮槽。差，只用作常压或低压小型贮槽。球形容器球形容器由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不便和制造稍难，一般多用作储罐。但由于安装内件不便和制造稍难，一般多用作储罐。圆筒形容器圆筒形容器由圆柱形筒体和各种回转形成形封头由圆柱形筒体和各种回转形成形封头（半球形、椭球形、蝶形、圆锥形等）或平板形封头（半球形、椭球形、蝶形、圆锥形等）或平板形封头所组成。作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安所组成。作为容器主体的圆柱形筒体，制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，应用最广。装内件方便，而且承压能力较好，应用最广。12 7 概 述（续）图图 赤道正切柱式支承单层壳球罐赤道正切柱式支承单层壳球罐 1-球壳；球壳；2-液位计导管；液位计导管；3-避雷针；避雷针；4-安全泄放阀；安全泄放阀；5-操作平台；操作平台；6-盘梯；盘梯；7-喷淋水管；喷淋水管；8-支柱；支柱；9-拉杆拉杆 液面计接管筒身支座封头人孔13 7 概 述（续）外直径与内直径的比值外直径与内直径的比值 (Do/Di)max1.1-1.2 薄壁圆柱壳或薄壁圆筒薄壁圆柱壳或薄壁圆筒 厚壁圆柱壳或厚壁圆筒厚壁圆柱壳或厚壁圆筒 外直径与内直径的比值外直径与内直径的比值 (Do/Di)max 1.1-1.2（2）按容器的厚度分类）按容器的厚度分类 薄壁容器和厚壁容器薄壁容器和厚壁容器（D0容器外径，容器外径，Di容器内径，容器内径，容器厚度）容器厚度）14 7 概 述（续）（3）按承压性质和能力分类）按承压性质和能力分类 承压承压 方式方式 内压容器内压容器 外压容器外压容器 当容器的内压力小于一个绝对大气当容器的内压力小于一个绝对大气压（约压（约0.1MPa）时又称为真空容器）时又称为真空容器 中压中压(M)容器容器 1.6 MPap10.0 MPa 高压高压(H)容器容器 10 MPap100 MPa 超高压超高压(U)容器容器 p100MPa 低压低压(L)容器容器 0.1 MPap1.6 MPa 按照设计压力按照设计压力P 15 7 概 述（续）（4）按壁温分类）按壁温分类 常温容器常温容器壁温在壁温在-20200条件下工作的容器。条件下工作的容器。高温容器高温容器指壁温达到材料蠕变温度的容器，对碳指壁温达到材料蠕变温度的容器，对碳素钢、低合金钢素钢、低合金钢 T420，其他合金钢，其他合金钢T450，奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢T550，均属高温容器。，均属高温容器。中温容器中温容器在常温和高温之间。在常温和高温之间。低温容器低温容器壁温低于壁温低于-20，其中，其中-20-40 为浅为浅冷容器，冷容器，-40为深冷容器。为深冷容器。16 7 概 述（续）（5）按支承形式分类）按支承形式分类 卧式容器和立式容器。卧式容器和立式容器。（6）按结构材料分类）按结构材料分类 有金属制的和非金属制的两类。有金属制的和非金属制的两类。金属金属应用最多的是低碳钢和低合金钢。应用最多的是低碳钢和低合金钢。非金属材料非金属材料既可作容器衬里，又可作独立构件。既可作容器衬里，又可作独立构件。常用的有硬聚乙烯、玻璃钢、不锈钢石墨、化工搪瓷、常用的有硬聚乙烯、玻璃钢、不锈钢石墨、化工搪瓷、化工陶瓷、砖、板、花岗岩、橡胶衬里等。化工陶瓷、砖、板、花岗岩、橡胶衬里等。17 7 概 述（续）（7）按安全技术管理分类）按安全技术管理分类 三类容器三类容器 第一类压力容器第一类压力容器 第三类压力容器第三类压力容器 压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程将容器分为三类：将容器分为三类：（1）压力压力（P）（2）压力与容积的乘积压力与容积的乘积（PV）（3）介质危害程度介质危害程度 （4）容器的作用容器的作用 第二类压力容器第二类压力容器 分类依据分类依据 18 7 概 述（续）第三类压力容器第三类压力容器 具有下列情况具有下列情况之一之一的，为第三类压力容器的，为第三类压力容器:a高压容器；高压容器；b中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；c中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且且pV乘积大于等于乘积大于等于10MPa m3）；）；d.中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且且pV乘积大于等于乘积大于等于0.5MPa m3）；）；19 7 概 述（续）f高压、中压管壳式余热锅炉；高压、中压管壳式余热锅炉；g中压搪玻璃压力容器；中压搪玻璃压力容器；h使用使用强度级别较高强度级别较高的材料制造的压力容器；的材料制造的压力容器；（指相应标准中抗拉强度规定值下限（指相应标准中抗拉强度规定值下限540MPa）e低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且且pV乘积大于等于乘积大于等于0.2MPa m3）；）；20 7 概 述（续）j球形储罐（容积大于等于球形储罐（容积大于等于50m3）k.低温液体储存容器（容积大于低温液体储存容器（容积大于5m3）i移动式压力容器移动式压力容器 铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）罐式汽车罐式汽车液化气体运输（半挂）车、低温液体运液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车 罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）21 7 概 述（续）第二类压力容器第二类压力容器 具有下列情况具有下列情况之一之一的，为第二类压力容器的，为第二类压力容器:a中压容器；中压容器；b低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；d低压管壳式余热锅炉；低压管壳式余热锅炉；e低压搪玻璃压力容器。低压搪玻璃压力容器。c低压反应容器和低压储存容器低压反应容器和低压储存容器 （仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；22 7 概 述（续）第一类压力容器第一类压力容器 除上述规定以外的除上述规定以外的低压容器低压容器为第一类压力容器。为第一类压力容器。23 7 概 述（续）高压高压(MPa)10p100反应反应储存储存分离分离三类三类容器容器二类容器二类容器换热换热中压中压(MPa)1.6p10反应反应储存储存分离分离一类一类容器容器换热换热低压低压(MPa)0.1p1.60.2100.5PV值 MPa m3高度、极度毒性高度、极度毒性易燃、中度毒性易燃、中度毒性非易燃非易燃无无/轻毒轻毒介质性质介质性质压力容器类别简易判断表压力容器类别简易判断表24 7 概 述（续）7.2 容器机械设计的基本要求容器机械设计的基本要求 容器的总体尺寸（例如反应釜釜体容积的大小，容器的总体尺寸（例如反应釜釜体容积的大小，釜体长度与直径的比例，传热方式及传热面积的大釜体长度与直径的比例，传热方式及传热面积的大小；又如蒸馏塔的直径与高度，接口管的数目，方小；又如蒸馏塔的直径与高度，接口管的数目，方位及尺寸等），一般是根据工艺生产要求，通过化位及尺寸等），一般是根据工艺生产要求，通过化工工艺计算和生产经验决定的。这些尺寸通常称为工工艺计算和生产经验决定的。这些尺寸通常称为设备的工艺尺寸设备的工艺尺寸。25 7 概 述（续）当设备的工艺尺寸初步确定之后，可进行结构、当设备的工艺尺寸初步确定之后，可进行结构、强度设计，设计时应满足：强度设计，设计时应满足：1、强度、强度不发生破坏不发生破坏 如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。2、刚度、刚度不发生过大变形不发生过大变形 如塔体倾斜，塔盘下凹等。如塔体倾斜，塔盘下凹等。3、稳定性、稳定性不发生瘪塌或褶皱不发生瘪塌或褶皱 如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。26 7 概 述（续）4、耐久性、耐久性保证使用寿命保证使用寿命 一般化工设备设计使用寿命为一般化工设备设计使用寿命为1015年。年。高压容器，高压容器，因制造成本较高，为因制造成本较高，为2025年。年。大多取决于腐蚀情况，大多取决于腐蚀情况，有些取决于疲劳、蠕变或振动。有些取决于疲劳、蠕变或振动。5、密封性、密封性包括内漏和外漏包括内漏和外漏 27 7 概 述（续）6、节省材料，便于制造、节省材料，便于制造 尽可能降低材料消耗。尤其是贵重材料的消耗，尽可能降低材料消耗。尤其是贵重材料的消耗，在考虑结构时应使其便于制造，保证质量。应尽量在考虑结构时应使其便于制造，保证质量。应尽量减少或避免复杂的加工工序，尽量减少加工量。在减少或避免复杂的加工工序，尽量减少加工量。在设计时应尽量采用标准设计和标准零部件。设计时应尽量采用标准设计和标准零部件。7、方便操作和便于运输、方便操作和便于运输 化工设备的结构应考虑操作方便，及安装、维化工设备的结构应考虑操作方便，及安装、维护、检修方便（人孔、手孔位置）。在化工设备的护、检修方便（人孔、手孔位置）。在化工设备的尺寸和形状上还应考虑到运输的方便和可能性。尺寸和形状上还应考虑到运输的方便和可能性。28 7 概 述（续）压力容器设计要求压力容器设计要求 刚度刚度 稳定性稳定性 节省材料节省材料便于制造便于制造 方便操作方便操作 便于运输便于运输 耐久性耐久性 密封性密封性 强度强度 29 7 概 述（续）7.3容器的标准化设计容器的标准化设计 1、标准化的意义标准化的意义（1）从产品的设计、制造、检验和维修等诸多方面）从产品的设计、制造、检验和维修等诸多方面来看，标准化是组织现代化生产的重要手段。来看，标准化是