《过程设备设计基础》 教案 1—压力容器导言 课程名称:过程设备设计基础 专业:过程装备与控制工程 任课教师:
《过程设备设计基础》 教案 1—压力容器导言 课程名称：过程设备设计基础 专 业：过程装备与控制工程 任课教师：
第1章压力容器导言 §1-1压力容器总体结构 主要教学内容 授课方式 授课时数 1、压力容器基本组成 讲授 2、压力容器零部件的焊接 自学 0.5 教学目的和要求 了解压力容器基本组成和主要零部件 教学重点和难点 压力容器基本组成 课外作业 思考题T1 、压力容器总体结构 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)安全附件 圆柱壳一筒体 球壳一球罐(或球形封头) 椭球壳一椭圆形封头 七种壳{球冠+环壳一碟形封头(带直边球形封头) 球冠一球冠形封头(无直边球形封头) 锥壳一锥形封头 环形板+环壳一膨胀节 、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
第 1 章 压力容器导言 §1-1 压力容器总体结构 主 要 教 学 内 容 授课方式 授课时数 1、压力容器基本组成 2、压力容器零部件的焊接 讲授 自学 0.5 教学目的和要求 了解压力容器基本组成和主要零部件 教学重点和难点 压力容器基本组成 课外作业 思考题 T1 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） 安全附件 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 环形板 环壳 — 膨胀节 锥壳 — 锥形封头 球冠 — 球冠形封头（无直边球形封头） 球冠 环壳 — 碟形封头（带直边球形封头） 椭球壳 — 椭圆形封头 球壳 — 球罐（或球形封头） 圆柱壳 — 筒体 七种壳
§12压力容器分类 主要教学内容 授课方式 授课时数 1、介质的危害性 讲授 2、压力容器分类 教学目的和要求 1、了解介质的毒性和易燃性 2、掌握压力容器的分类方法 教学重点和难点 压力容器的分类方法 果外作业 思考题T2、T3 介质危害性 1、毒性:极度危害(I级)最高容许质量浓度<0.mgm3 高度危害(Ⅱ级)最高容许质量浓度0.1~<1.0mg/m3 中度危害(Ⅲ级)最高容许质量浓度1.0~<10mg/m3 轻度危害(Ⅳ级)最高容许质量浓度≥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 、压力容器分类 《压力容器安全技术监察规程》 a、按压力等级分类 低压(代号L)容器0.MPa≤p<1.6MPa 中压(代号M)容器16MPa≤p<0.0MPa 高压(代号H容器10MPa≤p<10MPa 超高压(代号U容器p≥100MPa b、按承压方式分类 内压容器一容器内部压力大于外部压力,主要进行强度计算
§1-2 压力容器分类 主 要 教 学 内 容 授课方式 授课时数 1、介质的危害性 2、压力容器分类 讲授 1 教学目的和要求 1、了解介质的毒性和易燃性 2、掌握压力容器的分类方法 教学重点和难点 压力容器的分类方法 课外作业 思考题 T2、T3 一、介质危害性 1、毒性：极度危害（Ⅰ级）最高容许质量浓度＜0.1mg/m3 高度危害（Ⅱ级）最高容许质量浓度 0.1~＜1.0mg/m3 中度危害（Ⅲ级）最高容许质量浓度 1.0~＜10mg/m3 轻度危害（Ⅳ级）最高容许质量浓度≥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 《压力容器安全技术监察规程》 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<l0.0MPa； 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。 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、安全上有特殊要求 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,应用最普遍。 f、按安全技术管理分类(按综合因素,即压力高低、生产过程重要性、介质危险程度等) 类容器 二类容器 三类容器
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、安全上有特殊要求。 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，应用最普遍。 f、按安全技术管理分类（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 P17 三类容器
§13压力容器标准和规范 主要教学内容 授课方式 授课时数 1、压力容器的质量保证 讲授 0.5 2、压力容器标准和规范 自学 教学目的和要求 1、了解压力容器的质量保证体系的内容 2、了解常用压力容器标准和规范 教学重点和难点 常用压力容器标准和规范 果外作业 思考题T4、T5 、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、更严格的安全性,是为使容器在整个使用过 程中能够安全运行,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≠安全性 (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 《压力容器安全技术检查规程》 (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16MR、15MVR、20R等
§1-3 压力容器标准和规范 主 要 教 学 内 容 授课方式 授课时数 1、压力容器的质量保证 2、压力容器标准和规范 讲授 自学 0.5 教学目的和要求 1、了解压力容器的质量保证体系的内容 2、了解常用压力容器标准和规范 教学重点和难点 常用压力容器标准和规范 课外作业 思考题 T4、T5 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、更严格的安全性，是为使容器在整个使用过 程中能够安全运行，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≠安全性 （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 《压力容器安全技术检查规程》 （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、M、S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 纹尖端张开位移) 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: 碳素钢{营通碳素钢235-4023-4H 低合金钢--是压力容器的主要结构材料 s350MPa级的16M s400MPa级的 15MVR 0s450MP级的15MWNR os500MP级的8MMNR 高合金钢/不锈钢 耐热钢 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 《压力容器安全技术检查规程》 外部检查 定期检验的类别和期限{内外部检验 耐压试验
·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 纹尖端张开位移） 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： R Q A Q AF 20 235 , 235 优质碳素钢 — 普通碳素钢 — 碳素钢 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 耐热钢 不锈钢 高合金钢 ·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 《压力容器安全技术检查规程》 耐压试验 内外部检验 外部检查 定期检验的类别和期限
、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,采用最新版本的标准和规范 容器设计方法(按规则设计 按分析设计 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》 GBl51—1999《管壳式换热器》 GB12337-1998《钢制球形储罐》 JB4732-1995《钢制压力容器一分析设计标准》 JB4710—2000《钢制塔式容器》
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，采用最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》 按分析设计 按规则设计 1、容器设计方法