1、過 程 設(shè) 備設(shè) 計(jì) 主講教師： 方書起、馬曉建 鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院（ 2012）9.1012.28,緒 論,過程設(shè)備設(shè)計(jì),緒 論,一、什么是過程設(shè)備設(shè)計(jì) 1、過程（工藝，Process）： 從原料到產(chǎn)品的一系列加工處理步驟。如粉碎、混合、分離、傳熱、反應(yīng)等操作。 2、過程設(shè)備（設(shè)備，Equipment）： 用來滿足過程工藝要求的裝置。如儲(chǔ)罐、換熱器、反應(yīng)器、塔器等。 3、設(shè)計(jì)： 構(gòu)思 施工圖 4、工藝與設(shè)備之間的關(guān)系： 設(shè)備為工藝服務(wù)，工藝需要設(shè)備來完成。,過程設(shè)備設(shè)計(jì),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備是一個(gè)非常廣義的概念，可以說覆蓋各行各業(yè)，有靜設(shè)備和動(dòng)設(shè)備之分。 本課程只介紹靜設(shè)備：

2、 儲(chǔ)存設(shè)備（C、球罐為B） 換熱設(shè)備（E） 分離設(shè)備（S） 反應(yīng)設(shè)備（R） 過程設(shè)備設(shè)計(jì)是一門涉及多門學(xué)科、綜合性很強(qiáng)的課程。,過程設(shè)備設(shè)計(jì),緒 論,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,二、過程設(shè)備的特點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，過程設(shè)備向多功能、大型化、成套化和專業(yè)化方向發(fā)展，呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)： 1、功能原理多種多樣：是典型的非標(biāo)設(shè)備。 2、化機(jī)電一體化； 3、外殼一般為壓力容器； 4、工作條件苛刻； 5、用材多種多樣。,過程設(shè)備設(shè)計(jì),緒 論,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),緒 論,三、過程設(shè)備的基本要求 1、滿足過程要求 功能要求、壽命要求。 2、安全可靠 強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性 韌性：材料斷裂前吸收變形

3、能量的能力。 密封性：設(shè)備防止介質(zhì)或空氣泄漏的能力， 分為內(nèi)泄漏和外泄漏。 3、經(jīng)濟(jì)性好 4、易于操作、維護(hù)和控制,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,四、過程設(shè)備設(shè)計(jì)程序 設(shè)計(jì)是過程設(shè)備誕生的第一道工序； 基本設(shè)計(jì)步驟 （1）需求分析和目標(biāo)界定（前期準(zhǔn)備工作）； （2）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （3）零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （4）參數(shù)確定； （5）強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算等； （6）施工圖設(shè)計(jì)、計(jì)算書及說明書編制等。,過程設(shè)備設(shè)計(jì),緒 論,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,課程性質(zhì) 專業(yè)課（416學(xué)時(shí)，6（4）？學(xué)分） 考試 課程學(xué)習(xí)方式 學(xué)生自學(xué)為主+教師授課為輔,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),緒 論,要求 上課不能遲到

4、、早退 作業(yè)按時(shí)獨(dú)立完成 上課關(guān)閉手機(jī)、不能吃東西 成績評定 考試成績?yōu)橹?、參考平時(shí)成績,過程設(shè)備設(shè)計(jì),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,緒 論,第1章 壓力容器導(dǎo)言,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第1.1節(jié)壓力容器總體結(jié)構(gòu),第1章 壓力容器導(dǎo)言,過程設(shè)備設(shè)計(jì),圖1-1 壓力容器的總體結(jié)構(gòu),第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),過程設(shè)備設(shè)計(jì),一、壓力容器的基本組成 是典型的板、殼組合而成的焊接結(jié)構(gòu)。 板： 圓平板平蓋（或平板封頭）； 環(huán)形板 R0Ri10n ； 環(huán) R0Ri10n (如法蘭)； 彈性基礎(chǔ)圓平板管板。,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),殼： 圓柱殼 圓柱形

5、筒體（圓筒） 橢球殼+圓柱殼 橢圓形封頭 球殼 球罐（球形封頭） 球殼+環(huán)殼+圓柱殼碟形封頭 錐殼 錐形封頭、變徑段 環(huán)形板+環(huán)殼 膨脹節(jié),主要結(jié)構(gòu),殼和板通過不同的組合和焊接（或其它連接）可以組成各種各樣的壓力容器外殼。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),壓力容器= （設(shè)備） 下面結(jié)合一臺臥式容器來說明壓力容器的基本組成：,外殼,+支座,+密封元件,+安全附件,+其它零部件,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),圖1-1 壓力容器的總體結(jié)構(gòu),第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（1）筒體常用的結(jié)構(gòu)

6、 主要壓力空間（貯存物料、完成反應(yīng)） 壓力容器主要的受壓元件之一。 其內(nèi)徑和容積由工藝計(jì)算確定。 筒體直徑小時(shí)（ 300400mm），常用無縫鋼管制作，筒體上無縱焊縫。 筒體直徑大時(shí)，筒體一般要卷焊而成。有縱焊縫（一條或若干條）和環(huán)焊縫，一個(gè)或若干個(gè)筒節(jié)組焊成所需長度的筒體。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),筒體的兩種結(jié)構(gòu)形式： 單層式筒體： 筒體的壁面在厚度方向上是由一整體材料構(gòu)成，也就是壁面只有一層（襯里不算）。 按制造方式分：單層卷焊式、整體鍛造式、鍛焊式等幾種。 組合式（非單層式）筒體： 壁面在厚度方向上是由兩層或兩層以上互不連續(xù)的材料構(gòu)成的。 按制

7、造方式分：多層式、纏繞式（繞板、繞帶、繞絲等）兩大類。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（2）封頭：即容器的端蓋。 結(jié)構(gòu)形式（按幾何形狀分）： 凸形封頭：球形、橢圓形、碟形、 球冠形封頭； 錐形封頭： 平蓋封頭： 封頭與筒體的連接方式： 焊接（不可拆連接）： 大型容器或內(nèi)部不需檢修的容器； 法蘭連接（可拆連接）： 內(nèi)部需要檢修，有密封結(jié)構(gòu)。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（3）密封裝置： 用于壓力容器的可拆結(jié)構(gòu)上。如封頭與筒體、人孔、手孔、接管與外部管道的連接密封結(jié)構(gòu)。 密封裝置組成： 一對法蘭、若干對螺栓（柱）螺母、一

8、個(gè)墊片 螺栓法蘭連接，簡稱法蘭連接。 法蘭分為：容器法蘭和管道法蘭。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（4）開孔與接管： 由于工藝要求和檢修需要，需設(shè)置各種各樣的開孔和接管，如:檢查孔、物料進(jìn)出口接管、視鏡孔、壓力表、液位計(jì)、安全閥等。 檢查孔： 手孔： 常用于DN1000mm的容器，手孔直徑150mm。 人孔： 用于大容器的內(nèi)部檢查，孔徑400mm（圓形）或350400mm（橢圓形）。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),手孔 人孔,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（5）支座：壓力容器的支

9、承。 圓柱形容器： 立式容器： 腿式、支承式、耳式、裙式； 臥式容器： 鞍座、圈座、支腿； 球形容器： 柱式、裙式支座。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（6）安全附件： 用來監(jiān)測壓力容器安全性的零部件。如： 安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全連鎖裝置、壓力表、液面計(jì)、測溫儀表等。 根據(jù)壓力容器的使用特點(diǎn)和內(nèi)部介質(zhì)的化學(xué)工藝特性，來適當(dāng)設(shè)置。,第1-1節(jié) 壓力容器總體結(jié)構(gòu),二、 壓力容器零部件間的焊接 祥見第四章。,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,第1.2節(jié)壓力容器分類,第1章 壓力容器導(dǎo)言,過程設(shè)備設(shè)計(jì),由于壓力容器： 使用范圍廣、數(shù)量多 工作條件復(fù)雜 發(fā)生事故所造

10、成的危害程度各不相同 所以為了便于進(jìn)行管理，要對壓力容器進(jìn)行合理的分類。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),1、介質(zhì)的危害性： 指介質(zhì)的毒性、易爆（燃）性、腐蝕性、氧化性等，其中影響壓力容器分類的主要是毒性和易爆（燃）性。 （1）毒性：它是指某種化學(xué)毒物引起機(jī)體損傷的能力，用來表示毒物劑量與毒物反應(yīng)之間的關(guān)系。 毒性大小表示：一般以化學(xué)物質(zhì)引起實(shí)驗(yàn)動(dòng)物某種毒性反應(yīng)所需要的劑量來表示。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),氣態(tài)毒物，以空氣中該物質(zhì)的濃度表示其毒性大小，所需劑量的濃度愈低，表示毒性愈大。 設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，我國將化學(xué)物質(zhì)分為四

11、個(gè)危害級別（、級）。 劃分依據(jù)：化學(xué)介質(zhì)的最高容許濃度。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,注：最高容許介質(zhì)濃度是指從醫(yī)學(xué)水平上，認(rèn)為對人體不會(huì)發(fā)生危害作用的最高濃度，以每“m3”的空氣中含毒物的“mg”數(shù)來表示即“mg/m3”。,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),級極度危害：最高容許介質(zhì)濃度 0.1mg/m3； 級高度危害：最高容許介質(zhì)濃度 0.11.0mg/m3； 級中度危害：最高容許介質(zhì)濃度 1.010mg/m3； 級輕度危害：最高容許介質(zhì)濃度 10mg/m3；,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),毒性越高，對容器材料選用、制造、檢驗(yàn)和管理的要求越高。 如：Q23

12、5B鋼板不得用于制造毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)的壓力容器； 對盛裝極度、高度危害介質(zhì)的容器制造時(shí)，碳素鋼和低合金鋼板應(yīng)逐張進(jìn)行超檢，整體必須焊后熱處理，A、B類焊縫應(yīng)進(jìn)行100%無損探傷檢驗(yàn)等。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（2）易爆性（易燃性）： 可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣組成的混合物，并不是在任何比例下都可以燃燒或爆炸的，而是有嚴(yán)格的數(shù)量比例，且因條件的變化而改變。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),爆炸濃度極限：可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍。 爆炸極限的表示：一般用可燃?xì)怏w或蒸氣在混合物中的體積分

13、數(shù)來表示。 爆炸上限爆炸時(shí)的最高濃度； 爆炸下限爆炸時(shí)的最低濃度。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),易爆（燃）介質(zhì)：爆炸下限10%，或爆炸上限與下限之差值20%的介質(zhì)。如：甲烷、乙烷、乙烯等屬于易燃（爆）介質(zhì)。 易燃（爆）介質(zhì)包括：易燃?xì)怏w、液體和固體。壓力容器盛裝的易燃介質(zhì)主要是指易燃?xì)怏w和液化氣體。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),易爆介質(zhì)對壓力容器的選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和管理等提出了較高的要求。 如Q235A（ Q235A,F）不能用于制造液化石油氣容器；制造方面，易爆介質(zhì)壓力容器的所有焊縫均應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)等。,第1-2

14、節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),2、壓力容器分類 （1）容器按承壓方式分類： 內(nèi)壓容器：內(nèi)部壓力大于外部壓力，且設(shè)計(jì)壓力p0.1MPa； 外壓容器：外部壓力大于內(nèi)部壓力，且壓差0.02 MPa。當(dāng)容器的內(nèi)部壓力1個(gè)絕對大氣壓時(shí)，又稱為真空容器。 注：常壓容器：真空度0.02 MPa或p0.1MPa,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（2）按壓力等級，內(nèi)壓容器分為： 低壓容器（L）： 0.1p1.6MPa; 中壓容器（M）： 1.6p10MPa; 高壓容器（H）： 10p100MPa; 超高壓容器（U）： p100MPa;,第1-2節(jié) 壓力容

15、器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（3）按容器在生產(chǎn)中的作用分類： 反應(yīng)容器（R）：主要完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)； 換熱容器（E）： 分離容器（S）：完成介質(zhì)流體壓力平衡緩和及氣體凈化； 儲(chǔ)存容器（C、球罐為B）： 注：兩種以上作用的容器，按主要作用來劃分。,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（4）按安裝固定方式分類： 固定式壓力容器： 移動(dòng)式壓力容器： （5）按安全技術(shù)管理分類： 特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范（TSG）將壓力容器的安全管理分為： 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（TSG R0004-2009）; 移動(dòng)式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（TSG RXXX

16、X-XXXX）。 ,第1-2節(jié) 壓力容器分類,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第1-2節(jié) 壓力容器分類,固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（簡稱為：固容規(guī)）根據(jù)介質(zhì)危害性、pV值大小不同，將壓力容器分為三類（代號：、）。 介質(zhì)組別的劃分：介質(zhì)包括氣體、液化氣體以及最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。介質(zhì)分為兩組： 第一組介質(zhì)：毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。 第二組介質(zhì)：除第一組以外的介質(zhì)。,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第1-2節(jié) 壓力容器分類,圖1：第一組介質(zhì)的壓力容器類別劃分圖,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第1-2節(jié) 壓力容器分類,圖2

17、：第二組介質(zhì)的壓力容器類別劃分圖,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第1-2節(jié) 壓力容器分類,查圖說明： （1）根據(jù)介質(zhì)組別，確定壓力容器類別劃分用圖； （2）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力p（MPa）和容積V（L），在相應(yīng)圖上標(biāo)出坐標(biāo)點(diǎn)，確定壓力容器類別。當(dāng)坐標(biāo)點(diǎn)位于圖的分類線上時(shí)，按照較高的劃分其類別； （3）多腔壓力容器的類別劃分： 按照類別高的壓力腔作為該容器的類別并且按照該類別進(jìn)行使用管理，但是應(yīng)當(dāng)按照每個(gè)壓力腔各自的類別分別提出設(shè)計(jì)、制造技術(shù)要求；,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第1-2節(jié) 壓力容器分類,（4）同腔多種介質(zhì)壓力容器的類別劃分： 一個(gè)壓力腔有多種介質(zhì)時(shí)，按照組別高的介質(zhì)劃分

18、類別； （5）介質(zhì)含量極小的壓力容器的類別劃分： 當(dāng)某一危害介質(zhì)在介質(zhì)中含量極小時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其危害程度及其含量綜合考慮，按照壓力容器設(shè)計(jì)單位決定的介質(zhì)組別劃分類別。,鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,第1.3節(jié)壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),第1章 壓力容器導(dǎo)言,過程設(shè)備設(shè)計(jì),1、國外主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)： （1）ASME標(biāo)準(zhǔn)美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)。美國是世界上最早制定壓力容器規(guī)范的國家，1915年出現(xiàn)了世界上第一部壓力容器規(guī)范。 目前，ASME規(guī)范共有十二卷，包括鍋爐、壓力容器、核動(dòng)力裝置、焊接、材料、無損檢測等內(nèi)容。ASME規(guī)范每三年出版一個(gè)新的版本，每年有兩次增補(bǔ)。,第1-3節(jié) 壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)

19、院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),ASME規(guī)范中與壓力容器設(shè)計(jì)有關(guān)的主要是： 第篇材料 第篇核電廠部件建造規(guī)則 第篇無損檢測 第篇壓力容器； 第篇玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器； 第篇移動(dòng)式容器建造和連續(xù)使用規(guī)則。,第1-3節(jié) 壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),第篇又分3個(gè)分篇： 第1分篇（ASME -1）壓力容器： 常規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 適用壓力20MPa； 第2分篇（ASME -2）壓力容器另一規(guī)則： 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，適用壓力70MPa； 第3分篇（ASME -3）高壓容器另一規(guī)則： 適用于高壓容器，適用壓力70MPa。 （2）JIS B規(guī)范日本壓力容器標(biāo)準(zhǔn)： （3）歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)：,第1-3節(jié)

20、 壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),2、國內(nèi)主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)介紹： 中國將涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大的鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施等統(tǒng)稱為特種設(shè)備。 中國將特種設(shè)備實(shí)施全過程安全監(jiān)察，形成了“行政法規(guī)部門規(guī)章安全技術(shù)規(guī)范引用標(biāo)準(zhǔn)”四個(gè)層次的法規(guī)體系結(jié)構(gòu)。 “全過程”是指包括特種設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用、檢驗(yàn)、修理、改造等涉及安全的各個(gè)環(huán)節(jié)。,第1-3節(jié) 壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),實(shí)施全過程安全監(jiān)察是保證設(shè)備安全的行之有效的手段。 （1）行政法規(guī)： 1982.2：國務(wù)院頒發(fā)鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例； 2003.3：國務(wù)院頒發(fā)特種設(shè)備安全監(jiān)察條例,適用于: 最高工作壓力0.1MPa； PV 2.5MPaL； 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。,第1-3節(jié) 壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院,過程設(shè)備設(shè)計(jì),（2）部門規(guī)章： 特種設(shè)備部門規(guī)章是將特種設(shè)備安全監(jiān)察條例的各項(xiàng)規(guī)定、要求，從行政管理的操作層面具體化，如各種規(guī)定、管理辦法等。 （3）安全技術(shù)規(guī)范： 安全技術(shù)規(guī)范是政府對特種設(shè)備安全性能和相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、修理、改造、使用和檢驗(yàn)檢測等環(huán)節(jié)所提出的一系列安全基本要求，許可、考核條件、程序的一系列具有行政強(qiáng)制力的規(guī)范性文