2011年培训讲稿压力容器基础知识.ppt
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1、2011-6-31,1,2011年压力容器设计、校核、审核人员培训班 压力容器基础知识,方德明 教授 浙江工业大学 2011年6月31日,2011-6-31,2,讲授内容,2011-6-31,3,特种设备安全监察条例第一条规定:特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器(含气瓶)、压力管道、电梯、起重机、客运索道、大型游乐设施、场(厂)内机动车辆。 压力容器是最重要的特种设备之一。,法律 行政法规 部门规章 安全技术规范 引用标准共五个层次,2011-6-31,4,压力容器设计、制造、安装维修和检验实行许可规则,使用实行登记制度。 设计是保证压力容器质量和安全运行的第一个重要阶段。
2、,2011-6-31,5,1、压力容器的界定及分类,1.1 压力容器定义,2011-6-31,6,压力容器与外部管道或者装置连接的第道环向坡口面、 螺纹连接的第一个螺纹接头端面、法兰连接的第一法兰 密封面、专用连接件或者管件连接的第一个密封面,压力容器本体界定在下述范围内:,压力容器开孔部分的承压盖及其紧固件,非受压元件与压力容器的连接焊缝,2011-6-31,7,压力容器本体中的主要受压元件包括: 壳体、封头(端盖); 膨胀节; 设备法兰; 球罐的球壳板; 换热器的管板和换热管; M36以上(含M36 )的设备主螺栓; 公称直径大于等于250mm的接管的管法兰。,2011-6-31,8,压力
3、容器的安全附件包括: 直接连接在压力容器上的安全阀; 爆破片装置; 紧急切断装置; 压力表; 液位表; 测温仪表等。,2011-6-31,9,压力容器,1. 压力容器界定,2011-6-31,10,固定式压力容器安全技术监察规程适用范围,是指安装在固定位置使用的压力容器。(注-),2011-6-31,11,压力容器,2011-6-31,12,GB150-2011版,中华人民共和国国家标准 GB 150.1150.42011 固定式压力容器 Stationary Pressure Vessels (征求意见稿) 2011-00-00发布 2011-00-00实施 国家质量监督检验检疫总局 发布,
4、2011-6-31,13,GB150-2011版,2011-6-31,14,换热容器,2011-6-31,15,根据DSGR1001-2008分级(2008年月30日实施),1.压力容器分级、分类,2011-6-31,16,压力容器分类,按压力容器的设计压力(P)可分为内压容器和外压容器。,2011-6-31,17,压力容器分类-外压容器,定义:容器内部压力小于外部压力时,称外压容器。 其中内部压力小于一个绝对大气压(0.1MPa) 的外压容器,又叫真空容器。,2011-6-31,18,压力容器的压力分级,2011-6-31,19,绝压、表压、真空度,2011-6-31,20,压力容器分类-生
5、产过程中 的作用原理划分,(1)反应压力容器(代号R) (2)换热压力容器(代号E) (3)分离压力容器(代号S) (4)储存压力容器(C,其中一球罐代号B) 注:若一种压力容器有两种以上作用原理,应按主要作用来 划分。,2011-6-31,21,压力容器分类,按新容规压力容器的分类: 压力容器安全技术监察规程,根据容器的压力高低、 介质的危害程度(毒性、易燃)、容积,将容器分为:,2011-6-31,22,压力容器分类时考虑的因素 (1)设计压力 指设定的容器顶部的最高压力,与相应的设计温度一起作为设计载荷条件,其值不低于工作压力。 (2)容积 指压力容器的几何容积,即由设计图样标注的尺寸计
6、算(不考虑制造公差)并且圆整。应当扣除永久连接在容器内部的内件的体积。 永久连接是指需要通过破坏方式分开的连接。,2011-6-31,23,容积: (1)在判定容器是否适用新容规时,若气液两相介质的最高工作温度标准沸点,则计算PV时,要计入液相空间(即整个容器容积),如果液相介质的最高工作温度其标准沸点, PV中不计入液相空间(即只考虑气相空间容积)。 (2)在进行容器类别划分时,计算PV值的容积时,应当取该容器(压力腔)的整个容积,不是仅考虑气相空间。,2011-6-31,24,(3)介质分组 压力容器的介质分为两组,包括气体、液化气体或者介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。 1)
7、第一组介质:毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质,易爆介质,液化气体。 2)第二组介质:由除第一组以外的介质组成,如毒性程度为中度危害以下的化学介质,包括水蒸气、氮气等(毒性程度为中度及中度以下的、无毒或非易爆介质)。,2011-6-31,25,(1) 第一组介质压力容器类别划分图,PV=2.5,P=10,P=0.1,P=1.6,V=25,2011-6-31,26,( 2) 第二组介质压力容器类别划分图,P=10,P=1.6,P=0.1,V=25,PV=2.5,2011-6-31,27,注: 同腔多种介质容器分类 一个压力腔内有多种介质时,按组别高的介质分类。 注:介质含量极小容器分类 当某
8、一危害性物质在介质中含量极小时,应当按其危害程度及其含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。 注: 特殊情况分类 (1)坐标点位于图1 或者图2 的分类线上时,按较高的类别划分其类别。 (2)先按HG 20660查,查不到再按GB 5044查,两个标准中没有明确规定的介质,应当按化学性质、危害程度及其含量综合考虑,由压力容器设计单位决定介质组别。,2011-6-31,28,注:多腔压力容器类别划分问题 新容规对多腔压力容器(换热器的管程和壳程、余热锅炉的汽包和换热室、带夹套压力容器的内筒和夹套等) 类别划分等作出了规定: () 对各压力腔进行类别划定时,设计压力取本压力腔的设计压力,容积
9、取本压力腔的几何容积; () 按照类别高的压力腔作为该容器的类别并按该类别进行使用管理; () 按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。,2011-6-31,29,注意:判断一个压力容器是否属于容规管辖的范围时,用的是“工作压力”,进一步 划分容器类别时,用的是“设计压力”。 若容器的工作压力不于0.1MPa,但其设计压力大于0.1MPa,如何处理?,2011-6-31,30,容器分类,二类容器,三类容器,一类容器,反应压力容器,换热压力容器,分离压力容器,储运压力容器,低温压力容器,高温压力容器,常温压力容器,非金属容器,金属容器,单层容器,多层容器,衬里容器,夹套容器,按结构
10、形式,按容规,按壁温,按结构 材料,按压力容器 品种,外压容器,内压容器,外压容器和真空容器,低压容器,中压容器,高压容器,按压力 等级,超高压容器,2011-6-31,31,、压力容器设计,压力容器设计方法分:常规设计(规则设计)和分析设计(SAD)。,2011-6-31,32,一台容器总体采用规则设计,局部参照分析设计进行压力容器受压元件分析计算时,不需有分析设计许可资格。 但局部采用应力分析的强度计算、校核时,许用应力仍取规则设计的材料许用应力。,2011-6-31,33,设计条件要求委托方以正式书面形式向设计单位提出。,设计条件的内容至包含以下内容: (1)操作参数(工作压力、工作温度
11、、液位高度、接管载荷等); (2)压力容器使用地及自然条件(包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷等); (3)介质组分与特性; (4)预期使用年限:委托方提出要求,设计者与委托方协商(工况、选材、安全性、经济性等确定); (5)几何参数和管口方位; (6)设计需要的其他必要条件(选材、防腐蚀、表面处理、特殊试验、安装运输等)。,2011-6-31,34,. 压力容器设计的基本要求,总体要求: 满足使用条件下, 保证安全可靠,尽量做到经济合理。 具体要求: 1. 对设备的操作条件和载荷进行正确的估计; 2. 对容器元件的的总体应力、局部应力和温差应力,以及可能产生的失效形式等进行全面分析和评估
12、,并采用不同的设计方法; 3. 根据容器的操作条件和作用,正确选择材料和合理的结构设计; 4. 必须遵守我国的有关标准、规范和制造技术条件;对于重要容器,还应进行全面的技术经济分析。,2011-6-31,35,. 2 各项结构上的要求,结构要求,强度,耐久性,刚度,操作运输方便,制造方便,材料消耗量,密封性,2011-6-31,36,各项结构上的要求, 强度(按SW6计算软件计算) 所有零部件都应有足够的强度,否则就不能保证生产的安全运行。,2011-6-31,37,各项结构上的要求, 刚度 刚度即构件在外力作用下保持原来形状的能力。有时容器及设备的设计主要决定于刚度而不是决定于强度。例如承受
13、低压、外压的容器,往往在强度足够,不发生破裂的情况下,首先失去自身原形而被压扁。 GB150中3.5.6 条:壳体加工成形后不包括腐蚀裕的最小厚度: a)对碳素钢、低合金钢制压力容器,不小于3 mm; b)对高合金钢制容器,不小于2mm。,2011-6-31,38,各项结构上的要求, 耐久性(使用年限) 设备的耐久性则主要决定于腐蚀,在某些情况下还决定于容器及设备的疲劳、蠕变、振动及断裂韧性等。设计设备时的使用年限不宜定得过长。一般压力容器1215,高压设备一般设计年限为2025年,因为高压设备外壳成本很高,通常只更换内件,而仍保留和使用原来的外壳。,2011-6-31,39,各项结构上的要求
14、, 密封性 密封性能是化工容器及设备中的一个十分重要的问 题,物料中很多是易燃、易爆或有毒介质,容器或设备 内的物料如果泄漏出来,后果非常严重。,2011-6-31,40,各项结构上的要求, 材料消耗量 容器及设备应在结构上保证最少的材料消耗量,材料消耗量少不仅可节省投资,而且给设备的运输和安装都带来方便。,2011-6-31,41,各项结构上的要求, 制造方便 容器及设备在结构上应当有良好的工艺性,便于制造且能保证质量。设计时应尽量采用标准设计和标准零部件,因为化工设备多数是单件生产的。,2011-6-31,42,需要制作产品焊接试件的压力容器的条件(4.3.1),()碳钢、低合金钢制低温压
15、力容器; ()材料标准抗拉强度下限值540MPa的低金钢制压力容器; ()需经过热处理改善或者恢复力学性能的钢制压力容器; ()设计图样注明盛装毒性程度为极度或高度危害的压力容器; ()设计图样和本规程引用标准要求制备产品焊试件的压力容器。,2011-6-31,43,各项结构上的要求, 操作、运输和维修方便 容器及设备的结构应考虑到操作的方便。 容器和设备的尺寸和形状应考虑运输的方便。,2011-6-31,44,. 3 压力容器设计总图主要内容,至少应当注明以下内容: () 压力容器的名称、类别,设计、制造所依据的主要法规、 标准; ()工作条件,包括工作压力、工作温度、介质毒性和爆炸 危害程
16、度等; ()设计条件:包括设计压力、设计温度、腐蚀裕量、焊接 接头系数、装 量系数、设备最大质量等; ()主要受压元件的材料牌号与标准; ()主要特性参数,如压力容器容积、换热设备的换热面积 与程数等; ()特殊制造要求、,2011-6-31,45,. 3 压力容器设计总图主要内容,()热处理要求; ()无损检测要求; ()压力容器设计使用年限是设计的目标值,要满足用户要求,但并不是保证值,更不是报废年限,应根据实际情况,检测结果,失效模式,可能高于或低于设计年限; ()耐压试验和泄漏试验要求; ()预防腐蚀要求 ()安全阀、爆破片等安全附件的规格和要求; ()压力容器的名牌的位置; ()包装
17、、运输、现场组焊和安装要求。,,2011-6-31,46,. 4压力容器设计总图的特殊要求, 下列情况的特殊要求: (1) 多腔压力容器分别注明各腔的试验压力、并注明共用件 允许的压力差值,以及试验步骤和试验的要求; (2)装有触媒的反应器和装有充填物的大型压力容器,应注 明使用过程中定期检查的要求; (3)由于结构原因不能进行内部检查的,应注明计算壁厚、 使用中定期进行检查(测厚)要求; (4)不能进行耐压试验压力容器,应注明计算壁厚和制造、 使用的特殊要求; (5)有隔热衬里的压力容器,注明防止受压元件超温的技 术要求。 ()要求保温保冷的压力容器,提出保温保冷措施。,2011-6-31,
18、47,压力容器的设计应当充分考虑节能降耗的要求。设计人员应当准确进行设计计算和壁厚圆整,没有充分的理由,不得随意增加压力容器设计壁厚;对换热容器,应当进行优化设计,提高换热效率;对有保温保冷要求的压力容器,要在设计文件中提出有效的保温保冷要求和措施。,.5节能要求,2011-6-31,48,计算厚度 设计厚度 名义厚度 有效厚度 冲压成形后的最小厚度 最小壁厚(不包括腐蚀裕量)除考虑强度要求外,还应当考虑制造、运输、安装等因素的影响。 封头壁厚计算中的焊接接头系数取法问题讨论(整张钢板和拼接钢板压制的封头)。,封头的壁厚,2011-6-31,49,.6 装设安全阀、爆破装置的压力容器,新容规3
19、.4.1条规定,设计文件还应当包括压力容器安全泄放量、安全阀排量和爆破片泄放面积计算书,无法计算时,设计单位应当会同设计委托单位或使用单位,协商选用超压泄放装置。,2011-6-31,50,安全阀、爆破装置的开启压力,对超压泄放装置的开启压力,原则上不得超过设计压力,但对注明有最高允许工作压力的容器,可允许超压泄放装置的开启压力不高于该容器的最高允许工作压力。 最高允许工作压力的计算依据?,2011-6-31,51,要气密性试验的压力容器的开启压力,如果设计时提出气密性试验的要求,则设计者应当给出该压力容器的最高允许工作压力。 因为进行气密性试验时,一般应当将安全附件装配完毕,而超压泄放装置的
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