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压力容器结构_图文

压力容器基本知识
第一讲 压力容器概论 第二讲 基本概念和工艺参数 第三讲 压力容器的界定 第四讲 压力容器的分类 第五讲 压力容器常用的材料 第六节压力容器的应力及对容器的影响

第一讲压力容器概论
一、压力容器在工业生产中的广泛 应用
1、容器定义:由曲面构成用于盛装物 料的空间构件。 2、压力容器定义:承受压力的密闭容 器称为压力容器,或者称为受压容器。

第一讲压力容器概论
3、容规包含压力容器范围:

是指最高工作压力Pw≥0.1MPa(表压, 不含液柱静压); 内直径(非圆形截面 指 断 面 最 大 尺 寸 ) Dn≥0.15m , 容 积 V≥0.025m3 ;且盛装介质为气体、液化 气体或最高工作温度高于或者等于标准 沸点(标准大气压对应的饱和温度)的 液体的。

第一讲压力容器概论
4、压力容器在各个工业领域中应 用广泛:
化学工业、炼油、制药、炸药、化肥、 食品工业、水泥、冶金、涂料、合 成橡胶、造纸、潜水舱、火力发电 站、航空、深冷、运输储罐、原子 能发电。 石油化学工业约占压力容器总数的50% 左右。

第一讲压力容器概论
5、压力容器举例:

液氨储罐、氢气、氮气储罐、氨合塔、 尿素合成塔、废热锅炉、二氧化碳吸收 塔、氨分离器 、空气压缩机、制冷装置、 加热设施、反应设备等。

第一讲压力容器概论
二、压力容器的使用特征 1、生产工艺要求高 2、使用条件比较恶劣 3、压力容器承受多种载荷 4、操作要求高

第一讲压力容器概论
三、压力容器的事故特点
1、压力容器事故率高 这两年我们周边接连发生了好几起压 力容器安全事故。濮城、东明、吉林等 2、压力容器事故破坏严重,损失大 压力容器一旦发生爆炸,不仅仅是设 备本身遭到破坏,而且常常要破坏周围的 设备及建筑物。甚至产生连锁反应,酿成 灾难性事故。

第一讲压力容器概论
四、压力容器爆炸事故的危害
1、爆炸和火灾互为因果。 2、容器盛装易燃、有毒介质 。 3、可燃液化气体危害。 4、冲击波的破坏作用。 5、碎片的破坏作用。

第一讲压力容器概论
五、事故率高的原因
1.使用条件比较苛刻 2.容易超负荷运转 3.局部受力情况比较复杂

4.常隐藏着严重的缺陷

六、培训考核持证上岗的必要性
压力容器的操作人员属特殊工种,对 他们必须通过培训教育并定期进行考核, 考核合格后报请上级主管部门和劳动部门 核准,发给操作证后方可上岗独立操作。 培训的主要内容为工艺流程、压力容器的 基本结构及基本原理,运行时的安全操作 要点、事故的判断、处理与预防常识和措 施,以及日常的安全维护保养的要求等。

第二讲压力容器中的基本 概念和工艺参数
关于压力和温度的基本概念: (一)、压力: 1、表压力: 2、绝对压力: 3、关系式: P绝=P表+P大气(≈0.1兆帕); P负=P大气(0.1兆帕)-P绝

(二)、温度
? 1.温度及温度计 ? 温度:表示物体的冷热程度的物理量。 ? 温度计有四种:水银温度计、酒精温度计、电阻温 度计、热电偶温度计。 ? 2.温度的表示方法: ? 摄氏温度、华氏温度、开氏温度(热力学温度

或者绝对温度)。 ? 3.换算关系为: 开氏温度=摄氏温度+273.16 ? 华氏温度=9/5*摄氏温度+32

压力容器的参数
(一)压力
1.工作压力:操作压力,系指容器顶部在正常工 艺操作时的压力(不包括液体静压力)

2.最高工作压力:系指容器顶部在正常工艺
操作过程中可能产生的最大表压力。压力超过此 值时,安全装置就要动作。 (对承受内压的容器指在正常使用过程中,顶 部可能出现的最高压力;对承受外压的容器,指 在正常使用过程中,可能出现的最高压力差值; 对夹套容器指夹套顶部可能出现的最高压力差 值)。

最高工作压力在容器出厂时已做了规定,在出厂 的《压力容器产品质量证明书》中已明确,产 品铭牌和注册铭牌也中有注明。在使用中有些 容器经检验后发现缺陷,检验单位又重新核定 其允许继续使用的压力参数,操作人员操作压 力容器时,不得高于上述压力.压力容器的最 高工作压力应不大于容器的设计压力或检验单 位核定的压力。 PW≤P(P核)或者P=1.05— 1.1PW

注意:压力容器操作人员操作压力容器时, 不得高于上述压力.压力容器的最高工作压力 应不大于容器的设计压力或检验单位核定的压 力。

? 3. 设计压力:指设定的容器顶部的最高压

力,并与相应设计温度一起作为设计载荷 条件,其值不低于最高工作压力(即标注在 铭牌上的容器设计压力)。压力容器的“设 计压力”不得低于容器的“最高工作压 力”。对装有安全泄放装置的压力容器, 其“设计压力”不得低于安全泄放装置的 开启压力或爆破片的爆破压力。对盛装液 化气体的固定式压力容器的设计压力,应 遵循《容规》等有关规定。 ? 4.试验压力:指压力容器在压力试验时, 容器顶部的压力。

? (1)压力试验种类
? 试验压力分两种,为耐压试验和气密性试

验。 ? 耐压试验又分为水压试验和气压实验,这 两种试验同时又称为强度试验。 ? 气密性试验又称为密封性试验。
? (2)压力计算公式
? ①液压试验
? 试验压力为设计压力的1.25倍,即

? P液压试验=1.25P设计压力

? 压力计算公式
? ②气压试验

? 气压试验为设计压力的1.15倍,即
? P气压试验=1.15P设计压力

? ③气密性试验
? 气密性试验为设计压力,即 ? P气密=P设计压力 ? 一般情况实验压力为上述公式计算数值,

也有特例.

? 1. 介质的温度:系指容器内工作介质的温度,

用仪表测得。 ? 2.金属温度:指容器受压元件沿截面厚度的平 均温度。任何情况下,元件金属的表面温度不 得超过钢材的容许使用温度。 ? 3.设计温度:指容器在正常操作情况和在相应 设计压力下,壳壁或元件金属可能达到的最高 和最低温度。容器设计温度 ( 即标注在容器铭 牌上的设计温度 ) 不得低于元件金属在工作状 态可能达到的最高温度;对于 -20℃以下的壳 壁和元件金属的温度,按最低温度确定设计值。 ? 4.试验温度:指压力试验时,容器壳体的金属 温度

(1) 液压试验 a 试验温度: 碳素钢、16MnR和15MnVR钢,不得低于 5℃; 其他低合金钢,不得低于15 ℃; 注意材料的无延性转变温度。 b 试压用水:奥氏体不锈钢用水进行液压试验 后应立即将水渍清理干净,否则应控制水的氯 离子含量不超过25mg/L。 (2)气压试验: 试验温度: 碳素钢、低合金钢,不得低于15 ℃

? (三)直径

? 1. 直径:一般指压力容器的内径,是确

定压力容器容积的主要尺寸之一。 ? 2. 公称直径:指经标准化、系列化后的 尺寸,以适应容器标准化、系列化的需 要。

?

筒体的公称直径 (单位:mm)

(350) 400 (450) 500 (550) 600 (650) 700 300 1000 (1100) 1200 (1300) 1400 (1500) 1600 (1700) 900 2000 (2100) 2200 (2300) 2400 2600 2800 3000 (1900) 3600 3800 4000 3400

800 1800 3200

?

用无缝钢管作筒体的公称直径 (单位:mm)

筒体的公称直 径所用无缝钢 管作筒体的公 称直径

159 150

219 200

273 250

325 300

377 350

425 400

第三节压力容器的界定
? (一)压力容器:
是指最高工作压力Pw≥0.1MPa (表压, 不含液柱静压); 内直径(非圆形截面指 断 面 最 大 尺 寸 ) Dn≥0.15m , 容 积 V≥0.025m3;且盛装介质为气体、液化气体 或最高工作温度高于或者等于标准沸点(标 准大气压对应的饱和温度)的液体的。

(二)压力管道:
? 是指在生产、生活中使用的可能引起爆炸

或者中毒等危害性比较大的特种设备。压 力管道按其用途划分为工业管道、公用管 道和长输管道。

(二)压力管道

具备下列条件之一的管道及其附属设备: ? 1.输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》 中规定的毒性程度为极度危害介质的管道; ? 2.输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》 及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾 危害性为甲、乙类介质的管道。 ? 3.最高工作压力大于等于0.1MPa(表压),输 送介质为气(汽)体、液化气体的管道。 ? 4.最高工作压力大于等于0.1MPA(表压),输 送介质为可燃、易爆、有腐蚀性的或者最高工 作温度高于等于沸点的液体的管道。

第四节压力容器的分类
? 一、压力等级分类:

压力是压力容器最主要的一个工作参数。从 安全方面来讲,容器的工作压力越大,发生爆 炸事故时的危害就越大。便于对压力容器进行 分级管理和监督,按设计压力予以分级是必要 的《压力容器安全技术监督规程》将压力容器 按设计压力(p)分为四个等级 低压容器: 0.1MPa≤p<1.6 MPa 中压容器: 1.6 MPa≤p<10 MPa 高压容器: 10 MPa≤p<100MPa 超高压容器 p≥100MPa

二、按壳体的承压方式分类

1 .内压容器:壳体内部承受介质的压力。 2 .外压容器:壳体外部承受介质的压力。 设计原理上的区别、安全问题上的区别。

三、按设计温度分类
? 1.低温容器:t≤-20℃ ? 2.常温容器:-20 ℃ <t<450 ℃ ? 3. 高温容器:t≥450 ℃

四、安全技术管理角度分类
固定式的容器

压力容器
移动式的容器

(一)固定式的容器: ? 是指除了用于储存气体的盛装容器外 的所有容器。有固定的安装和使用地点。 工艺条件和使用者也相对固定,容器一 般不单独装设,而是用管道和其他的设 备相连。

(二)移动式的容器: 属于储运容器,主要用途是盛装和运 送有压力的气体和液化气体。容器在 气体制造厂充气,然后送到用户。没 有固定的使用的地点,一般也没有专 门负责的使用操作人员,使用环境经 常发生变化,管理比较复杂,因而比 较容易发生事故。按其容积的大小和 结构形状分为气瓶、槽(罐)车两大 类。

1、气瓶
? (1)永久气体气瓶:一般以较高的压力充装气

体。目的是增加气瓶的单位容积的装气量,提 高气瓶的利用率和运输效率。常用的充气压力 为15 MPa和 12.5MPa ,也有20MPa和30MPa的。 所装的永久气体为:氧、氮、空气、氢气、一 氧化碳和惰性气体。 ? ( 2 ) 液化气体气瓶:液化气体的气瓶充装时 都是以低温液态罐装。有的全部气化,有的气 液两相平衡。常用的有液化石油气、氨气等。 ? (3)溶解气体气瓶:专供盛装乙炔的气瓶。由 于乙炔气体极不稳定,不能像气体那样压缩装 入瓶内,必须溶解在丙酮中。这种瓶内装满多 孔性的物质,用以吸收溶剂。充装时将乙炔气 体加压罐装入瓶内,乙炔即被溶解而储存在瓶

? 2.槽(罐)车 ? 是固定安装在流动的车架上的一种卧式

贮罐,有火车槽车和汽车槽车两种。它 的容积大,常达十立方米。是专门运输 液化气体用的。它的直径很大,一般不 宜受太高的压力,所以只限于充装液化 气体。较普遍的是液化石油气槽车、液 氨槽车、液氯槽车。其最高工作压力为 介质在最高使用环境温度下的饱和蒸汽 压力。

五、按用途分类
? 压力容器按其工艺用途的不同分为反应

容器、换热容器、分离容器和贮运容器 (也叫盛装容器)。 ? (一)反应容器 主要用来完成工作介质 的物理、化学反应的容器称为反应容器, 如反应器、发生器、聚合釜、合成塔、 变换炉等;

? (二)换热容器 主要用来完成工作介质

热量交换的容器称为热交换器、如冷却 器、加热器、硫化罐、消毒锅、废热锅 炉等; (三)分离容器 主要用来完成介质的流 体压力平衡、气体净化、液体气化、分 离等的容器称为分离容器,如分离器、 过滤器、集油器、缓冲器、贮能器、洗 涤塔、铜洗塔、干燥器等; ( 四)贮运容器 主要用来盛装生产和生 活用的原料气体、液体、液化气体的容 器称为贮运容器,如贮槽、贮罐、槽车、 气瓶等。

六《容规》按危险程度分类
? 根据其工作压力的高低、介质的危险性

和危害程度、压力和容积的乘积以及在 生产过程中的作用,将压力容器分为三 类:一类容器、二类容器、三类容器。

? (一)下列情况之一的,为第三类压力容器:

(1) 高压容器; (2) 中压容器(仅限毒性程度为极度和高 度危害介质); (3) 中压储存容器(仅限易燃或毒性程度 为中度危害介质,且PV乘积大于10Mpa.m3); (4) 中压反应容器(仅限易燃或毒性程度 为中度危害介质,且PV乘各大于等于 0.5Mpa.m3); (5) 低压容器(仅限毒性程度为极度和高 度危害介质,且PV乘积大于等于0.2Mpam3); 制造的压力容器;

(6) 高压、中压管壳式余热锅炉; (7) 中压搪玻璃压力容器; (8) 使用强度级别较高(指相应标准中搞拉强 度规定值下限大于等于540Mpa)的材料温液体) 等; (9) 移动式压力容器,包括铁路罐车(介质为 液化气体、低温液体)、罐式汽车[液化气体 运输(半挂)车、低温液体运输(半挂)车、 水久气体运输(半挂)车]和罐式集装箱(介 质为液化气) (10) 球形储罐(容积大于等于50m3 (11) 低温液体储存容器(容积大于5m3)。

压力容器类别的简明判断
非易燃 介质性质 PV值(MPa.m3) 换热容器 分离容器 低压(MPa)0.1≤p<1.6 储存容器 反应容器 管壳式余热锅炉 一类 容器 无毒/轻毒性 易燃 中度毒性 ≥0.5 ≥10 高度毒性 极度毒性 ≥0.2

搪玻璃压力容器
换热容器 分离容器 中压(MPa)1.6≤p<10 储存容器 反应容器 管壳式余热锅炉 搪玻璃压力容器 换热容器 分离容器 高压(MPa)10≤p<100 储存容器 反应容器 三类 容器 二类 容器

管壳式余热锅炉
使用强度级别较高的材料制造的压力容器 移动式压力容器 球形储罐(容积大于等于50m3)

低温液体储存容器(容积大于5m3)

?(二) 下列情况之一的,为第二类压力容器

(本条第1款规定的除外): (1) 中压容器; (2) 低压容器(公限毒性程度为极度和高度 危害介质); (3) 低压反应容器和低压储存容器(公限易 燃介质或毒性程度为中度危害介质); (4) 低压管壳式余热锅炉; (5) 低压搪玻璃压力 (6) 压力容器。 (三)低压容器为第一类压力容器(本条第1款、 第2款规定的除外)见课本P7

七、其他分类方法:
? 1.按容器的壁厚: ? 2 .按壳体的几何形状:球形容器、圆筒形容

器、组合形容器、箱形容器。 ? 3 .按制造方法:焊接容器、锻造容器、铆接 容器、铸造容器、各式的组合容器。 ? 4 .按材料分类:钢制容器、铸铁容器、有色 金属容器、非金属容器。 ? 5. 按容器的安放形式分类:立式容器、卧式 容器

第五节压力容器常用的材料
一、选用材料的要求: 用来制造压力容器的钢材应能适应容器的 操作条件(如温度、压力、介质特性等), 并有利于容器的加工制造和质量保证。 具体选用时,重点应考虑钢材的机械性 能、工艺性能和耐腐蚀性。

第五节压力容器常用的材料
? (一)机械性能的要求 ? 用于压力容器的钢材主要强调其强度、塑

性、韧性三个性能指标。 ? 1.强度:抗拉强度σb、屈服强度σs、蠕 变极限、持久强度 ? (1) 抗拉强度定义为:钢材试样在拉伸试 验中,拉断前所能承受的最大应力。

第五节压力容器常用的材料
? (2)屈服极限(又称屈服强度)定义为:试样

在拉伸过程中,拉力不增加 ( 甚至有所下 降),还继续显著变形时的最小应力。 ? (3) 蠕变极限:指在一定温度和恒定拉力 负荷下,试样在规定的时间间隔内的蠕变 变形量或蠕变速度不超过某规定值时的最 大应力。 ? (4) 持久强度:试样在给定温度下,经过 规定时间发生断裂的应力。

第五节压力容器常用的材料
塑性指标包括伸长率 (σ :试样拉断后的 总伸长与原长比值的百分数)和断面收缩 率(ψ:试样拉断后,断口面积缩减值与 原截面积比值的百分数),可由拉伸试验 获得 ? 3.韧性:Ak 冲击实验机的摆锤冲断试 样时所做的功。

? 2. 塑性:金属材料发生塑性变形的性能。

第五节压力容器常用的材料
(二)工艺性能的要求
可焊性:钢板卷筒或者冲压后焊接而成, 要求钢材具有良好的冷塑性变形的能力 和可焊接性能。 压力容器用钢需选用不发生裂纹、可焊性 好的钢材。碳钢和普通低合金钢由于加 入了较多的合金元素,其可焊性与含碳 量和合金元素的含量有关

第五节压力容器常用的材料
? 3、耐腐蚀性 ? 指材料在使用条件下抵抗工作介质腐蚀

的能力。

二、压力容器的常用材料 及其使用范围
? (一) ? ? ? ? ?

碳素钢: 常 用 碳 素 钢 如 : 10# 、 20# 、 20g 、 20R 、 20G、 Q235B、 Q235C、等 (二) 普通低合金钢 常用低合金钢有: 16MnR 、 15MnVR 、 18MnMoNb 、 07MnCrMoVR等 (三)特殊条件下的容器用钢 1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Ti、 0Cr18Ni11Nb、15CrMo

第六节压力容器的应力 来源及其对安全的影响
? (一)

应力的概念 ? (二)各种载荷残生的应 ? (三)应力对容器的影响

一、应力与变形的基本概念
?

压力容器在运行时,由于受到各种载 荷作用会改变原来的形状,即产生变形, 而且在其内部要产生反抗外力作用的内 力,作用的外力与截面内力的总和相等。 一般情况下内力与变形随外力的增大而 增加。内力在截面上的分布不一定均匀, 因此有必要求得截面上海一块微小单位 面积的内力,作用在单位面积上的内力 即称为应力。应力的单位也为MPa。

二、压力容器的应力来源
(1)由压力(内压或外压)而产生的应力 (2)由重量而产生的应力 (3)由温度而引起的应力 (4)风载荷产生的应力

应力对容器安全的影响
? 力对容器安全的影响 ? 器的局部区域内 ? 从以上分析可知,不同应力对压力容器安全

的影响虽然不同。但都可能导致容器破坏。为 了防止在使用过程中压力容器早期失效或发生 破裂而导致严重的破坏事故,对容器在各种载 荷下可能产生的各种类型的应力都必须加以控 制而把它限制在允许范围内。要做到这一 点.除设计人员精心设计外,操作人员还要认 真操作,保持工况稳定,不超温、不超压也是 十分重要的。

压力容器基本结构
前言 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
壳体 连接件 密封元件 接管、开孔和补强 支座 课后练习题

第一节 壳体
?壳体: 压力容器最基本的组成部分,是储存 物料或者完成化学反映所需要的压力 空间,其形状球形(图2-1)、圆筒型 (图2-2)、组合型(图2-3)和箱型(图24)等。主要是球壳、圆筒壳及与其相 配的各种形式的封头。 结构见

压力容器的结构形式和组成
?

压力容器中按几何形状划分的基本承压单元 称为受压元件。常见受压元件多是轴对称壳体 结构,主要是球壳、圆筒壳及与其相配的各种 形式的封头。壳体是压力容器最基本的组成部 分,是储存物料或者完成化学反映所需要的压 力空间,其形状有球形(图2-1)、圆筒型(图22)、组合型(图2-3)和箱型(图2-4)等。但常用 的有圆筒型和球型。

?

?主要受压元件
? 筒体(筒节)、封头、补强圈、法

兰、锻件、换热管、管板、加热炉 盘管、火筒、DN250以上接管(无 缝钢管)、M36以上螺栓

压力容器焊接接头

压力容器焊接接头
? (1)焊缝分类

A类:纵缝 ? B类:环缝 ? C类:法兰与壳体、接管的角接焊缝 ? D类:接管、人孔、补强圈与壳体的 角接焊缝
?

(一)、圆筒型壳体
结构和特点(插结构简图)
? 圆筒是使用得最普遍的一种承压结构。圆筒

形容器比球形容器易于制造,便于在内部装 设工艺附件及内部介质的流动,因此广泛用 作锅炉部件及反应、换热和分离容器。 ? 结构及其特点:轴对称,平滑的曲面,应力 分布均匀,承载能力强,易于制造,便于内 件的设置和装拆,应用广泛。圆筒形容器由 一个圆筒体和两端的封头(或端盖)组成。

1.薄壁圆筒壳: 薄壁圆筒壳外径与内径之比 一般不大于 1.2 ,多应用于中、低压锅炉及容 器。薄壁圆筒体除了直径较小者(一般小于 500 毫米)可以采用无缝钢管外;一般用钢板 在卷板机卷成圆筒后焊接而成;随着容器尺寸 直径的增大,钢板需要拼接,筒体的纵焊缝条 数增多。筒体的直径已经标准化。圆筒壳承压 后应力分布比较均匀。由于圆筒壳的周向(环 向)应力是轴向应力的两倍,所以制造圆筒壳 体 时 一 般 将 纵 焊 缝 减 至 最 少 。 2.厚壁圆筒壳:其外径与内径之比一般大于 1.2 。按结构可分为单层筒体、多层板筒体和 绕带式筒体等种。

(二)球形壳体
1. 球形的结构 球形容器的本体是球壳即中空薄 壁球。球形容器的直径一般都比较大,难以整 体或半整体压制成形,大多是由许多块预先压 制成形的球面板组焊而成。 2.球形的特点: 优点:受力均匀;壁厚相同的情况下承载力大, 节省钢材。 缺点:球形容器制造比较困难,工时成本较高. 冷压成型和热压成型法 目前大型液化气体储罐多采用球形半球壳或球缺 也可用作圆筒壳的封头。

球壳的两种类型

第二节 封 头
封头分类 锅炉压力容器的封头或端盖按形式可分为: 凸形封头、锥形封头和平板封头几种。 半球形封头 碟形封头 椭圆形封头 无折边球形封头 无折边锥型封头

凸型封头 封头

锥形封头 平板封头

折边的锥型的封头

(一)凸形封头
? 1.半球形封头是一空心半球体,加

工制造比较困难,只有压力较高、 直径较大或有其他特殊需要的圆筒 容器才采用半球形封头。

(一)凸形封头

(一)凸形封头
? 2.碟形封头又称带折边的球形封头,形

状如碟,中央是部分球面,与筒体连接 部分是一定高度的圆筒壳体(直边), 球面体与圆筒壳体间由过渡弧(折边) 连接。由于结构不连续,碟形封头现大 都被椭球形封头所取代。

(一)凸形封头

(一)凸形封头
? 3.椭球形封头由以短轴为回转轴的半椭球壳和 圆筒壳体组成。标准椭球封头的长短轴之比为 2,在中、低压锅炉及容器中应用最为普遍。 4.无折边球形封头是深度很小的球冠。它与 圆筒体连接处结构不连续,存在很高的局部应 力,只应用于直径较小、压力很低的容器。

(一)凸形封头

(二)、锥型封头
锥形封头: 锥形封头分无折边锥形封头和带折 边锥形封头两种 1.无折边锥型封头 无折边锥形封头与筒体直 接连接,结构形状不连续,在连接处附近产 生较大的局部应力,该结构形式只应用于直 径小、压力较低的容器,且要求半顶角 α≤30°,多采用局部加强结构。 2.折边的锥型的封头 带折边锥形封头由圆锥 壳体、过渡圆弧和圆筒壳体组成,半顶角α 有30°、45°两种。

(二)、锥型封头

(三)平形封头 圆形平板结构简单,制造方便,便承压 后受力状况很差。除用作小直径的锅炉 集箱端盖外,常在低压锅炉、容器中用 作人孔和手孔盖板

平板封头及法兰

第三节 法兰连接结构
管法兰
? 法兰连接(可拆的连接)

容器法兰

一、法兰的连接
法兰与筒体的连接形式有三种 1.整体法兰:平焊法兰、对接法兰。 1.整体法兰 连接形式 平焊法兰

对接法兰 2.活套法兰(四种)

3.任意法兰(三种)

1、整体法兰
? 法兰与法兰颈部为一整体或法兰与容器

的连接可视为相当于整体结构的法兰, 称为整体法兰。根据它与筒体的连接型 式又可分为平焊法兰(见图20)和对焊法兰 (见图21,亦称长颈法兰)两类,平焊法兰 是将法兰环套在筒体外面,用填角焊与 筒体连接的法兰。对焊法兰是通过锥颈 与筒体对焊连接的法兰。

1、整体法兰

1、整体法兰

2.活套法兰(四种)
? 法兰环套在筒体外面但不与筒壁固定成

整体的法兰,称为活套法兰(图22示出这 种法兰的四种常见型式)。图22(a)是套在 翻边筒体上的活套法兰,多用于压力很 低的有色金属制造的容器;图22(b)是套 在筒体焊接环上的活套法兰,常用于钢 制搪瓷容器;图22(c)是套在一个由两个 半圈组成的套环上的活套法兰,装卸法 兰较方便;图22(d)是用螺纹与筒体连接 的活套法兰,因加工螺纹比较麻烦,所 以只用于管式容器上。

2.活套法兰(四种)

3.任意法兰(三种)
? 将法兰环开好坡口并先镶在筒体上,然

后再焊在一起的法兰称为任意式法兰, 其结构类似整体法兰中的平焊法兰,但 与筒体连接处未采用全焊透结构,故强 度比后者差,常见的结构型式如图23所 示,只用于直径较小的低压容器上。

3.任意法兰(三种)

二、密封作用原理、类型、 密封面及其垫片
? 1.法兰密封的机理:
? 流体的泄漏主要为法兰压紧面的泄漏,至于垫

片存在毛细管而发生的渗漏的可能性很小。法 兰压紧面经加工后总会存在凹凸不平的间隙。 当上紧螺栓时,螺栓力通过法兰压紧面作用与 垫片上。当垫片上单位面积上压紧力达到一定 值时,使垫片产生塑性变形,填满法兰面的不 平间隙,从而使压力介质通过密封面的阻力大 于密封面两侧的介质压力差,即达到密封的目 的。

二、密封作用原理、类型、 密封面及其垫片
? 2.法兰密封类型:强制密封和自紧密封
? 强制密封:完全依靠螺栓的力压紧垫片使之

密封,需要教大的预紧力,故主要应用于中、 低压法兰联结的密封。 ? 自紧密封:除了在安装时靠螺栓力外,在操 作时还依靠介质的压力压紧垫片。不需要太 大的预紧力,连接件尺寸可以减小,并能保 证压力、温度有波动时的密封性,多用在高 压设备上。

密封面和法兰密封类型

3.法兰密封面压紧面形式
凹凸密封面(见图24(b) ) 法兰密封面 压紧面 榫槽密封面(见图24(c)) 平面密封面(见图24(a))

常见垫片密封结构
? 法兰密封面即使经过精密的加工,法兰

面之间也会存在微小的间隙,而成为介 质泄漏的通道。垫片的作用就是在螺栓 的栓紧力作用下产生塑性变形,以填充 法兰密封面之间存在的微小间隙,堵塞 介质泄漏通道,从而达到密封的目的。

常见几种垫片
? 容器法兰连接所用的垫片:有非金属软

垫片、缠绕垫片、金属包垫片和金属垫 片等数种。

常见几种密封结构
? 1、平垫密封

? 平垫密封分强制式和自紧式二种,

强制式平垫密封(下称平垫密封)的结 构与一般法兰连接密封相同,由于 工作压力较高,密封面——般都采 用凹凸型或榫槽型,也有在密封面 上加工几道同心圆密封沟槽(图29)。

常见几种密封结构

常见几种密封结构

常见几种密封结构
? 2、卡扎里密封 ? 这是一种强制式密封,有外螺纹卡扎里密封、

内螺纹卡扎里密封和改良卡扎里密封三种型式。 其中外螺纹卡扎里密封(图32)用得最多,它的 垫片是一个横断面呈三角形的软金属垫,由铜 或铝制成。内螺纹卡扎里密封(图33)的作用原 理与外螺纹的基本相同,只是将带螺纹的端盖 直接旋人带有内螺纹的筒体端部内。改良卡扎 里密封结构(图34)不用螺纹套筒连接端盖与筒 体,而改用螺栓连接,其他均与外螺纹卡扎里 密封相同。

常见几种密封结构

常见几种密封结构
? 3、双锥密封 ? 双锥密封如图35所示。

? 双锥环套在端盖的突台上,双锥面和端

盖、筒体端部的密封面之间放置有软金 属垫。为了改善密封性能,在双锥面上 还加工了二三道半圆形沟槽。

常见几种密封结构
? 4、伍德密封 ? 这是一种属于自紧式密封的组合式密封

(见图36)。其结构是由浮动端盖、四合环 压垫和筒体端部四大部分组成。

常见几种密封结构

常见几种密封结构
? 5、O形环密封 ? 密封垫圈的横断面呈“O”形而得名,O

形环有金属O形环和橡胶O形环两大类, 用得多的是金属O形环密封。橡胶O形环 因材料性能的限制,目前只用于常温或 温度不高的场合。其结构如图37所示, 计有非自紧式O形环、充气O形环、双金 属O形环三种。

常见几种密封结构
? 双道金属O形环则主要用于密封性能要求

较高的场合,漏过第一道O形环的介质会 被第二道O形环挡住,并可由两道O形环 之间的通道导出(如图38),可以防止有害 介质漏人大气,核容器多采用这种密封 结构。

常见几种密封结构

第四节
? 一、接管: ? 接管形式示意图

接管、开孔和补强

? 二、开孔

1.人孔:技术规范和要求,列表 2.手孔 ? 结构形式:内闭式和外闭式的结构(扫 描图)

第四节 接管、开孔和补强
? 三、补强 1.目的和意义 2.补强的形式 ⑴ 整体补强 ⑵ 局部补强

一、接管:
接管是压力容器与介质输送管道或仪表、安全 附件管道等进行连接的附件。常用的接管有三 种型式,即螺纹短管式(a)、法兰短管式(b)
与平法兰式(c)(图3)。

二、开孔 开孔的作用:为了便于检查、清理容器的内
部,装卸、修理工艺内件及满足工艺的需要。一 般压力容器都开设有手孔和人孔。

三、补强 1.目的和意义
容器的筒体或封头开孔后,不但减小了容器壁 的受力面积,而且还因为开孔造成结构不连续 而引起应力集中,使开孔边缘处的应力大大增 加,孔边的最大应力要比器壁上的平均应力大 几倍,对容器的安全运行极为不利。为了补偿 开孔处的薄弱部位,就需进行补强措施。开孔 补强方法有整体补强和局部补强两种。前者采 用增加容器整体壁厚的方式来提高承载能力, 这显然不合理;后者则采用在孔边增加补强结 构来提高承载能力。

三、补强 2、容器上的开孔补强一般用局部补强法,其 原理是等面积补强,即使补强结构在有效补强范 围内(其计算请参看有关资料)所增加的截面积≥开 孔所减少的截面积,局部补强常用的结构有补强 圈、厚壁短管和整体锻造补强等数种。

三、补强

第五节 支座
一、立式容器支座
1.悬挂式支座 2.支承式支座 3.裙式支

二 卧式容器支座
1.鞍式支座 2.悬挂式支座 3.圈式支座 4.支承式支座

第五节 支座
? 三、球型容器支座

1、柱式支座 2、裙式支座

一、立式容器支座 1.悬挂式支座

一、立式容器支座

2.支承式支座

一、立式容器支座

3.裙式支座

二 卧式容器支座
1.鞍式支座

二 卧式容器支座 2. 悬挂式支座

二 卧式容器支座 3.圈式支座 4.支承式支座

三、球型容器支座 1、柱式支座
? 柱式支承又可分为赤道正切柱式支承、V

形柱式支承和三柱合一型柱式支承等三 种主要类型。

三、球型容器支座
2、裙式支座
? 裙式支座则包括圆筒形裙式支座锥形支

承、钢筋混凝土连续基础支承、半埋式 支承、锥底支承等多种。(看书本)

了解:压力容器制造程序

合成氨工艺
? 1. 工艺路线:

以无烟煤为原料生成合成氨常见过程是: 造气 -> 半水煤气脱硫 -> 压缩机1,2工 段 -> 变换 -> 变换气脱硫 ->压缩机3段 > 脱硫 ->压缩机4,5工段 -> 铜洗 -> 压 缩机6段 -> 氨合成 -> 产品NH3

合成氨工艺
? 采用甲烷化法脱硫除原料气中CO. CO2

时, 合成氨工艺流程图如下: 造气 ->半水煤气脱硫 ->压缩机1,2段 -> 变换 -> 变换气脱硫 -> 压缩机3段 ->脱碳 -> 精脱硫 ->甲烷化 ->压缩机4,5,6段 -> 氨合成 ->产品NH3

合成氨的生产方法
? 合成氨的生产方法,一般包括三个基本

过程。

合成氨的生产方法
? (1)原料气的制备合成氨需要纯净的氢、氮 ?

? ? ? ?

混合气体,氢、氮比约为3(3∶1)。 以煤、焦炭为原料制备原料气分两个阶段。第 一阶段是生产半水煤气,也叫制气阶段,其计 量方程式如下: 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+248.7kJ 5C+5H2O=5CO+5H2-590.5kJ 总反应为 7C+3.76N2+5H2O=7CO+5H2+3.76N2- 341.8kJ

合成氨的生产方法
? 半水煤气中的一氧化碳在下阶段的变换

反应中转化为氢气(转化率约90%), 这样可使氢、氮比达到3左右。 ? 第二阶段是CO的变换。
?

合成氨的生产方法
? 变换时用铁铬或铁镁作催化剂。前者的活性温

度低(350~520℃),但对H2S等抗中毒能力 差;后者的活性温度高(400~550℃),但对 H2S等抗中毒能力较强。 ? (2)原料气的净化原料气需要经过净化后才 能满足合成氨的要求。净化任务是清除变换后 生成的CO2(约含30%)、残余的C0(约含 2~3%)以及微量的O2、H2S等。此外,还 有一些气体,如CH4、Ar虽然对催化剂无毒, 但会影响合成氨的反应速率和转化率,在可能 条件下,最好也要除去。

合成氨的生产方法
? 清除杂质的方法基本上有三种:

? ①吸收法利用H2O,或K2CO3,或甲醇,

氯仿等吸收CO2、CO、H2S等气体。 ? ②转化法使CO在较低温度下再次变换成 CH4。 ? CO+3H2=CH4+H2O

合成氨的生产方法
? ③液氮洗涤法让气体在低温下,使杂质

气体逐一液化,最后用液氮洗涤,这可 以比较彻底地清除有害气体。 ? 在生产上,有的只采用①法,有的采用 ①、②或①、③并用。 ? (3)氨的合成氨的合成是一个放热、气 体体积缩小的可逆反应:
?

合成氨的生产方法
? ①工艺条件工艺条件的择优,是以取得最大的

经济效益为目标的。实践证明,用以铁为主的 催化剂,在3.2×104kPa、450℃、催化剂粒 度为1.2~2.5mm,原料气体的氮氢比为3、循 环气的氮氢比为2.8时,出口气体中氨的浓度 较大。 ? 压强越大,反应速率也越大。过去常采用 3.2×104kPa的压强进行生产,后来由于能源 费用增加,压强才逐渐降下来。目前许多新建 的大型工厂采用1.5×104~2.0×104kPa的压 强,有的甚至用7.1×103~8.1×103kPa的压 强。

合成氨的生产方法
? 根据催化剂的活性温度,合成氨的温度

一般控制在400~500℃范围内。 ? ②催化剂合成氨采用以铁为主体的催化 剂,它有多种型号。我国生产使用的A10 型催化剂,起燃温度为370℃,耐热温度 为500℃,活性最高时的温度为450℃左 右。 ? 催化反应的机理一般认为是a.氢氮混合 气体向催化剂表面(主要是内表面)扩 散。

合成氨的生产方法
? b.气体在催化剂表面发生活性吸附。

? N2(气)→2N(吸附)
? H2(气)→2H(吸附) ? c.吸附的氮和氢发生反应生成氨。 ? N(吸附)+H(吸附)→NH(吸附) ? NH(吸附)+H(吸附)→NH2(吸附)

? NH2(吸附)+H(吸附)→NH3(吸附)

合成氨的生产方法
? d.生成的氨从催化剂表面解吸 ? NH3(吸附)→NH3(气)

? e.解吸出来的氨向气体主流扩散。

? (4)氨的分离分离氨时,先用冷水冷却,

使绝大部分氨液化而分离出来。再在较 低温度下,用冷冻机使数量不多的氨进 一步冷凝分离。 ? 分离氨后的混合气体,作为循环气,再 导入合成塔。


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