化工设备机械基础(设备部分).doc

第一章 概述 第一节 绪言 一、本课程的任务 了解压力容器的基础知识；掌握压力容器的一般设计方法，重点掌握设计的基本原理与思路。 （说明： 由于工业生产中约10%~40%的设备为换热设备，而换热设备中最为常见、普遍的是管壳式换热器，故在本课程中我们将以管壳式换热器为例，学习压力容器的具体设计方法，包括选择材料、结构设计，受压元件的强度计算，以及设计、制造、检验中的相关要求等。） 二、本课程的要求 通过这门课程的学习，要求同学们掌握如下的内容： 1、掌握压力容器的类型与总体结构； 2、了解管壳式换热器的形式与总体结构； 3、掌握管壳式换热器的结构设计的相关知识； 4、了解管壳式换热器各元件的强度设计（掌握筒体及封头的设计）； 5、了解管壳式换热器中的振动与防振； 6、了解管壳式换热器的设计以、制造、检验中的相关要求。 第二节 化工容器概述 一、压力容器的概念 1．化工设备——工艺过程中静止设备的总称。 2．容器——化工设备外壳的总称。 3．压力容器——承受压力载荷作用的容器。 （由于化工容器几乎都承受压力载荷，通常直接称其为压力容器。化工容器的特点：为高温、高压，介质易燃易爆、有毒。） 二、化工容器的结构组成 化工容器一般由筒体、封头、支座（基本件）、接管、法兰（对外连接件）、人孔、手孔、液面计（附件）以及一些内构件等零部件组成。 1．筒体、封头：就如同房子四周的墙，它是构成容器空间的主要部件（属主要受压元件）。壳体按形状的不同，可以分为圆筒壳体、圆锥壳体、球壳体、椭圆壳体、矩形壳体等等。而封头有椭圆形封头、半球形封头、碟形封头、锥形封头及平板封头等。 2．接管：是介质进出容器的通道。 3．法兰：是容器及接管的可拆连接装置，分为设备法兰和管法兰（属主要受压元件）。 4．支座：是用于支承容器的部件。 5．人孔、手孔：是为便于制造、检验和维护管理而设置的部件（属主要受压元件）。 6．液面计：用于观察或监控液位的部件（属安全附件，此外还有安全阀、压力表等）。 三、化工容器的分类 容器的分类方法很多，可以按生产过程中的作用原理分，也可以按容器形状、承压性质、结构材料、设计压力高低及安全监察要求分。 按材料分类：金属容器、非金属容器、复合材料容器等. 按容器形状分类：矩形容器、球形容器、圆筒形容器等。 按承压性质分类：内压容器和外压容器两种。 （1）外压容器是指容器外部压力大于内部压力的情况，特别地，当外压为常压时的外压容器，又称为真空容器。 （2）内压容器是指容器内部的压力大于外部压力的容器。 按设计压力高低分类： 内压容器按其设计压力高低，可分为：低压容器、中压容器、高压容器、超高压容器 容器分类 设计压力(Mpa) 低压容器 中压容器 高压容器 超高压容器 0.1≤P＜1.6 1.6≤P＜10 10≤P＜100 P≥100 按照在生产过程中的作用原理分类：反应容器、换热容器、分离容器和储存容器四种 （1）反应容器：完成介质的物理、化学反应。如：合成塔、反应釜、聚合釜、反应器、发生器等。 （2）换热容器：完成介质的热量交换。如：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、废热锅炉等。 （3）分离容器：完成介质的压力平衡和气体净化等。如：分离器、过滤器、缓冲器、洗涤器、吸收塔等。 （4）储存容器：盛装生产生活用的原料气体、液体、液化气体等。如：各种贮槽、贮罐、高位槽、槽车等。 按安全监察要求分类： 根据容器承受的压力、介质危害程度、P*V乘积及生产过程中的重要性，可以分为：一、二、三类容器。（展开讲述） 四、化工容器机械设计的基本要求 容器的设计，包括零部件的机械设计，应该满足下面八个方面的基本要求： 1、强度——元件能抵抗外力破坏的能力； 2、刚度——构件抵抗外力使其不发生变形的能力； 3、稳定性——容器在外力作用下维持其原有形状的能力； 4、耐久性——满足容器的使用年限的要求； 5、密封性——保证安全和维持正常的操作条件； 6、节省材料和便于加工制造； 7、方便操作和便于运输； 8、技术经济指标合理。 五、容器零部件的标准化 所谓标准化，就是为了提高产品的设计制造质量及效率、增加互换性、便于维修、降低成本而人为规定将零部件按参数等级而系列化的行为。 容器标准化的基本参数是：公称压力PN、公称直径DN。 1、容器的公称直径 对于钢板卷制的筒体和及其封头——内径 对于无缝钢管制作的筒体及其封头——外径 2、法兰的公称直径——是指与它相配的筒体或管子的公称直径。 法兰的公称压力——为法兰的标准化而人为等级化了的压力系列。（简述标准法兰选取:类型、密封面、PN与DN、允许最高无冲击工作压力。） 3、管子的公称直径——是指与管子外径相对应的值. 第三节 管壳式换热器的形式和总体结构 一、换热器的分类 换热器是用于将高温流体