壓力容器設計考慮因素及設計文件1

1、壓力容器的設計要求在石油、 化工產業(yè)的生產過程非常復雜， 設備生產過程 中任何設備出了事故都會影響產品質， 或使生產無法繼續(xù)進行， 甚至會危及設備 和人身的安全， 造成事故和財產損失， 因此石油化工使用的壓力容器一般需要滿 足以下幾個方面的要求： 保證完成工藝生產。石油化工使用的壓力容器必須 能承擔工藝過程所要求的壓力、 溫度及具備工藝生產所要求的規(guī)格 (直徑、厚度、 容積)和結構(開孔接管、密封等)。運行完全可靠?；どa的物料往往具 有強烈的腐蝕性、毒性，容易燃燒一起火災，甚至發(fā)生爆炸等惡行事故。在設計 這種高危容器時每一步的設計工作都需要嚴謹設計， 綜合考慮每一部分的影響因 素，以下就壓

2、力容器安全設計時需要綜合考慮的問題做一些簡單的介紹。一 壓力容器設計時主要參數(shù)的確定 壓力容器設計時主要設計參數(shù)的確定由設計壓力設計者根據(jù)工作介質、操作溫度、 操作壓力設備的工作狀態(tài),綜合考慮確定設計壓力,具體選取可按 GB150-1998鋼制壓力容器和壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程確定執(zhí)行。設 計溫度當設計溫度不可能通過傳熱計算或測試結果確定時 ,應按以下原則選取 :(1) 容器器壁與介質直接接觸且有外保溫 (或保冷)時。(2) 容器內介質用蒸汽直接加熱或被內置加熱元件(如加熱盤管 ,電熱元件等 )間接加熱時 ,設計溫度取正常工作過程中介質的最高溫度。(3) 容器器壁兩側與不同溫度介質直接接觸而可

3、能出現(xiàn)單一介質接觸時,應按較高介質確定設計溫度，當任一介質溫度低于-20 C時，則按較低介質溫度確定最低設 計溫度。(4) 安裝在室外無保溫的容器 ,最低設計溫度可按以下規(guī)定選取 :盛裝壓縮氣體的 儲罐,最低設計溫度取月平均最低氣溫減 3 C ;盛裝液體體積占容器容積1/4以上 的儲罐,最低設計溫度取月平均最低氣溫。(5) 容器的不同部位在工作過程中可能出現(xiàn)不同溫度時,應按不同溫度選取元件相應的設計溫度。(6) 容器的最高 (或最低)工作溫度接近選用材料允許使用溫度界限時,應結合具體情況慎重選取設計溫度 ,以免增加投資或降。二 壓力容器設計時需要考慮的幾個主要因素單體化工設備設計包括工藝設計和

4、機械設計兩部分。首先應根據(jù)任務提供的原始數(shù)據(jù)和工藝要求，定出設備的主要尺寸，如形狀、直徑、高度等；然后進行 受力分析，結合選擇材料，確定結構，經過強度計算決定出結構尺寸，最后繪出 該設備及各零部件的施工圖。 這幾部分是緊密相關而又各有分工的。 目前在我國， 工藝設計由化工工藝專業(yè)人員完成， 由化工機械專業(yè)人員完成機械設計。 雖然容 器的應用在性質上有所不同， 但在設計容器時往往必須考慮不少共同因素。 最重 要的是選擇容器的型式， 確定它的主要尺寸， 合理選擇材料， 運用準確而可靠的 計算方法。2.1 容器型式的選擇設計任何容器的第一步是選擇容器的型式，使其能完成指定的生產任務，又 有好的經濟效

5、果。 容器型式與它的用途有關。 對貯存用的容器， 其決定性參數(shù) 是體積，從節(jié)約材料的觀點來看， 最好的應是球形， 但若貯存量較小時還是圓筒 形更有利。 對進行化工過程用的設備外殼來說， 還應注意到有利于內部過程的進 行，更易安裝內部構件， 有利于物料的排放和清理以及盡量減少流體阻力等因素。 容器型式與容器所承受的壓力及溫度有關。 操作壓力愈大，溫度愈高，就愈 是應該選擇受力情況較好的型式。 容器型式與容器所使用的結構材料和制造方 法有關。加工性能和焊接性能好的材料，容易成型、組焊，可以作成設計所需要 的形狀。反之則只能做成簡單的形狀。 對稱中心軸線的殼體便于成型和機械加工， 因而圓筒形、球形和

6、錐形殼體是最常用的。2.2 經濟尺寸的決定當容器的容積一定時， 變換直徑和高度可以得到多種方案， 但應確定一種最 經濟的尺寸。經濟尺寸與金屬材料用量和容器制造費用有關。對大型貯罐而言， 還應考慮基礎的費用和所占有土地的費用。 一般來說，以金屬用量的多少為最主 要，因此應以金屬用量最少為原則，選擇圓筒形容器的直徑和高度。2.3 材料的選擇選擇容器用鋼，必須根據(jù)容器的工作條件(如壁穩(wěn)、壓力、介質腐蝕性、介 質對材料的脆化作用及其是否易燃、 有毒等) 選擇具有合適力學性能、 物理性能 和耐腐蝕性能的材料。 選擇材料力求易于加工制造， 并考慮經濟合理性和符合我 國資源情況。下面是選擇材料時應注意的幾個

7、主要因素：(1) 力學性能：材料的力學性能由強度、塑性兩個指標來完成。強度指標它是材料抵抗外力作用能力的標志。 一般情況下， 設計常用的指標有強度極限和屈 服極限。在遇有高溫情況時， 設計還得考慮材料的蠕變極限及持久極限。 設計中 許用應力都是根據(jù)這些數(shù)值決定的。 另外，材料的屈強比也是反應材料承載能力 的一個指標， 不同材料具有不同的屈強比， 即使是同一種材料， 其屈強比也隨著 材料熱處理情況及工作溫度的不同而有所變化。塑性指標塑性指標主要有延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性等。用塑性好的材料制造容器，可以緩和局部應力 和不良影響，有利于壓力加工，不易產生脆性斷裂，對缺口、傷痕不敏感，并且 在發(fā)生

8、爆炸時不易產生碎片。作為化工容器用的鋼，要求延伸率不低于14%，沖擊韌性在使用溫度下不低于 35J/2; 。 材料力學性能的各因素之間是相互聯(lián)系 而又相互制約的。 有些材料強度較高， 但它的延伸率及沖擊韌性卻很低。 因此選 材時，不能只看其單一的性能指標，而應對材料力學性能諸因素作全面分析。(2) 物理性能：在容器設計中，應注意到材料的物理性能。例如在計算容器的 溫差應力時，就要用到材料的線膨脹系數(shù)； 在設計換熱器及計算容器外殼損失時， 還要用到材料的熱導率等等。 因此，材料的使用場合不同， 對材料的物理性能亦 有不同的要求。 主要的物理性能指標有密度、 熱導率、比熱容、熔點、線脹系數(shù)、 電阻

9、率、彈性模量等。(3) 耐腐蝕性能：化工廠中經常處理有腐蝕性的介質，故設計化工容器時，在 很多場合下， 耐蝕性對材料的選擇起決定性的作用。 材料的耐蝕程度會影響設計 使用壽命，產品的質量，有時甚至影響化學反應的進行。因此，考慮材料的耐蝕 性的化工容器材料選擇中的一個重要問題。 材料的腐蝕速度在工程上常用 Ka(mm/a)來表示，材料腐蝕速度在1 mm/a以下的，可認為能用于化工容器。 有關材料的耐蝕性可在材料腐蝕和防腐手冊中查得。( 4)制造工藝性能：材料的制造工藝性能包括可鍛性、可焊性、切削加工性及 研磨、沖壓性能、熱處理性能等。對制造化工容器的鋼材來說，焊接性能和壓力 加工性能就顯得更為重

10、要。 鋼材焊接性能的好壞主要取決于其成份。含碳量是 最重要的因素， 制造一般受壓容器所用的鋼材的含碳量最高不大于 0.25% 。有些 低合金鋼可焊性較差，必須采取特殊的焊接工藝。 容器成型的主要方法是滾卷 與沖壓。材料中的夾渣、 氣孔等缺陷易在加工過程中形成裂紋或微裂紋。 材料的 冷作硬化性會降低塑性指標， 而且會在受熱時出現(xiàn)結晶醋化， 降低強度。 一般鋼 材的殘余變形超過 3% 時，需經退火處理。( 5)價格與來源設備成本的很大一部分決定于材料的價格。 因此在選用材料時， 應了解它們的價格。如果將普碳鋼板 Q235 的價格定為 1，其余的板材相對價格 大致有如下關系：錳鋼為1.4; 20鋼為

11、1.8 ;鉻鋼(1Cr13 , 2 Cr13)為5.1;1Cr18Ni9Ti 為 4.9。 當然，采用價廉的材料并不一定就是經濟上合理的，因為 貴的材料可能具有較好的性能， 用它可以制成器壁較薄而輕的容器， 而且使用年 限也比較長，使用效果更好。 分析材料的經濟性不能僅看它們的價格，同時要 看國家的資源情況， 要求我們多用普通易取的材料， 少用昂貴稀缺的材料; 多用 國產材料，少用或不用進口材料。以上就是在設計壓力容器時需要重點考慮的幾點影響因素， 除此之外， 焊接是 制造壓力容器的重要工藝， 焊接質量在很大程度上決定了壓力容器的制造質量及 使用安全性。 因此，壓力容器設計中正確地擬定容器的焊

12、接技術條件是技術人員 的重要工作內容之一。三 壓力容器設計文件的相關內容3.1 設計文件的分類與組成( 1 ) 設計文件的分類： 根據(jù)設計文件的說明有步設計文件、 施工圖設計文件、 工程圖、通用圖、標準圖、總圖、裝配圖、部件圖、零件圖、表格圖、 特殊工具圖、焊接件圖、管口方位圖、圖紙目錄、技術要求、計算書、 說明書、原圖及原稿、底圖、復印件等。( 2) 設計文件的組成： 每種設計文件基本都有以下二十種基本的設計內容來 組成。a) 制圖;b) 圖紙幅面;c) 圖樣在圖紙上的安排原則;d) 圖樣上的文字、符號及代號;e) 無需單獨繪制圖樣的原則;f) 需要單獨繪制圖樣的原則;g) 圖樣的比例;h)

13、 圖樣上尺寸標注的補充規(guī)則;i）零件、部件的代號；j）技術特征表；k）關口表；l）明細表；m）標題欄；n）大、小組標題欄；o）簡單標題欄；p）附注；q）設備凈重；r）技術要求和技術條件；s）工程底圖的描、校簽字欄及選用表；t）圖樣的簡化畫法；不同的設計階段，設計文件也相應的不同。每個設備整套設計文件的組成應 符合下表的規(guī)定:植計文件 名尊設計文件ma初歩設計文件IS工圖設計文件 *51用都件克標準都件總國主翌設珞出隔按需哩圳毎按眾需股需晏確證捲需刨淀按儒嬰訛罡4ft Cfitf脅單蹄總需/但乩宵小獨琳弓，電需（但見否即獨編可，材，嘶況很址）視惰呪浪尢）awatkk)技術時按蒂要確定按需亜煩疋按芾球備龍掛需要廉定按黑匪ifii定揑幣耍確定按需養(yǎng)確定按詰咚確定3.2技術文件(1)壓力容器的設計文件包括強度計算書或者應力分析報告、設計圖樣、制造 技術條件、風險評估報告(第川類壓力容器)，必要時還應當包括安裝及使用維修 說明。(2) 裝設安全閥、爆破片裝置的壓力容器，設計文件還應當包括壓力容器安全 泄放量、安全閥排量和爆破片泄放面積的計算書。 無法計算時， 設計單位應當會 同設計委托單位或者使用單位，協(xié)商選用安全泄放裝置。四 總結感想壓力容器的設計是一種比較復雜工作，對不同工作要求的壓力容器需要有不 同的標準來設計， 保證它可以安全可靠的