球罐的设计

《球罐的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《球罐的设计（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第六章 球罐的设计,过程设备设计,1.1.1 压力容器基本组成(如图1),1.1.2 压力容器零部件间的焊接,1.2 压力容器分类,1.2.1 介质危害性,1.2.2 压力容器分类,1.3 压力容器规范标准,1.3.1 国外主要规范标准简介,1.3.2 国内主要规范标准简介,1.1 压力容器总体结构,过程设备设计,1.1 压力容器总体结构,1.1.1 压力容器基本组成,1-法兰； 2-支座； 3-封头拼接焊缝； 4-封头； 5-环焊缝； 6-补强圈； 7-人孔；8-纵焊缝； 9-筒体； 10-压力表； 11-安全阀；12-液面计,过程设备设计,基本组成,筒体,封头,密封装置,开孔与接管,支座,

2、安全附件,过程设备设计,1.筒体,储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。,形式：圆柱筒体、球形筒体。,圆筒体制造方法,无缝钢管（无纵焊缝） 直径较小,卷焊（有纵环焊缝） 直径较大,整体锻造（可能有环焊缝） 高压容器,整体铸造（无纵环焊缝） 高压容器,圆 筒 体 结 构,单层式,组合式,多层式,缠绕式,过程设备设计,2.封头,与筒体等部件形成封闭空间,封头形式,凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封,锥壳,平盖,封头与筒体的连接,不可拆式（焊接）,可拆式（螺栓连接）,过程设备设计,3.密封装置,可靠性关系到压力容器能否正常、安全地运行。,最常见的密封装置：,螺栓法兰连接（简称法兰连接）,法

3、兰：,容器法兰,管道法兰,筒体端部 (高压容器),4.开孔与接管,(1)开孔目的：,a.满足工艺要求,b.满足结构要求,(2)开孔结果：,a.开孔部位的强度被削弱,b.结构连续性破坏,c.与接管焊接时易产生焊接残余应力和缺陷焊接,故应少开孔并作开孔补强设计。,(3)破坏形式：,疲劳破坏,过程设备设计,过程设备设计,(4)开孔类型：,人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。,(5)开孔大小：,手孔150 mm (Di1000mm),人孔,圆形400mm,椭圆形350450mm,(Di 1000mm),物料进出口 根据工艺计算确定,仪表接口 根据仪表

4、确定,(6)开孔位置：,满足工艺要求考虑操作方便,避开,应力集中区域,边缘应力区,焊缝处,a.检查孔(人孔、手孔等)的装设位置应便于检查、清理,对人孔还应考虑进出方便。,b.立式小型容器的人孔、手孔应设于顶盖上,较大 立式容器人孔可设于筒体上。,c.设置两个人孔的容器，其位置一般分别设在顶盖和筒体上。,d.设在侧面位置的人孔，容器内部应根据需要设置梯子或踏步。,e.用于装卸填料、触媒的手孔允许斜置。,(7)不必开设检查孔的条件：,容器若符合下列条件之一,则可不必开设检查孔:,a.筒体Di300mm 的压力容器,b.容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的盖子，其尺寸不小于所规定检查孔的尺寸

5、。,c.无腐蚀或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器。,d.制冷装置用压力容器。,e.换热器,检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生,过程设备设计,5.支座,类型,圆筒形容器支座,球形容器支座,卧式容器支座（鞍座、圈座、支腿）,立式容器支座（腿式支座、支承式支座、 耳式支座和裙式支座）,柱式,裙式,过程设备设计,6.安全附件：,主要有： 安全阀 爆破片装置 紧急切断阀 安全联锁装置 压力表 液面计 测温仪表等,过程设备设计,筒体 封头 密封装置 开孔接管 支座 安全附件,压力容器的外壳,内件,反应、传热、传质、分离等容器,储运容器,过程设备设计,1.1 压力容器总体结构,

6、1.1.2 压力容器零部件间的焊接,焊接结构设计,接头的形式（如对接、搭接、角接）,坡口形式和尺寸,焊接方法（如手工焊、自动焊等）,检验要求（表面探伤、透射探伤等）,过程设备设计,1.2 压力容器分类,1.2.1 介质危害性,指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等 其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性,介质危害性：,1.毒 性：,是指某种化学毒物引起机体损伤的能力。,（1）极度危害（级）：最高容许浓度0.1 mg/m3； （2）高度危害（级）：最高容许浓度0.11.0 mg/m3； （3）中度危害（级）：最高容许浓度1.010 mg/m3； （4）轻度危害（级）：最高容许浓度10 mg/m

7、3。, 介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。,过程设备设计,介质危害性 （续-毒性）,Q235-B 不能使用,钢板应逐张超声检测,100%射线或超声检测,气密性试验,法兰带颈 且PN1.6MPa,过程设备设计,2.易燃介质：,爆炸下限10%，或爆炸下限和上限之差20%的 介质,如甲烷、乙烷、乙烯、氢气、丙烷、丁烷等。,压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。,易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求，易燃介质容器均采用全焊透结构,过程设备设计,1.2.2 压力容器分类,世界各国规范对压力容器分类的方法各不相

8、同，本节着重介绍我国压力容器安全技术监察规程中的分类方法,按压力等级,按容器在生产中的作用,按安装方式,按安全技术管理,分类,过程设备设计,1.承压方式,内压容器,外压容器,当容器的内压力小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时又称为真空容器,（按照设计 压力p分）,低压(L)容器 0.1 MPap1.6 MPa,中压(M)容器 1.6 MPap10.0 MPa,高压(H)容器 10 MPap100 MPa,超高压(U)容器 p100MPa,过程设备设计,2.生产过程 中的作用,反应压力容器 (代号R),换热压力容器（代号E）,分离压力容器（代号S）,储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）,过程

9、设备设计,3.安装方式,固定式压力容器,移动式压力容器,（该安装方式的压力容器在结构、 使用和安全方面均有其特殊的 要求。）,过程设备设计,4.按安全技术管理分类,分类原则:,根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分类。,三类容器,第一类压力容器,第二类压力容器,第三类压力容器,过程设备设计,（1）第三类压力容器：,具有下列情况之一的，为第三类压力容器:,a高压容器；,b中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；,c中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质， 且pV乘积大于等于10MPam3）；,过程设备设计,d. 中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害

10、介 质，且pV乘积大于等于0.5MPam3）；,e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）；,f高压、中压管壳式余热锅炉；,过程设备设计,g中压搪玻璃压力容器；,h使用强度级别较高的材料制造的压力容器；,（指响应标准中抗拉强度规定值下限540MPa）,过程设备设计,i移动式压力容器,j球形储罐（容积大于等于50m3）,k低温液体储存容器（容积大于5m3）,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、永久气体运输（半挂）车,罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）,包括,过程设备设计,（2）第二类压力容器

11、：,具有下列情况之一的，为第二类压力容器:,a.中压容器；,b.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；,c.低压反应容器和低压储存容器 （仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；,d.低压管壳式余热锅炉；,e.低压搪玻璃压力容器。,过程设备设计,（3）第一类压力容器：,除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。,过程设备设计,由于各国的经济政策、技术政策、工业基础和管理体系的差异，压力容器的分类方法也互不相同。采用国际标准或国外先进标准设计压力容器时，应采用相应的分类方法。,球罐简介：压力容器的一种,球罐特点和分类,特点 相同容积下，球罐表面积最小，所需钢材少 球罐板壳承载能力比圆筒形

12、容器大一倍，板厚减半 球罐占地面积小，可向高度空间发展，利于地表面积的应用 受风面小，外观漂亮 分类（使用温度） 常温球罐 20 低温球罐 100 20 深冷球罐 100,球罐设计计算实例,设计条件： 设计压力：0.7MPa 设计温度：常温 液压试验压力：0.875MPa 球壳内直径：15700mm 公称容积：2000m3 几何容积：2026.3m3 储存物料：C4 物料密度：800 kg/m3 充装系数：0.9 地震设防烈度：7度 基本风压值：450 N/m2 基本雪压值：200 N/m2 球罐建造场地：类，近震，B类地区,球罐的设计参数,压力 工作压力：正常工作情况下，球罐顶部的最高压力

13、设计压力：设定的球罐顶部的最高压力，大于工作压力 计算压力：确定球壳各带厚度或受压元件厚度的压力 试验压力：压力试验的值，一般为1.25-1.5倍的设计压力 温度 设计温度：正常工作时，设定的受压元件的金属温度 试验温度：压力试验时，球壳的金属温度 厚度 计算厚度：公式计算所得的厚度 设计厚度：计算厚度与腐蚀裕量之和 名义厚度：图样上标的厚度，设计厚度加钢材负偏差后圆 整钢材标准规格的厚度 有效厚度：名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差,许用应力（GB 12333 钢制球形储罐） 材料的各项强度性能指标分别除以安全系数 我国球罐钢材的许用应力 焊接接头系数 由焊缝形式、焊接工艺和焊缝无损检测严格程

14、度决定 GB150按无损检测率对双面焊全焊透对接接头做了规定 存储介质 限制硫 GB1117-1989中规定总硫含量不大于345mg/m3 应力试验 压力试验的种类、要求和实验压力值应在图样上注明 气密性试验 压力试验合格后进行，其值等于设计压力,球罐的设计参数,球罐的结构设计：选材,选材原则：强度，焊接性，加工性，可靠性，经济性 壳体用钢板 GB 6654 GB 3531 20R, 16MnR, 15MnVR, 16MnDR, 09Mn2VDR 锻件用钢 JB 4726 JB 4727 人孔和接管用锻件可避免补强 20, 16Mn, 20MnMo,16MnD 钢管 GB 6479 10, 2

15、0, 20G, 16Mn, 15MnV 螺柱和螺母 GB/T 3077 Q235A, 35, 40Cr 焊接材料 GB/T 5117(5118) GB/T 8110 焊条、焊丝、焊剂,球罐的结构设计：结构类型及几何尺寸,结构类型 桔瓣式 混合式 几何尺寸 桔瓣式 混合式,球罐的结构设计：结构类型及几何尺寸,球罐的结构设计：球壳厚度的设计,(1)内应力形成的球壳应力： (2)液体静压力形成的球壳应力：,返回,球罐的结构设计：球壳厚度的设计,(3)球壳薄膜应力校核：,球罐的结构设计：球壳厚度的设计,球壳稳定性校核 (4)球壳许用外压力校核：GB 150-1998 (5)球壳赤道壁压力校核,球罐的结

16、构设计：坡口设计,坡口设计的影响因素：GB 985（6）-1998 （1）与采用的焊接方法有关 （2）与球壳钢板的厚度有关 （3）与焊缝所在球壳部位有关 （4）与焊接工艺有关,球罐的结构设计：支座,定义：支座是用来支撑本体质量和储存物料质量的结构部件 分类：赤道正切和裙式支座 设计准则： （1）强度和稳定性 （2）支柱与球壳的连接部位，既要传递应力又要降低局部应力水平(有垫板，无垫板) （3）支柱经受焊后热处理和热胀冷缩的浮动 （4）支柱上柱头是否需要与壳体采用相同的焊接材料（单、双段） （5）支柱在球罐存储易燃介质时，必须考虑防火隔热问题,球罐的结构设计：拉杆,定义：拉杆是作为承受风载荷和地震载荷的部件 分类：可调式拉杆和固定式拉杆,支座和拉杆的强度计算和校核 参考： 化工设备设计全书球罐和大型储罐