化工制图autocad实战教程及开发第4章

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1、第4章 化工容器绘制, 本章导引 化工容器的设计基础 化工容器绘制,本章导引,本章介绍的是一种较为狭义的化工容器，该容器主要是作为原料、中间产物、产品的储存的容器，如大型炼油厂的原油储罐、油制气厂的球形储气罐等，一般无化学反应。,1,2,3,4,5,图4-1 容器结构示意 1封头；2接管；3筒体；4人孔；5支座,主目录,化工容器的设计基础,主目录,化工容器的分类,化工容器的分类方法很多，目前没有形成统一的硬性规定，通常可按容器的作用原理、形状、容器厚度、承压性质、工作温度、放置形式、制造材料及容器的技术管理规范等进行分类。 按容器的作用原理分类 按容器的作用原理可分为换热容器、反应容器、分离容

2、器、储存容器等。 按容器形状分类 按容器形状分主要有球形容器、圆筒形容器、方形和矩形容器。 球形容器由数块弓形板拼焊而成，承压能力好，但由于安装内件不便和制造较难，一般多用作储罐，如大型的储气罐。 圆筒形容器由圆柱形筒体和封头（椭球形、半球形、碟形、圆锥形、平板形）所组成。圆柱形筒体作为容器主体，其制造容易，安装内件方便，而且承压能力较好，是化工企业中应用最广的一类容器。 方形和矩形容器由平板焊成，其制造过程简单，技术要求低，但承压能力差，一般只用作常压或低压小型储槽。 按容器厚度分类 压力容器按厚度可以分为薄壁容器和厚壁容器。通常，厚度与其最大截面圆内径的比值K（ ）0.1的容器称为薄壁容器

3、，K0.1的称为厚壁容器。,本节目录,化工容器的分类,按容器承压性质和能力分类 按承压性质可将容器分为常压容器与受压容器两类。受压容器又可以分为内压容器和外压容器两类。当容器内部介质压力大于外部压力时，称为内压容器；当容器内部压力小于外部压力时，称为外压容器，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。 内压容器按其所能承受的工作压力，又可分为低压、中压、高压和超高压容器等4类，其受压情况如下： 低压：0.1MPap1.6MPa 中压：1.6MPap10.0MPa 高压：10.0MPap100MPa 超高压：100MPap 按容器的壁温分类 可分为低温容器、常温容

4、器、中温容器和高温容器。 低温容器 指壁温低于-20条件下工作的容器。其中在-40-20条件下工作的容器为浅冷容器；在低于-40条件下工作的容器为深冷容器。 常温容器 指壁温在-20200条件下工作的容器。 中温容器 指壁温在常温和高温之间的容器。 高温容器 指壁温达到材料蠕变温度下工作的容器。对碳素钢或低合金钢容器，温度超过420，其他合金钢超过450，奥氏体不绣钢超过500，均属高温容器。,化工容器的分类,按容器的放置形式分类 容器按放置形式可分为卧式容器和立式容器。 按制造材料分类 按制造材料来分，容器可分为金属制容器和非金属制容器两类。 金属制容器中，目前应用最多的是低碳钢和普通低合金

5、钢制的容器。在腐蚀严重或产品纯度要求高的场合，可使用不锈钢、不锈复合钢板或铝、银、钛等制的容器。在深冷操作中，可用铜或铜合金。而承压不大的塔节或容器可用铸铁。 非金属材料常用的有硬聚乙烯、玻璃钢不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷、砖、板、花岗岩、橡胶衬里等，它们既可用作容器的衬里，又可作独立的构件。,化工容器的分类,按管理分类 国家劳动部门为了加强压力容器的安全技术管理和监督检查，根据容器的压力高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用，压力容器安全技术监察规程将压力容器（不包括核能容器、船舶上的专用容器和直接火焰加热的容器）分为3类。 低压容器为第一类压力容器、规定的除外。 下列情况之一的，

6、为第二类压力容器规定的除外： 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。,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.中压存储容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV10MPam）； d.中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质,且pV0.5MPam）； e.低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV0.2MPam）； f.高压、中压管壳式余热锅炉； g

7、.中压搪玻璃压力容器，使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限 540MPa）的材料制造的压力容器； h. 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、永久气体运输（半挂）车和罐式集装箱（介质为液化气体、体温液体）等； i. 球形储罐（容积 ）； j. 低温液体储存容器（容积 ）。,化工容器的分类,化工容器关键尺寸的计算,工艺尺寸的计算 工艺尺寸主要是指为了满足工艺的需要，容器应该具有的一些基本尺寸。如容器的长度、直径（指内径）、封头的类型及其尺寸，接管的大小、人孔的大小等工艺需求的尺寸。 容器的体积尺寸 一般在设计

8、容器前，就已经知道该容器能够装下的物料的体积（如果已知的是质量，也可通过密度换算得到体积）V工艺，由此体积，再结合具体的容器结构就可以算出具体的尺寸。对于用于物料停留的中间储罐的容积V工艺，可按下式计算： 式中 G物料流量，m3/s； 物料在容器中的停留时间，s。 液体在容器内的停留时间可以用公式计算，也可以用实际测定得到的数据，表4-1 提供了一般情况下容器内液体平均停留时间的参考值。,本节目录,化工容器关键尺寸的计算,表4-1 液体在容器中的平均停留时间参考值,化工容器关键尺寸的计算,球形容器的直径 球形容器虽然制造并不容易，单计算其大小是简单的一种，考虑到容器不能全部充满整个球形空间（气

9、体除外），一般有一个充装系数 ，充装系数一般取0.850.95，则有下式： （4-2） 则球形容器的直径Di可由下式得到： （4-3）,化工容器关键尺寸的计算,上下均采用平板封头的圆柱形容器 假设容器的长径比为，一般尽可能按经济原则考虑长径比，可按经验数据选择，常用的数据为24，则 （4-4） 则圆柱形容器的尺寸如下：,化工容器关键尺寸的计算,上下均采用标准形椭圆封头的圆柱形容器 假设容器的长径比 ，则 （此h已包括了封头的直边高度），封头的长轴和筒体的直径相同，封头的短轴为长轴的一半，则整个容器的计算体积为： （4-6） 则标准形椭圆封头的圆柱形容器的尺寸如下： （4-7）,化工容器关键尺寸

10、的计算,上下均采用半球形封头的圆柱形容器 假设容器的长径比 ， 则 （此h不包括封头的高度），球形封头的直径长和筒体的直径相同，高度为筒体直径的一半，则整个容器的计算体积为： （4-8） 则球形封头的圆柱形容器的尺寸如下： （4-9） 根据容器的工艺体积计算得到的容器的直径、高度等尺寸，在实际选用时需对数据进行圆整，至于其它形状的容器直径、高度等尺寸的计算，大家只要按照前面介绍的方法就可以自己推导得到所需尺寸，在此不再介绍。,化工容器关键尺寸的计算,接管大小的计算及位置的确定 容器中有许多接管，接管的直径和长度均要进行合理的选取或计算，对于接管的长度，如果是法兰连接的，一般需要100150mm

11、以上的长度，以便与法兰上螺栓的安装连接；如果采用螺纹连接，则其长度可以稍短一些。对于接管的直径的大小，我们可以通过选择一个适宜的流速，然后通过工艺处理量算出其直径，并将其圆整后查取标准得到最后的接管直径。一般管内为液体的适宜流速应小于3m/s，气体的适宜流速应小于100m/s，常见的流体在不同情况下的适宜流速见表4-2。对于接管上的法兰，我们应选用和接管配套的标准法兰，根据手册查得的数据即可作为我们制图时的依据。确定了接管的大小及配套法兰以后，还需确定接管的安装位置。安装位置的确定应根据物料进出的方便、设备安装的方便、物料最后排空的方便等诸多因素确定。比如物料的进料管一般在容器的上方，而出料管

12、在容器的下方，最后的排空管应在容器的最底部。下面通过两个具体的例子来说明接管大小的确定。,化工容器关键尺寸的计算,选定管子的适宜流速u（m/s）以后，根据管子的工艺处理量就可以按下式求出管子的直径： （4-10） 其中Q为管子的工艺处理量，单位为m3/s。 现有某输送气体的管道，工艺处理量为100m3/s，选择适宜的流速为50m/s，则利用式（4-10）计算可知其管子内直径为 （4-11） 经过圆整，可取管子的内直径为500mm。,化工容器关键尺寸的计算,另一个是输送液体的管子，已知其处理量为0.001m3/s，适宜的管内流速为2m/s，则利用式（4-10）计算可知其管子内直径为 （4-12）

13、 经过圆整，可取管子的内直径为25mm。,化工容器关键尺寸的计算,人孔大小及位置的确定 人孔应根据具体设备的需要，开设人孔，人孔应尽量选用标准件，人孔位置的确定应在服从设备强度要求的前提下，以便于安装和人员进出容器为准。,化工容器关键尺寸的计算,表4-2 流体在不同管道内的适宜流速,化工容器关键尺寸的计算,有关强度尺寸的计算 前面已经介绍了容器的一些工艺尺寸的计算。容器的工艺尺寸确定了容器的大小，满足了储量的要求及充装物料的要求，而容器的一些强度尺寸，主要是容器的安全性来考虑的有关尺寸，我们主要介绍容器筒体厚度及封头厚度的求取方法。,化工容器关键尺寸的计算,内压容器 容器在各种因素如容器中物料

14、产生的静压、物料表面的气压（指储存液体的容器）、物料气体的压力、温差引起的应力等混合作用下，在不同的方向，产生不同的应力，对于内压薄壁容器的回转壳体一般产生3个主要应力，通常第一主应力（最大）为周向应力 ，第二主应力为径向应力 ，第三个主应力是周向应力 ，由于 与 和 相比可忽略不计，按 计。按照材料力学中的强度理论，在容器常规设计中常采用第一强度理论，即： （4-13） 式中 是容器壁中三个主应力中最大一个主应力，是材料的抗拉、抗屈服、抗蠕变极限规定许用应力中最小的一种，一般情况下，我们查表得到的材料许用应力，就是三种许用应力中最小的一种，可直接拿来供设计计算使用。因此可以这样说，在对内压容

15、器壳体各元件进行强度计算时，容器可能产生的应力选取最大的一种，容器材料的许用应力采用最小的一种，这样即使发生极端的情况，仍能在理论上保证容器设计的安全，这一点非常重要。容器强度的设计主要就是确定 ，并将其控制在许用应力范围内，进而求得容器的厚度。,化工容器关键尺寸的计算,圆筒壁厚的确定 圆筒承受均匀内压作用时，其器壁中产生如下薄膜应力（设圆筒的平均直径为D，壁厚为t）： 而 ，显然， ，故按照第一强度理论可得： （4-14） 因工艺设计中一般给出内直径 ，将此代入式（4-14）得： （4-15） 实际圆筒由钢板卷焊而成，焊缝区金属强度一般低于母材，所以上式中 应乘以系数 （具体数值见表4-3），即 整理后得： （4-16） 此式中的t定义为计算厚度，mm。,化工容器关键尺寸的计算,式（4-16）中的焊缝系数可根据不同的焊接形式及探伤情况取不同的值，具体取值情况见下表：,化工容器关键尺寸的计算,其次，考虑容器内部介质或周围大气腐蚀，设计厚度应比计算厚度t增加一腐蚀裕度C。于是有： (4-17) 式中 p设计内压力，MPa； 圆筒内直径，mm； 设计厚度，mm； 焊缝系数， ； 腐蚀裕度，mm； 设计温度下材料的许用应力，MPa。 C2由介质的腐蚀性和容器的使用寿命确定：对于碳素钢和合金钢，腐蚀裕量一般大于1mm；对于不