第二章、压力容器的基本结构及材料

11第一节、压力容器的基本结构及组成第二节、常见压力容器结构第三节、压力容器的材料第二章压力容器的基本结构及材料2第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成一、压力容器的结构型式压力容器的结构形式是多种多样的，它是根据容器的作用、工艺要求、加工设备和制造方法等因素确定的。压力容器的常见结构型式球形容器：大型储罐圆筒形容器：最常见，使用最广泛箱形容器：常压、低压消毒柜、汽柜锥形容器：用于排出物料的场合塔器：精馏、汽提、反应容器3一、压力容器的结构型式第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成球形容器4一、压力容器的结构型式第一章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成圆筒形容器5一、压力容器的结构型式第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成箱形容器（消毒柜）6一、压力容器的结构型式第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成圆锥形容器1-接管2-锥底3-筒体4-支座5-封头7一、压力容器的结构型式第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成塔器（减压塔）8•第二章压力容器的基本结构及材料•第一节压力容器的基本结构及组成筒体、封头（端盖）、法兰、接管、人（手）孔、支座等组成二、压力容器的组成9第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成椭圆形封头蝶形封头10第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成平焊、对焊法兰11第一章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成平面型、凹凸型、榫槽型密封12第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成快开式结构带绞链的螺栓紧固131.筒体：筒体是压力容器最主要的组成部分，与封头或端盖共同构成承压壳体，常见的筒体是圆筒形。2.封头与端盖封头：与筒体焊接连接而不可拆的。端盖：与筒体及法兰等连接而可拆的。封头按形状分为三类：凸形封头、锥形封头、平板封头凸形封头有半球形、蝶形、椭圆形、无折边球形。椭圆形封头是目前压力容器使用最普遍的一种，标准椭圆形封头的深度为直径的1/43.法兰：法兰连接是由法兰、螺栓、螺母及密封元件所组成的密封连接件。法兰密封结构：强制密封、自紧密封、半自紧密封。第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成二、压力容器的组成144.接管：设置于封头（端盖）及筒体上用于介质的进出、安全附件的安装的短管。常用的接管有三种形式：螺纹短管、法兰短管、平法兰接管。5.手孔和人孔：为容器定期检验、检查或清除污物，设手孔和人孔。孔边的最大应力比器壁上平均应力大几倍，因而需要补强。补强方法有：整体补强和局部补强。局部补强结构有：补强圈、厚壁段管、整体锻造补强。容器上的开孔补强一般均用局部补强法，补强原理是等面积补强。6.支座：立式容器支座、卧式容器支座、球形容器支座常用的立式支座有：悬挂式支座(耳式支座)、支承式支座、裙式支座、腿式支座。第二章压力容器的基本结构及材料第一节压力容器的基本结构及组成二、压力容器的组成15一、搅拌式反应锅第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构搅拌式反应锅由锅体、锅盖、搅拌器、电加热油夹管、支承及传动装置、轴封装置、溢油槽等组成。锅体与锅盖由法兰密封联接，锅体下部有放料孔，锅内有搅拌器，锅盖上开进料、搅拌观察、测温测压、蒸汽引出分馏、安全放空等工艺管孔。16二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构列管换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、单位体积换热面积大、坚固耐用、用材广泛、清洗方便适用性强等优点，在生产中得到广泛应用，在换热设备中占主导地位。17二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构列管式换热器根据结构特点分为以下几种。18二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构1.固定管板式换热器:此种换热器的结构特点是两块管板分别焊壳体的两端，管束两端固定在两管板上，其优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗。其缺点是壳程不能进行机械清洗，且当壳体与换热管的温差较大(大于50℃)时，产生的温差应力(又叫热应力)具有破坏性。需在壳体上设置膨胀节，受膨胀节强度限制壳程不能太高。固定管板式换热器适用于壳方流体清洁不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。19二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构2.浮头式换热器其结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接。可以在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。此种换热器的优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从管内抽出，便于管内和管间的清洗。其缺点是结构复杂，用材量大，造价高。浮头式换热器适用于壳体温差较大或壳程流体容易结垢的场合。20二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构3.U形管式换热器其结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时，不会产生温差应力。U形管式换热器的优点是结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低，管间清洗较方便。其缺点是管内清洗较困难，可排管子数目较少，管束最内层管间距大，壳程易短路。U形管式换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结垢的场合。21二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构4.填料涵式换热器结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉。但是，填料处易产生泄漏，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。此种换热器现在已很少采用。22二、列管式换热器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构5.釜式重沸器这种换热器的管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构，所以它具有浮头式、U形管换热器的特点。在结构上与其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸气品质所决定。产气量大、蒸气品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。23三、夹层锅第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构夹层锅是食品制造及饮食等行业广泛使用的一种换热器，通常用于料液浓缩及食品的蒸制。1.内胆2.蒸汽进口3.夹套4.出料口5.冷凝水排放口6.支腿24四、球形储存容器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构广泛应用于石油、化工、冶金等部门，它可以用来作为液化石油气、液化天然气、液氧、液氨、液氮及其他介质的储存容器。也可作为压缩气体（空气、氧气、氮气、城市煤气）的储罐。按形状分有圆球形、椭圆形、水滴形或上述几种的混合。按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三种。按支撑方式分有支柱式（如右图a）、裙座式（如右图b）两大类。球罐有球罐本体、支座、附属设备（盘梯、扶梯、操作平台）组成。25五、地下储气井第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构地下储气井是指以储存压缩气体为目的的地下立式管状承压设备，主要用于汽车加气、天然气调峰和工业储气等，它主要由井底封头、储气井管、储气井口、进(排)气阀、压力表、井下积液排污管、排污阀等组成(如右图)。26六、油氨分离器第二章压力容器的基本结构及材料第二节常见压力容器结构油氨分离器是一种结构较为简单的立式容器，通常由上封头、下封头、筒体、支座、接管等部分组成。按其工作原理有填料式、离心式、洗涤式等几种。27一、压力容器材料性能第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料1.力学性能具有适当的强度（主要是指屈服强度和抗拉强度）：以防止在承受压力时发生塑性变形甚至断裂。具有良好的塑性：以防止锅炉、压力容器在使用过程中因意外超载而导致破坏。具有较高的韧性：使锅炉、压力容器能承受运行过程中可能遇到的冲击载荷的作用。特别是操作温度或环境温度较低的压力容器，更应考虑材料的冲击韧性值，并对材料进行操作温度下的冲击试验，以防止容器在运行中发生脆性破裂。28一、压力容器材料性能第一章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料2.工艺性能良好的冷塑性变形能力：在加工时容易成形且不会产生裂纹等缺陷。具有较好的可焊性：以保证材料在规定的焊接工艺条件下获得质量优良的焊接接头。第三，要求材料具有适宜的热处理性能，容易消除加工过程中产生的残余应力，而且对焊后热抗氧化性能处理裂纹不敏感。29一、压力容器材料性能第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料3.化学性能耐腐蚀性能：设计压力容器时，必须根据其使用条件，选择适当的耐腐蚀材料。抗氧化性能：对于锅炉和高温压力容器，所选用的材料还应具有抗氧化性能。4.物理性能相对密度、熔点、导热性、膨胀性、耐磨性等30二、对压力容器选材的主要要求第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料1.压力容器的选材应当考虑材料的力学性能、化学性能、物理性能和工艺性能。2.选择压力容器用钢应考虑容器的使用条件（如设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。3.压力容器受压元件用钢应符合GB150中4.材料章的要求。非受压元件用钢,当与受压元件用钢焊接时,也应是焊接性良好的钢材。4.钢材的化学性能、力学性能应符合《固定容规》有关规定。选用碳素钢和合金钢制造的压力容器应符合GB150-2011《压力容器》的有关规定，Q235B钢板不得用于直接受火焰加热的压力容器。用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳素钢和低合金钢，其碳含量不应大于0.25%。钢制压力容器材料的力学性能、弯曲性能和冲击试验要求，应符合GB150-2011《压力容器》中相关规定。31二、对压力容器选材的主要要求第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料5.选用铸铁材料，必须在相应的国家标准范围内选用；设计压力和设计温度应符合《固容程》的有关规定。6.选用有色金属制造压力容器，应符合《固定式压力容器监察规程》和国家标准或行业标准。7.压力容器受压元件采用国外材料时，应选用国外压力容器规范允许使用且国外已有使用实例的材料，其使用范围应符合材料生产国相应规范和标准的规定。8.用于压力容器受压元件的焊接材料应符合相关标准。32三、压力容器的常用材料第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料1.碳素钢33三、压力容器的常用材料第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料2.低合金钢34三、压力容器的常用材料第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料3.不锈钢35三、压力容器的常用材料第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料4.低温容器用钢36三、压力容器的常用材料第二章压力容器的基本结构及材料第三节压力容器的材料5.高温容器用钢