過程設(shè)備設(shè)計復(fù)習(xí)資料1-1

1、1壓力容器導(dǎo)言過程設(shè)備設(shè)計二、課程的目的和任務(wù)本課程是一門綜合性的技術(shù)學(xué)科，是過程裝備與控制工程專業(yè)的核心課程之一。其任務(wù)是綜合運(yùn)用力學(xué)、材料學(xué)、制造工藝學(xué)等許多方面的基本理論，使學(xué)生能以安全為前提，綜合考慮質(zhì)量保證的各個方面，進(jìn)行壓力容器和過程設(shè)備結(jié)構(gòu)分析和工程設(shè)計，并盡可能在安全的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理，培養(yǎng)學(xué)生全面分析和解決工程實際問題的能力，使學(xué)生在學(xué)完本課程以后能初步建立起完整的過程設(shè)備設(shè)計思想。三、課程基本要求 通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)學(xué)會過程設(shè)備零部件的強(qiáng)度計算及校核、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計，繪制容器施工圖樣并能提出技術(shù)要求。本課程的教學(xué)重點(diǎn)為壓力容器零部件的強(qiáng)度計算及校核、材料選擇、典型過

2、程設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析、有關(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的使用、標(biāo)準(zhǔn)零部件的選用和設(shè)計等。要求：1、采用合理的方法進(jìn)行壓力容器的強(qiáng)度設(shè)計和穩(wěn)定性設(shè)計。2、能從材料行為、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、制造、質(zhì)量保證等方面對壓力容器的工程設(shè)計進(jìn)行綜合分析。3、具備對過程設(shè)備零部件及整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的能力。五、有關(guān)說明本課程的先修課程：機(jī)械制圖；理論力學(xué)；材料力學(xué)；機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；工程材料及熱處理；機(jī)械制造基礎(chǔ)等導(dǎo)言1、過程裝備與控制工程的概念從原材料到產(chǎn)品要經(jīng)歷一系列物理的或化學(xué)的加工處理步驟，這些加工處理步驟稱為過程。如化工、輕工、煉油、制藥、橡膠、食品等。過程工業(yè)是加工制造流程性材料產(chǎn)品的現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。成套過程裝

3、置通常是由一系列的過程機(jī)器和過程設(shè)備，按一定的流程方式用管道、閥門等連接起來的一個獨(dú)立的密閉連續(xù)系統(tǒng)，再配以必要的控制儀表和設(shè)備，即能平穩(wěn)連續(xù)地把以流體為主的各種流程性材料，讓其在裝置內(nèi)部經(jīng)歷必要的物理化學(xué)過程，制造出人們需要的新的流程性材料產(chǎn)品單元過程設(shè)備（如塔、換熱器、反應(yīng)器、儲罐等）與單元過程機(jī)器（如壓縮機(jī)、泵、分離機(jī)等）二者的統(tǒng)稱為過程裝備。2、過程裝備技術(shù)的創(chuàng)新關(guān)鍵在于裝備內(nèi)件技術(shù)的創(chuàng)新。3、流程性產(chǎn)品先進(jìn)制造技術(shù)與一般硬件產(chǎn)品先進(jìn)制造技術(shù)的區(qū)別（1）理論基礎(chǔ)不同一般硬件產(chǎn)品先進(jìn)制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)側(cè)重于固體力學(xué)、材料與加工學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)、電工和信息技術(shù)科學(xué)等，而流程性產(chǎn)品先進(jìn)制造技術(shù)

4、則側(cè)重于化學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)學(xué)、化學(xué)工程和工藝、電工和信息技術(shù)科學(xué)等。（2）過程裝備技術(shù)的創(chuàng)新與過程原理和技術(shù)的創(chuàng)新及工藝流程技術(shù)的創(chuàng)新緊密相關(guān)。4、專業(yè)及專業(yè)課程介紹5、教材更新內(nèi)容、編排結(jié)構(gòu)、習(xí)題、學(xué)習(xí)方法6、學(xué)習(xí)基本要求及考核方式（1）教與學(xué)有機(jī)結(jié)合，多想多問。（2）課后及時復(fù)習(xí)，答疑。（3）學(xué)習(xí)過程中的問題及時和教師溝通、反饋，提出好的建議。（4）按時交作業(yè)，及時糾正錯誤。（5）成績評定：平時成績10% 課堂提問5% 期末考試85%緒 論一、過程設(shè)備和容器的概念1、過程設(shè)備-用于傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等過程的裝置容器-設(shè)備外部殼體的總稱* 過程設(shè)備為過程的實現(xiàn)服務(wù)，

5、因此過程設(shè)備的設(shè)計必須滿足過程的要求，沒有相應(yīng)的設(shè)備，過程也無法實現(xiàn)。舉例：合成氨工藝過程及相應(yīng)設(shè)備* 設(shè)備是靜止的，沒有相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)（有些靜止設(shè)備上帶有運(yùn)動的傳動裝置，如夾套反應(yīng)釜），如儲存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備等。機(jī)器有相對運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，如泵、壓縮機(jī)、離心機(jī)等。2、過程設(shè)備設(shè)計的主要內(nèi)容本課程主要介紹儲存設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備的一般設(shè)計方法，從設(shè)備工作時的受載情況出發(fā)，通過應(yīng)力分析和強(qiáng)度計算，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析，并按相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)備的零部件及整體的設(shè)計工作。受載情況應(yīng)力分析、強(qiáng)度計算結(jié)構(gòu)分析零部件及整體設(shè)計 ·設(shè)計參數(shù)的選取 ·設(shè)計方法的確定 &

6、#183;設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的選用 ·教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)及實踐經(jīng)驗的積累 ·課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的作用二、過程設(shè)備的應(yīng)用a、加氫反應(yīng)器（反應(yīng)設(shè)備）b、液態(tài)氫儲存容器（儲存設(shè)備）c、超高壓食品殺菌釜（高壓設(shè)備）d、核反應(yīng)堆（反應(yīng)設(shè)備）e、超臨界流體萃取裝置（傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)）三、過程設(shè)備的特點(diǎn)1、非標(biāo)設(shè)備，功能原理多樣化2、機(jī)電一體化-過程工藝、設(shè)備、控制緊密結(jié)合3、外殼一般為壓力容器4、過程設(shè)備設(shè)計的規(guī)范性和能動性四、過程設(shè)備的基本要求為防止容器在使用過程中發(fā)生破壞或失效，在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)外載荷進(jìn)行容器的應(yīng)力計算及校核，并綜合考慮材料、制造方法、檢驗方法等因素，進(jìn)行容器的合理設(shè)計，保

7、證容器在運(yùn)行中的安全。·合理設(shè)計-安全 經(jīng)濟(jì)·容器設(shè)計的基本原則：在保證安全的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)。設(shè)備的基本要求：a、安全可靠 強(qiáng)度、韌性耐腐蝕性（材料與介質(zhì)相容）剛度和抗失穩(wěn)能力密封性能b、滿足過程要求 功能要求壽命要求c、綜合經(jīng)濟(jì)性好 生產(chǎn)效率高（單位生產(chǎn)能力高）、消耗系數(shù)低單位生產(chǎn)能力-單位時間、單位設(shè)備容積（面積）處理的物料量或所得產(chǎn)品的數(shù)量。消耗系數(shù)-生產(chǎn)單位重量或體積產(chǎn)品所消耗的資源（原材料、能量、燃料、水、電、蒸汽等。 結(jié)構(gòu)合理、制造方便 便于安裝和運(yùn)輸d、易于操作、維護(hù)和控制 操作簡單 易于維護(hù)、修理-安全、正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，維修周期長 便于控制e、優(yōu)良的環(huán)境

8、性能 泄漏、環(huán)境污染、環(huán)境失效 以上各方面要求在設(shè)備設(shè)計時應(yīng)綜合考慮、具體分析，采用工程觀點(diǎn)來解決主要矛盾。五、過程設(shè)備設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟需求分析和目標(biāo)界定總體結(jié)構(gòu)分析零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計實施設(shè)計步驟：工藝條件結(jié)構(gòu)分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范應(yīng)力分析及強(qiáng)度計算繪圖、提出技術(shù)要求第1章 壓力容器導(dǎo)言§1-1 壓力容器總體結(jié)構(gòu)主要教學(xué)內(nèi)容1、壓力容器基本組成2、壓力容器零部件的焊接教學(xué)目的和要求了解壓力容器基本組成和主要零部件教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)壓力容器基本組成一、壓力容器總體結(jié)構(gòu)圖1-1壓力容器由許多基本部件組成，如筒體、封頭、接管、法蘭、支座等，在外載荷作用下，各部件中會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，容器設(shè)計時應(yīng)

9、考慮各零部件的結(jié)構(gòu)、材料及應(yīng)力分布狀況，進(jìn)行應(yīng)力分析和計算，并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。（1） 筒體（2） 封頭（3） 密封裝置（4） 開孔與接管（5） 支座（6） 安全附件二、壓力容器零部件之間的焊接1、焊接結(jié)構(gòu)2、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容§1-2 壓力容器分類主要教學(xué)內(nèi)容1、介質(zhì)的危害性2、壓力容器分類教學(xué)目的和要求1、了解介質(zhì)的毒性和易燃性2、掌握壓力容器的分類方法教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)壓力容器的分類方法一、介質(zhì)危害性1、毒性：極度危害（級）最高容許質(zhì)量濃度0.1mg/m3高度危害（級）最高容許質(zhì)量濃度0.11.0mg/m3中度危害（級）最高容許質(zhì)量濃度1.010mg/m3輕度危害（級）最高容許質(zhì)

10、量濃度10mg/m3* Q235-A或Q235-B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害的壓力容器2、易燃性爆炸濃度極限-可燃?xì)怏w或蒸汽與空氣混合物遇到明火能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍。易燃介質(zhì)-爆炸上限和下限的差值大于等于20%的介質(zhì)。* Q235-AF不得用于制造易燃介質(zhì)容器 Q235-A不得用于制造液化石油氣容器二、壓力容器分類壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程a、按壓力等級分類低壓(代號L)容器 0.1MPap<1.6MPa；中壓(代號M)容器 1.6MPap<l0.0MPa；高壓(代號H)容器 10MPap<100MPa；超高壓(代號U)容器 p100MPa。b、按承壓方式分類內(nèi)

11、壓容器-容器內(nèi)部壓力大于外部壓力，主要進(jìn)行強(qiáng)度計算。 外壓容器-容器外部壓力大于內(nèi)部壓力，主要進(jìn)行穩(wěn)定性計算，如減壓塔和真空容器，對于帶有夾套的容器，當(dāng)夾套內(nèi)介質(zhì)壓力大于容器內(nèi)壓時，容器也是外壓容器。c、按作用原理 換熱容器（E）-主要用于實現(xiàn)介質(zhì)的熱量交換，如熱交換器、冷卻器、廢熱鍋爐等。反應(yīng)容器（R）-主要用于完成介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，如各種反應(yīng)釜。分離容器（S）-主要用于對混合物料進(jìn)行分離，如分餾塔、吸收塔等。貯運(yùn)容器（C）-主要用于盛裝物料，如貯罐、槽車等。其中球罐（B） * 在一種壓力容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應(yīng)按工藝過程中的主要作用來劃分品種。d、按安裝方式分類固定式容

12、器-由相對固定的安裝、工作地點(diǎn)，工藝條件和操作人員也較為固定，如塔、反應(yīng)器、儲罐等。移動式容器-需經(jīng)常搬運(yùn)的容器，承受介質(zhì)壓力外還要承受介質(zhì)沖擊力、外部撞擊及振動載荷，在結(jié)構(gòu)、使用、安全上有特殊要求。e、按容器形狀分類 方形或矩形容器-由平板焊制而成，制造簡單，承壓能力差，用于小型常壓貯罐。球形容器-由數(shù)塊球瓣拼焊而成，承壓能力好，內(nèi)件安裝不便，制造困難，常用作大型貯罐。圓筒形容器-由圓柱形筒體和各種形狀的成型封頭組成，筒體制造簡單，內(nèi)件安裝方便，承壓能力較好，應(yīng)用最普遍。f、按安全技術(shù)管理分類（按綜合因素，即壓力高低、生產(chǎn)過程重要性、介質(zhì)危險程度等）一類容器二類容器 三類容器§1-

13、3 壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范主要教學(xué)內(nèi)容1、壓力容器的質(zhì)量保證2、壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范教學(xué)目的和要求1、了解壓力容器的質(zhì)量保證體系的內(nèi)容2、了解常用壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)常用壓力容器標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范一、壓力容器的質(zhì)量保證（介紹）（1）定義壓力容器的質(zhì)量保證可以理解為廣義的、更嚴(yán)格的安全性，是為使容器在整個使用過程中能夠安全運(yùn)行，不發(fā)生事故，而采取的有計劃的、系統(tǒng)的措施，是一種系統(tǒng)工程。（2）質(zhì)量保證安全性（3）容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范必須依據(jù)質(zhì)量保證系統(tǒng)的要求來制定（4）質(zhì)量監(jiān)督是達(dá)到質(zhì)量保證的手段壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程（5）質(zhì)量保證的內(nèi)容設(shè)計 工藝條件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范應(yīng)力分析及強(qiáng)度計算繪圖、提出技術(shù)要

14、求設(shè)計環(huán)節(jié)的步驟：外載荷應(yīng)力分析強(qiáng)度計算零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)設(shè)計繪圖材料·壓力容器廣泛使用金屬材料，如碳鋼、合金鋼、有色金屬等。·金屬材料工藝學(xué)·由于壓力容器在加工、使用過程中都有嚴(yán)格要求，所以選用的材料原則上應(yīng)符合壓力容器用鋼的標(biāo)準(zhǔn)。常用標(biāo)準(zhǔn)：GB6654-86壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板R -容器用鋼，如16MnR、15 MnVR、20R等·壓力容器用鋼的基本要求a、化學(xué)成分-C、S、P、Mn、Si等b、力學(xué)性能強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度極限、屈服極限）塑性（延伸率、斷面收縮率）韌性（沖擊韌性：夏比V形缺口沖擊試驗、沖擊功AKV；斷裂韌性：極限應(yīng)力強(qiáng)度因子、裂紋尖端張開位移）硬度（HB、HRC）疲勞特性（疲勞壽命）c、加工工藝性-可焊性、可鍛性、鑄造性、切削加工性能等。d、熱處理性能-正火、回火、退火、淬火等，“調(diào)質(zhì)處理”·壓力容器用鋼的基本類型我國壓力容器用鋼三大基本類型：低合金鋼-是壓力容器的主要結(jié)構(gòu)材料S350MPa級的16MnRS400MPa級的15MnVRS450MPa級的15MnVNRS500MPa級的18MnMoNbR·壓力容器