AutoCAD繪制化工工藝圖紙第4章-化工容器繪制-課件

1、第4章 化工容器繪制 本章導(dǎo)引 化工容器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 化工容器繪制 本章導(dǎo)引 本章介紹的是一種較為狹義的化工容器，該容器主要是作為原料、中間產(chǎn)物、產(chǎn)品的儲(chǔ)存的容器，如大型煉油廠的原油儲(chǔ)罐、油制氣廠的球形儲(chǔ)氣罐等，一般無化學(xué)反應(yīng)。12345圖4-1 容器結(jié)構(gòu)示意1封頭；2接管；3筒體；4人孔；5支座主目錄化工容器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 主目錄化工容器的分類 化工容器的分類方法很多，目前沒有形成統(tǒng)一的硬性規(guī)定，通常可按容器的作用原理、形狀、容器厚度、承壓性質(zhì)、工作溫度、放置形式、制造材料及容器的技術(shù)管理規(guī)范等進(jìn)行分類。 按容器的作用原理分類 按容器的作用原理可分為換熱容器、反應(yīng)容器、分離容器、儲(chǔ)存容器等。 按容

2、器形狀分類 按容器形狀分主要有球形容器、圓筒形容器、方形和矩形容器。 球形容器由數(shù)塊弓形板拼焊而成，承壓能力好，但由于安裝內(nèi)件不便和制造較難，一般多用作儲(chǔ)罐，如大型的儲(chǔ)氣罐。 圓筒形容器由圓柱形筒體和封頭（橢球形、半球形、碟形、圓錐形、平板形）所組成。圓柱形筒體作為容器主體，其制造容易，安裝內(nèi)件方便，而且承壓能力較好，是化工企業(yè)中應(yīng)用最廣的一類容器。 方形和矩形容器由平板焊成，其制造過程簡單，技術(shù)要求低，但承壓能力差，一般只用作常壓或低壓小型儲(chǔ)槽。 按容器厚度分類 壓力容器按厚度可以分為薄壁容器和厚壁容器。通常，厚度與其最大截面圓內(nèi)徑的比值K（ ）0.1的容器稱為薄壁容器，K0.1的稱為厚壁容

3、器。本節(jié)目錄化工容器的分類 按容器承壓性質(zhì)和能力分類 按承壓性質(zhì)可將容器分為常壓容器與受壓容器兩類。受壓容器又可以分為內(nèi)壓容器和外壓容器兩類。當(dāng)容器內(nèi)部介質(zhì)壓力大于外部壓力時(shí)，稱為內(nèi)壓容器；當(dāng)容器內(nèi)部壓力小于外部壓力時(shí)，稱為外壓容器，其中，內(nèi)部壓力小于一個(gè)絕對(duì)大氣壓（0.1MPa）的外壓容器，又叫真空容器。 內(nèi)壓容器按其所能承受的工作壓力，又可分為低壓、中壓、高壓和超高壓容器等4類，其受壓情況如下： 低壓：0.1MPap1.6MPa 中壓：1.6MPap10.0MPa 高壓：10.0MPap100MPa 超高壓：100MPap 按容器的壁溫分類 可分為低溫容器、常溫容器、中溫容器和高溫容器。

4、低溫容器 指壁溫低于-20條件下工作的容器。其中在-40-20條件下工作的容器為淺冷容器；在低于-40條件下工作的容器為深冷容器。 常溫容器 指壁溫在-20200條件下工作的容器。 中溫容器 指壁溫在常溫和高溫之間的容器。 高溫容器 指壁溫達(dá)到材料蠕變溫度下工作的容器。對(duì)碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420，其他合金鋼超過450，奧氏體不繡鋼超過500，均屬高溫容器?；と萜鞯姆诸?按容器的放置形式分類 容器按放置形式可分為臥式容器和立式容器。 按制造材料分類 按制造材料來分，容器可分為金屬制容器和非金屬制容器兩類。 金屬制容器中，目前應(yīng)用最多的是低碳鋼和普通低合金鋼制的容器。在腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品

5、純度要求高的場合，可使用不銹鋼、不銹復(fù)合鋼板或鋁、銀、鈦等制的容器。在深冷操作中，可用銅或銅合金。而承壓不大的塔節(jié)或容器可用鑄鐵。 非金屬材料常用的有硬聚乙烯、玻璃鋼不透性石墨、化工搪瓷、化工陶瓷、磚、板、花崗巖、橡膠襯里等，它們既可用作容器的襯里，又可作獨(dú)立的構(gòu)件。 化工容器的分類 按管理分類 國家勞動(dòng)部門為了加強(qiáng)壓力容器的安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器的壓力高低、介質(zhì)的危害程度以及在生產(chǎn)過程中的重要作用，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程將壓力容器（不包括核能容器、船舶上的專用容器和直接火焰加熱的容器）分為3類。 低壓容器為第一類壓力容器、規(guī)定的除外。 下列情況之一的，為第二類壓力容器規(guī)定的除外：

6、 a. 中壓容器； b. 低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）； c. 低壓反應(yīng)容器和低壓儲(chǔ)存容器（僅限易燃介質(zhì)或毒性程度為中度危害介質(zhì)）； d. 低壓管殼式余熱鍋爐； e. 低壓搪玻璃壓力容器。 下列情況之一的，為第三類壓力容器： a.高壓容器； b.中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）； c.中壓存儲(chǔ)容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì),且pV10MPam）； d.中壓反應(yīng)容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質(zhì),且pV0.5MPam）； e.低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且pV0.2MPam）； f.高壓、中壓管殼式余熱鍋爐； g.中壓搪玻璃壓力容器，使用強(qiáng)

7、度級(jí)別較高（指相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限 540MPa）的材料制造的壓力容器； h. 移動(dòng)式壓力容器，包括鐵路罐車（介質(zhì)為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車液化氣體運(yùn)輸（半掛）車、低溫液體運(yùn)輸（半掛）車、永久氣體運(yùn)輸（半掛）車和罐式集裝箱（介質(zhì)為液化氣體、體溫液體）等； i. 球形儲(chǔ)罐（容積 ）； j. 低溫液體儲(chǔ)存容器（容積 ）。 化工容器的分類化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 工藝尺寸的計(jì)算 工藝尺寸主要是指為了滿足工藝的需要，容器應(yīng)該具有的一些基本尺寸。如容器的長度、直徑（指內(nèi)徑）、封頭的類型及其尺寸，接管的大小、人孔的大小等工藝需求的尺寸。 容器的體積尺寸 一般在設(shè)計(jì)容器前，就已經(jīng)知道該容器能夠裝

8、下的物料的體積（如果已知的是質(zhì)量，也可通過密度換算得到體積）V工藝，由此體積，再結(jié)合具體的容器結(jié)構(gòu)就可以算出具體的尺寸。對(duì)于用于物料停留的中間儲(chǔ)罐的容積V工藝，可按下式計(jì)算： 式中 G物料流量，m3/s； 物料在容器中的停留時(shí)間，s。 液體在容器內(nèi)的停留時(shí)間可以用公式計(jì)算，也可以用實(shí)際測定得到的數(shù)據(jù)，表4-1 提供了一般情況下容器內(nèi)液體平均停留時(shí)間的參考值。 本節(jié)目錄化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算儲(chǔ)罐名稱停留時(shí)間或周轉(zhuǎn)時(shí)間原料罐及成品罐根據(jù)具體情況而定，一般為20天接受罐20min中間儲(chǔ)罐或緩沖罐20min氣-液分離器35min回流罐510min液-液分離罐（已分層）20min表4-1 液體在容器中的

9、平均停留時(shí)間參考值 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 球形容器的直徑 球形容器雖然制造并不容易，單計(jì)算其大小是簡單的一種，考慮到容器不能全部充滿整個(gè)球形空間（氣體除外），一般有一個(gè)充裝系數(shù) ，充裝系數(shù)一般取0.850.95，則有下式： （4-2）則球形容器的直徑Di可由下式得到： （4-3）化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 上下均采用平板封頭的圓柱形容器 假設(shè)容器的長徑比為，一般盡可能按經(jīng)濟(jì)原則考慮長徑比，可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇，常用的數(shù)據(jù)為24，則 （4-4）則圓柱形容器的尺寸如下：化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 上下均采用標(biāo)準(zhǔn)形橢圓封頭的圓柱形容器 假設(shè)容器的長徑比 ，則 （此h已包括了封頭的直邊高度），封頭的長軸和筒體的

10、直徑相同，封頭的短軸為長軸的一半，則整個(gè)容器的計(jì)算體積為： （4-6）則標(biāo)準(zhǔn)形橢圓封頭的圓柱形容器的尺寸如下： （4-7） 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 上下均采用半球形封頭的圓柱形容器 假設(shè)容器的長徑比 ， 則 （此h不包括封頭的高度），球形封頭的直徑長和筒體的直徑相同，高度為筒體直徑的一半，則整個(gè)容器的計(jì)算體積為： （4-8）則球形封頭的圓柱形容器的尺寸如下： （4-9） 根據(jù)容器的工藝體積計(jì)算得到的容器的直徑、高度等尺寸，在實(shí)際選用時(shí)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整，至于其它形狀的容器直徑、高度等尺寸的計(jì)算，讀者只要按照前面介紹的方法就可以自己推導(dǎo)得到所需尺寸，在此不再介紹?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算接管大小的計(jì)

11、算及位置的確定 容器中有許多接管，接管的直徑和長度均要進(jìn)行合理的選取或計(jì)算，對(duì)于接管的長度，如果是法蘭連接的，一般需要100150mm以上的長度，以便與法蘭上螺栓的安裝連接；如果采用螺紋連接，則其長度可以稍短一些。對(duì)于接管的直徑的大小，我們可以通過選擇一個(gè)適宜的流速，然后通過工藝處理量算出其直徑，并將其圓整后查取標(biāo)準(zhǔn)得到最后的接管直徑。一般管內(nèi)為液體的適宜流速應(yīng)小于3m/s，氣體的適宜流速應(yīng)小于100m/s，常見的流體在不同情況下的適宜流速見表4-2。對(duì)于接管上的法蘭，我們應(yīng)選用和接管配套的標(biāo)準(zhǔn)法蘭，根據(jù)手冊查得的數(shù)據(jù)即可作為我們制圖時(shí)的依據(jù)。確定了接管的大小及配套法蘭以后，還需確定接管的安裝

12、位置。安裝位置的確定應(yīng)根據(jù)物料進(jìn)出的方便、設(shè)備安裝的方便、物料最后排空的方便等諸多因素確定。比如物料的進(jìn)料管一般在容器的上方，而出料管在容器的下方，最后的排空管應(yīng)在容器的最底部。下面通過兩個(gè)具體的例子來說明接管大小的確定?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算 選定管子的適宜流速u（m/s）以后，根據(jù)管子的工藝處理量就可以按下式求出管子的直徑： （4-10）其中Q為管子的工藝處理量，單位為m3/s。 現(xiàn)有某輸送氣體的管道，工藝處理量為100m3/s，選擇適宜的流速為50m/s，則利用式（4-10）計(jì)算可知其管子內(nèi)直徑為 （4-11） 經(jīng)過圓整，可取管子的內(nèi)直徑為500mm。化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 另一個(gè)是輸送

13、液體的管子，已知其處理量為0.001m3/s，適宜的管內(nèi)流速為2m/s，則利用式（4-10）計(jì)算可知其管子內(nèi)直徑為 （4-12）經(jīng)過圓整，可取管子的內(nèi)直徑為25mm?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算人孔大小及位置的確定 人孔應(yīng)根據(jù)具體設(shè)備的需要，開設(shè)人孔，人孔應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，人孔位置的確定應(yīng)在服從設(shè)備強(qiáng)度要求的前提下，以便于安裝和人員進(jìn)出容器為準(zhǔn)。介 質(zhì)條 件適宜流速，m/s過熱蒸汽DN200204030504060飽和蒸汽DN200153025353040低壓蒸汽1106PaDN100DN=125300DN=350600DN=7001200244668812化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算氣體鼓風(fēng)機(jī)吸入管鼓風(fēng)

14、機(jī)排出管壓縮機(jī)吸入管壓縮機(jī)排出管：p1106Pa1107Pa往復(fù)式真空泵吸入管往復(fù)式真空泵排出管101515201020810102013162530水及黏度相似液體p=0.10.3MPap1MPa有壓回水無壓回水往復(fù)泵吸入管往復(fù)泵排出管離心泵吸入管離心泵排出管0.520.530.520.51.20.51.5121.021.53油及黏度相似液體黏度0.05Pas:DN=25DN=50DN=100黏度0.1Pas:DN=25DN=50DN=100DN=200黏度1Pas:DN=25DN=50DN=100DN=2000.50.90.71.01.01.60.30.60.50.70.71.02.01.

15、60.10.20.160.250.250.350.350.55表4-2 流體在不同管道內(nèi)的適宜流速化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算有關(guān)強(qiáng)度尺寸的計(jì)算 前面已經(jīng)介紹了容器的一些工藝尺寸的計(jì)算。容器的工藝尺寸確定了容器的大小，滿足了儲(chǔ)量的要求及充裝物料的要求，而容器的一些強(qiáng)度尺寸，主要是容器的安全性來考慮的有關(guān)尺寸，我們主要介紹容器筒體厚度及封頭厚度的求取方法。化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算內(nèi)壓容器 容器在各種因素如容器中物料產(chǎn)生的靜壓、物料表面的氣壓（指儲(chǔ)存液體的容器）、物料氣體的壓力、溫差引起的應(yīng)力等混合作用下，在不同的方向，產(chǎn)生不同的應(yīng)力，對(duì)于內(nèi)壓薄壁容器的回轉(zhuǎn)殼體一般產(chǎn)生3個(gè)主要應(yīng)力，通常第一主應(yīng)力（最大）

16、為周向應(yīng)力 ，第二主應(yīng)力為徑向應(yīng)力 ，第三個(gè)主應(yīng)力是周向應(yīng)力 ，由于 與 和 相比可忽略不計(jì)，按 計(jì)。按照材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論，在容器常規(guī)設(shè)計(jì)中常采用第一強(qiáng)度理論，即：（4-13） 式中 是容器壁中三個(gè)主應(yīng)力中最大一個(gè)主應(yīng)力，是材料的抗拉、抗屈服、抗蠕變極限規(guī)定許用應(yīng)力中最小的一種，一般情況下，我們查表得到的材料許用應(yīng)力，就是三種許用應(yīng)力中最小的一種，可直接拿來供設(shè)計(jì)計(jì)算使用。因此可以這樣說，在對(duì)內(nèi)壓容器殼體各元件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，容器可能產(chǎn)生的應(yīng)力選取最大的一種，容器材料的許用應(yīng)力采用最小的一種，這樣即使發(fā)生極端的情況，仍能在理論上保證容器設(shè)計(jì)的安全，這一點(diǎn)非常重要。容器強(qiáng)度的設(shè)計(jì)主要就是確定

17、 ，并將其控制在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，進(jìn)而求得容器的厚度。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算圓筒壁厚的確定 圓筒承受均勻內(nèi)壓作用時(shí)，其器壁中產(chǎn)生如下薄膜應(yīng)力（設(shè)圓筒的平均直徑為D，壁厚為t）： 而 ，顯然， ，故按照第一強(qiáng)度理論可得：（4-14）因工藝設(shè)計(jì)中一般給出內(nèi)直徑 ，將此代入式（4-14）得： （4-15）實(shí)際圓筒由鋼板卷焊而成，焊縫區(qū)金屬強(qiáng)度一般低于母材，所以上式中 應(yīng)乘以系數(shù) （具體數(shù)值見表4-3），即整理后得：（4-16）此式中的t定義為計(jì)算厚度，mm。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 式（4-16）中的焊縫系數(shù)可根據(jù)不同的焊接形式及探傷情況取不同的值，具體取值情況見下表： 焊接形式探傷情況焊縫系數(shù)雙面

18、焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接焊100%無損探傷1.00局部無損探傷0.85單面焊的對(duì)接焊，沿焊縫根部全長具有緊貼基本金屬的墊板100%無損探傷0.90局部無損探傷0.80單面焊環(huán)向?qū)雍缚p，無墊板無法進(jìn)行探傷0.6化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 其次，考慮容器內(nèi)部介質(zhì)或周圍大氣腐蝕，設(shè)計(jì)厚度應(yīng)比計(jì)算厚度t增加一腐蝕裕度C。于是有： (4-17)式中 p設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，MPa； 圓筒內(nèi)直徑，mm； 設(shè)計(jì)厚度，mm； 焊縫系數(shù)， ； 腐蝕裕度，mm； 設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。 C2由介質(zhì)的腐蝕性和容器的使用壽命確定：對(duì)于碳素鋼和合金鋼，腐蝕裕量一般大于1mm；對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極小時(shí)，腐蝕裕

19、量可取零?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算 設(shè)計(jì)厚度 是為了與僅按強(qiáng)度計(jì)算得到的計(jì)算厚度t相區(qū)別而定義的。由于供貨鋼板有可能出現(xiàn)負(fù)偏差，實(shí)際采用鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度是圓整值，故又定義 為名義厚度，它是設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度負(fù)偏差，并向上圓整到鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，名義厚度就是圖樣上標(biāo)明的厚度。而有效厚度te是名義厚度減去厚度附加量，常常作為強(qiáng)度校核時(shí)筒體的實(shí)際厚度承壓厚度。四者的關(guān)系為：（4-18）（4-19）（4-20）式（4-18）中 是鋼板厚度負(fù)偏差，一般鋼板的負(fù)偏差見表4-4和表4-5，表中單位均為mm，厚度超過60mm的鋼板其負(fù)偏差取1.5mm。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算名義厚度22.22.52.83

20、.03.23.53.84.04.55.5負(fù)偏差0.180.190.200.220.250.300.5名義厚度6782526303234364042505260負(fù)偏差0.60.80.91.01.11.21.3復(fù)合板總厚度478101115162526303160總厚度負(fù)偏差9%8%7%6%5%復(fù)層厚度1.01.51.52.01.01.5344556復(fù)層負(fù)偏差10%化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 需要注意的是：當(dāng)筒體的環(huán)向焊縫系數(shù)與縱向焊縫系數(shù)之比小于0.5時(shí)，徑向應(yīng)力成為主要控制應(yīng)力，這時(shí)筒體壁厚的計(jì)算公式如下：（4-21）其中 為環(huán)向焊縫系數(shù)，其它符號(hào)及單位和前面相同。 有了計(jì)算厚度以后，其它的各種厚

21、度計(jì)算方法和前面相同。根據(jù)前面的介紹，我們就可以根據(jù)工藝計(jì)算得到的容器中的壓力、溫度、介質(zhì)性質(zhì)及容器的內(nèi)直徑，確定容器的厚度。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 設(shè)計(jì)容器筒體壁厚的主要步驟如下（該步驟同樣也適用于封頭厚度的計(jì)算或相關(guān)元器件厚度的計(jì)算）。 根據(jù)工藝設(shè)計(jì)中提供的容器介質(zhì)有關(guān)腐蝕性能的信息，確定選用的材料及腐蝕裕量。 根據(jù)選用的材料及工藝設(shè)計(jì)中提供的容器承受溫度信息，查表確定材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。 確定容器的焊接及探傷方式，查表確定容器的焊縫系數(shù)。 根據(jù)工藝設(shè)計(jì)中提供的容器承受壓力信息及厚度計(jì)算公式，確定容器的計(jì)算厚度。 根據(jù)計(jì)算厚度和腐蝕裕量，確定容器筒體的設(shè)計(jì)厚度。 根據(jù)設(shè)計(jì)厚度確定

22、容器的名義厚度范圍，通過查表確定鋼板的負(fù)偏差 計(jì)算出設(shè)計(jì)厚度和負(fù)偏差之和，作為名義厚度最小值的參考，結(jié)合具體的鋼板厚度，通過圓整，最后得到筒體的名義厚度，也就是圖樣上標(biāo)注的厚度。 進(jìn)行有關(guān)校核工作，如容器的有效壁厚是否符合壁厚最小值的要求?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算 另一種情況是已經(jīng)知道圓筒尺寸D、使用材料及名義厚度t，需要對(duì)該圓筒壁厚是否在安全限度內(nèi)進(jìn)行判斷，該問題就是強(qiáng)度校核問題，其判斷準(zhǔn)則為：（4-22）式中 為校核溫度下圓筒器壁中的計(jì)算應(yīng)力；其余符號(hào)同前面公式中介紹的完全一致，但應(yīng)考慮校核的操作條件。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算封頭壁厚的確定 封頭是容器中除筒體之外的另一個(gè)重要組件，封頭的厚度

23、設(shè)計(jì)和筒體相仿，其大致步驟是根據(jù)一定的公式算出計(jì)算厚度，由計(jì)算厚度和腐蝕裕量計(jì)算出設(shè)計(jì)厚度，再由設(shè)計(jì)厚度選定材料負(fù)偏差的范圍，進(jìn)而算出名義厚度的初始值，經(jīng)過圓整得到最后封頭的名義厚度，各種封頭的計(jì)算厚度公式如下。 球形封頭： （4-26） 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭： （4-27） 球冠形封頭： （4-28）其中Q為和球冠結(jié)構(gòu)和受壓有關(guān)的系數(shù)，其值遠(yuǎn)大于1，可查有關(guān)表獲取?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算 碟形封頭： （4-29）其中M為形狀系數(shù)，可由下式確定： （4-30） 其中 為1或0.9，通常為0.9；r為碟形封頭的過渡圓半徑。 不帶折邊錐形封頭： （4-31）其中 為錐形封頭的半錐角。 帶折邊錐形封頭：

24、（4-32）其中f0為和封頭的半錐角及過渡圓半徑和大端直徑有關(guān)的系數(shù)，具體可根據(jù)公式計(jì)算或查表，計(jì)算公式如下： （4-33） 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 平板封頭： （4-34）其中K為平板結(jié)構(gòu)系數(shù)，一般情況下小于0.5，大于0.16。 以上各個(gè)公式若進(jìn)行反推，均可得到校核應(yīng)力公式，如對(duì)球形封頭而言，校核應(yīng)力用下式計(jì)算：（4-35） 將式（4-34）與式（4-21）比較可知：當(dāng)壓力、直徑相同時(shí)，球殼的壁厚僅為圓筒之半，所以用球殼做容器能節(jié)省材料，且占地面積??；但球殼是非可展曲面，拼接工作量大，所以制造工藝比圓筒復(fù)雜得多，對(duì)焊接技術(shù)的要求也高，大型帶壓的液化氣或氧氣等儲(chǔ)罐常用球罐形式?；と萜麝P(guān)鍵尺

25、寸的計(jì)算外壓容器 外壓容器的厚度計(jì)算取決于容器失穩(wěn)。容器應(yīng)有足夠的厚度，保證其不會(huì)失穩(wěn)，在穩(wěn)定系數(shù)m取3時(shí)，對(duì)于圓筒形容器的許用外壓P的計(jì)算公式如下（省去復(fù)雜的推導(dǎo)過程，感興趣的讀者可參考書后所列文獻(xiàn)）。P = Bte/D0 （4-36）式中 te外壓容器筒體的有效厚度； D0外壓容器筒體的有效外直徑, 其中D0 = Di +2te ； B是和容器結(jié)構(gòu)形狀系數(shù)或稱容器幾何系數(shù)A及材料彈性模量E有關(guān)的數(shù)，其單位為MPa。根據(jù)不同失穩(wěn)狀態(tài)下，B可通過查表或計(jì)算可得，在純彈性狀態(tài)下，其計(jì)算公式如下： B = 2EA/3 （4-37）其中E 為材料的彈性模量，單位為MPa。在非彈性狀態(tài)下，B可通過查取

26、不同材料的B-A曲線圖獲得，化工容器中幾種常見材料的B-A曲線見圖 4-3圖4-6。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算圖4-3 外壓圓筒和球殼厚度計(jì)算圖（0Cr19Ni9鋼）化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算圖4-4 外壓圓筒和球殼厚度計(jì)算B-A曲線（適用16MnR及09Mn2VDR） 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算圖4-5 外壓圓筒和球殼厚度計(jì)算B-A曲線（適用00Cr19Ni11）化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算圖4-6 外壓圓筒和球殼厚度計(jì)算B-A曲線（適用00Cr19Ni11）化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 判斷材料是否在純彈性狀態(tài)下失穩(wěn)還是在非彈性下失穩(wěn)，要由A值的大小來判斷。A值是和容器形狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，和材料無關(guān)的一個(gè)系數(shù)，其決定

27、因素是D0/ te和L/te. 。已知D0/ te和L/te后，可通過查圖確定A的值，如圖4-7所示，該圖的數(shù)據(jù)適用于所有的材料。如所查數(shù)據(jù)在圖中兩條曲線之間，則可通過內(nèi)插決定A值，具體的查取及計(jì)算過程將在后面通過示意圖表示之。 系數(shù)A（圖中的D0/e就是教材中的D0/te） 圖4-7 外壓或軸向受壓圓筒結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算圖（適用所有材料） 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 需要注意的是，在計(jì)算A值時(shí)，需要用到容器的長度，該長度不是一般意義上的長度，需根據(jù)不同的狀況分別計(jì)算。圖4-2 外壓容器失穩(wěn)計(jì)算時(shí)結(jié)構(gòu)長度計(jì)算示意圖 補(bǔ)強(qiáng)圈 如圖4-2所示，可分為3種情況分別計(jì)算結(jié)構(gòu)長度。 補(bǔ)強(qiáng)圈和封頭之間長度 L=補(bǔ)強(qiáng)

28、圈中心線至筒體和封頭焊縫處長度+封頭直邊高度+封頭高度/3 補(bǔ)強(qiáng)圈和補(bǔ)強(qiáng)圈之間長度 L=一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)圈中心線至另一個(gè)補(bǔ)強(qiáng)圈中心線之間長度 整個(gè)容器無補(bǔ)強(qiáng)圈情況下長度 L=容器筒體長度+2封頭直邊高度+封頭高度/3 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 通過前面的分析，我們可以得到外壓容器筒體厚度設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟。 在工藝計(jì)算的基礎(chǔ)上完成筒體內(nèi)直徑Di、筒體本身長度LT、封頭直邊高度h0、封頭高度h及筒體結(jié)構(gòu)長度L的計(jì)算或確定。 假設(shè)容器的名義厚度tn，查表確定鋼板的負(fù)偏差C1及根據(jù)鋼板材料和容器中介質(zhì)的性質(zhì)確定腐蝕裕量C2，得到容器筒體的有效厚度te=tnC1C2，進(jìn)而得到容器的有效外直徑D0 = Di +2te

29、 計(jì)算出D0/ te和L/te.，查表確定A的值。再根據(jù)A的值，查對(duì)應(yīng)材料在設(shè)計(jì)溫度下的B-A曲線，確定B的值，并按下式計(jì)算出在假設(shè)名義厚度下的許用壓力P。 P = Bte / D0 比較前面計(jì)算所得許用壓力P和設(shè)計(jì)壓力的大小，若許用壓力大于或等于設(shè)計(jì)壓力，并且大得不是很多，則原來假設(shè)得名義厚度就可以作為新容器的名義厚度；如果計(jì)算所得的許用壓力小于設(shè)計(jì)壓力，則表明原來假設(shè)的名義厚度偏小，應(yīng)增加名義厚度，并重新設(shè)計(jì)計(jì)算，直到符合條件；如果計(jì)算所得的許用壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)壓力，則表明原來假設(shè)的名義厚度偏大，應(yīng)減小名義厚度，重新設(shè)計(jì)計(jì)算，直到符合條件?；と萜麝P(guān)鍵尺寸的計(jì)算 對(duì)于舊容器的校核，可根據(jù)實(shí)

30、測的容器厚度tc，算出容器的有效厚度te=tc-2n，其中n是設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命， 是筒體材料的年腐蝕速率。在此基礎(chǔ)上，可采用和新容器厚度設(shè)計(jì)相同的方法，計(jì)算出容器的許用壓力，再根據(jù)許用壓力和實(shí)際壓力的比較確定容器是否安全。 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 在前面的設(shè)計(jì)計(jì)算中，我們提到了容器結(jié)構(gòu)形狀系數(shù)A的確定和通過查B-A曲線確定B，下面通過示意圖來說明這兩種系數(shù)的確定方法。首先來說明A的查取或內(nèi)插計(jì)算方法。圖4-8 筒體幾何參數(shù)A查取示意圖 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 首先根據(jù)計(jì)算得到長徑比的值，假設(shè)為Y1，在縱坐標(biāo)上找到Y(jié)1的點(diǎn)，過此點(diǎn)向右作水平線和該容器徑厚比D0/te的數(shù)據(jù)相同的曲線相交，這里假設(shè)徑

31、厚比為D0/te1，交點(diǎn)為K，過該交點(diǎn)向下作垂直線，和水平坐標(biāo)相交，得到我們要查的幾何參數(shù)A3。而大多數(shù)情況下，計(jì)算所得的徑厚比D0/te數(shù)據(jù)在圖上沒有，而是落在兩條已知徑厚比曲線中間，這時(shí)就需要采用內(nèi)插的方法求取筒體幾何參數(shù)A。首先根據(jù)計(jì)算所得的長徑比的值，假設(shè)為Y，在縱坐標(biāo)上找到Y(jié)的點(diǎn)，過此點(diǎn)向右作水平線和該容器徑厚比D0/te的數(shù)據(jù)前后的兩條曲線相交，這里假設(shè)前后兩條曲線的徑厚比分別為D0/te1和D0/te2，交點(diǎn)分別為K1和K2，過兩交點(diǎn)向下作垂直線，和水平坐標(biāo)相交，得到A1和A2兩個(gè)數(shù)值，則我們需要的A可通過下式計(jì)算： A=A1+（A2-A1）（D0/teD0/te1）/（D0/t

32、e2D0/te1） （4-38）化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 有了A值之后，就利用對(duì)應(yīng)材料的B-A曲線圖去查取B的值。在B-A曲線圖上，橫坐標(biāo)為A的數(shù)值，縱坐標(biāo)為B的數(shù)值，上面有多條曲線，見圖4-9，每條曲線代表不同的溫度。每一條曲線由兩部分組成，前面部分是一條直線，表明B和A的關(guān)系是線性關(guān)系，屬于純彈性失穩(wěn)范圍，此時(shí)B的值可利用圖上表明彈性模量E的值，利用前面的公式直接計(jì)算得到。當(dāng)然也可以查圖得到，但計(jì)算所得的值比查圖所得的值更精確。如果是曲線的后半部分，從圖上看，可以發(fā)現(xiàn)和前半部分有一個(gè)明顯得轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)，B值只能根據(jù)查圖得到。因?yàn)榇藭r(shí)，材料處在非彈性失穩(wěn)狀態(tài)。和計(jì)算A值同樣的道理，如果我們的設(shè)

33、計(jì)溫度或校核溫度所對(duì)應(yīng)的曲線沒有，則必須采用內(nèi)插法求取，具體方法和求取A值相仿，不再重復(fù)。 圖 4-9 B-A曲線查取示意圖 化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 例 今欲制造一真空分餾塔，真空度為0.098MPa，工作溫度為300，塔身長度為6000mm（已包括兩端橢圓形封頭的直邊長度），封頭高度為500mm，容器內(nèi)直徑為2000mm，今倉庫中只有厚度為12mm的16MnR鋼板，問該鋼板能否用來制造該容器？如果不行，則建議采用多厚的16MnR鋼板來制造該容器？ 解 根據(jù)前面的公式可知塔的結(jié)構(gòu)長度LL=6000+2500/3=6333mm 鋼板厚12mm，查表4-4可知其負(fù)偏差為0.8mm，鋼板腐蝕裕量取1

34、mm，則鋼板的有效厚度為10.2mm，則其結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算如下： 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，查圖4-7可得A=0.00014，利用A值查圖4-4，可知現(xiàn)在的A值落在對(duì)應(yīng)300的B-A曲線的左邊，即直線段部分，其B值可直接用公式計(jì)算，此時(shí)的材料彈性模量為1.76105 MPa，故該厚度的塔的許用外壓為：化工容器關(guān)鍵尺寸的計(jì)算 由于許用外壓小于塔的真空度，故不能用12mm的16MnR鋼板。那么，用多厚的鋼板才能勝任該任務(wù)呢？由于用現(xiàn)在鋼板的厚度做的塔其許用外壓已比較接近設(shè)計(jì)要求，故我們可將鋼板的厚度略微增大一點(diǎn)，進(jìn)行重新計(jì)算。 假設(shè)取鋼板的名義厚度為14mm，其腐蝕裕量為1mm，查表4-4，其負(fù)偏差仍為0.8m

35、m，鋼板腐蝕裕量取1mm，則鋼板的有效厚度為12.2mm，其結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算如下： 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)，查圖4-7可得A=0.00017，利用A值查圖4-4，可知現(xiàn)在的A值仍落在對(duì)應(yīng)300的B-A曲線的左邊，即直線段部分，B值可直接用公式計(jì)算，故許用外壓為： 由于此時(shí)的許用外壓已對(duì)于塔的真空度，故可通過向外采購名義厚度為14mm的16MnR鋼板來制造該真空分餾塔。 化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 GB15089鋼制壓力容器 GB15089鋼制壓力容器是我國第一部壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收做出了一系列的規(guī)定。 該標(biāo)準(zhǔn)共10章正文和11個(gè)附錄，其中8個(gè)附錄為補(bǔ)充文件，3個(gè)附錄為參考件

36、，正文和補(bǔ)充文件是必須遵守的規(guī)定，參考件則為推薦性的。該標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計(jì)壓力不大于35MPa的鋼制壓力容器，設(shè)計(jì)溫度范圍根據(jù)鋼材允許的使用范圍規(guī)定。 該標(biāo)準(zhǔn)不適用于直接火焰加熱的容器；受輻射作用的容器；經(jīng)常搬運(yùn)的容器；與旋轉(zhuǎn)或往復(fù)機(jī)械設(shè)備連在一起成體系的或作為組成部件的壓力容器；設(shè)計(jì)壓力低于0.1MPa的容器；真空度低于0.02MPa的容器；要求作疲勞試驗(yàn)分析的容器；已有其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管轄的壓力容器。 對(duì)于諸如制冷、制糖、造紙、飲料等行業(yè)中的某些專用壓力容器可根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)允許相對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)另訂技術(shù)要求。 該標(biāo)準(zhǔn)不包括任意結(jié)構(gòu)的容器或元件，尤其是允許用常規(guī)方法確定結(jié)構(gòu)尺寸的受壓元件，經(jīng)全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化

37、技術(shù)委員會(huì)評(píng)定認(rèn)可后，允許用以下方法設(shè)計(jì)： 以應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)（包括有限元分析）； 驗(yàn)證性試驗(yàn)分析（如壓力測定，驗(yàn)證性水壓試驗(yàn)）； 用可比的投入使用的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 本節(jié)目錄國內(nèi)壓力容器規(guī)范化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 勞動(dòng)部壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 1990年，國家勞動(dòng)部頒發(fā)了壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程，并于1991年1月1日起正式試行。該規(guī)程規(guī)定了壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察的基本要求。 該規(guī)程適用于同時(shí)具備下列條件的壓力容器：最高工作壓力大于等于0.1MPa（不含液體靜壓力）；內(nèi)直徑（非圓形截面，指截面最大尺寸）大于等于0.15m，且容積大于等于0.025m；介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工

38、作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體。具備上述條件的壓力容器所用的安全附件亦屬本規(guī)程管轄范圍。 該規(guī)程不適用于下列壓力容器：核能裝置中的壓力容器、消防用的壓力容器、科學(xué)研究試驗(yàn)用的壓力容器、醫(yī)療用載人的壓力容器、真空下工作的壓力容器（不含夾套壓力容器）；各類氣體槽（罐）車和氣瓶；非金屬材料制壓力容器；無殼體的套管換熱器、冷卻排管等；煙道式余熱鍋爐和砌（裝）在設(shè)備內(nèi)的管式水冷卻件；正常運(yùn)行的最高工作壓力小于0.1MPa，但在使用中斷時(shí)（如進(jìn)、出物料時(shí)）承受的壓力容器（如常壓發(fā)酵管，硫酸、硝酸、鹽酸儲(chǔ)罐等）；機(jī)器上非獨(dú)立的承壓部件（如壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、泵、柴油機(jī)的承壓殼或汽缸，但不含造紙、紡織機(jī)械的烘缸、壓縮機(jī)

39、的輔助壓力容器和移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)儲(chǔ)罐等）；電力行業(yè)專用的封閉式電氣設(shè)備的電容壓力容器（封閉容器）；超高壓容器。 該規(guī)程所指的最高工作壓力是：對(duì)于承受內(nèi)壓的壓力容器，是指壓力容器在正常使用過程中，頂部可能出現(xiàn)的最高壓力；對(duì)于承受外壓的壓力容器，是指壓力容器在正常使用過程中，夾套頂部可能出現(xiàn)的最高壓力。 國內(nèi)壓力容器規(guī)范化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 美國ASME規(guī)范 美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）所規(guī)定的鍋爐及壓力容器規(guī)范是當(dāng)今世界上最有權(quán)威的鍋爐及壓力容器規(guī)范，為眾多國家所參照和仿效?，F(xiàn)介紹其主要特點(diǎn)： 它是一個(gè)完整的、封閉型的標(biāo)準(zhǔn)體系。所謂封閉型的標(biāo)準(zhǔn)體系的含義即基本上不必借助于其他標(biāo)準(zhǔn)，依靠本身

40、即可完成壓力容器的選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、安裝及運(yùn)行等全部工作環(huán)節(jié)。目前ASME規(guī)范共有11卷、23冊。其中和壓力容器密切相關(guān)的有： 第卷 材料 A篇 鋼鐵材料技術(shù)條件 B篇 有色金屬材料技術(shù)條件 C篇 焊條、焊絲及填充金屬技術(shù)條件 D篇 性能 第卷 無損檢驗(yàn) 第卷 壓力容器第一冊 壓力容器第二冊另一規(guī)程 第卷 焊接和釬焊評(píng)定 第卷 玻璃纖維增強(qiáng)塑料壓力容器 第卷 核動(dòng)力裝置設(shè)備在役檢查規(guī)程 國外壓力容器規(guī)范化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 ASME規(guī)范第卷第一冊和第二冊是各自獨(dú)立的、平行不悖的壓力容器規(guī)范。前者屬于按規(guī)則設(shè)計(jì)的規(guī)范，后者屬于按應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的規(guī)范。 按規(guī)則設(shè)計(jì)的方法經(jīng)過長期的實(shí)踐

41、考驗(yàn)，方便可靠。規(guī)范中對(duì)壓力容器的選材、結(jié)構(gòu)作出了一系列的規(guī)定，對(duì)制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)都規(guī)定了嚴(yán)格的檢驗(yàn)制度并按照允許的尺寸和形狀偏差驗(yàn)收，并采用規(guī)定的、合宜的安全系數(shù)。 按應(yīng)力分析設(shè)計(jì)的方法需要比較詳細(xì)地計(jì)算應(yīng)力，并對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類；對(duì)材料、結(jié)構(gòu)、制造和檢驗(yàn)等方面提出較高的要求和較多的限制。因此采用比較低的安全系數(shù)而仍能保證容器有足夠的安全性，但這種設(shè)計(jì)方法工作量極大。 國外壓力容器規(guī)范化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 英國的BS 5500規(guī)范 英國的壓力容器規(guī)范BS 5500非直接火壓力容器規(guī)范由BS 1500一般用途的熔融焊壓力容器規(guī)范和BS 1515化工及石油工業(yè)中應(yīng)用的熔融焊壓力容器規(guī)范兩規(guī)范組

42、成。前者相當(dāng)于ASME第卷第一冊，后者近似于德國的AD規(guī)范。 日本JIS B 8243和8250規(guī)范 日本和美國一樣，也采用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的雙軌制，一部標(biāo)準(zhǔn)是參照ASME第卷第一冊的JIS B 8243壓力容器的構(gòu)造；另一部標(biāo)準(zhǔn)是參照ASME第卷第二冊的JIS B 8250壓力容器的構(gòu)造（另一構(gòu)造）。 德國的AD規(guī)范 德國的AD規(guī)范在技術(shù)上獨(dú)樹一幟，是一部在世界上，尤其是在歐洲大陸具有廣泛影響的規(guī)范。 AD規(guī)范和ASME規(guī)范相比具有如下特點(diǎn)：只對(duì)材料的屈服極限取安全系數(shù)，且數(shù)值較小，因此產(chǎn)品壁厚薄，質(zhì)量輕；允許采用高強(qiáng)度的鋼材；但制造要求沒有ASME的詳盡。 國外壓力容器規(guī)范化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

43、 設(shè)計(jì)溫度 是指容器處在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力的正常操作情況下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。分兩種情況，一種是高于0的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得低于金屬受壓元件的最高溫度；另一種情況是一種是低于0的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于金屬受壓元件的最低溫度。 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力是在設(shè)計(jì)溫度下用以確定容器壁厚的壓力，其值不得小于最大工作壓力，而最大工作壓力是指在正常工作情況下，容器頂部可能出現(xiàn)的最大壓力（如是外壓容器則是容器外部可能出現(xiàn)的最大壓力）。如果容器外面有夾套，則該容器有時(shí)是內(nèi)壓容器，有時(shí)是外壓容器，設(shè)計(jì)容器壁厚時(shí)，應(yīng)考慮極端情況，如考慮內(nèi)壓時(shí)，則認(rèn)為夾套為常壓，則容器內(nèi)本身可能出現(xiàn)的最大壓力，就是作為內(nèi)壓容器設(shè)

44、計(jì)的最大壓力；而考慮外壓時(shí)，則認(rèn)為容器內(nèi)為常壓（有時(shí)甚至認(rèn)為是真空，需根據(jù)具體的工藝情況決定），將夾套內(nèi)可能出現(xiàn)的最大壓力，作為容器最大外壓來設(shè)計(jì)。 當(dāng)容器上裝有安全閥時(shí)，容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于安全閥的開啟壓力。開啟壓力系指安全閥閥瓣在運(yùn)行條件下開始升起，介質(zhì)連續(xù)排出時(shí)的瞬時(shí)壓力。 一些具體的規(guī)定和要求化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 最小壁厚 當(dāng)容器壓力很小或處于常壓時(shí)，按壁厚計(jì)算公式得到的壁厚可能很小，不能滿足制造工藝的要求以及運(yùn)輸和安裝過程中的剛度要求，此時(shí)需根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定容器或封頭的最小厚度（該最小厚度不包括腐蝕裕量）。 對(duì)于碳鋼和低合金鋼容器，當(dāng)容器的內(nèi)徑小于等于3800mm時(shí)，其最

45、小容器壁厚 ，且不小于3mm；當(dāng)容器內(nèi)徑大于3800mm時(shí)，最小壁厚按運(yùn)輸、現(xiàn)場制造及安裝條件確定。對(duì)于不銹鋼容器，其最小壁厚為2mm。 對(duì)于各種封頭，為防止封頭在彈性范圍內(nèi)失去穩(wěn)定，一般對(duì)其最小厚度有一定要求。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭和 的碟形封頭，其最小厚度不應(yīng)小于封頭內(nèi)直徑的0.15%；對(duì)于其它橢圓形封頭和碟形封頭，其最小厚度不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%。 一些具體的規(guī)定和要求化工容器的一些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 壓力試驗(yàn) 壓力試驗(yàn)包括強(qiáng)度試驗(yàn)和致密性試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)是指超工作壓力下進(jìn)行液壓或氣壓試驗(yàn)，其目的是檢查容器在超過工作壓力下的宏觀強(qiáng)度；致密性試驗(yàn)是在進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)后，對(duì)于密封性要求高的容器進(jìn)行泄漏試驗(yàn)

46、。壓力試驗(yàn)有液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)兩種，液壓試驗(yàn)中常用的介質(zhì)是水；氣壓試驗(yàn)時(shí)常用的介質(zhì)潔凈的空氣、氮?dú)饧捌渌栊詺怏w。液壓試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)壓力為： 式中 對(duì)于不宜做液壓試驗(yàn)的容器，如有些容器應(yīng)工藝要求不允許有微量液體殘留，則采用氣壓試驗(yàn)，氣壓試驗(yàn)的壓力為： 公式中的符號(hào)含義和液壓試驗(yàn)相同，如采用p+0.1作為試驗(yàn)壓力必須增大容器厚度時(shí)，則允許降低試驗(yàn)壓力，但不能低于兩個(gè)公式中的第一項(xiàng)計(jì)算值；如果容器中各元件采用不同材料時(shí)，則應(yīng)取 中最小者。 一些具體的規(guī)定和要求化工容器關(guān)鍵尺寸實(shí)例計(jì)算 例 設(shè)計(jì)一能罐裝下2.4m3的液氨儲(chǔ)槽，設(shè)計(jì)壓力為2MPa，工作溫度為-322。 解： 工藝計(jì)算，確定容器外觀尺寸

47、 選擇該液氨儲(chǔ)槽為圓筒，兩頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，儲(chǔ)槽的長徑比取3，罐裝系數(shù)取0.92，則根據(jù)公式4-7有： 將筒體的內(nèi)直徑園整為1m，即1000mm，筒體長度為3000mm，橢圓形封頭的高度為250，直邊高度為25，并在容器上安裝兩個(gè)接管，分別為裝料管和泄料管，采用 的管子，管長為200mm。根據(jù)上面的工藝計(jì)算，該容器的理論計(jì)算體積為2.656m3。本節(jié)目錄化工容器關(guān)鍵尺寸實(shí)例計(jì)算 強(qiáng)度計(jì)算，確定筒體壁厚 根據(jù)液氨儲(chǔ)槽的工作壓力、工作溫度和介質(zhì)性質(zhì)，該設(shè)備為常溫中壓設(shè)備，純液氨腐蝕性很小，儲(chǔ)槽可選用一般鋼種，合適的材料有Q235-A、20g、20R、16MnR、15MnVR等?，F(xiàn)對(duì)Q235-A與

48、16MnR進(jìn)行比較和選擇。 方案一：選擇材料Q235-A 已知Q235-A鋼板在-322范圍內(nèi)的許用應(yīng)力為 =124MPa，焊縫采用V形坡口雙面焊接，采用局部無損探傷，可查得其焊縫系數(shù) =0.85，則計(jì)算厚度：腐蝕裕度按設(shè)備內(nèi)側(cè)單向腐蝕考慮，取C =1mm，則此筒體的設(shè)計(jì)壁厚為：而825mm之間鋼板的負(fù)偏差，可查得C =0.8mm，則容器壁厚為：根據(jù)鋼板厚度規(guī)格，圓整后取鋼板名義厚度為12mm。 常溫水壓試驗(yàn)，規(guī)定的試驗(yàn)壓力為：化工容器關(guān)鍵尺寸實(shí)例計(jì)算 方案二：選用材料16MnR 16MnR的許用應(yīng)力 =170MPa，焊縫同方案一，則 =0.85，計(jì)算厚度：腐蝕裕度按設(shè)備內(nèi)側(cè)單向腐蝕考慮，取C

49、 =1mm，則此筒體的設(shè)計(jì)壁厚為：而825mm之間鋼板負(fù)偏差，可查得C =0.8mm，則容器壁厚為：根據(jù)鋼板厚度規(guī)格，圓整后取鋼板名義厚度為10mm。 常溫水壓試驗(yàn)，規(guī)定的試驗(yàn)壓力為： 比較上述兩種方案的結(jié)果，16MnR的鋼板耗用量和制造費(fèi)用均較Q235-A來得少，故選用方案二?；と萜骼L制 主目錄圖4-10 某容器設(shè)備裝配圖（示范圖） 繪制前的一些準(zhǔn)備工作 現(xiàn)在我們要繪制的是以上體積為6.3m3儲(chǔ)槽（實(shí)際圖紙中明細(xì)欄內(nèi)容應(yīng)盡量添齊），其實(shí)在真正繪制的時(shí)候是沒有該圖紙的，但我們應(yīng)該已經(jīng)完成前面例4-3中的工作，已知料儲(chǔ)槽的直徑、壁厚、總長度以及一些接管和封頭等標(biāo)準(zhǔn)的選定，并在此基礎(chǔ)上畫出草圖。

50、同時(shí)對(duì)本儲(chǔ)槽的各個(gè)構(gòu)成元件的尺寸已有了清晰的了解，知道了各種尺寸及加工要求，對(duì)各個(gè)元件之間的相對(duì)位置已經(jīng)確定。其實(shí)在利用AutoCAD 2004繪制上面的容器儲(chǔ)槽前的一些準(zhǔn)備工作和手工繪制前的準(zhǔn)備工作是一樣，準(zhǔn)備工作做得越細(xì)致，在以后的繪制工作中就越順利，繪制速度也就越快，一般來說，在進(jìn)入AutoCAD 2004計(jì)算機(jī)繪制容器之前，應(yīng)先完成以下幾項(xiàng)工作： 完成工藝計(jì)算及強(qiáng)度計(jì)算，確定筒體和封頭的直徑、高度、厚度。本例中的具體數(shù)據(jù)請參看圖4-10，在此不再一一列出。 完成各種接管如進(jìn)料管、出料管、備用管、液位計(jì)接管、人孔等的計(jì)算或標(biāo)準(zhǔn)選定，并確定其相對(duì)位置，和上面一樣，本例中各元件的具體位置請參

51、看圖4-10。 根據(jù)前面獲得的基本信息，繪制草圖，確定設(shè)備的總高、總寬，并對(duì)圖幅的布置進(jìn)行初步的設(shè)置。 查取各種標(biāo)準(zhǔn)件的具體尺寸，尤其是其外觀尺寸及安裝尺寸，為具體繪制作好準(zhǔn)備。本節(jié)目錄設(shè)置圖層、比例及圖框 設(shè)置圖層 設(shè)置圖層的目的是為了后面繪制過程的方便，將不同性質(zhì)的圖線放在不同的圖層，用不同的顏色區(qū)別之，使繪圖者一目了然。同時(shí)在圖層中設(shè)置線條的寬度、類型等信息。圖層的設(shè)置方法在第一章中已有詳細(xì)介紹，我們可以用“圖層特性管理器”對(duì)話框方便地設(shè)置和控制圖層。利用對(duì)話框可直接設(shè)置及改變圖層的參數(shù)和狀態(tài)，即設(shè)置層的顏色、線型、可見性、建立新層、設(shè)置當(dāng)前層、凍結(jié)或解凍圖層、鎖定或解鎖圖層以及列出所有

52、存在的層名等操作。 從下拉菜單“格式”中選取“圖層”或在工具欄中直接單擊圖層圖標(biāo)，均會(huì)出現(xiàn)圖層特性管理器對(duì)話框，我們可從對(duì)話框中進(jìn)行圖層設(shè)置。圖層設(shè)置要根據(jù)具體的需要，本圖中共設(shè)計(jì)8個(gè)圖層，其中0圖層是不能重命名的圖層，故實(shí)際使用的是7個(gè)圖層，每一個(gè)圖層以均以中文名表示，中文名基本上代表了圖層的主要內(nèi)容。圖層名的修改可通過鼠標(biāo)單擊已選中的圖層的名稱，如圖4-11中“中心線”圖層已選中，若要修改其名稱，則只要鼠標(biāo)在“中心線”三字上單擊，再輸入新的名稱即可。至于顏色和線寬的設(shè)置和名稱修改一樣，不在重復(fù)，詳細(xì)內(nèi)容可參看第一章。本圖層設(shè)置中除主結(jié)構(gòu)線的線寬為0.4mm以外，其余均為0.13mm，以符合

53、化工制圖中對(duì)線寬的要求。各個(gè)圖層的具體內(nèi)容見圖4-11。本節(jié)目錄設(shè)置圖層、比例及圖框 需要說明的是：雖然我們定義各個(gè)圖層的線寬，但在繪制過程中，屏幕上是不會(huì)有所顯示的，只有不同線型在繪制過程中會(huì)有所顯示。定義的線寬只有在用繪圖儀輸出時(shí)才能體現(xiàn)出來，這一點(diǎn)請讀者注意。 圖4-11 圖層設(shè)置結(jié)果 設(shè)置圖層、比例及圖框 設(shè)置比例及圖紙大小 根據(jù)前面的計(jì)算及草圖繪制，容器的總高達(dá)3762mm左右，總寬在2060mm以上，同時(shí)考慮尚需用俯視圖表達(dá)管口位置，其寬度也將達(dá)到2060mm以上，這樣在不考慮明細(xì)欄等文字說明內(nèi)容的情況下，圖紙的總寬將在4000mm以上，總高將在3762mm以上。同時(shí)，明細(xì)欄的寬度

54、為180mm時(shí)使規(guī)定的，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，如果我們選用A2號(hào)圖紙，比例為1：10，將符合我們的繪圖要求，這樣，我們就選用A2號(hào)圖紙，其大小為594420，選用繪圖比例為1：10 設(shè)置圖層、比例及圖框 繪制圖框 根據(jù)前面的選定，圖框由兩個(gè)矩形組成，一個(gè)為外框，用細(xì)實(shí)線繪制，大小為594420，線寬為0.13mm；另一個(gè)為內(nèi)框，大小為574400用粗實(shí)線繪制，粗實(shí)線和主結(jié)構(gòu)圖層線可在同一圖層，因?yàn)榫€寬均為0.4mm。 繪制外圖框 點(diǎn)擊圖層特性框的下拉符號(hào)“ ”處，選擇細(xì)實(shí)線圖層，在細(xì)實(shí)線上點(diǎn)擊，見圖4-12，系統(tǒng)就進(jìn)入細(xì)實(shí)線圖層，然后點(diǎn)擊繪圖工具欄中的矩形繪圖工具，按照下面命令中的具體操作，就可以繪

55、制出符合條件的外圖框 圖4-12 圖層選擇示意圖 圖4-13 繪制外圖框 設(shè)置圖層、比例及圖框 繪制內(nèi)圖框 內(nèi)框的大小為574400，用粗實(shí)線繪制，和繪制外框相仿的方法，首先進(jìn)入主結(jié)構(gòu)線圖層，然后利用輔助直線確定內(nèi)框的第一個(gè)點(diǎn)，在捕捉該點(diǎn)繪制大小為574400的矩形。 圖4-14 繪制輔助線示意圖 圖4-15 繪制內(nèi)框示意圖 畫中心線 首先進(jìn)入中心線圖層，根據(jù)設(shè)備的具體尺寸及繪圖比例和圖幅布置，繪制中心線。在繪制前，我們必須對(duì)中心線進(jìn)行定位，需要確定筒體中心線的第一點(diǎn)，筒體中心線和封頭與直邊交界線的交點(diǎn)以及俯視圖中圓心的位置。 本節(jié)目錄畫中心線定基本位置 圖4-16 繪制確定中心線位置的輔 畫

56、中心線繪制基本中心線 圖4-17 繪制基本中心線 畫中心線 繪制俯視圖中的管口中心線 圖4-18 繪制完主要中心線示意圖 畫主體結(jié)構(gòu) 筒體主結(jié)構(gòu)線 繪制筒體主結(jié)構(gòu)線的時(shí)候，先不要考慮筒體上的所有接管，只需將筒體在全剖情況下的矩形框繪制出來即可。在繪制時(shí)首先利用筒體中心線和封頭于直邊交界線（上面那條）的交點(diǎn)作為基點(diǎn)，向下作一條垂直的長度為25mm的直線，利用該直線的下端點(diǎn)作為繪制筒體主結(jié)構(gòu)線的起點(diǎn)，利用相對(duì)坐標(biāo)、偏移、鏡像等工具，完成最后的繪制工作。在繪制筒體厚度時(shí)，作了夸張的處理技術(shù)（全圖的比例為1：10，筒體厚度采用1：4，在其它接管厚度等處理，基本上均采用此處理方法），否則筒體的厚度將很難

57、看清楚 。 圖4-19 本節(jié)目錄畫主體結(jié)構(gòu) 封頭主結(jié)構(gòu)線 封頭有上下兩個(gè)，在繪制時(shí)，先不要考慮接管問題，接管問題可通過修剪、打斷等工具加以解決。由于兩個(gè)封頭情況相似，我們只介紹上面一個(gè)封頭的具體繪制方法，下面一個(gè)的繪制方法只說明和上面一個(gè)的不同之處。在第3章中我們已經(jīng)介紹過，橢圓型封頭由直邊和半橢圓球組成，具體的繪制方法在第3章已有詳細(xì)講解，這里關(guān)鍵要介紹的是如何定位的問題。我們首先繪制封頭左邊的內(nèi)外兩條直邊，然后利用直邊的上端作為半橢圓的起點(diǎn)繪制內(nèi)半橢圓，再利用偏移技術(shù)生成外半橢圓。圖4-20 畫主體結(jié)構(gòu) 下面的封頭和上面的繪制相似，只不過必須從左邊開始，因?yàn)橄旅娴姆忸^用的是橢圓的下部分，當(dāng)

58、然也可以通過先復(fù)制上面的封頭，進(jìn)行180的旋轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行移動(dòng)定位也可以完成下面封頭的繪制，這一點(diǎn)希望讀者自己去練習(xí)。最后的結(jié)果見圖4-21。 圖4-21 所有接管在主視圖和俯視圖中的結(jié)構(gòu)線圖4-22 接管繪制示意圖 所有接管在主視圖和俯視圖中的結(jié)構(gòu)線 本設(shè)備圖中共有各種接管8個(gè)，涉及3種公稱直徑，接管上采用管法蘭和其它管子相連接，和這三種公稱直徑有關(guān)的數(shù)據(jù)見下表，表中數(shù)據(jù)的第一項(xiàng)為實(shí)際大小，單位一律為mm，斜杠后面的數(shù)據(jù)為在具體繪制中用到的數(shù)據(jù)。所有的接管均采用如圖4-22的簡化畫法，其涉及到的數(shù)據(jù)均已在表中一一列出。公稱直徑法蘭外徑D螺栓孔中心距K法蘭厚度b接管外徑d接管內(nèi)徑d0接管厚度t

59、長度La、c、e管：50140/14110/1112/1.257/5.750/53.5/0.8150/15d管：40120/1290/912/1.245/4.538/3.83.5/0.8150/15b14：1575/7.550/510/1.018/1.812/1.23/0.5150/15所有接管在主視圖和俯視圖中的結(jié)構(gòu)線 而在本設(shè)備圖中，俯視圖中接管采用局部剖方法繪制，在俯視圖中只繪制三個(gè)圓，分別是法蘭外直徑圓、螺栓孔中心距圓（用中心線）、接管內(nèi)徑圓。由上分析，在本設(shè)備圖中繪制接管的關(guān)鍵在定位，a、b、c、d接管的定位線已經(jīng)繪好，而四個(gè)液位計(jì)接管的定位線既接管中心線可以通過筒體主結(jié)構(gòu)線中的水平

60、線，利用輔助直線定位的方法繪制，下面我們通過d管的上繪制方法，來說明所有接管的繪制過程，其它接管均可以參照此方法繪制。ABCDE圖4-23 接管繪制示意圖之二 所有接管在主視圖和俯視圖中的結(jié)構(gòu)線 在圖4-23的基礎(chǔ)上，先進(jìn)入中心線圖層，繪制好兩條螺栓孔的中心線。該中心線可通過法蘭的垂直外側(cè)線向內(nèi)偏移1.5（既15mm）來定位，然后再通過修剪、打斷等方法，最后得到滿足要求的接管圖，見圖4-24，其它接管均可仿照此法，只要根據(jù)表4-6中的數(shù)據(jù)作相應(yīng)修改即可，同時(shí)對(duì)與相同大小的接管，只要找準(zhǔn)基點(diǎn)，也可以通過復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等一系列修改工具來繪制，無需再重新繪制 。圖4-24 接管繪制示意圖之三 所有