壓力容器及壓力管道課件

第一節(jié)壓力容器與壓力管道一、壓力容器的分類方法、壓力等級的劃分壓力容器：根據(jù)《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，構(gòu)成壓力容器必須同時具備以下三個條件：①最高工作壓力大于或等于0.1MPa(不含液體靜壓力）；②內(nèi)直徑（非圓形截面指斷面最大尺寸）大于等于0.15m，且容積大于或等于0.025m3；③介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于或等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。（一）、按用途分類：1.反應(yīng)壓力容器（代號R）:主要用于完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。如反應(yīng)器、反應(yīng)釜、聚合釜、分解塔、合成塔、超高壓反應(yīng)釜等。2.換熱壓力容器（代號E）：主要用于完成介質(zhì)的熱量交換。如管殼式余熱鍋爐、蒸發(fā)器、冷凝器、加熱器等。3.分離壓力容器（代號S）：主要用于完成介質(zhì)的液體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離。如分離器、過濾器、緩沖器、吸收塔、干燥塔、汽提塔、除氧器等。4.儲存壓力容器（代號C,其中球罐代號B）:主要用于盛裝生產(chǎn)用的原料氣體、液體、液化氣體等。如各種型式的儲罐。（二）、按照壓力容器的設(shè)計壓力，將容器分類為：1.低壓壓力容器（代號L）：0.1MPa≤P<1.6MPa2.中壓壓力容器（代號M）：1.6MPa≤P<10MPa3.高壓壓力容器（代號H）：10MPa≤P<100MPa4.超高壓壓力容器（代號U）：P≥100MPa

。（三）、按安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程要求分類基本劃分壓力容器類別的劃分應(yīng)當(dāng)根據(jù)介質(zhì)特性，按照以下要求選擇類別劃分圖，再根據(jù)設(shè)計壓力p（單位MPa）和容積V（單位L），標(biāo)出坐標(biāo)點，確定壓力容器類別：(1)第一組介質(zhì)，壓力容器類別的劃分見圖A-1；(2)第二組介質(zhì)，壓力容器類別的劃分見圖A-2。圖A-1壓力容器類別劃分圖—第一組介質(zhì)圖A-2壓力容器類別劃分圖—第二組介質(zhì)多腔壓力容器類別劃分：多腔壓力容器（如換熱器的管程和殼程、夾套容器等）按照類別高的壓力腔作為該容器的類別并且按照該類別進(jìn)行使用管理。但是應(yīng)當(dāng)按照每個壓力腔各自的類別分別提出設(shè)計、制造技術(shù)要求。對各壓力腔進(jìn)行類別劃定時，設(shè)計壓力取本壓力腔的設(shè)計壓力，容積取本壓力腔的幾何容積。同腔多種介質(zhì)壓力容器類別劃分：一個壓力腔內(nèi)有多種介質(zhì)時，按照組別高的介質(zhì)劃分類別。介質(zhì)含量極小的壓力容器類別劃分：當(dāng)某一危害性物質(zhì)在介質(zhì)中含量極小時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其危害程度及其含量綜合考慮，按照壓力容器設(shè)計單位決定的介質(zhì)組別劃分類別。特殊情況的類別劃分：(1)坐標(biāo)點位于圖A-1或者圖A-2的分類線上時，按照較高的類別劃分其類別；(2)本規(guī)程1.4范圍內(nèi)的壓力容器統(tǒng)一劃分為第Ⅰ類壓力容器。介質(zhì)分組壓力容器的介質(zhì)分為以下兩組，包括氣體、液化氣體以及最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體：(1)第一組介質(zhì)，毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。(2)第二組介質(zhì)，除第一組以外的介質(zhì)。二、壓力容器的基本結(jié)構(gòu)筒體；封頭；法蘭；支座；接口管；人孔；手孔；視鏡。三、容器與管道附件1、容器設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化：容器標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)：公稱直徑和公稱壓力。設(shè)計時可根據(jù)公稱直徑和公稱壓力從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中選用標(biāo)準(zhǔn)件。（1）公稱直徑（DN）：規(guī)定公稱直徑的目的是使容器的直徑成為一系列一定的數(shù)值。以便于部件的標(biāo)準(zhǔn)化。以符號“DN”表示。筒體和封頭：公稱直徑是指它們的內(nèi)徑。管子：公稱直徑既不是指管子的外徑，也不是指管子的內(nèi)徑，而是小于外徑的一個數(shù)值。只要管子的公稱直徑一定，管子的外徑也就確定了，管子的內(nèi)徑因壁厚不同而有不同的數(shù)值。（2）公稱壓力（PN）：是將壓力容器零、部件的承壓能力規(guī)定為若干個標(biāo)準(zhǔn)的壓力等級，便于選用。用“PN”表示。（3）、試驗壓力：是為了對管子及管路附件進(jìn)行水壓強(qiáng)度試驗和嚴(yán)密性試驗而規(guī)定的一種壓力。用ps表示，其后附加壓力數(shù)值。例如ps15：試驗壓力15MPa（3）、工作壓力：為了保證管路工作時的安全，而根據(jù)介質(zhì)的各級最高工作溫度所規(guī)定的一種最大壓力。用Pt表示，t為介質(zhì)的最高工作溫度除以10所得的整數(shù)。例如p304.0表示：介質(zhì)最高工作溫度為300℃，工作壓力為4.0MPa；

p4232.0：介質(zhì)最高工作溫度為425℃，工作壓力為32.0MPa。（4）、設(shè)計壓力：是管道設(shè)計所必需的條件，一般應(yīng)略高于由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作壓力。為了操作上的方便，可在相應(yīng)工作壓力的基礎(chǔ)上增加一個裕度系數(shù)，即安全系數(shù)，用符號p表示，單位為MPa。2、法蘭聯(lián)接（1）法蘭聯(lián)接的結(jié)構(gòu)和類型被連接件

連接件

密封元件

法蘭聯(lián)接螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)1-螺栓2-墊片3-法蘭壓緊面泄漏墊片滲漏泄漏途徑

墊片滲漏

壓緊面泄漏泄漏途徑整體法蘭：整體法蘭：法蘭盤、法蘭頸部及容器或接管三者有效地連接成一整體結(jié)構(gòu)。法蘭受力后會使容器產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。整體法蘭松式法蘭：法蘭和容器或接管不能直接連成一體，而是把法蘭松套在殼體的外面。法蘭受力時對殼體不產(chǎn)生附加應(yīng)力任意式法蘭：整體性介于整體法蘭和松套法蘭之間。如螺紋法蘭和壓力容器用乙型平焊法蘭。

（2）法蘭聯(lián)接的密封面和墊片：法蘭密封面的結(jié)構(gòu)平面形、凹凸形、榫槽形、梯形槽、錐面式密封面墊片：非金屬墊片：橡膠、石棉橡膠、聚四氟乙烯。金屬與非金屬的組合墊片：金屬包墊片、纏繞墊片。金屬墊片：軟銅、銅、軟鋼和不銹鋼。（3）法蘭的標(biāo)準(zhǔn)及選用壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB/T4701-2000（甲型平焊法蘭）JB/T4702-2000（乙型平焊法蘭）JB/T4703-2000（長頸平焊法蘭）管法蘭標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)：GB9112-88~GB9123-88機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T74~JB/T90石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：SHA3406化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：HG20592-97~HG20605-97高壓法蘭標(biāo)準(zhǔn)：《高壓管、管件及緊固件通用設(shè)計》，即H標(biāo)準(zhǔn)。壓力容器法蘭：用于筒體之間或筒體與封頭之間的連接。壓力容器法蘭分為平焊法蘭和對焊法蘭兩類，平焊法蘭又分為甲型和乙型兩種。甲型平焊法蘭：法蘭盤直接與筒體或封頭焊接。乙型平焊法蘭：與甲型平焊法蘭相比，多了一個圓筒形短節(jié)，其厚度t為12mm或16mm，加強(qiáng)了法蘭的剛性，使用范圍增大。管法蘭的結(jié)構(gòu)類型、密封面和墊片管法蘭用于管道之間或設(shè)備上的接管與管道的連接。管法蘭包括法蘭蓋共有七種類型，管法蘭共有五種密封面。管法蘭密封墊片有石棉橡膠板墊、石墨復(fù)合墊、聚四氟乙烯包覆墊、金屬纏繞墊、齒形組合墊及金屬環(huán)墊共六種。各墊片的適用條件見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用法蘭聯(lián)接的基本參數(shù)是公稱直徑和公稱壓力。法蘭的公稱直徑DN就是與其相配的筒體、封頭或管道的公稱直徑。壓力容器法蘭公稱直徑DN：就是與其相配的筒體或封頭的公稱直徑，也就是筒體或封頭的內(nèi)徑。管法蘭公稱直徑DN：指的是與其相連接的管子的名義直徑，也就是管件的公稱通徑。法蘭的公稱壓力PN表示法蘭聯(lián)接的承載能力。壓力容器法蘭公稱壓力：我國在制定壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)時，將法蘭材料16MnR在工作溫度200℃時的最大允許工作壓力值規(guī)定為公稱壓力。如果法蘭材料不是16MnR，工作溫度不是200℃，由于材料許用應(yīng)力值的不同，法蘭的允許工作壓力值也將不同，有時允許工作壓力值可能高于公稱壓力。管法蘭公稱壓力的規(guī)定與壓力容器法蘭不同。當(dāng)公稱壓力PN≤4.0MPa時，公稱壓力是指20號鋼制造的法蘭在100℃時所允許的最高無沖擊工作壓力；當(dāng)公稱壓力PN≥6.3MPa時，公稱壓力是指16Mn鋼制造的法蘭在100℃時所允許的最高無沖擊工作壓力管法蘭的最高無沖擊工作壓力在任何條件下（工作溫度、法蘭材料）下，都不超過其公稱壓力，這一點與壓力容器法蘭不同。選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭時應(yīng)按設(shè)計壓力選擇法蘭的公稱壓力，對于壓力容器，應(yīng)使在工作溫度下法蘭材料的允許工作壓力不小于設(shè)計壓力；對于管法蘭，應(yīng)使在工作溫度下法蘭材料的最高無沖擊工作壓力不小于設(shè)計壓力，由此確定法蘭的公稱壓力等級。3、壓力試驗：（1）目的：驗證容器在超工作壓力的條件下，器壁的宏觀強(qiáng)度（主要密封焊縫的強(qiáng)度）、焊縫致密性和容器密封結(jié)構(gòu)的可靠性（2）種類：液壓試驗：試驗介質(zhì)一般為潔凈的水。試驗壓力：氣壓試驗：只有不宜液壓試驗的容器才進(jìn)行氣壓試驗，例如耐火材料不易烘干的容器，生產(chǎn)時裝有催化劑不允許有微量殘液的反應(yīng)器殼體等。試驗氣體為干燥潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。試驗壓力：試驗應(yīng)力：練習(xí)題：1.金屬帶纏繞墊片有基本型、帶內(nèi)環(huán)的、帶外環(huán)的、帶內(nèi)外環(huán)的。（√）2.在壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中規(guī)定承受內(nèi)壓的壓力容器，其最高工作壓力是指（C）。

A.壓力容器的設(shè)計壓力

B.壓力容器的操作壓力

C.在正常使用過程中，頂部可能出現(xiàn)的最高壓力

D.在正常使用過程中，可能出現(xiàn)的最高壓力3.在壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中，規(guī)定承受外的壓力容器，其最高工作壓力是指（C）。

A.壓力容器的設(shè)計壓力

B.壓力容器夾套的設(shè)計壓力

C.在正常使用過程中，夾套頂部可能出現(xiàn)的最高壓力

D.在正常使用過程中，夾套可能出現(xiàn)的最高壓力4.奧氏體不銹鋼壓力容器用水進(jìn)行液壓試驗，應(yīng)嚴(yán)格控制水中的氯離子含量不超過（C）mg/L。

A.10B.25C.30D.505.壓力容器按照設(shè)計溫度分類，我國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定設(shè)計溫度（B）℃屬于低溫壓力容器。

A.≤-40B.≤-20C.≤0D.≤206.壓力容器是指（A，B，C，D）。

A.專用術(shù)語

B.壓力達(dá)到一定數(shù)值

C.容器的容積或直徑超過一定限度

D.所處的工作溫度使其內(nèi)部有呈氣體狀態(tài)介質(zhì)的密封容器7.介質(zhì)為（A，B）的壓力容器，必須進(jìn)行氣密性試驗。

A.毒性極高、高度危害

B.設(shè)計上不允許有微量泄漏

C.任何物質(zhì)D.氣體9.圓筒形壓力容器的氣密性試驗壓力為（C）。

A.設(shè)計壓力的1.5倍B.工作壓力

C.設(shè)計壓力D.設(shè)計壓力的1.25倍10.壓力容器氣密性試驗應(yīng)在（D）后進(jìn)行。

A.無損檢測B.設(shè)備制造結(jié)束

C.氣壓試驗合格D.液壓試驗合格11.裝置氣密性試驗的目的是（A）

A.查漏B.檢查焊接質(zhì)量

C.管線是否接正確D.管線是否有堵塞12.壓力容器氣壓試驗時，試驗所用氣體應(yīng)為干燥潔凈的空氣、氮氣或（B）。A.水蒸氣B.其他惰性氣體C.氫氣D.氧氣第二節(jié)塔設(shè)備一、塔設(shè)備：1、塔設(shè)備：是通過其內(nèi)部構(gòu)件使氣（汽）-液相和液-液相之間充分接觸，進(jìn)行質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。二、塔設(shè)備的分類按塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類。按操作壓力可分為加壓塔、常壓塔和減壓塔。按單元操作可分為精餾塔、吸收塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔。三、塔設(shè)備的工作原理1、板式塔的工作原理塔內(nèi)裝有多層相隔一定間距的開孔塔盤，氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過各塔盤上的液層而流向塔頂；液體則從塔頂頂部進(jìn)入，順?biāo)隆Ｉ仙臍怏w和下降的液體主要在塔盤上接觸而傳質(zhì)、傳熱。兩相的組分呈階梯式變化。板式塔的總體結(jié)構(gòu)如圖所示。塔盤：是板式塔完成傳質(zhì)、傳熱的主要部件。整塊式塔盤：用于內(nèi)徑小于700~800的板式塔。塔體由若干個塔節(jié)組成，每個塔節(jié)安裝若干塊塔盤，每個塔節(jié)之間用法蘭連接。分塊式塔盤：當(dāng)塔徑大于800mm~900mm時，為了便于塔盤的安裝、檢修、清洗，而將塔板分成數(shù)塊，通過人孔送入塔內(nèi)，裝到焊在塔體內(nèi)壁的支持圈或支持板上。塔盤主要由下面幾部分組成（1）塔板：其上面開有許多孔，安裝浮閥、泡罩等，或直接作為氣相通道。介質(zhì)的傳熱和傳質(zhì)就在塔板上面進(jìn)行。（2）降液管：上層液體通過降液管流到下層塔盤，是主要的液體通道。（3）溢流堰：包括進(jìn)口堰和出口堰。進(jìn)口堰主要是為了保持降液管的正常高度，保證傳質(zhì)的正常進(jìn)行。出口堰：保持塔盤上液層的高度。從塔盤的溢流方式看，塔盤可分為單溢流式和雙溢流式。一般來說，塔徑在ф800~2400mm間的可用單溢流式塔盤，塔徑在ф2400mm以上的可用雙溢流式塔盤，基本類型：泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔、舌形塔。（1）泡罩塔：泡罩塔盤的主要結(jié)構(gòu)包括泡罩、升氣管、溢流管與降液管。最常用的是圓形泡罩。圓形泡罩的直徑有φ80、φ100、φ150三種。其中前兩種為矩形齒縫，φ150的圓形泡罩為敞開式齒縫。圓泡罩結(jié)構(gòu)如圖所示。圖a：矩形齒縫，圖b：敞開式齒縫，泡罩塔盤上氣液接觸情況（2）篩板塔：篩板塔的示意結(jié)構(gòu)及氣液接觸情況如圖所示。篩孔直徑一般為φ3~φ8mm。通常按正三角布置。（3）浮閥塔：在塔板上開設(shè)有閥孔，閥孔里裝有上下浮動的浮閥。氣體經(jīng)閥孔上升，沖開閥片經(jīng)環(huán)行縫隙沿水平方向吹入液層形成鼓泡。當(dāng)氣速有變化時，浮閥能在一定范圍內(nèi)升降，以保持操作的穩(wěn)定性。（4）舌形塔和浮動舌形塔舌形塔是噴射型塔。氣體通道是按一定排列方式?jīng)_出的舌片孔。舌孔有三面切口和拱形切口兩種。常用的三面切口舌片的開啟度一般為20℃。浮動舌形塔盤是一種新型的噴射塔盤，其舌片綜合了浮閥操作彈性好及舌形塔傾斜噴射的結(jié)構(gòu)特點的特點。其結(jié)構(gòu)如圖所示。板式塔比較：2、填料塔的工作原理填料塔是一種以連續(xù)方式進(jìn)行氣、液傳質(zhì)的設(shè)備。塔內(nèi)裝填一定高度的填料層，液體自上而下流，氣體自下而上流，在填料表面上進(jìn)行接觸，完成傳質(zhì)傳熱過程。兩相的組分濃度沿塔高連續(xù)變化。填料塔是靠填料層提供氣液兩相接觸場所，因而填料的結(jié)構(gòu)性能直接關(guān)系到填料塔的工作狀況的優(yōu)劣。常用的填料是環(huán)行的、規(guī)整填料等。環(huán)行填料材料可用陶瓷、金屬、塑料等材料制造，有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)等。規(guī)整填料主要有波紋網(wǎng)和波紋板填料等。填料塔的附屬設(shè)備主要有填料支承裝置、液體噴淋裝置、除沫裝置、液體再分布裝置。練習(xí)題1、塔設(shè)備按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類。（√）2、在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動，與液體逆流傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈階梯變化。（×）在填料塔中，塔內(nèi)裝填一定高度的填料層，液體沿填料表面呈膜狀向下流動，作為連續(xù)相的氣體自下而上流動，與液體逆流傳質(zhì)。兩相的組分濃度沿塔高呈連續(xù)變化。3、在板式塔中，塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤，氣體以鼓泡或噴射的形式穿過塔盤上的液層使（B）密切接觸，進(jìn)行傳質(zhì)。A、一相B、兩相C、三相D、四相4、大型空分裝置中精餾塔上塔一般采用（C）。

A.散堆填料塔B.篩板塔

C.規(guī)整填料塔D.浮閥塔

5.篩板塔與浮閥塔都屬于板式塔，篩板塔的結(jié)構(gòu)特征是（C）。

A.塔盤上裝有浮閥B.塔盤上裝有帽罩！

C.塔盤上開有圓孔D.塔盤上開有各種形式的孔6.篩板塔塔盤的支撐結(jié)構(gòu)形式有（A，C）支撐結(jié)構(gòu)。

A.支撐圈B.駝峰C.自帶橫梁D.立柱第三節(jié)換熱設(shè)備一、換熱設(shè)備的分類1、混合式換熱器2、蓄熱式換熱器3、間壁式換熱器二、間壁式換熱器1、管式換熱器（1）套管式換熱器（2）蛇管式換熱器（3）螺旋管式換熱器（4）管殼式換熱器2、板面式換熱器（1）板式換熱器（2）螺旋板式換熱器（3）板翹式換熱器（4）板殼式換熱器三、管殼式換熱器（一）管殼式換熱器的形式與結(jié)構(gòu)1、固定管板式換熱器兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。適用于溫差小，殼程介質(zhì)清潔的場合。2、浮頭式換熱器只有一端管板與殼體固定，另一端可以自由移動，此端稱為浮頭，可以拆卸，方便檢修。適用于兩流體溫差較大，且容易結(jié)垢需經(jīng)常清洗的場合。3、U形管式換熱器僅有一塊管板，管子兩端固定在一塊管板上，管子可以自由伸縮，熱補(bǔ)償性能好。管外清洗容易，管內(nèi)清洗困難，要求管內(nèi)介質(zhì)清潔不易結(jié)垢。一般用于高溫高壓的情況下。（二）換熱管1、換熱管的結(jié)構(gòu)一般采用無縫鋼管，為了強(qiáng)化傳熱效果，可制成翅片管和螺旋槽管等。2、換熱管的布置正三角形排管最多，應(yīng)用最廣。正方形排列最便于管外清洗，多用在殼程流體不潔凈的情況下。換熱管之間的中心距一般不小于管外徑的1.25倍。（三）管板1、固定管板式換熱器管板的結(jié)構(gòu)可分為兼做法蘭和不兼做法蘭兩類。2、浮頭式、U形管式換熱器管板結(jié)構(gòu)浮頭式的活動管板即為一開孔圓平板；U形管式只有一塊固定管板，沒有活動管板。二者固定管板一般不兼做法蘭，與殼體連接采用可拆連接方式。3、管子在管板上的連接（1）強(qiáng)度脹接2）強(qiáng)度焊接（3）脹焊結(jié)合一般采用先焊后脹，以免先脹時殘留的潤滑油影響后焊的焊接質(zhì)量。四、管箱、折流板、擋板1、管箱作用：接納由進(jìn)口管來的流體，并分配到各換熱管內(nèi)，或是匯集由換熱管流出的流體，將其送入排出管排出。2、折流板與支承板折流板：弓形與圓盤-圓