过程设备设计绪论new.

南昌大学过程装备与控制教研室周国发教授授课教师周国发教授,南昌大学固体力学专业和环境工程专业博士研究生导师，现为江西省高校中青年学术带头人、江西省重点学科（化工机械学科）领衔教授、南昌大学教学名师、南昌大学化工机械设计研究所所长、国家重点新产品计划评审评估专家、全国注册安全工程师执业资格考试命题专家小组成员Email:[e-mail]手机：[phone]在高分子材料成型理论与技术方面有较深入的研究，同时致力发展先进过程设备与控制技术,高效传热技术,计算流体动力学和微（小）型化学机械系统。承担的课题国家自然科学基金资助项目“气辅共成型机理研究”南昌大学国家十五“211”工程主要标志性研究成果项目：“废旧塑料资源化技术和环境友好成型技术研究”；国家自然科学基金项目：“气辅挤出口模的完全滑移非粘着挤出成型机理研究”国家自然科学基金资助项目:“多场耦合作用下模内组装成型机理及其形性协同调控机制”江西省重点科技攻关项目:“持续腹腔温热灌注化疗仪研制”国家质量监督检验检疫总局科技攻关项目：地下管线智能自动检测系统与智能监控安全管理系统研究国家质量监督检验检疫总局科技攻关项目:制冷系统融霜水击的形成机理及其预防水击冲击失效的设计准则研究研究究成果“聚合物多相分层流动成型理论及应用”获2009年江西省自然科学奖三等奖，“气体辅助注塑成型技术研究及气辅注塑成型机研制”获2008年江西省科技进步成果三等奖，发表学术论文近二百篇，其中SCI和EI收录近30篇。据中国科学技术信息研究所统计，至2009年，本人发表论文被引用频次在化学工业领域的国内排名进入前15名。专业课设置过程装备与控制工程过程装备过程控制过程机械实践环节毕业环节压力容器部分过程设备部分发电工艺－核电站项目PWRBWRHWR,CANDUHTGRFBR电功率1100MWe1100MWe1100MWe1100MWe1500MWe冷却剂水水重水氦钠慢化剂水水重水石墨无所需原料U3O84100402041602980效率(%)3233283939.5冷却剂压力(MPa)15.56.910.14.76无压力冷却剂出口温度(C)327285310743538图核反应设备内部流程压水堆核电站(PWR)我国自主设计制造的核电设备蒸汽发生器蒸汽发生器压力容器稳压器核岛（600MW）水煤浆气化炉返回正在安装的核容器压水堆核电站(PWR)我国自主设计制造的核电设备蒸汽发生器蒸汽发生器压力容器稳压器核岛（600MW）球罐返回合成塔、反应器、吸收塔等化工设备SynthesisConverter,Reactor,Absorberetc.ChemicalVessel储油罐、储气罐、球罐等大型容器OilTank,GasTank,SphericalTank化工设备中各类换气器及管道AllKindsofTubes重560t的加氢裂化反应器560THydrocrackingReactor高通量反应堆热量传递过程:(Heattransferprocess)高效螺旋板换热器管壳式换热器板式换热器传质过程装备反应过程设备锅炉、换热器、加热炉=圆筒外壳+传热管束核反应堆=圆筒安全壳+核反应零部件塔器=圆筒外壳+传质元件（浮阀、填料等）反应釜=圆筒夹套+搅拌器压缩机、真空泵=圆筒气缸+活塞透平机、泵=蜗壳+叶轮压力容器基本组成外壳一般包括筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座和安全附件，其功能是提供能承受一定温度和压力的密闭空间。压力容器=内件+外壳1.3Structureofpressurevessel球罐重叠式换热器之一换热器筒体的作用是提供工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。需根据筒体的直径、长度和壁厚，确定结构形式。压力空间的作用：密封+耐压筒体筒体直径较小（一般小于500mm时），可用无缝钢管制作，此时筒体上没有纵焊缝。直径较大时，筒体可用钢板在卷板机上卷成圆筒或用钢板在水压机上压制成两个半圆筒，再用焊缝将两者焊接在一起，形成整圆筒。焊缝的方向和圆筒的纵向，即轴向平行，因此称为纵向焊缝，简称纵焊缝。•长度较短的容器可直接在一个圆筒的两端连接封头，构成一个封闭的压力空间，也就制成了一台压力容器外壳。当容器较长时，由于钢板幅面尺寸的限制，需要先用钢板卷焊成若干段筒体（某一段筒体称为一个筒节），再由两个或两个以上筒节组焊成所需长度的筒体。筒节与筒节之间、筒体与端部封头之间的连接焊缝，由于其方向与筒体轴向垂直，因此称为环向焊缝，简称环焊缝。圆柱形筒体按其结构可分为：单层式和组合式筒体的器壁在厚度方向是由一整体材料所构成，即器壁只有一层（为防止内部介质腐蚀，衬上的防腐层不包括在内）。单层筒体按制造方式又分为单层卷焊式、整体锻造式、锻焊式等几种。筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层以上互不连续的材料构成。组合式筒体按结构和制造方式又可分为多层式和缠绕式两大类缠绕式多层式过程设备设计2.封头与筒体等部件形成封闭空间封头形式凸形封头：球形、椭圆形、蝶形和球冠形封锥壳平盖封头与筒体的连接不可拆式（焊接）可拆式（螺栓连接）平盖球冠形封头返回椭圆封头球形封头返回容器不需开启时，可把封头和筒体焊接在一起，从而有效地保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量。对于因检修或更换内件的原因而需要多次开启的容器，封头和筒体的连接应采用可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须要有一个密封装置。密封装置螺栓法兰连接（简称法兰连接）是一种应用最广的密封装置，它的作用是通过螺栓连接，并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。开孔与接管由于工艺要求和检修的需要，常在压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。筒体或封头上开孔后，开孔部位的强度被削弱，并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大，因而容器应尽量减少开孔的数量，尤其要避免开大孔。对容器已开设的孔，还应进行开孔补强设计，以确保所需的强度。支座压力容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置不同，圆筒形容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类腿式支座支承式支座耳式支座裙式支座安全附件安全附件：连锁装置；警报装置；计量装；泄放装置压力容器安全附件主要有：安全阀爆破装置紧急切断阀安全联锁装置压力表液面计测温仪表等对于用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一台独立而完整的产品。上述六大部件构成了一台压力容器的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。过程设备设计筒体╬封头╬密封装置╬开孔接管╬支座╬安全附件压力容器的外壳内件反应、传热、传质、分离等容器╬储运容器1.1.2压力容器零部件间的焊接各部件间的连接大多需要经过焊接，对焊接进行质量控制是整个容器质量保证体系中极为重要的一环。过程设备设计焊接结构设计接头的形式（如对接、搭接、角接）坡口形式和尺寸焊接方法（如手工焊、自动焊等）检验要求（表面探伤、透射探伤等）虽然焊接质量控制还涉及到许多焊接工艺过程问题，但设计环节的主要任务是焊接结构设计和确定无损检测方法、比例及要求。焊接结构设计涉及到接头的形式（如对接、搭接、角接），以及接头的坡口形式、几何尺寸等。压力容器设计工程师必须懂得容器中的焊接结构设计的特点及对焊接质量进行检验的基本要求。压力容器分类压力容器的使用范围广、数量多、工作条件复杂，发生事故所造成的危害程度各不相同。危害程度与多种因素有关，如设计压力、设计温度、介质危害性、材料力学性能、使用场合和安装方式等。危害程度愈高，压力容器材料、设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。因此，需要对压力容器进行合理分类。过程设备设计1.2.1介质危害性指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性介质危害性：毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力，用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。毒性毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量来表示。1.毒性：是指某种化学毒物引起机体损伤的能力。（1）极度危害（Ⅰ级）：最高容许浓度＜0.1mg/m3；（2）高度危害（Ⅱ级）：最高容许浓度0.1～＜1.0mg/m3；（3）中度危害（Ⅲ级）：最高容许浓度1.0～＜10mg/m3；（4）轻度危害（Ⅳ级）：最高容许浓度≥10mg/m3。※介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。按压力等级分类内压容器又可按设计压力（p）大小分为四个压力等级，具体划分如下：按承压方式分类，压力容器可分为内压容器与外压容器。低压(代号L)容器0.1MPa≤p＜1.6MPa;中压(代号M)容器1.6MPa≤p＜10.0MPa;高压(代号H)容器10MPa≤p＜100MPa;超高压(代号U)容器p≥100MPa。按容器在生产中的作用分类:根据压力容器在生产工艺过程中的作用：反应压力容器(代号R)换热压力容器(代号E)分离压力容器（代号S)储存压力容器（代号C，其中球罐代号B）用于完成介质的物理、化学反应。用于完成介质的热量交换用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质在一种压力容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程中的主要作用来划分品种按安装方式分类有固定安装和使用地点，工艺条件和操作人员也较固定的压力容器。使用时不仅承受内压或外压载荷，搬运过程中还会受到由于内部介质晃动引起的冲击力，以及运输过程带来的外部撞击和振动载荷，因而在结构、使用和安全方面均有其特殊的要求。a.固定式压力容器b.移动式压力容器按安全技术管理分类:压力容器的危险程度还与介质危险性及其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值愈大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器的危险程度。《压力容器安全技术监察规程》采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危险性以及容器在生产过程中的作用的综合分类方法，以有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类：a.第三类压力容器具有下列情况之一的，为第三类压力容器:①高压容器；②中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；③中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3)；④中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5Pa·m3）；⑤低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且乘积大于等于0.2MPa·m3）；⑥高压、中压管壳式余热锅炉；⑦中压搪玻璃压力容器；⑩球形储罐（容积大于等于50m3）；低温液体储存容器（容积大于5m3）。⑧使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；⑨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、低温液体）等；⑾低温液体储存容器（容积大于5m3）①中压容器；②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；③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）；④低压管壳式余热锅炉；⑤低压搪玻璃压力容器。具有下列情况之一的，为第二类压力容器：b.第二类压力容器除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器可见，国内压力容器分类方法综合考虑了设计压力、几何容积、材料强度、应用场合和介质危害程度等影响因素。c.第一类压力容器例如因盛放的介质特性或容器功能不同，即根据潜在的危害性大小，低压容器可被划分为第一类或第二类甚至第三类压力容器。讨论（1）多腔压力容器的分类多腔压力容器按类别高的压力腔作为该容器的