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必须有一个外壳及相应附件，即容器！ ——与大气环境隔开，获得适于工艺要求的温度、压力、介质条件，实现工艺目标。

——要保证该生产的正常运行 ! ——安全性要求！

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第三篇　化工容器设计

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第七章 容器设计的基本知识

7.1 容器的结构

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容器——化工生产所用各种设备外部壳体的总称。容器的结构

化工设备通用零部件

7.2 容器的分类

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按用途分类（从工艺的角度）盛装或储存——储罐、计量槽、压力缓冲器；实现化学反应——合成塔、反应釜、变换炉等；实现传热——加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、废热锅炉、水洗塔等；实现传质、分离——分馏塔、吸收塔、干燥塔、过滤器、分离器等。

7.2 容器的分类

内压：内部介质压力大于外界压力外压：内部介质压力小于外界压力真空：内部压力小于一个绝对大气压力（ 0.1MPa)的外压容器

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容器分类 设计压力（表压） p （ MPa ）低压容器 0.1≤p ＜ 1.6

中压容器 1.6≤p ＜ 10

高压容器 10≤p ＜ 100

超高压容器 p≥100

按承压性质分类（从安全的角度）

7.2 容器的分类 按容器壁温分类

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常温容器： -20＜壁温≤ 200℃

高温容器：壁温达到材料蠕变温度 碳素钢或低合金钢容器＞ 420℃ 合金钢＞ 450℃ 奥氏体不锈钢＞ 550℃中温容器：在常温和高温之间低温容器：壁温≤ -20 ,℃ -20℃ ～ -40℃ 为浅冷容器 壁温≤ -40℃ 为深冷容器。

7.2 容器的分类

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按技术监督和管理分类（见书 57 页）

为了便于容器的的设计、制造、检验、使用的管理，根据容器的压力等级、介质毒性、容器的用途以及蓄能的多少，将容器划分为三类：

压力容器

一类容器

二类容器

三类容器

介质毒性增强

压力升高

重要性增强

参考《压力容器安全技术监察规程》（《容规》）

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名称 说明

三类容器

（ 1 ） 高压容器；（ 2 ） 毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器； （ 3 ） 中度危害介质，且 pV 大于等于 10MPa·m3 中压储存容器；（ 4 ） 中度危害介质，且 pV 大于等于 0.5MPa·m3 中压反应容器； （ 5 ） 毒性程度为极度和高度危害介质，且 pV 乘积大于等于 0.2MPa·m3 的低压容器； （ 6 ） 高压、中压管壳式余热锅炉；（ 7 ） 中压搪玻璃压力容器；（ 8 ） 使用强度级别较高的材料制造的压力容器；（ 9 ） 移动式压力容器，铁路罐车、罐式汽车和罐式集装箱等； （ 10 ） 容积大于等于 50 m3 的球形储罐；（ 11 ） 容积大于 5 m3 的低温液体储存容器。

二类容器

（ 1 ） 中压容器； （ 2 ） 毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器； （ 3 ） 易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和低压储存容器；

（ 4 ） 低压管壳式余热锅炉；（ 5 ） 低压搪玻璃压力容器。

一类容器 不在第三类、第二类压力容器之内的低压容器为第一类压力容器。

易燃及有毒介质分类：

常见易燃介质：一甲胺，乙烷，乙烯，氯甲烷，环氧乙烷，环丙烷，氢，丁烷，三甲胺，丁二烯，丁烯，丙烷，丙烯，甲烷等。

毒性程度举例：※极度危害、高度危害介质：氟，氢氰酸，光气，氟化氢，碳酰氟，氯等；

※中度危害介质：二氧化硫，氨，一氧化碳，氯乙烯，甲醇，氧化乙烯，硫化乙烯，二硫化碳，乙炔，硫化氢等；

※轻度危害介质：氢氧化钠，四氟乙烯，丙酮等。10

问题

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判断下列容器属一、二、三类容器的哪一类？1 ） φ2000 ，容积为 20m3 的液氨储罐2 ） p 为 4MPa 的剧毒介质容器3 ） p 为 10MPa ， V 为 800L 的乙烯储罐。

7.3 容器的零部件标准化

标准化的意义 设计——无需计算和制图，按已有标准图选择。 制造——有利于成批生产，降低成本，保证产品质量，提

高竞争力。 维修——备件规格尺寸通用，实现互换性。 通商贸易——国内、国际间通用，消除贸易障碍。我国已实现容器零部件标准化的有：圆筒体、封头、法兰、

支座、人孔、手孔、视镜和液面计等。

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7.3 容器的零部件标准化

容器零部件标准化的基本参数

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公称直径——指标准化以后的标准直径，以 DN 表示。规定如下 :

钢板卷制的圆筒体——筒体内经； 无缝钢管制的圆筒体——筒体外径； 封头的公称直径与筒体一致。 管子的公称直径为一名义尺寸，钢管

的 DN≠Di,D0

容器零部件如法兰、支座等与其相配的管子或筒体的 DN一致。

7.3 容器的零部件标准化

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公称压力：容器及管道的操作压力经标准化以后的标准压力称为公称压力， PN 表示。

压力容器法兰与管法兰的公称压力（ MPa ） 压力容器法兰 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4

管法兰 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 5.0 10 15 25

7.4 压力容器的安全监察 压力容器安全监察的范围 同时具备如下条件：(1) 最高工作压力 pw≥0.1MPa （表压，不含液

体静压力）；(2) 内直径 Di≥0.15m, 且容积 V≥0.025m3;

(3) 介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点（大气压力下的饱和温度）的液体。

上述压力容器所用的安全附件亦属于本规程管辖范围。

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1. 基本法规：《压力容器安全技术监察规程》 —国家质量技术监督局 1999

2. 压力容器常用标准：GB150-98 《钢制压力容器》国家标准GB151-99 《管壳式换热器 》国家标准 JB4709-2000 《钢制压力容器焊接规程》JB4730-2005 《压力容器无损检测》HG20592~20635-97 《钢制管法兰、垫片、紧固件》JB/T4700~4707-2000 《压力容器法兰》

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7.4 压力容器的安全监察

7.5 容器机械设计的基本要求 容器机械设计条件及程序：1. 容器机械设计条件：（ 1 ）工艺结构要求及基本工艺尺寸；（ 2 ）工作压力、工作温度及工作介质；（ 3 ）容器的工作环境、重要程度；

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确定设计依据及相关标准

选择材料

确定容器类别

结构设计

壁厚设计

零部件设计

压力试验核算

绘制施工图

机械设计的基本要求

1. 强度——不发生破坏

如焊缝开裂，筒体爆破，螺栓拉断等。

2. 刚度——不发生过大变形

如塔体倾斜，塔盘下凹等。

3.稳定性——不发生瘪塌或褶皱

如卧式容器支座之间的筒体发生瘪塌，气柜抽负瘪塌，塔体支座在起吊时发生瘪塌等。

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4.耐久性——保证使用寿命。一般化工设备设计使用寿命为 10 ～ 15年。大多取决于腐蚀情况，有些取决于疲劳、蠕变或振动。

5.密封性——包括内漏和外漏。

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6. 标准化设计 法兰、螺栓、封头、筒体、支座、接管、人孔？7.方便制造、操作与检修，便于运输 操作阀门位于操作台面 2 米高，可否？ 储罐内介质脏，设计结构如何考虑？ 塔高 100米，设计要求整体运输。合理？ 壳体的焊缝全部要求双面焊，结构需如何处理？ 直径 2 米的碳钢制容器，壁厚 2mm就满足强度要求，可否批准？

8. 技术经济指标合理经济指标：单位生产能力；消耗系数；设备价格；管理费用

和生产总成本。21