课名：《化工设备与维修 》 教 教学日期 授课班级 案 正 页 教材：《 化工设备基础》王绍良主编（第二版）№1
年 月 日 周 年 月 日 周 年 月 日 周 专业 班级 专业 班级 专业 班级
课题： §1-1化工生产对化工设备的基本要求 §1-2化工容器结构与分类
§1-3化工容器与设备有关标准规范简
§1-4-1化工设备常用材料—材料常用性能（简介）
教学目的：使学生了解化工容器、设备的结构与分类 钢制压力容器标准，化工设备常用材料的性能，掌
握化工生产对化工设备的基本要求。
教具及参考书：1）化工容器模型及换热器实物 2）《化工设备基础》王绍良主编、《化工容器及设备》张石铭主编 教学手段：1）组织学生观察换热器等设备结构，用容器教具图例助教
2）联系工程实际，采用启发式及讨论、分析与提问相结合的形式，实现师生互动。 教学过程:(课程内容、教学环节）
§1-1化工生产对化工设备的基本要求 一、化工生产的特点
二、化工生产对化工设备的基本要求 §1-2化工容器结构与分类 一、化工容器的基本结构 二、化工容器与设备的分类
§1-3化工容器与设备有关标准规范简介 一、常用材料标准
二、钢制压力容器规范简介
§1-4-1化工设备常用材料- 材料常用性能 一、材料常用性能 二、课堂练习 三、课堂小结 课型：综合型
重点、难点及智能培养等 1、重点：
（1）化工生产对化工设备的基本要求 （2）化工容器、设备的结构与分类 （3）GB150《钢制压力容器》适用范围 (4)材料的常用性能 2、难点：
(1)化工容器的分类 (2)材料的常用性能 作业： 课后记：
§1化工设备基础知识
§1-1化工生产对化工设备的基本要求 ※概念:
化工设备— ①化工生产用的静设备：指固定于基础上的静止的设备（如：塔设备、换热器、反应器等）
（也就是指化工生产中用的有内部件的壳体）
②化工生产用的动设备（即化工机器）——指有运转构件的设备.（如：压缩机、泵等） 化工机械—是化工设备和化工机器的统称，它是化工工艺过程的工具。
一个大型的氮肥厂，静设备占全厂设备总数的70％左右，动设备占全厂设备总数的30％左右。
容器（常指压力容器）—指无内部件的壳体（包括静设备的外壳）。 化工容器 —— 化工生产用的容器。 一、化工生产的特点：（P1-P2） 1、 生产连续性强； 2、 生产的条件苛刻； （1）、介质腐蚀性强； （2）、温度和压力变化大； （3）、介质大多易燃易爆有毒。（A）、易燃易爆介质有：氨气、氢气、苯蒸气、一甲胺、、三甲胺、甲烷、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、丁烷、丁二烯、丁烯、丙稀、等。
（B）毒性介质:a、剧毒介质有：氟、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酰氟、氯气. b、中度毒性介质（有毒介质）：二氧化硫、氨气、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫
化碳、硫化氢、二氧化氮等。C、轻度毒性介质有：有氢氧化钠、四氟乙烯、丙酮等。 3、生产原理多样性 ； 4、生产的技术含量高；
（易燃易爆介质 — 指与空气混合的爆炸下限小于百分之十，或爆炸上限和下限之差值大于或等于百分之二十的介质。）
二、化工生产对化工设备的基本要求 (一)安全性能的要求
1、化工设备用材具有足够的强度 2、化工设备用材具有良好的韧性 3、具有足够的刚度和抗失稳能力 4、具有良好的抗腐蚀性 5、具有可靠的密封性
（二）工艺性能要求
1、达到工艺指标 如储罐的储存量、换热器的传热量、反应器的反应速度、塔的传质效率等 2、生产效率高、消耗低
化工设备的生产效率：用单位时间内单位体积(或面积)所完成的生产任务来衡量。 消耗：指生产单位质量或体积产品所需要的资源(如:原料、燃料、电能等)。
（三）使用性能要求（p3）
1、结构合理、制造简单 2、运输与安装方便
3、操作、控制、维护简便
(四)经济性能要求
在满足前面的要求的前提下，应尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行已获得较好的经济效益。
§1-2化工容器结构与分类
一、化工容器的基本结构（看P4图1-1）
（化工容器结构=筒体+封头（两个）+附件） 1、筒体 ； 2、封头（端盖）：半球形、椭圆形（常用）、蝶形、球冠形、 锥形 、平盖等
（封头与筒体的连接方式：1）、可拆连接即法兰连接方式；
2）不可拆连接即焊接方式）
3、 密封装置：（压力容器法兰连接的密封处、管法兰连接的密封处及人孔、手孔与其孔盖连接的密封处，
均为密封连接装置。）各密封连接装置可靠时压力容器才能安全运行。 4、 开孔与接管：由于工艺要求和检修及监控的需要，常在筒体或封头上开设不同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。 5、 支座
1）、立式容器支座（腿式、支承式、耳式、群式支座）（看p130-132图） 2）、卧式容器支座（支承式、鞍式（多用）、圈式）（看p129图） 3）、球形容器多采用柱式或群式支座。 6、 安全附件
（1） 安全装置：有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测量仪表等。（在压力容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。）
二、化工容器与设备的分类（看P4-P5） （一）、按压力等级分类
1、按承压方式分类：（1）、（内压容器 - P内＞P外） （2）、（外压容器P外＞ P内）。 1）、内压容器—按设计压力(P)不同分类为：
低压容器（代号L） 0﹒1mPa ≤ P ＜ 1.6 mPa (表压值) 中压容器（代号M） 1﹒6 MPa ≤ P ＜10 m Pa 高压容器（代号H） 10 mPa ≤ P ＜ 100 mPa
超高压容器（代号U）P≥100 mPa
（真空容器：容器内的压力P内＜一个绝对大气压（约0﹒1 MPa）
（二）按工作原理与作用分类（P 5上）(找学生回答) (1)反应容器（代号R）： 用于完成介质的物理化学反应的容器(如：反应器（看P203图）、反应釜、
氨合成塔、蒸压釜、煤气发生炉、苯乙烯聚合釜、分解塔、高压釜、变换炉、蒸煮锅）
（2）换热器（代号E）: 用于完成介质热量交换的容器（如：管壳式余热锅炉、热交换器（看P188
图）、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器）
(3)分离容器（代号S）（也就是分离设备）:用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。
即从混合物中分出一种所需的组分，或除去某些有害的杂质（如：旋风分离器（P 126图5-31）、
过滤器、蒸发器、除沫器、集油器、缓冲器、干燥塔等）
（4）储存容器（代号C、 其中球罐代号B）：用于贮存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。
（如：液氨储罐、液化石油气储罐等）
（5）塔设备（也属于分离设备内）：用于吸收、蒸馏、萃取等化工单元操作，实现质量传递作用。（如：
炼油厂的常压塔、石油化工厂的乙烯精馏塔、化肥厂的脱碳塔等）
（三）按容器的相对壁厚分类：※ （1）薄壁容器：D0／Di≤1.2 或δ
（指中、低压容器） n /Di≤0.1 ；
（2）厚壁容器：D0／Di>1.2 或δn /Di＞0.1 ；（指高压容器）
（四）按支承形式分类
1、立式容器 2、卧式容器
（五）按材料分类：金属容器、非金属容器
（六）按几何形状分类：圆柱形、球形、椭圆形、锥形、矩形等容器 （七）压力容器按使用温度分类： 1、常温容器：（-20℃ 3、低温容器（-20℃≥tm≥ - 50℃） 4、超低温容器：（tm＜-50℃）如液氢容器、液氦容器； （八）按安全技术管理分类（看P5-P6）（即按《压力容器安全技术监察规程》分类法分类）下表 压力容低压0.1≤P＜器类别 1.6MPa Ⅲ类 1、低压容器（毒性程度为极度和高度介质，且PV≥0.2 3MPa.M） 中压M Pa 1.6≤P＜10 M Pa 高压P≥10 其它 MPa 1、中压容器（介质毒性 1、高压容器 1、使用强度级别较高（指抗为极度和高度的危害介质） 2、高压管壳拉强度规定值下限 2、中压储存容器（介质为 式余热锅炉 бb L min≥540MPa）的材料制易燃或介质毒性为中度，且 3造的压力容器 PV≥10 MPa.M） 3、中压反应器 （易燃或 2、移动式压力容器，包括铁毒性程度为中度，且PV≥0.5 路罐车（介质为液化气体、低3MPa.M） 温液体）、罐式汽车〔液化气4、中压管壳式余热锅炉 体运输（半挂）车、低温液体5、中压搪玻璃压力容器 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） 3、球形储罐（容积V≥50m） 4、低温液体储存容器（容积3Ⅱ类 1、低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质） 2、低压反应容器和低压储存容器（易燃介质或毒性为中度危害介质） 3、低压管壳式余热锅炉 4、低压搪玻璃压力容器 1、中压容器 V≥5m） 3Ⅰ类 除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器 ※提问：按安全技术管理分类法将压力容器划分为三类的依据是什么？ 答：是①容器的P.V、②材料的抗拉强度б④介质危害的程度； 、 b L、③压力容器品种（即压力容器的作用） §1-3化工容器与设备有关标准规范（简介） 一 、常用材料标准：（自学、看P6-P7） 二、压力容器规范简介（看P8- P9） （一）、ASME规范—是美国机械工程协会制定的《锅炉和受压容器规范》的简称。（它全面包括了锅炉和压力容器质量保证要求）。（自学） （1）ASMEⅧ—1该规范第八篇第一分篇《压力容器》，属于常规设计标准，适宜设计压力P＜20 MPa的压力容器。它以弹性失效准则为依据，根据经验确定材料的许用应力，并对零件尺寸作出一些具体规定。（自学） （9页） （2）ASMEⅧ—2为第八篇第二分篇《压力容器—另一规则》，采用的是分析设计标准。它要求对压力容器各区域的应力进行分析，并根据应力对容器失效的危害程度进行应力分类，再按不同的设计准则分别予以限制。（自学） （3）ASMEⅧ—3第三篇《压力容器—另一规则》，适用于设计压力P≥70MPa的高压容器。它不仅要求对容器零部件做详细的应力分析和分类评价，而且要求做疲劳分析和断裂力学评估。（自学） （二）GB150-1998《钢制压力容器》： （它是中国第一部钢制压力容器国家标准，其主体是以设计为主的规范，具有法律效用、强制性的压力容器标准，现行为1998年版。） 1）、GB150主要考虑容器承受的载荷是： 静载荷，对高大容器也考虑了风载荷和地震载荷。 2）、GB150标准适用范围： （1）适用设计压力范围：适用于设计压力P≤35 MPa的钢制压力容器 的设计、制造检验及验收。 （2）适用的设计温度范围：（根据钢材允许使用的温度确定） （钢材允许使用的最低温度） -190℃＜设计温度t＜t蠕变（钢材的蠕变温度） 3)、GB150标准不适用下列容器：(看P8下让学生回答) （为什麽？） (a)直接用火焰加热的容器、(b)核能装置中的容器、(c)经常搬运的容器、(d )旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压室、(e) Di＜150㎜的容器、(f)设计压力P＜0.1MPa的容器（表压值）、(g)真空度＜0.02MPa的容器、(h)要求做疲劳分析的容器。 4）、GB150的技术内容有：（看P8- P9） 内、外压 筒体、封头和球壳的设计计算、零部件结构和尺寸的具体规定、密封设计、超压泄放装置的设置，以及容器的制造、检验与验收要求等。它包括10章正文、8个附录补充件和3个附录参考件；附录补充件包括：超压泄放装置、低温压力容器（t≤-20℃）、U形膨胀节等。附录参考件中有：密封结构设计、焊接接头设计、渗透探伤等。 5）、GB150设计准则及与ASMEⅧ—1的异同之处：（看P9中） (1)、GB150与ASMEⅧ—1相同处： GB150它是以第一强度理论为设计准则（最大拉应力理论），将其最大主应力限制在许用应力之内（即要求б1＜〔б〕），它的基本思路与ASME相同Ⅷ—1； （2）GB150与ASMEⅧ—1不同之处有： (a)中国 GB150-1998安全系数取nb=3,美国ASMEⅧ —1取 nb = 4 ; (b)GB150-1998对局部应力参照“应力分析设计方法”做了适当的处理，采用第三强度理论（即最大剪应力理论），允许一些特定的局部应力超过材料的屈服点（即允许特定的局部应力б局部 ＞бs）。 （三）、JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》：（也是以设计为主的的规范）（自学） 1） JB4732-1995设计标准的设计基本思路与美国ASMEⅧ—2相同，是基于塑性失效准则分析的设计标准。它与GB150-1998相比，所设计的容器壁厚较薄，重量较轻，可节约材料20﹪—30﹪.但对容器的一切要求更严格。 2）JB4732-1995标准适用范围： (1)设计压力P≤100 MPa；