第三单元 静设备课题一 化工容器

第三单元静设备课题一化工容器分课题一化工容器的基础知识 一、化工容器的结构二、化工容器的分类三、化工压力容
器的基本要求一、化工容器的结构二、化工容器的分类（一）按压力容器承压等级分类（1）内压容器（2）外压容器（二）按压
力容器的工艺用途分类（二）按压力容器的工艺用途分类（1）反应压力容器（R）（2）换热压力容器（E）（3）分离压力
容器（S）（4）储存压力容器（C，球罐B）主要用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器。（三）按照容器的管理
等级分类（1）第一类化工容器除了第二类、第三类化工容器以外的所有低压容器。（2）第二类化工容器除第三类容器以外的所有中
压容器、剧毒介质的低压容器、易燃或有毒介质的低压反应器和储运器、内径小于1m的低压废热锅炉。（3）第三类化工容器高压或超高压
容器、剧毒介质且工作压力p与容积v的乘积pv≥0.2m3·Mpa的中压储运器、中压废热锅炉或直径大于1m的低压废热锅炉。三、化工
压力容器的基本要求（一）强度（二）刚度（三）稳定性（四）耐久性（五）密封性（六）制造工艺（七）运输、安装与维修分
课题二化工设备常用金属材料与非金属材料一、材料的性能（一）力学性能（1）强度设备的强度指的是构件抵抗外载荷而不破坏的
能力。（2）硬度它反映金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力，常用的硬度试验指标有布氏硬度和洛氏硬度两种。（3）塑性反映
材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力，即材料能发生较大的变形而不破坏，则该材料的塑性好。（4）冲击韧性αk以很快的速度
作用于工件上的载荷称为冲击载荷，材料抵抗冲击载荷作用不破坏的能力称为冲击韧性,αkAk越大，则材料的冲击韧性越好。低温容器所用钢板
αk值不得低于30J/cm2（5）疲劳材料在变应力的作用下，经过一段时间，而发生断裂的现象，叫疲劳。（二）物理性能物理性
能是材料固有的的属性，包括密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。（三）化学性能化学性能是
指材料抵抗各种化学介质作用的能力，如耐腐蚀性、抗氧化性。（四）加工工艺性能加工工艺性能是指材料满足生产加工的能力，是材料在加工
中所表现出来的特性，如可铸性、可锻性、焊接性、可切削加工性。二、金属材料（一）碳钢与铸铁（1）铁碳合金（2）钢的热处理①
退火与正火②淬火与回火（3）碳钢中的微量元素①硫②磷③锰④硅⑤氧⑥氮（4）碳钢分类①普通碳素钢
②优质碳素钢③高级优质钢（5）碳钢的品种及规格①钢板（压力容器用热扎厚钢板）②钢管③型钢④铸钢和煅钢（
6）铸铁含碳量2%以上，含有S、P、Si、Mn等杂质。脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。在一些
介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、耐蚀铸铁和特殊性能铸铁等。
（二）合金钢合金钢指在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。（1）
合金钢的分类（2）合金元素在钢中的作用①合金元素在钢中的分布②合金元素在钢中的作用（3）合金钢的牌号（3）合金钢的牌号
①合金结构钢的编号中,前面两位数字表示钢中碳的平均质量分数的万倍，元素后面的数字表示该元素平均质量分数的百倍。②对于滚动轴承
，在钢号前面冠以字母“G”(“滚”字汉语拼音)，Cr后面的数字为含铬平均质量分数的千倍,碳含量不予标出，其它元素仍用平均质量分数的
百倍表示。③合金工具纲的编号④特殊性能钢的编号基本上与合金工具钢相同有色金属（1）铝及其合金（2）铜及其合金①
纯铜（紫铜）②铜合金（3）钛及其合金（4）镍及其合金（5）铅及其合金三、非金属材料和复合材料（一）常用高分子材料
（1）工程塑料①塑料的组成②塑料的分类③塑料的性能特点④工程塑料的用途及发展（2）橡胶（1）橡胶的组成①生胶②配
合剂（2）橡胶的性能特点橡胶具有高的弹性、一定的腐蚀性、良好的耐磨性、吸振性、绝缘性及足够的强度和积储能量的能力。橡胶在化
工行业主要应用于衬里、密封件等。（3）陶瓷材料陶瓷材料是指以天然硅酸盐（粘土、石英、长石等）或人工合成化合物（氮化物、氧化物、
碳化物等）为原料，经过制粉、配料、成形、高温烧结而成的无机非金属材料。陶瓷可分为普通陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷。（4）复合材料①
复合材料的组成及分类②常用的复合材料四、化工设备的腐蚀及防腐措施（一）腐蚀基本概念（二）常见的腐蚀类型及腐蚀机理（1）
化学腐蚀（2）电化学腐蚀（3）常见的腐蚀破坏形式（3）常见的腐蚀破坏形式①均匀腐蚀②局部腐蚀③小孔腐蚀④晶间
腐蚀(四)材料防腐措施（1）隔离腐蚀介质（2）电化学保护（3）缓蚀剂保护按照对电化学腐蚀过程阻滞作用的不同，缓蚀剂
分为三种。①阳极型缓蚀剂②阴极型缓蚀剂③混合型缓蚀剂分课题三化工容器的基本结构和附件一、内压容器封头（一）
常用封头的形式（二）标准椭圆形封头及选用椭圆形封头因边缘应力小，承压能力强，获得了广泛的应用。椭圆形封头[图3-1-6(f)]
由两部分组成：半椭球和高度为A的直边。设置直边部分使椭球壳和圆筒的连接边缘与封头和圆筒焊接连接的接头错开，避免了边缘应力与热应力叠
加的现象，改善了封头与圆筒连接处的受力状况。直边高度的大小按封头的直径和厚度不同，有25mm、40mm、50mm三种，对椭圆形封头
来说，随着Di/2hi值的变化，封头的形状在改变。当Di/2hi＝1时，就是半球形封头；当Di/2hi＝2时，理论分析证明，此时椭
圆形封头的应力分布较好，且封头的壁厚与相连接的简体壁厚大致相等，便于焊接，经济合理，所以我国将此定为标准椭圆形封头，并已成批生产。
（三）半球形封头半球形封头即为半个球壳[图3-1-6(g)]，它的受力情况要好于椭圆形封头，但因其深度大，当直径较小时采用整体
冲压制造较困难，因此，中小直径的容器很少采用半球形封头。对于大直径(Di＞2.5m)的半球形封头，通常将数块钢板先在水压机上用模具
压制成型后，再进行拼焊。（五）锥形封头锥形封头广泛用作许多化工设备的底盖，它的优点是便于收集并卸除这些设备中的固体物料，避免
凝聚物、沉淀等堆积和利于悬浮、黏稠液体排放。此外，有一些塔设备下部分的直径不等，也常用圆锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，它使
气流均匀。这时的圆锥形壳体叫做变径段。（六）平板形封头平板形封头也称为平盖，是各种封头中结构最简单、制造最容易的一种。与承受
内压的圆筒体和其他形状的封头不同，平板形封头在内压作用下发生的是弯曲变形，平板形封头内存在数值比其他形状封头大得多且分布不均匀的弯
曲应力。因此，在相同情况下，平板形封头比各种凸形封头和锥形封头的厚度要大得多。由于这个缺点，平板形封头的应用受到很大限制。二、法
兰联接（一）法兰联接结构与密封原理（二）法兰的分类：（三）影响法兰密封的因素（1）螺栓预紧力①预紧力不能过大，也不能过
小。过大会使垫片压坏或挤出；过小会达不到垫片压紧并实现初始密封条件。②适当提高预紧力，可以增加垫片的密封能力。因为：使渗透性垫片
材料的毛细管孔隙减小。③使预紧力均匀作用于垫片——可以采取减小螺栓直径以及增加螺栓个数的办法。（2）压紧面(密封面)型式。①
平面型压紧面②凹凸型③榫槽型④锥形压紧面（3）垫片①非金属垫片②金属垫片③金属——非金属组合垫片（
4）法兰刚度法兰刚度不足，导致过大的翘曲变形，往往是导致密封失效的原因。刚性大的，法兰变形小，并可以使分散分布的螺栓力均匀地传
给垫片，故可以提高密封性能。法兰刚度的提高措施主要有增加法兰厚度、减小螺栓力作用的力臂(即缩小中心圆直径)、增大法兰盘外径。（
5）操作条件指压力、温度、介质。单纯的压力或介质因素对泄漏的影响并不是主要的，但当压力、介质和温度联合作用时，问题会显得严重
。（四）法兰标准及选用（1）法兰的标准（2）压力容器法兰的选用①平焊法兰②对焊法兰压力容器法兰的选用步骤如下：
①由法兰标准中的公称压力等级和容器设计压力，按设计压力小于等于公称压力的原则就近选择公称压力，若设计压力非常接近这一公称且设计温
度高于200℃，则可就近提高一个公称压力等级，这样初步确定法兰的公称压力。②由法兰公称压力直径、容器设计温度和以上初定的公称压力
查相关手册，并考虑不同类型法兰的适用温度，初步确定法兰的类型。③由工作介质特性确定密封面形式。④由介质特性、设计温度，结合容器
材料对照标准中规定的法兰常用材料确定法兰材料。⑤由法兰类型、材料、工作温度和初定的公称压力查相关标准，确定其允许的最大工作压力
。⑥若所选法兰最大允许工作压力大于等于设计压力，则原初定的公称压力就是所选法兰的公称压力；若最大允许工作压力小于设计压力则调换优
质材料或提高公称压力等级，使得最大允许工作压力大于等于设计压力，从而最后确定出法兰的公称压力和类型（有时公称压力提高会引起类型的改
变）。⑦由法兰类型及工作温度查相关标准，确定垫片、螺柱、螺母的材料。⑧由法兰类型、公称直径（公称压力查阅JB4701~4703
—92）确定具体尺寸。法兰选定后应予标记。法兰标记方法如下：（3）管法兰的选用①确定管法兰的公称直径。根据分、管法兰的公称
直径就是与管法兰相连的接管公称尺寸确定法兰的公称直径。②确定管法兰材质。根据介质特性、设计温度，结合管道材料选定。③确定管法兰
的公称压力等级。根据管法兰的材质和工作温度，按照设计压力不得高于对应工作温度下最高无冲击工作压力的原则，查管法兰的最高无冲击压力表
确定出管法兰的公称等级。④根据公称压力和公称直径查表4-6确定法兰类型和密封面型式。⑤根据工作温度、公称直径。公称压力和法兰类
型查表确定垫片类型和材料，以及螺栓、螺柱材料。⑥根据法兰类型、公称直径、公称压力查表HG20592~20635—1997，确定法
兰的具体结构尺寸。三、容器支座（一）卧式容器支座：（1）鞍式支座①受力②鞍座的最佳位置—A≤0.2L且尽可能使A≤0.
5Ri③标准（二）立式容器支座（1）耳式支座（2）支承式支座。支承式支座一般是由两块竖板及一块底版焊接而成。竖板的上部
加工成和被支承物外形相同的弧度，并焊于被支承物上。底版搁在基础上并用地脚螺栓固定。当荷重>4吨时，还要在两块竖板的端部加一块倾斜支
承板。（3）裙式支座裙式支座由裙座、基础环、盖板和加强筋组成，有圆筒形和圆锥形两种形式。常用于高大的立式容器。裙座上端与容器壁
焊接，下端与搁在基础上的基础环焊接，用地脚螺栓加以固定。为便于装拆，基础环上装设地脚螺栓处开成缺口，而不用圆形孔，盖板在容器装好后
焊上，加强筋焊在盖板与基础环之间。为避免应力集中，裙座上端一般应焊在容器封头的直边部分，而不应焊在封头转折处，因此裙座内径应和容器
外径相同四、容器的开孔补强（一）设备需开孔的装置（1）设备的管口（2）人孔、手孔（二）开孔应力集中现象（1）开孔削弱
了器壁材料，破坏了原有应力分布并引起应力集中；（2）壳体与接管连接处形成结构不连续应力；（3）壳体与接管的拐角处因不等截面过渡
面引起应力集中。（三）开孔补强设计的原则与补强结构：（1）补强设计原则：（2）补强形式（3）补强结构：分课题四化工
容器的安全附件一、视镜二、安全阀三、爆破片装置（1）放空口要求全量排放的工况。（2）不允许介质有任何泄露的工况。各种安
全阀一般总有微量泄露。（3）内部介质容易因沉淀、结晶、聚合等形式粘着物，妨碍安全阀正常动作的工况。（4）系统内存在发生燃爆或者
异常反映而使压力骤然增加的可能性的工况，这工况下弹簧式安全阀由于惯性而不适用。四、液面计（一）液面计选用的原则（二）液面计的
维护五、压力表六、测温仪表（1）膨胀式温度计（2）压力式温度计（3）热电阻温度计七、化工容器的检验（1）外部检查是
指在用化工容器运行中的定期检验，每年至少一次。（2）内部检查是指在用化工容器停机时的检验，其检验周期分为：安全状况等级为1、2级
的，每隔6年至少一次；安全状况等级为3、4级的，每年至少一次。（3）耐压试验是指化工容器停机检验时，所进行的超过最高工作压力的液
压或气压试验。对固定式化工容器，每两次内部检验期间内，至少进行一次耐压试验，对移动式化工容器，每6年至少进行一次耐压试验。（二）
化工容器定期检验内容（1）外部检查内容包括：①化工容器本体检查；②外表面腐蚀情况检查；③保温层检查；④容器与相邻管道或构
件的检查；⑤容器安全附件检查；⑥容器支座或基础的检查。（2）内部检查①外部检查的全部内容；②检查容器的结构。③几何尺
寸检查。④表面缺陷检查。⑤壁厚测定。⑥材质检查。⑦焊缝埋藏缺陷检查。⑧安全附件和紧固件检查。(三)容器压力
试验（1）液压试验①试验介质及要求②水压试验装置及过程③试验压力的校核（2）气压试验液压试验后的化工容器，若
无渗漏、无可见变形、试验过程中无异常的响声，既为合格；气压试验的化工容器，若无异常响声、经肥皂液或其他检漏液检查无漏气无可见变行，
即为合格。分课题四压力容器的安全使用一、压力容器的使用登记与技术档案(一)压力容器的使用登记（1）使用登记的依据（
2）使用登记的要求（3）使用登记的审核登记机关经审核合格，办理使用登记证。并按照《锅炉压力容器注册代码和使用登记证号码编制规
定》，编写注册代码和使用登记证号码。登记机关在发证后5个工作日内将登记信息传送使用地县级质检部门。县级质检部门接到登记信息后，应当
及时对新增锅炉压力容器的使用情况实施安全监察。(二)压力容器的技术档案(1)压力容器登记卡。(2)压力容器设计技术文件。
(3)压力容器的制造、安装技术文件和相关资料。(4)压力容器定期检验、检测记录以及检验的相关技术文件和资料。(5)压力容器安全
附件的校验、修理及更换记录。(6)压力容器修理方案、实际修理情况记录以及相关技术文件和资料。(7)压力容器技术改造的方案、图样
、材料质量证明书，施工质量检验及技术文件和资料。(8)压力容器有关事故的记录和处理报告。(三)压力容器的安全状况等级二、压
力容器的安全操作(一)压力容器使用单位的职责(1)贯彻执行《特种设备安全监察条例》、《压力容器安全技术监察规程》等压力容器的技
术法规，编制压力容器的安全规章制度。(2)参与压力容器安装的验收和试车工作，检查容器的检验、维修和安全附件的校验情况。(3)编
制压力容器的定期检验计划，并负责实施；对容器的检验、修理、改造和报废等进行技术审查。(4)向主管部门报送当年压力容器数量和变动情
况的统计表，容器定期检验计划的实施情况及存在的主要问题等。(5)负责压力容器的检验、焊接及操作人员安全技术培训的管理，容器使用登
记和技术资料的管理。(6)负责或协助进行压力容器事故的调查和处理工作。（二）压力容器安全操作的基本要求（1）严格遵守操作
规程，认真填写操作记录压力容器操作人员应了解容器的来源和历史，掌握其基本技术参数和结构特征，熟悉操作工艺条件。（2）平稳操作，
严禁超温超压运行（3）坚持运行期间巡回检查，防止异常情况发生（4）压力容器作业人员应具备的知识和技能（4）压力容器作业人员应
具备的知识和技能①掌握压力容器的基本知识，了解化工设备的技术特性，结构特点和安全操作知识。②了解所在工段的工艺流程、工艺参数，
熟知岗位操作法，熟悉并严格执行本岗位工艺操作规程。③能正确使用设备，如容器的开、停车操作和安全注意事项。④掌握各种安全装置的型
号、规格、性能及用途，会检查、判断设备安全附件是否正常。⑤针对可能发生的事故采取防范措施，在设备出现异常情况时，能及时、正确地进
行紧急处理。（三）压力容器的维护与保养压力容器的维护保养工作包括防止腐蚀和消除“跑、冒，滴、漏”等方面。容器通常会受到来自内
部的工作介质，外部的大气、水或土壤等的腐蚀。目前，大多数容器都采用防腐层进行防腐，如金属涂层、化学涂层、金属内衬及搪瓷玻璃等。如果
容器的防腐层脱落或损坏，腐蚀介质与容器本体直接接触使腐蚀速度加快，因此检查和维护防腐层的完好情况是做好防腐工作的关键。在日常巡检时
应特别注意，及时发现问题消除影响；同时也应及时清除积附在容器、管道、阀门及安全附件上的灰尘、油污和腐蚀性物质等，经常保持其清洁和干
燥。三、压力容器的紧急停运（1）压力容器紧急停止运行的条件①容器的工作压力、介质温度或壁温超过规定值，采取措施仍不能得到有效控制。②容器的主要受压元件发生裂缝、鼓包、变形、泄漏等危及安全的缺陷。③容器的安全附件失效。④接管、紧固件损坏，难以保证设备安全运行。⑤发生火灾直接威胁到压力容器的安全运行。⑥容器充装过量。⑦容器的液位失控，采取措施仍得不到有效控制。⑧容器与管道发生严重振动，危及设备的安全运行。⑨低温绝热压力容器外壁局部存在严重结冰，介质的压力和温度明显上升。（2）压力容器紧急停止运行的操作压力容器紧急停止运行时，应先切断外来原料，再有效撤除处于危险状态的容器内的物料。首先应迅速切断电源，使向容器内输送物料的运转设备，如泵、压缩机等停止运行，同时联系有关岗位停止向容器内输送物料。其次再迅速打开出口阀，泄放容器内的气体或其他物料，必要且可行时可打开放空口将气体排人大气中；对于系统性连续生产的设备，紧急停止运行时必须做好与前后有关岗位的联系工作；操作人员在处理紧急情况的同时，应立即与上级主管部门及有关的技术人员、领导取得联系，以便有效地控制险情，避免发生更大的事故。