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    容器設計必須考慮的因素有哪些

            單體化工設備設計包括工藝設計和機械設計兩部分。首先應根據任務提供的原始數據和工藝要求,定出設備的主要尺寸,如形狀、直徑、高度等;然后進行受力分析,結合選擇材料,確定結構,經過強度計算決定出結構尺寸;最后繪出該設備及各零部件的施工圖。這幾部分是緊密相關而又各有分工的。目前在我國,工藝設計由化工工藝專業人員完成,由化工機械專業人員完成機械設計。 雖然容器的應用在性質上有所不同,但在設計容器時往往必須考慮不少共同因素。最重要的是選擇容器的型式,確定它的主要尺寸,合理選擇材料,運用準確而可靠的計算方法。一、容器型式的選擇 設計任何容器的第一步是選擇容器的型式,使其能完成指定的生產任務,又有好的經濟效果。1、容器型式與它的用途有關。對貯存用的容器,其決定性參數是體積,從節約材料的觀點來看,最好的應是球形,但若貯存量較小時還是圓筒形更有利。對進行化工過程用的設備外殼來說,還應注意到有利于內部過程的進行,更易安裝內部構件,有利于物料的排放和清理以及盡量減少流體阻力等因素。2、容器型式與容器所承受的壓力及溫度有關。 操作壓力愈大,溫度愈高,就愈是應該選擇受力情況較好的型式。 3、容器型式與容器所使用的結構材料和制造方法有關。加工性能和焊接性能好的材料,容易成型、組焊,可以作成設計所需要的形狀。反之則只能做成簡單的形狀。對稱中心軸線的殼體便于成型和機械加工,因而圓筒形、球形和錐形殼體是最常用的。二、經濟尺寸的決定 當容器的容積一定時,變換直徑和高度可以得到多種方案,但應確定一種最經濟的尺寸。經濟尺寸與金屬材料用量和容器制造費用有關。對大型貯罐而言,還應考慮基礎的費用和所占有土地的費用。一般來說,以金屬用量的多少為最主要,因此應以金屬用量最少為原則,選擇圓筒形容器的直徑和高度。三、材料的選擇選擇容器用鋼,必須根據容器的工作條件(如壁穩、壓力、介質腐蝕性、介質對材料的脆化作用及其是否易燃、有毒等)選擇具有合適力學性能、物理性能和耐腐蝕性能的材料。選擇材料力求易于加工制造,并考慮經濟合理性和符合我國資源情況。下面是選擇材料時應注意的幾個主要因素: 1、力學性能 材料的力學性能由強度、塑性兩個指標來完成。 (1)強度指標它是材料抵抗外力作用能力的標志。一般情況下,設計常用的指標有強度極限和屈服極限。在遇有高溫情況時,設計還得考慮材料的蠕變極限及持久極限。設計中許用應力都是根據這些數值決定的。另外,材料的屈強比也是反應材料承載能力的一個指標,不同材料具有不同的屈強比,即使是同一種材料,其屈強比也隨著材料熱處理情況及工作溫度的不同而有所變化。(2)塑性指標 塑性指標主要有延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性等。用塑性好的材料制造容器,可以緩和局部應力和不良影響,有利于壓力加工,不易產生脆性斷裂,對缺口、傷痕不敏感,并且在發生爆炸時不易產生碎片。作為化工容器用的鋼,要求延伸率不低于14%,沖擊韌性在使用溫度下不低于35J/2;。 材料力學性能的各因素之間是相互聯系而又相互制約的。有些材料強度較高,但它的延伸率及沖擊韌性卻很低。因此選材時,不能只看其單一的性能指標,而應對材料力學性能諸因素作全面分析。 2、物理性能 在容器設計中,應注意到材料的物理性能。例如在計算容器的溫差應力時,就要用到材料的線膨脹系數;在設計換熱器及計算容器外殼損失時,還要用到材料的熱導率等等。因此,材料的使用場合不同,對材料的物理性能亦有不同的要求。主要的物理性能指標有密度、熱導率、比熱容、熔點、線脹系數、電阻率、彈性模量等。 3、耐腐蝕性能化工廠中經常處理有腐蝕性的介質,故設計化工容器時,在很多場合下,耐蝕性對材料的選擇起決定性的作用。材料的耐蝕程度會影響設計使用壽命,產品的質量,有時甚至影響化學反應的進行。因此,考慮材料的耐蝕性的化工容器材料選擇中的一個重要問題。 材料的腐蝕速度在工程上常用Ka(mm/a)來表示,材料腐蝕速度在1 mm/a以下的,可認為能用于化工容器。有關材料的耐蝕性可在材料腐蝕和防腐手冊中查得。 4、制造工藝性能 材料的制造工藝性能包括可鍛性、可焊性、切削加工性及研磨、沖壓性能、熱處理性能等。對制造化工容器的鋼材來說,焊接性能和壓力加工性能就顯得更為重要。 鋼材焊接性能的好壞主要取決于其成份。含碳量是最重要的因素,制造一般受壓容器所用的鋼材的含碳量最高不大于0.25%。有些低合金鋼可焊性較差,必須采取特殊的焊接工藝。 容器成型的主要方法是滾卷與沖壓。材料中的夾渣、氣孔等缺陷易在加工過程中形成裂紋或微裂紋。材料的冷作硬化性會降低塑性指標,而且會在受熱時出現結晶醋化,降低強度。一般鋼材的殘余變形超過3%時,需經退火處理。 5、價格與來源設備成本的很大一部分決定于材料的價格。因此在選用材料時,應了解它們的價格。如果將普碳鋼板Q235的價格定為1,其余的板材相對價格大致有如下關系:錳鋼為1.4;20鋼為1.8;鉻鋼(1Cr13,2 Cr13)為5.1;1Cr18Ni9Ti為4.9。 當然,采用價廉的材料并不一定就是經濟上合理的,因為貴的材料可能具有較好的性能,用它可以制成器壁較薄而輕的容器,而且使用年限也比較長,使用效果更好。 分析材料的經濟性不能僅看它們的價格,同時要看國家的資源情況,要求我們多用普通易取的材料,少用昂貴稀缺的材料;多用國產材料,少用或不用進口材料。
     


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