容器设计必须考虑的因素有哪些

单体化工设备设计包括工艺设计和机械设计两部分。首先应根据任务提供的原始数据和工艺要求，定出设备的主要尺寸，如形状、直径、高度等；然后进行受力分析，结合选择材料，确定结构，经过强度计算决定出结构尺寸；最后绘出该设备及各零部件的施工图。这几部分是紧密相关而又各有分工的。目前在我国，工艺设计由化工工艺专业人员完成，由化工机械专业人员完成机械设计。 虽然容器的应用在性质上有所不同，但在设计容器时往往必须考虑不少共同因素。最重要的是选择容器的型式，确定它的主要尺寸，合理选择材料，运用准确而可靠的计算方法。一、容器型式的选择 设计任何容器的第一步是选择容器的型式，使其能完成指定的生产任务，又有好的经济效果。1、容器型式与它的用途有关。对贮存用的容器，其决定性参数是体积，从节约材料的观点来看，最好的应是球形，但若贮存量较小时还是圆筒形更有利。对进行化工过程用的设备外壳来说，还应注意到有利于内部过程的进行，更易安装内部构件，有利于物料的排放和清理以及尽量减少流体阻力等因素。2、容器型式与容器所承受的压力及温度有关。 操作压力愈大，温度愈高，就愈是应该选择受力情况较好的型式。 3、容器型式与容器所使用的结构材料和制造方法有关。加工性能和焊接性能好的材料，容易成型、组焊，可以作成设计所需要的形状。反之则只能做成简单的形状。对称中心轴线的壳体便于成型和机械加工，因而圆筒形、球形和锥形壳体是最常用的。二、经济尺寸的决定 当容器的容积一定时，变换直径和高度可以得到多种方案，但应确定一种最经济的尺寸。经济尺寸与金属材料用量和容器制造费用有关。对大型贮罐而言，还应考虑基础的费用和所占有土地的费用。一般来说，以金属用量的多少为最主要，因此应以金属用量最少为原则，选择圆筒形容器的直径和高度。三、材料的选择选择容器用钢，必须根据容器的工作条件（如壁稳、压力、介质腐蚀性、介质对材料的脆化作用及其是否易燃、有毒等）选择具有合适力学性能、物理性能和耐腐蚀性能的材料。选择材料力求易于加工制造，并考虑经济合理性和符合我国资源情况。下面是选择材料时应注意的几个主要因素： 1、力学性能 材料的力学性能由强度、塑性两个指标来完成。 （1）强度指标它是材料抵抗外力作用能力的标志。一般情况下，设计常用的指标有强度极限和屈服极限。在遇有高温情况时，设计还得考虑材料的蠕变极限及持久极限。设计中许用应力都是根据这些数值决定的。另外，材料的屈强比也是反应材料承载能力的一个指标，不同材料具有不同的屈强比，即使是同一种材料，其屈强比也随着材料热处理情况及工作温度的不同而有所变化。（2）塑性指标 塑性指标主要有延伸率、断面收缩率、冲击韧性等。用塑性好的材料制造容器，可以缓和局部应力和不良影响，有利于压力加工，不易产生脆性断裂，对缺口、伤痕不敏感，并且在发生爆炸时不易产生碎片。作为化工容器用的钢，要求延伸率不低于14%，冲击韧性在使用温度下不低于35J/2;。 材料力学性能的各因素之间是相互联系而又相互制约的。有些材料强度较高，但它的延伸率及冲击韧性却很低。因此选材时，不能只看其单一的性能指标，而应对材料力学性能诸因素作全面分析。 2、物理性能 在容器设计中，应注意到材料的物理性能。例如在计算容器的温差应力时，就要用到材料的线膨胀系数；在设计换热器及计算容器外壳损失时，还要用到材料的热导率等等。因此，材料的使用场合不同，对材料的物理性能亦有不同的要求。主要的物理性能指标有密度、热导率、比热容、熔点、线胀系数、电阻率、弹性模量等。 3、耐腐蚀性能化工厂中经常处理有腐蚀性的介质，故设计化工容器时，在很多场合下，耐蚀性对材料的选择起决定性的作用。材料的耐蚀程度会影响设计使用寿命，产品的质量，有时甚至影响化学反应的进行。因此，考虑材料的耐蚀性的化工容器材料选择中的一个重要问题。 材料的腐蚀速度在工程上常用Ka（mm/a）来表示，材料腐蚀速度在1 mm/a以下的，可认为能用于化工容器。有关材料的耐蚀性可在材料腐蚀和防腐手册中查得。 4、制造工艺性能 材料的制造工艺性能包括可锻性、可焊性、切削加工性及研磨、冲压性能、热处理性能等。对制造化工容器的钢材来说，焊接性能和压力加工性能就显得更为重要。 钢材焊接性能的好坏主要取决于其成份。含碳量是最重要的因素，制造一般受压容器所用的钢材的含碳量最高不大于0.25%。有些低合金钢可焊性较差，必须采取特殊的焊接工艺。 容器成型的主要方法是滚卷与冲压。材料中的夹渣、气孔等缺陷易在加工过程中形成裂纹或微裂纹。材料的冷作硬化性会降低塑性指标，而且会在受热时出现结晶醋化，降低强度。一般钢材的残余变形超过3%时，需经退火处理。 5、价格与来源设备成本的很大一部分决定于材料的价格。因此在选用材料时，应了解它们的价格。如果将普碳钢板Q235的价格定为1，其余的板材相对价格大致有如下关系：锰钢为1.4；20钢为1.8；铬钢（1Cr13，2 Cr13）为5.1；1Cr18Ni9Ti为4.9。 当然，采用价廉的材料并不一定就是经济上合理的，因为贵的材料可能具有较好的性能，用它可以制成器壁较薄而轻的容器，而且使用年限也比较长，使用效果更好。 分析材料的经济性不能仅看它们的价格，同时要看国家的资源情况，要求我们多用普通易取的材料，少用昂贵稀缺的材料；多用国产材料，少用或不用进口材料。