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1. Definition des Druckbehälters
A Druckbehälter ist ein versiegelter Behälter, der in den internen oder externen Druckdifferentialen standhalten kann. Sie werden häufig verwendet, um verschiedene Medien wie Flüssigkeiten, Gase und Dampf zu speichern, insbesondere in industriellen Prozessen, die einen Betrieb unter hohem oder niedrigem Druck erfordern. Druckbehälter sind unverzichtbare Geräte in der chemischen, Erdöl-, Erdgas-, Strom- und Pharmaindustrie.
In vielen industriellen Anwendungen speichern Druckbehälter nicht nur Substanzen, sondern auch komplexe Prozessvorgänge wie Reaktionen, Verdunstung und Trennungen. Da der Druck in den Druckscheiben häufig signifikant höher ist als der atmosphärische Druck, müssen sich ihre Entwurf, Herstellung und Wartung streng an relevante nationale Standards und Branchenspezifikationen einhalten.
2. Grundstruktur der Druckbehälter
Das strukturelle Design eines Druckbehälters muss mehrere Faktoren berücksichtigen, einschließlich seiner Druckkapazität, der Eigenschaften der verwendeten Medien und Temperaturbedingungen. Seine Grundstruktur besteht hauptsächlich aus der Schale, den Endkappen, Stützstrukturen, Fugen und Sicherheitsvorrichtungen. Das Folgende ist eine detaillierte Erklärung für jede Komponente:
a) Schale
Die Hülle ist der Hauptkörper des Druckbehälters, der hauptsächlich für den Innendruck verantwortlich ist. Das Shell -Design variiert je nach Form des Schiffes.
Zylindrische Hülle: Dies ist die häufigste Druckbehälterform. Es ist für die meisten Anwendungen wie Lagertanks und Reaktoren geeignet. Zylindrische Gefäße sind relativ einfach herzustellen, haben eine stabile Struktur und verteilen effektiv Druck.
Kugelschale: Kugelschalen bieten die einheitlichste Druckverteilung und können höhere interne und externe Drücke standhalten. Daher werden sie häufig in Gefäßen verwendet, die extrem hohen Drücken standhalten müssen, wie z. B. Verflüssiggasspeicherbehälter. Die kugelförmigen Behälter sind jedoch teurer und seltener als zylindrische Behälter.
Ellipsoidale oder halbkugelförmige Hülle: Dieses Design kombiniert die Vorteile von zylindrischen und kugelförmigen Behältern, wodurch es für extrem Hochdruckanwendungen geeignet ist und eine größere Druckwiderstand bietet. Sie werden üblicherweise in Hochdruckdampfkesseln oder bestimmten speziellen chemischen Reaktoren verwendet.
b) Köpfe
Die Köpfe sind die Enden eines Druckbehälters, dichtend und absorbieren den Druck teilweise. Das Design und die Form eines Kopfes stimmen im Allgemeinen der Form des Gefäßes selbst überein. Die Dicke und Form des Kopfes variieren abhängig vom Druck des Drucks.
Hemisphärenkopf: Diese Kopfform verteilt gleichmäßig den inneren Druck und wird üblicherweise an den Enden der kugelförmigen oder zylindrischen Gefäße verwendet, um die Spannungskonzentrationen zu minimieren. Ovale Köpfe: Geeignet für Gefäße mit niedrigem und mittlerem Druck. Ihre Form hilft gleichmäßig, Stress über das Schiff zu verteilen, und treten häufig auf Lagertanks in der Chemie- und Erdölindustrie vor.
Konische Köpfe: Am Boden der Gefäße werden häufig konische Köpfe verwendet, insbesondere für Niederdruckgefäße oder bei der benötigten Flüssigentwässerung.
c) Stützstrukturen
Unterstützungsstrukturen unterstützen das Gewicht des gesamten Druckbehälters und werden normalerweise unten oder auf der Seite des Schiffes installiert. Sie gewährleisten Stabilität und verhindern aufgrund von Schwerkraft oder Vibration Kippen oder Verschiebung.
Zu den Unterstützungsstrukturen gehören Beine, Hebeplätze und Basen. Unterstützungsstrukturen müssen auf der Grundlage der Größe des Schiffes und der Betriebsumgebung ausgelegt sein, um Sicherheit und Stabilität zu gewährleisten.
d) Düsen
Düsen sind die Teile eines Druckbehälters, die Rohre, Ventile, Instrumente und andere Geräte verbinden. Zu den häufigen Typen gehören Futteranschlüsse, Abgasanschlüsse, Abflussanschlüsse und Gasauslassungen.
Düsen müssen so ausgelegt sein, dass eine leckdichte Verbindung sicherstellt und Leckagen verhindern, wenn das Schiff unter Druck steht. Sie sind typischerweise durch Schweißen oder Gewinde mit dem Gefäßkörper verbunden. e) Sicherheitsentlastungsventil
Um Explosion oder Bruch aufgrund von übermäßigem Innendruck zu verhindern, müssen Druckbehälter mit einem Sicherheitsgerät ausgestattet sein, von denen das häufigste ein Sicherheitsventil ist. Ein Sicherheitsventil erkennt automatisch den internen Druck und öffnet sich, wenn der Druck einen festgelegten Wert überschreitet, überschüssigen Druck, wodurch das Schiff vor Schäden schützt.
Zusätzlich zu Sicherheitsventilen umfassen andere Druckentlastungsgeräte platzende Scheiben und Notabflussventile.
3. Arbeitsprinzip der Druckbehälter
Das Arbeitsprinzip der Druckbehälter dreht sich hauptsächlich um Druck- und Temperaturschwankungen innerhalb des inneren Mediums sowie um die materielle Festigkeit des Gefäßes selbst. Das Folgende sind mehrere wichtige Arbeitsprinzipien:
a) Innendruckeffekte
Die Hauptfunktion eines Druckbehälters besteht darin, innere oder externe Druckdifferentiale standzuhalten. Während des Betriebs erfährt das Gas oder das flüssige Medium im Gefäß einen bestimmten Druck. Je größer der Druck, desto größer ist die Spannung des Gefäßes. Um die Sicherheit der Gefäße zu gewährleisten, müssen die Dicke, das Material und andere Schlüsselkomponenten der Gefäßwand basierend auf dem maximalen Druck ausgelegt werden, den sie standhalten können.
b) Druckübertragung
In einem Druckbehälter wird der Druck durch die Gefäßwand durch die Struktur übertragen. Während der Innendruck in der gesamten Gefäßwand gleichmäßig verteilt ist, können in Bereichen wie der Endkappe und der Fugen erhebliche Spannungskonzentrationen auftreten. Daher erfordern diese Bereiche in der Regel zusätzliche Verstärkung.
c) Einfluss der Temperatur auf Druckbehälter
Die Temperatur in einem Gefäß beeinflusst die Dichte und Viskosität des Mediums und beeinflusst den Druck innerhalb des Gefäßes. Erhöhte Temperaturen können dazu führen, dass sich das Gefäßwandmaterial ausdehnt oder weich macht, sodass die Auswirkungen der Temperatur auf die Festigkeit des Gefäßmaterials während des Designs berücksichtigt werden müssen. Druckgefäße, die bei hohen Temperaturen verwendet werden, verwenden häufig hochtemperaturbeständige Materialien.
d) Spannungsverteilung in Gefäßen
Die Spannungsverteilung innerhalb der Druckbehälter ist ungleichmäßig. Typischerweise erleben die Enden (Enden) des Gefäßes mehr Stress. Um ein Knacken oder Verformungen in diesen Bereichen zu verhindern, erfordert das Design eine erhöhte Wandstärke oder spezialisierte strukturelle Merkmale.
4. Funktionen von Druckbehältern
Die Funktionen von Druckbehältern sind nicht auf die Lagerung oder den Transport von Substanzen beschränkt. Sie umfassen auch eine Vielzahl komplexer industrieller Prozesse. Spezifische Funktionen sind wie folgt:
a) Speicherung
Eine der häufigsten Funktionen ist die Lagerung von Gasen, Flüssigkeiten oder Dämpfen. Zum Beispiel werden in der petrochemischen Industrie häufig Druckbehälter verwendet, um Flüssiggas (LNG) oder andere chemische Flüssigkeiten zu speichern. In Druckluftsystemen speichern Druckgefäße Hochdruckgase für die Bereitschaft.
b) Reaktion
Druckgefäße werden in vielen Branchen wie der chemischen, Öl-, Gas- und Pharmaindustrie als Reaktoren verwendet. Chemische oder physikalische Reaktionen werden unter hohem Druck durchgeführt, um gewünschte Chemikalien oder Zwischenprodukte zu erzeugen. Hoher Druck während der Reaktion hilft, die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen oder die Ausbeute zu erhöhen.
c) Heiz- und Kühlfunktionen
Einige Druckbehälter haben auch Heiz- oder Kühlfunktionen. Beispielsweise kann in einem Wärmeaustauschsystem ein Druckbehälter als Teil eines Wärmetauschers verwendet werden, um Wärme von einem Medium auf ein anderes zu übertragen. Kessel und Warmwasserbereiter fallen auch in diese Kategorie und werden üblicherweise zur Erzeugung von Dampf oder heißem Wasser verwendet.
d) Komprimierungs- und Expansionsfunktionen
Druckgefäße werden auch häufig zum Komprimieren oder Ausdehnen von Gasen verwendet. Zum Beispiel wird Erdgas häufig in Hochdruckschiffen zur Lagerung und Transportung komprimiert. Druckluftsysteme sind auch eine wichtige Anwendung für Druckbehälter.
5. Druckbehältersicherheit
Da Druckbehälter häufig hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt sind, ist die Sicherheit, dass ihre Sicherheit von größter Bedeutung ist. Zu den wichtigsten Punkten im Sicherheitsdesign von Druckbehältern gehören:
Materialauswahl: Materialien mit hoher Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit müssen ausgewählt werden. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Legierungsstahl, die hohen Temperaturen und Drücken standhalten können.
Entwurfspezifikationen: Das Design muss streng an relevante Entwurfsspezifikationen und Standards einhalten. Zu den gängigen internationalen Standards gehören der ASME -Kessel- und Druckbehälter -Code (BPVC), der die Anforderungen für die Entwurf, Herstellung und Inspektion von Druckbehältern angibt.
Inspektion und Prüfung: Die regelmäßige Inspektion von Druckbehältern ist entscheidend, einschließlich externer Inspektion, endoskopischer Inspektion und zerstörerischen Tests (wie Ultraschalltests und Röntgentests). Diese Tests können sofort versteckte Gefahren wie Risse und Korrosion erkennen und Unfälle verhindern.
Sicherheitsvorrichtungen: Druckbehälter müssen mit Sicherheitsventilen oder Druckentlastungsgeräten ausgestattet sein. Wenn der Druck innerhalb des Schiffes einen Sicherheitsschwellenwert überschreitet, öffnen sich diese Geräte automatisch, um überschüssigen Druck freizusetzen und zu verhindern, dass das Gefäß explodiert oder zerbricht.
6. Anwendungen von Druckbehältern
Druckbehälter werden weit verbreitet, hauptsächlich in Branchen, die unter hohen oder niedrigen Druckbedingungen einen Betrieb erfordern:
Petrochemische Industrie: Wird zur Lagerung von Flüssiggas, Erdgas, Chemikalien und Erdölprodukten verwendet.
Energieindustrie: Kessel, Dampfgeneratoren und Wärmetauscher benötigen Druckbehälter, um Wärme zu speichern und zu übertragen.
Pharmaindustrie: Druckbehälter werden für Arzneimittelreaktionen, Sterilisation und Gasspeicher verwendet.
Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Druckbehälter werden zum Heizen, Kühlen und Verarbeitung flüssiger Lebensmittel verwendet.
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