卧式压力容器结构设计

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1、卧式压力容器结构设计概述压力容器的用途十分广泛。它是在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外,还配有安全装置、表计及完全不同生产工艺作用的内件。3.1容器的分类1.按压力容器的设计压力(p)划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级: (1)低压(代号L)0.1MPa≤p<1.6MPa (2)中压(代号M)1.6MPa≤p<10.0MPa (3)高压(代号H)10.0MPa≤p<100.0MPa (4)超高压(代号U)p≥100.0MPa。2.

2、按工艺过程中的作用不同分为: (1)反应容器:用于完成介质的物理、化学反应的容器。 (2)换热容器:用于完成介质的热量交换的容器。(3)分离容器:用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。17(4)贮运容器:用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。3.根据容器的压力高低,介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用,综合地将容器分为三类。属于下列情况之一者为一类容器:(1)非易燃或无毒介质的低压容器;(2)易燃或有毒介质的低压分离器的换热容器。属于下列情况之一者为二类容器:(1)中压容器;(2)剧毒介质的低压容器;(3)易燃或有毒介质

3、的低压反应容器和储运容器;属于下列情形之一者为三类容器:(1)高压、超高压容器;(2)剧毒介质的中压容器(3)易燃或有毒介质(4)中压废热锅炉或内径大于1米的低压废热锅炉。3.2压力容器的结构特点一般承受内压的容器,除球形容器外,大多是由筒体和封头组成。筒体是圆筒形壳体,封头则有多种型式,高压容器多采用平板封头;中、低压容器的封头除平板和半球型外,还有半椭圆形封头,蝶形封头,锥形封头等。3.3压力容器筒体的结构型式17圆柱形容器是最常见的一种压力容器结构形式,具有结构简单、易于制造、便于在内部装设附件等优点,被广泛用作反应器、换热器、分离器和中小容积储存容器。圆筒形

4、容器的容积主要由圆柱形筒体(以下简称圆筒)提供。圆筒可分为单层式和组合式两大类。单层式优点是结构简单。但厚壁单层式圆筒也存在一些问题,主要表现在:①除整体锻造式厚壁圆筒外,还不能完全避免较薄弱的深环焊接和纵焊缝,焊接缺陷的检测和消除均较困难;且结构本身缺乏阻止裂纹快速扩展的能力;②大型锻件及厚钢板的性能不及薄钢板,不同方向力学性能差异较大,韧脆转变温度较高,发生低应力脆性破坏的可能性也较大;③加工设备要求高;为此,人们相继研制了多种组合式圆筒。常见的有以下几种:(1)多层包扎式这是目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式圆筒结构。筒节由厚度为12~25m

5、m的内筒和厚度为4~12mm的多层层板两部分组成,筒节通过深环焊缝组焊成完整的圆筒。为了避免裂纹沿厚度方向扩展,各层板之间的纵焊缝应相互错开75°17。筒节的长度视钢板的宽度而定,层数则随所需的厚度而定。制造时,通过专用装置将层板逐层、同心地包扎在内筒上,并借纵焊缝的焊接收缩力使层板和内筒、层板与层板之间相互贴紧,产生一定得预紧力。每个筒节上均开有安全孔,这种小孔可使层间空隙中的气体在工作时因温度升高而排出;当内筒出现泄漏时,泄漏介质可通过小孔排出,起到报警作用。多层包扎式圆筒制造工艺简单,不需要大型复杂的加工设备;与单层式圆筒相比安全可靠性高,层板间隙具有阻止缺陷

6、和裂纹向厚度方向扩展的能力,减少了脆性破坏的可能性,同时包扎预应力可有效改善圆筒的应力分布;对介质适应性强,可根据介质的特性选择合适的内筒材料。但多层包扎式圆筒制造工序多、周期长、效率低、刚板材料利用率低,尤其是筒节间对接的深环焊缝对容器的制造质量和安全有显著影响。这是因为:①无损检测困难,环焊缝的两侧均有层板,无法使用超声检测,仅能依靠射线检测;②焊缝部位存在很大的焊接残余应力,且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降,因而焊缝质量较难保证;③环焊缝的坡口切削工作量大,且焊接复杂。(2)热套式采用厚钢板(30mm以上)卷焊成直径不同但可过盈配合的筒节,然后将外层筒节加热到计

7、算的温度进行套合,冷却收缩后便得到紧密贴合的厚壁筒节。热套式圆筒需要有较准确的过盈量,对卷筒的精度要求很高,且套合或组装成整体容器后,需再进行热处理以消除套合预应力及深环焊缝的焊接残余应力。热套式圆筒除了具有包扎式圆筒的大多数优点外,还具有工序少,周期短等优点。(3)绕板式17绕板式圆筒由内筒、绕板层和外筒三部分组成。它是在多层包扎式圆筒的基础上发展起来的,两者的内筒相同,所不同的是多层绕板式圆筒是在内筒外面连续缠绕若干层3~5mm厚的薄钢板而构成筒节,绕板层只有内外两道纵焊缝。为了使绕板开始端与终止端能与圆筒形成光滑连接,一般需要有楔形过渡段。外筒作为保护层,

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