夾套容器的設計

潑計拔術(shù)石油化工設計Petrochemical Design2006,23(2) 15~ 18.夾套容器的設計齊芳(徐州阿卡化工機械有限公司,江蘇221007)摘要:闡述夾套容器的結構設計、強度計算等技術(shù)要求,進(jìn)一步完善GB150- 1998《鋼制壓力容器》中關(guān)于夾套容器的設計內容。關(guān)鍵詞:夾套容器;設計壓力;簡(jiǎn)體;封頭夾套容器是將作為一個(gè)完整壓力室的夾套連按夾套結構可分為:整體夾套(U型或圓簡(jiǎn).接在容器筒體、封頭外部形成的多腔壓力容器。型)容器;通道式夾套(型鋼夾套)容器;蜂窩夾套使用夾套容器的目的是加熱或冷卻容器及其內部(短管支撐式或折邊錐體式)容器;半管夾套(半管介質(zhì),也可以作為容器的密封絕熱室。它在石油、或弓形管)容器。夾套容器的各種夾套(碳鋼)適天然氣等方面得到廣泛的應用，如天然氣凈化硫應溫度和壓力見(jiàn)表1?；腔厥罩械囊毫鞴?、冷凝冷卻,造紙廠(chǎng)的液氯氣化表1各種碳鋼夾套的適用溫度和壓力器等都是帶有各種夾套型式的夾套容器。夾套型式適用最高溫度適用最高壓力/9/MPa0.6整體夾套(U型和園簡(jiǎn))1結構設計301.型鋼夾套202.51.1夾套容器的型式和適用范圍蜂窩夾套短管支撐式.夾套容器按夾套包容容器的程度分為:全夾折邊錐體式254.套容器即容器筒體和上下封頭全部帶有夾套(見(jiàn)半管夾套(半圓管或弓形管)6.4圖1);局部夾套容器即容器筒體上下封頭局部帶1.2夾套容器的結構夾套容器由容器和夾套兩大部分組成。容器有夾套(圖2)。夾套封頭的結構無(wú)特殊性,它由筒體、封頭等組成;夾套結容器封頭構有多種多樣,前面已討論過(guò)。容器簡(jiǎn)體、不同型式的夾套,由不同的主要受壓元件構夾套簡(jiǎn)體、成,一般包含夾套簡(jiǎn)體、夾套與容器的封閉件、橢圓形(或錐形)夾套封頭3個(gè)主要受壓元件。通道式夾套由型鋼或鋼管構成,只有夾套簡(jiǎn)體。圖1全夾套容器結構 .(1)在夾套容器設計中,通常采用兩種夾套結構:①容器外壁焊有螺旋形剛性環(huán)(見(jiàn)圖3),其作中國煤化工:2006-04-10:YHC N M H G人。190年畢業(yè)于江蘇化工學(xué)院化工設備與機械專(zhuān)業(yè),工程師?，F從事壓力容暴設計、圖2局部夾套容器結構開(kāi)發(fā)等工作。6●石油化工設計第23卷用是對容器殼體起加強作用,又可以對夾套內的保溫效果 ,夾套內直徑一般可按下列尺寸確定:介質(zhì)流動(dòng)起導向作用,同時(shí)增加傳熱效果;②采用當Da<600 mm時(shí)，D2= Da1+ L(L≤100 mm);在夾套和容器間焊短管(圖4) ,其作用同前。當600 mm≤Da≤1800 mm時(shí), D2= D; + 100 mm;當Du≥2000mm時(shí)，D:2=Da+200mm。.D;-容器內直徑,mm; Dz-夾套內直徑, mmo(2)為防止容器進(jìn)口處外壁受到夾套蒸汽或其他介質(zhì)的沖蝕,應在容器外壁正對夾套介質(zhì)人口處設置防沖板焊于容器外壁上;當容器和夾套E1的空間距離大于50 mm時(shí),也可設置人口檔板。圖3帶螺旋板夾套容器結構(3)為了全部放出夾套中的空氣或不凝惰性氣體,使夾套介質(zhì)充滿(mǎn)整個(gè)夾套空間,應在夾套頂部設置排氣口,排氣口口徑DN不小于10 mm,應盡量靠近夾套空間的最上端。圖4短管支撐式夾套容器結構(4)當容器內為極度或高度危害介質(zhì)時(shí),封閉(2)夾套封閉件有4種結構型式,即圓環(huán)形、件 與容器焊接焊縫應進(jìn)行100%射線(xiàn)探傷檢查,且錐形、平環(huán)形及角鋼形,GCB150 - 1998 附錄J中已容 器與封閉件焊接后再進(jìn)行熱處理;對于容器有列出這4種結構型式;而HC/T20569 - 94推薦采熱處理要求 的，應該將容器與封閉件焊接完畢再用錐形和平環(huán)形封閉件,對于這兩種封閉件在結進(jìn)行熱處理。構上又有多種形式,錐形封閉件見(jiàn)圖5,平環(huán)形封(5)在夾套容器設計中,常采用帶圓弧過(guò)渡的閉件見(jiàn)圖6。封口錐可做成與夾套簡(jiǎn)體有一圓弧封口錐,錐角一般取45°,過(guò)渡部分圓弧半徑R為過(guò)渡的整體壓制件,也可以做成與夾套筒體焊接。30~ 40 mm(當8 =6 ~ 10 mm);對于封口環(huán)結構則在設計中如果遇到夾套與容器材料不同，或容器很少采用;為了減少夾套封閉件制造難度,也可以要求熱處理,一定選用與夾套簡(jiǎn)體焊接的帶圓弧在容器簡(jiǎn)體與夾套簡(jiǎn)體間采用法蘭連接,但制造過(guò)渡的封閉件,且封閉件材料盡可能與容器- -致。 .成本也相應增加了。帶圓弧過(guò)渡的封閉件受力好,適應范圍廣,設計中通常優(yōu)先選用。2強度計算凡a=45a=30a=45從夾套容器結構可以知道,夾套容器的計算- -般包括以下主要受壓件:容器簡(jiǎn)體及封頭;夾套); 8D過(guò)D簡(jiǎn)體及封頭;夾套封閉件。2.1設計參數圖5封口錐結構設計壓力:容器設計壓力P和夾套設計壓力b.P2。計算壓力:計算壓力包括容器計算壓力Pa和夾套計算壓力Pa。計算壓力是用來(lái)計算殼體壁厚的中國煤化工不包括液柱靜壓d圖6封口環(huán)結構MYHCNMHG1.3 結構設計要點(diǎn)(1)容器內和夾套內都為內壓。容器和夾套(1)為了保證夾套內介質(zhì)流通截面積、傳熱或設計壓力都按GB150 - 1998《鋼制壓力容器》內壓第23卷齊芳.夾套容器的設計17.容器選取。在夾套強度計算中,夾套計算壓力為選取腐蝕裕量。Pe= P2。在正常操作情況下,如果不能保證容器②由于容器外壁和夾套內壁接觸的是同一介設計壓力和夾套設計壓力同時(shí)存在:容器計算壓質(zhì),當容器和夾套材質(zhì)相同或相近時(shí),它們受腐蝕力為Pa=PI和按P=0時(shí)容器只考慮受外壓作情況基本相同,容器外壁和夾套內壁所取的腐蝕用Pa= P2這兩種情況,分別計算容器壁厚,取大裕量應該是相同的。值;如果能保證容器設計壓力和夾套設計壓力同2.2簡(jiǎn)體和封頭計算時(shí)存在:容器(無(wú)夾套包容)計算壓力Pa=P和容器筒體、封頭計算以容器在結構上被夾套容器(有夾套包容,且在圖紙上注明在任何情況下全包容或部分包容作區別。當容器被夾套全包均保持P2- P的壓力差時(shí))計算壓力Pa= P2-容,簡(jiǎn)體、封頭分別按各件計算壓力來(lái)確定計算厚P1這兩情況,需分別計算容器壁厚。度。當容器筒體、封頭被夾套部分包容,分別按各(2)容器為真空和夾套內為內壓。容器設計件包容計算壓力和未被包容計算壓力來(lái)確定各自壓力按無(wú)夾套真空容器選取P] =0.1 MPa(外壓),計算厚度,這樣一來(lái),筒體很可能是變厚度,被包夾套設計壓力按內壓容器選取。在正常操作情況容封頭和未被包容封頭厚度也不一樣,在設計中,下,容器計算外壓力為Pa=P2+0.1(有夾套包對于容器內直徑不大、壁厚較薄筒體長(cháng)度不大、且容)和Pa =0.1 MPa(無(wú)夾套包容);夾套計算壓力被夾套部分包容與未被包容的殼體壁厚相差不大為Pa=P2o .時(shí),可取成等壁厚,以減少材料規格和方便制造。(3)容器為內壓和夾套內為真空。容器設計(1)夾套簡(jiǎn)體和封頭壁厚按照夾套計算壓力壓力按內壓容器選取,夾套設計壓力按真空容器來(lái)計算確定。選取P2=0.1 MPa(外壓)。在正常操作情況下,容(2)應力校核、穩定性校核、試驗壓力等參數器計算壓力為內壓其值為Pa=P] +0.1(有夾套的計算執行GB150- 1998標準[1。包容)和Pa = P,(無(wú)夾套包容);夾套計算壓力為2.3夾套封閉件計算外壓Pa=0.1 MPa。計算封閉件主要是確定其厚度,GB150-19(4)腐蝕裕量的選取應注意以下兩點(diǎn):《鋼制壓力容器》和HG/T20569 - 94《機械攪拌設①被夾套包容的容器簡(jiǎn)體、封頭按雙面腐蝕備》2}對此作了不同規定(見(jiàn)表2)。表2夾套封閉件厚度計算錐形封閉件環(huán)形封閉件GB150- 1998HCG/T20569-94GB150-1998HG/T20569 -94帶弧形過(guò)渡段帶弧形過(guò)渡段用于圓柱形夾套8。 = 28,或0. 707 j(P/ 8.=δ,或8.≥d,0.6e0(P/(02)0.5站0= 30P或0=459+ C兩者中的大值圓弧半徑r≤(eo-0.5 8)/(1- ca0)P。為央套計算壓力MPaP2為夾套計算壓力/MPaeo≤1.8{D2(&)- C)}0.5_[小]為封閉環(huán)材料在設計溫[o]2 為封閉環(huán)材料在設計溫度無(wú)弧形過(guò)渡段e為容器外壁至夾套中面的距度下許用應力/MPa下許用應力/MPa8.≥8;C為厚度附加量/mmC為厚度附加量/mn_D2為夾套內直徑/mm;j為夾套間距/meo為容器外壁至夾套中面的距只能用于于圓柱形夾套C為厚度附加量8,為夾套名義厚度/mm適應圓柱形夾套8。為封閉件名義厚度/mm心中國煤化工MHCNMHG4●18.石油化工設計第23卷.錐形封閉件是我國夾套容器中最常用的結進(jìn)行夾套壓力試驗時(shí),應校核被夾套包容容器殼構,它分為帶圓弧過(guò)渡與不帶圓弧過(guò)渡兩種,表2體的穩定性; 如果不滿(mǎn)足要求,則容器內應進(jìn)行保中列出其厚度計算公式及使用條件。從表2可看壓,保壓的壓力應不小于夾套試驗壓力和容器殼出,這兩種封閉件厚度都等于夾套厚度,但夾角和體允許外壓力的壓力差。圓弧半徑有區別。(3)夾套容器的制造工藝與一般容器有所區由表2可看出,圓平環(huán)計算公式大致相同,其別,在此不多討論,但作為設計人員在夾套設計厚度都與夾套間隙、計算壓力的平方根成正比,與時(shí),應當考慮制造的可能性,了解夾套容器的制造材料在設計溫度下許用應力的平方根成反比。工藝,正確指導生產(chǎn)。.綜上所述,夾套容器在石油、天然氣中應用廣3制造和檢驗泛夾套容器的設計在容器設計中占有- -定分量。(1)夾套容器由于是多腔容器,容器類(lèi)別劃分筆者結合CB150- 1998 和其它相關(guān)標準,與同行是按照如下規定:每個(gè)腔按照其設計壓力、容積、們共同探討結構設計、技術(shù)參數選取、強度計算等介質(zhì)特性劃分各自容器類(lèi)別,取類(lèi)別高的作為夾問(wèn)題,以便設計出合理、安全、可靠的產(chǎn)品。套容器類(lèi)別，并按該類(lèi)別管理、監檢、驗收。參考文獻(2)夾套容器制造、檢驗,分別按照各腔容器[1]國家技術(shù)監督局 . CB150- 1998鋼制壓力容器[S],北京:中國類(lèi)別所提的技術(shù)要求進(jìn)行[3]。為了確保容器焊縫標準出版社出版，198:236 ~ 238質(zhì)量和宏觀(guān)檢驗強度,在安裝夾套前,容器焊縫探[2] 化工部第-設計院. HG/1T20569 - 94機械攪拌設備[S].北京:化工部工程建設標準編譯中心, 1995:10~ 13傷、壓力試驗、熱處理(有熱處理的要求在熱處理[3] 國家質(zhì)量技術(shù)監督局.壓力容器安全技術(shù)監察規程[M],北前將封閉件與容器焊接)檢驗完畢,再焊接夾套。京:中國勞動(dòng)社會(huì )保障出版社出版，199:9(上接第2頁(yè))層拱,最上面一層拱用來(lái)封頂,三層拱可以用耐火墻結構設計要求以及實(shí)踐經(jīng)驗,采用圖4結構[3]。水泥燒制， 也可用耐火磚砌筑。如果用耐火磚砌器壁由里而外依次是耐火層、保溫層、紅磚層和爐筑,拱的組成可以根據長(cháng)度燒制成整體或分成幾架,承重節點(diǎn)采用水泥圈梁和拱形耐火磚,這樣的塊,但最多不要超過(guò)3塊,多了會(huì )影響整體的穩定結構能保證整個(gè)除塵器的穩定性及其嚴密性,可性。使溫降控制在最小的范圍之內。4結語(yǔ)2002年濟南正昊化工廠(chǎng)經(jīng)技術(shù)改造,在RTO2出口增加了這臺高溫煙氣除塵器及熱回收換熱器,該裝置已成功運行3年多，效果比較理想,達.到了工藝排放的環(huán)保要求。圖4高溫除塵器器壁結構示意[1]機械工業(yè)部設計研究院 王秉銓主編.工業(yè)爐設計手冊(第二1-紅磚層;2-圈梁;3-保溫層;4-耐火層;版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.280~ 3415-拱腳磚;6拱梁[2].中國煤化工森主編.除塵設備手.(4)拱磚的結構特點(diǎn)。高溫煙氣除塵器中有YHCN M H G7.123- 1283層拱,下一層拱是用以支撐旋風(fēng)子的重量并與中[3] 國家醫藥管理局上海醫藥設計院陸振東主編化工工藝設間一層拱構成風(fēng)室,旋風(fēng)子的排氣管穿過(guò)中間一計手冊(第二版)[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社