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压力容器的结构

来源:内蒙古热通电力修造工程有限公司 | 发布时间:2019/9/28 | 浏览次数:

化工压力容器由于其作用各不相同,结构也不一样。但一般均有筒体、封头、支座、法兰(包括管法兰和设备法兰),有些容器则还有人孔、手孔、夹层、视镜、液面计、内部冷却(或加热)管、搅拌器等等。此外,容器上还要安装必不可少的安全附件,筒体是压力容器的较主要组成部分,储存物料或完成化学反应所需要的压力空间,大部分由它构成。筒体的形状一般为圆柱形,随工作压力、温度、介质等条件不同而取不同的壁厚。

(1) 筒体

筒体除整体锻造式(用于高压)外,绝大多数都是由钢板卷焊而成。因此焊接后的温度、气密性及焊缝质量指标要求十分严格,在制造或焊接修理时均需执行焊接规定和程序,并进行严格检验,不容许有任何疏忽大意,以保证筒体质量。        

(2) 封头 

封头即容器的端盖。根据几何形状的不同,封头可以分为半球形封头、椭圆形封头、碟形和锥形封头等几种。 
1、半球形封头是用数块弓形板成型压焊接而成的。它不仅承受能力强,而成同样容积的各种封头以半球形封头省材料。但由于半球形封头曲率较大,成型比较困难,故其主要应用在大型球形贮罐上。 

2、椭圆形封头是压力容器中应用较广的一种。它是由半个椭圆球(多采用长轴为短轴的两倍的椭圆球)和直边(一个与半椭球联成一整体的短圆筒)组成。直边使封头与筒体的联接形成两个筒体的对接,使焊缝离开边缘应力较大的椭球边缘区域。虽然直径较大的椭圆形封头也需要用多块拼接,但其成型加工较半球形封头容易。 
3、碟形封头是较椭圆形头趋于扁平似碟状的封头。它是由一个球面过渡圆弧(即折边)和直边构成。这种封头由于其深度较浅故成型较容易。但用力学分析,这种封头有明显的缺陷,而且各种材质和规格的椭圆形封头很容易买到或定做,因此目前很少采用碟形封头,绝大部分已被椭圆形封关代替。 
4、锥形封头应用于化工生产工艺特殊需要的容器上,例如沉降器、分离器等等。锥形封头锥顶角的大小可以根据需要选取。这种封头有带折边和不带折边之分。前面图中的锥形封头就是锥顶角为90度的带折边封头,它是由椭圆体、过渡圆弧(即折边)和直边三部分构成。在实际应用中带折边的锥形封头多于不带折边的。 
一般当容器组装后如果不再需要开启时(一般是指容器中无内件或虽有内件而不需要更换检修的),上下封头应直接和筒体焊在一起,这样做能有效地保证密封,节省材料且减少加工制造的工作量。对于因检修和更换内件的需要,而必须开启的容器,封头与筒体连接应造成可拆式的,此时在封头和筒体之间就必须有一个密封结构。

(3) 法兰

法兰是容器和管道连接中的重要部件。按法兰所连接的部件分为管法兰和容器法兰。用于管道连接的叫做管法兰,用于容器顶盖与筒体或管板与容器连接的叫做容器法兰。 
容器法兰按其本身结构形式分为:整体法兰、活套法兰、任意形式法兰、法兰通过螺栓连接并通过预紧螺栓使垫片压紧而保证密封,法兰螺栓连接是压力容器上用得顶多的一种连接结构。如封头和筒体的连接、各种接管的连接以及人孔、手孔盖的连接等。法兰螺栓连接虽然开启不十分方便,但其结构简单,使用可靠,故在压力容器中得到了广泛的应用。 
(4) 密封元件 
密封元件放在两个法兰的接触面之间,或封头与筒体顶部的接触面之间,借助于螺栓等连接件压紧,从而使容器内的液体或气体被封往不致泄漏。 
密封元件按所用材料的不同分为非金属密封元件(如石棉垫、橡胶O形环等),金属密封元件(如紫铜垫、铝垫、软钢垫等)和组合式密封元件(如铁包石棉垫、钢丝缠绕石棉垫等)。 
(5) 容器的支座 
容器的支座是起支承和固定器作用的。全部是另行制作,然后焊接在容器上。按圆筒形容器的安装位置不同,可分为立式容器支座和卧式容器支座。常见的立式支座有悬挂式支座、支承式支座、裙式支座等。卧式容器支座主要有鞍式支座。环形容器常用柱式和裙式两种支座。 
(6) 开孔与补强结构 
石油化工容器常因工艺要求和检修的需要,在筒体或封头上开设各种孔和安装接管。如手孔、人孔、视镜孔。物料进出口以及安装压力表、液位计、安全阀等接管开孔。 
开孔的结果,不但会削弱容器壁的强度,而且会在开孔附近形成应力集中,因此,在容器的开孔附近要采取适当的补强措施,以使孔边的应力集中系数降低到材料所允许的数值。
(6) 开孔与补强结构 
石油化工容器常因工艺要求和检修的需要,在筒体或封头上开设各种孔和安装接管。如手孔、人孔、视镜孔。物料进出口以及安装压力表、液位计、安全阀等接管开孔。 
开孔的结果,不但会削弱容器壁的强度,而且会在开孔附近形成应力集中,因此,在容器的开孔附近要采取适当的补强措施,以使孔边的应力集中系数降低到材料所允许的数值。
补强的形式一般有贴板补强、接管补强和整锻件补强

贴板补强即在开孔周围贴焊补强圈,其结构简单,制造容易,有一定补强效果(但贴板补强的应力集中系数大于接管补强和整锻件补强的应力集中系数,而且补强圈与壳壁之间不可避免地总会存在间隙,形成一薄层有静止空气的空间,对传热不利。而且贴板的搭接焊缝抗疲劳性能差)。贴板补强的形式常见于静压常温条件下的中、低压容器,而高温高压或压力波动范围大的容器,则不采用这种补强方法。 
接管补强即在容器开孔处焊上一段加厚的接管,结构简单,焊缝少,补强效果也较好,虽然与器壁焊接质量检查较难,但无贴板补强的其它缺点,故日前已被广泛采用。 
整锻件补强是通过机加工制出整体补强锻件,然后的主焊透方法将其焊在壳体上,其补强效果很好,但由于锻件加工量大,制造较麻烦,因此一般仅用于严格要求的重要设备上。 
壳体开孔满足下述全部要求时,可不另行补强: 

a) 设计压力小于或等于2.5MPa; 
b)两相邻开孔中心的间距(对曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍; 

c) 接管公称外径小于或等于89mm; 

d) 接管小壁厚满足表2.3.2要求。

(7) 压力容器的安全附件 
为了防止压力容器由于超压而发生破裂事故,除了避免操作失误及杜绝或减少可能引起容器产生超压的客观因素之外,还必须在压力容器上安装安全泄压装置。 
安全泄压装置是一种防止容器超压的保护装置。它是具有这样的性能:当容器在正常工作压力下运行时,保持严密不漏,而一旦容器内压力规定的数值时,它就能自行将容器内气体迅速泄放,使容器内压力始终保持在较高许用压力范围之内。 
安全泄压装置不仅能在超过预定压力下开启排放,从而降低容器的压力,还能起到报警的作用。因为当其开启放气时,由于气体流速较高,常常发生较大的声音,能提醒操作人员注意采取适当措施。 
压力容器的安全装置使用较广泛的有安全阀和防爆膜等。 

a.安全阀:较常用的安全阀是弹簧式安全阀,它利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力,因此它可以通过一个调节螺母改变压缩弹簧的压缩量来校正安全阀的开启压力。这种安全阀具有结构简单,灵敏度较高,安装位置不受严格限制等优点,且对振动的敏感性低,所以可用在移动式压力容器上。其缺点是所加的载荷会随着阀的开启而发生变化。因此,随着阀瓣的升高,弹簧的压缩量增大,作用在阀瓣上的力量也跟着增加。这对于安全阀的开启是不利的。另外安装在高温压力容器上的安全阀,由于长期受高温的作用,其弹簧力减小,使安全阀的正常工作受到影响。 
杠杆式安全阀不采用弹簧装置,而是利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力。这种安全阀有结构笨重和因振动而产生泄漏现象等缺点,故目前较少采用。 
脉冲式安全阀结构复杂,在化工压力容器上用得很少,一般只适用于泄放量很大的大型电站的锅炉等。 

b.防爆膜防:也称为爆破片,是一种断裂型的安全泄压装置。它是用一块很薄的平板通过法兰夹紧或直接用螺栓压紧,在容器的短管法兰上,其结构简单,安装方便,但由于在防爆膜破裂之后,容器将被迫停止运用,所以这种安全装置只适用于在不宜装设安全阀的压力容器中使用。 

c.爆破膜:又称为圆拱形爆破膜,它的爆破元件是预先压制成圆拱形薄片,它的精度较爆破片高,可用于高压或超高压场合。 

d.爆破帽:多用于超高压场合,


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