夹套容器的设计

泼计拔术石油化工设计Petrochemical Design2006,23(2) 15~ 18.夹套容器的设计齐芳(徐州阿卡化工机械有限公司,江苏221007)摘要:阐述夹套容器的结构设计、强度计算等技术要求,进一步完善GB150- 1998《钢制压力容器》中关于夹套容器的设计内容。关键词:夹套容器;设计压力;简体;封头夹套容器是将作为一个完整压力室的夹套连按夹套结构可分为:整体夹套(U型或圆简.接在容器筒体、封头外部形成的多腔压力容器。型)容器;通道式夹套(型钢夹套)容器;蜂窝夹套使用夹套容器的目的是加热或冷却容器及其内部(短管支撑式或折边锥体式)容器;半管夹套(半管介质,也可以作为容器的密封绝热室。它在石油、或弓形管)容器。夹套容器的各种夹套(碳钢)适天然气等方面得到广泛的应用，如天然气净化硫应温度和压力见表1。磺回收中的液流罐、冷凝冷却,造纸厂的液氯气化表1各种碳钢夹套的适用温度和压力器等都是带有各种夹套型式的夹套容器。夹套型式适用最高温度适用最高压力/9/MPa0.6整体夹套(U型和園簡)1结构设计301.型钢夹套202.51.1夹套容器的型式和适用范围蜂窝夹套短管支撑式.夹套容器按夹套包容容器的程度分为:全夹折边锥体式254.套容器即容器筒体和上下封头全部带有夹套(见半管夹套(半圆管或弓形管)6.4图1);局部夹套容器即容器筒体上下封头局部带1.2夹套容器的结构夹套容器由容器和夹套两大部分组成。容器有夹套(图2)。夹套封头的结构无特殊性,它由筒体、封头等组成;夹套结容器封头构有多种多样,前面已讨论过。容器简体、不同型式的夹套,由不同的主要受压元件构夹套简体、成,一般包含夹套简体、夹套与容器的封闭件、椭圆形(或锥形)夹套封头3个主要受压元件。通道式夹套由型钢或钢管构成,只有夹套简体。图1全夹套容器结构 .(1)在夹套容器设计中,通常采用两种夹套结构:①容器外壁焊有螺旋形刚性环(见图3),其作中国煤化工:2006-04-10:YHC N M H G人。190年毕业于江苏化工学院化工设备与机械专业,工程师。现从事压力容暴设计、图2局部夹套容器结构开发等工作。6●石油化工设计第23卷用是对容器壳体起加强作用,又可以对夹套内的保温效果 ,夹套内直径一般可按下列尺寸确定:介质流动起导向作用,同时增加传热效果;②采用当Da<600 mm时，D2= Da1+ L(L≤100 mm);在夹套和容器间焊短管(图4) ,其作用同前。当600 mm≤Da≤1800 mm时, D2= D; + 100 mm;当Du≥2000mm时，D:2=Da+200mm。.D;-容器内直径,mm; Dz-夹套内直径, mmo(2)为防止容器进口处外壁受到夹套蒸汽或其他介质的冲蚀,应在容器外壁正对夹套介质人口处设置防冲板焊于容器外壁上;当容器和夹套E1的空间距离大于50 mm时,也可设置人口档板。图3带螺旋板夹套容器结构(3)为了全部放出夹套中的空气或不凝惰性气体,使夹套介质充满整个夹套空间,应在夹套顶部设置排气口,排气口口径DN不小于10 mm,应尽量靠近夹套空间的最上端。图4短管支撑式夹套容器结构(4)当容器内为极度或高度危害介质时,封闭(2)夹套封闭件有4种结构型式,即圆环形、件 与容器焊接焊缝应进行100%射线探伤检查,且锥形、平环形及角钢形,GCB150 - 1998 附录J中已容 器与封闭件焊接后再进行热处理;对于容器有列出这4种结构型式;而HC/T20569 - 94推荐采热处理要求 的，应该将容器与封闭件焊接完毕再用锥形和平环形封闭件,对于这两种封闭件在结进行热处理。构上又有多种形式,锥形封闭件见图5,平环形封(5)在夹套容器设计中,常采用带圆弧过渡的闭件见图6。封口锥可做成与夹套简体有一圆弧封口锥,锥角一般取45°,过渡部分圆弧半径R为过渡的整体压制件,也可以做成与夹套筒体焊接。30~ 40 mm(当8 =6 ~ 10 mm);对于封口环结构则在设计中如果遇到夹套与容器材料不同，或容器很少采用;为了减少夹套封闭件制造难度,也可以要求热处理,一定选用与夹套简体焊接的带圆弧在容器简体与夹套简体间采用法兰连接,但制造过渡的封闭件,且封闭件材料尽可能与容器- -致。 .成本也相应增加了。带圆弧过渡的封闭件受力好,适应范围广,设计中通常优先选用。2强度计算凡a=45a=30a=45从夹套容器结构可以知道,夹套容器的计算- -般包括以下主要受压件:容器简体及封头;夹套); 8D过D简体及封头;夹套封闭件。2.1设计参数图5封口锥结构设计压力:容器设计压力P和夹套设计压力b.P2。计算压力:计算压力包括容器计算压力Pa和夹套计算压力Pa。计算压力是用来计算壳体壁厚的中国煤化工不包括液柱静压d图6封口环结构MYHCNMHG1.3 结构设计要点(1)容器内和夹套内都为内压。容器和夹套(1)为了保证夹套内介质流通截面积、传热或设计压力都按GB150 - 1998《钢制压力容器》内压第23卷齐芳.夹套容器的设计17.容器选取。在夹套强度计算中,夹套计算压力为选取腐蚀裕量。Pe= P2。在正常操作情况下,如果不能保证容器②由于容器外壁和夹套内壁接触的是同一介设计压力和夹套设计压力同时存在:容器计算压质,当容器和夹套材质相同或相近时,它们受腐蚀力为Pa=PI和按P=0时容器只考虑受外压作情况基本相同,容器外壁和夹套内壁所取的腐蚀用Pa= P2这两种情况,分别计算容器壁厚,取大裕量应该是相同的。值;如果能保证容器设计压力和夹套设计压力同2.2简体和封头计算时存在:容器(无夹套包容)计算压力Pa=P和容器筒体、封头计算以容器在结构上被夹套容器(有夹套包容,且在图纸上注明在任何情况下全包容或部分包容作区别。当容器被夹套全包均保持P2- P的压力差时)计算压力Pa= P2-容,简体、封头分别按各件计算压力来确定计算厚P1这两情况,需分别计算容器壁厚。度。当容器筒体、封头被夹套部分包容,分别按各(2)容器为真空和夹套内为内压。容器设计件包容计算压力和未被包容计算压力来确定各自压力按无夹套真空容器选取P] =0.1 MPa(外压),计算厚度,这样一来,筒体很可能是变厚度,被包夹套设计压力按内压容器选取。在正常操作情况容封头和未被包容封头厚度也不一样,在设计中,下,容器计算外压力为Pa=P2+0.1(有夹套包对于容器内直径不大、壁厚较薄筒体长度不大、且容)和Pa =0.1 MPa(无夹套包容);夹套计算压力被夹套部分包容与未被包容的壳体壁厚相差不大为Pa=P2o .时,可取成等壁厚,以减少材料规格和方便制造。(3)容器为内压和夹套内为真空。容器设计(1)夹套简体和封头壁厚按照夹套计算压力压力按内压容器选取,夹套设计压力按真空容器来计算确定。选取P2=0.1 MPa(外压)。在正常操作情况下,容(2)应力校核、稳定性校核、试验压力等参数器计算压力为内压其值为Pa=P] +0.1(有夹套的计算执行GB150- 1998标准[1。包容)和Pa = P,(无夹套包容);夹套计算压力为2.3夹套封闭件计算外压Pa=0.1 MPa。计算封闭件主要是确定其厚度,GB150-19(4)腐蚀裕量的选取应注意以下两点:《钢制压力容器》和HG/T20569 - 94《机械搅拌设①被夹套包容的容器简体、封头按双面腐蚀备》2}对此作了不同规定(见表2)。表2夹套封闭件厚度计算锥形封闭件环形封闭件GB150- 1998HCG/T20569-94GB150-1998HG/T20569 -94带弧形过渡段带弧形过渡段用于圆柱形夹套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两者中的大值圆弧半径r≤(eo-0.5 8)/(1- ca0)P。为央套计算压力MPaP2为夹套计算压力/MPaeo≤1.8{D2(&)- C)}0.5_[小]为封闭环材料在设计温[o]2 为封闭环材料在设计温度无弧形过渡段e为容器外壁至夹套中面的距度下许用应力/MPa下许用应力/MPa8.≥8;C为厚度附加量/mmC为厚度附加量/mn_D2为夹套内直径/mm;j为夹套间距/meo为容器外壁至夹套中面的距只能用于于圆柱形夹套C为厚度附加量8,为夹套名义厚度/mm适应圆柱形夹套8。为封闭件名义厚度/mm心中国煤化工MHCNMHG4●18.石油化工设计第23卷.锥形封闭件是我国夹套容器中最常用的结进行夹套压力试验时,应校核被夹套包容容器壳构,它分为带圆弧过渡与不带圆弧过渡两种,表2体的稳定性; 如果不满足要求,则容器内应进行保中列出其厚度计算公式及使用条件。从表2可看压,保压的压力应不小于夹套试验压力和容器壳出,这两种封闭件厚度都等于夹套厚度,但夹角和体允许外压力的压力差。圆弧半径有区别。(3)夹套容器的制造工艺与一般容器有所区由表2可看出,圆平环计算公式大致相同,其别,在此不多讨论,但作为设计人员在夹套设计厚度都与夹套间隙、计算压力的平方根成正比,与时,应当考虑制造的可能性,了解夹套容器的制造材料在设计温度下许用应力的平方根成反比。工艺,正确指导生产。.综上所述,夹套容器在石油、天然气中应用广3制造和检验泛夹套容器的设计在容器设计中占有- -定分量。(1)夹套容器由于是多腔容器,容器类别划分笔者结合CB150- 1998 和其它相关标准,与同行是按照如下规定:每个腔按照其设计压力、容积、们共同探讨结构设计、技术参数选取、强度计算等介质特性划分各自容器类别,取类别高的作为夹问题,以便设计出合理、安全、可靠的产品。套容器类别，并按该类别管理、监检、验收。参考文献(2)夹套容器制造、检验,分别按照各腔容器[1]国家技术监督局 . CB150- 1998钢制压力容器[S],北京:中国类别所提的技术要求进行[3]。为了确保容器焊缝标准出版社出版，198:236 ~ 238质量和宏观检验强度,在安装夹套前,容器焊缝探[2] 化工部第-设计院. HG/1T20569 - 94机械搅拌设备[S].北京:化工部工程建设标准编译中心, 1995:10~ 13伤、压力试验、热处理(有热处理的要求在热处理[3] 国家质量技术监督局.压力容器安全技术监察规程[M],北前将封闭件与容器焊接)检验完毕,再焊接夹套。京:中国劳动社会保障出版社出版，199:9(上接第2页)层拱,最上面一层拱用来封顶,三层拱可以用耐火墙结构设计要求以及实践经验,采用图4结构[3]。水泥烧制， 也可用耐火砖砌筑。如果用耐火砖砌器壁由里而外依次是耐火层、保温层、红砖层和炉筑,拱的组成可以根据长度烧制成整体或分成几架,承重节点采用水泥圈梁和拱形耐火砖,这样的块,但最多不要超过3块,多了会影响整体的稳定结构能保证整个除尘器的稳定性及其严密性,可性。使温降控制在最小的范围之内。4结语2002年济南正昊化工厂经技术改造,在RTO2出口增加了这台高温烟气除尘器及热回收换热器,该装置已成功运行3年多，效果比较理想,达.到了工艺排放的环保要求。图4高温除尘器器壁结构示意[1]机械工业部设计研究院 王秉铨主编.工业炉设计手册(第二1-红砖层;2-圈梁;3-保温层;4-耐火层;版)[M].北京:机械工业出版社,1996.280~ 3415-拱脚砖;6拱梁[2].中国煤化工森主编.除尘设备手.(4)拱砖的结构特点。高温烟气除尘器中有YHCN M H G7.123- 1283层拱,下一层拱是用以支撑旋风子的重量并与中[3] 国家医药管理局上海医药设计院陆振东主编化工工艺设间一层拱构成风室,旋风子的排气管穿过中间一计手册(第二版)[M] .北京:化学工业出版社