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壓力容器的結構

來源:包頭市熱通電力修造工程有限公司 | 發布時間:2019/9/28 | 瀏覽次數:

化工壓力容器由于其作用各不相同,結構也不一樣。但一般均有筒體、封頭、支座、法蘭(包括管法蘭和設備法蘭),有些容器則還有人孔、手孔、夾層、視鏡、液面計、內部冷卻(或加熱)管、攪拌器等等。此外,容器上還要安裝必不可少的安全附件,筒體是壓力容器的較主要組成部分,儲存物料或完成化學反應所需要的壓力空間,大部分由它構成。筒體的形狀一般為圓柱形,隨工作壓力、溫度、介質等條件不同而取不同的壁厚。

(1) 筒體

筒體除整體鍛造式(用于高壓)外,絕大多數都是由鋼板卷焊而成。因此焊接后的溫度、氣密性及焊縫質量指標要求十分嚴格,在制造或焊接修理時均需執行焊接規定和程序,并進行嚴格檢驗,不容許有任何疏忽大意,以保證筒體質量。        

(2) 封頭 

封頭即容器的端蓋。根據幾何形狀的不同,封頭可以分為半球形封頭、橢圓形封頭、碟形和錐形封頭等幾種。 
1、半球形封頭是用數塊弓形板成型壓焊接而成的。它不僅承受能力強,而成同樣容積的各種封頭以半球形封頭省材料。但由于半球形封頭曲率較大,成型比較困難,故其主要應用在大型球形貯罐上。 

2、橢圓形封頭是壓力容器中應用較廣的一種。它是由半個橢圓球(多采用長軸為短軸的兩倍的橢圓球)和直邊(一個與半橢球聯成一整體的短圓筒)組成。直邊使封頭與筒體的聯接形成兩個筒體的對接,使焊縫離開邊緣應力較大的橢球邊緣區域。雖然直徑較大的橢圓形封頭也需要用多塊拼接,但其成型加工較半球形封頭容易。 
3、碟形封頭是較橢圓形頭趨于扁平似碟狀的封頭。它是由一個球面過渡圓弧(即折邊)和直邊構成。這種封頭由于其深度較淺故成型較容易。但用力學分析,這種封頭有明顯的缺陷,而且各種材質和規格的橢圓形封頭很容易買到或定做,因此目前很少采用碟形封頭,絕大部分已被橢圓形封關代替。 
4、錐形封頭應用于化工生產工藝特殊需要的容器上,例如沉降器、分離器等等。錐形封頭錐頂角的大小可以根據需要選取。這種封頭有帶折邊和不帶折邊之分。前面圖中的錐形封頭就是錐頂角為90度的帶折邊封頭,它是由橢圓體、過渡圓弧(即折邊)和直邊三部分構成。在實際應用中帶折邊的錐形封頭多于不帶折邊的。 
一般當容器組裝后如果不再需要開啟時(一般是指容器中無內件或雖有內件而不需要更換檢修的),上下封頭應直接和筒體焊在一起,這樣做能有效地保證密封,節省材料且減少加工制造的工作量。對于因檢修和更換內件的需要,而必須開啟的容器,封頭與筒體連接應造成可拆式的,此時在封頭和筒體之間就必須有一個密封結構。

(3) 法蘭

法蘭是容器和管道連接中的重要部件。按法蘭所連接的部件分為管法蘭和容器法蘭。用于管道連接的叫做管法蘭,用于容器頂蓋與筒體或管板與容器連接的叫做容器法蘭。 
容器法蘭按其本身結構形式分為:整體法蘭、活套法蘭、任意形式法蘭、法蘭通過螺栓連接并通過預緊螺栓使墊片壓緊而保證密封,法蘭螺栓連接是壓力容器上用得頂多的一種連接結構。如封頭和筒體的連接、各種接管的連接以及人孔、手孔蓋的連接等。法蘭螺栓連接雖然開啟不十分方便,但其結構簡單,使用可靠,故在壓力容器中得到了廣泛的應用。 
(4) 密封元件 
密封元件放在兩個法蘭的接觸面之間,或封頭與筒體頂部的接觸面之間,借助于螺栓等連接件壓緊,從而使容器內的液體或氣體被封往不致泄漏。 
密封元件按所用材料的不同分為非金屬密封元件(如石棉墊、橡膠O形環等),金屬密封元件(如紫銅墊、鋁墊、軟鋼墊等)和組合式密封元件(如鐵包石棉墊、鋼絲纏繞石棉墊等)。 
(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。按圓筒形容器的安裝位置不同,可分為立式容器支座和臥式容器支座。常見的立式支座有懸掛式支座、支承式支座、裙式支座等。臥式容器支座主要有鞍式支座。環形容器常用柱式和裙式兩種支座。 
(6) 開孔與補強結構 
石油化工容器常因工藝要求和檢修的需要,在筒體或封頭上開設各種孔和安裝接管。如手孔、人孔、視鏡孔。物料進出口以及安裝壓力表、液位計、安全閥等接管開孔。 
開孔的結果,不但會削弱容器壁的強度,而且會在開孔附近形成應力集中,因此,在容器的開孔附近要采取適當的補強措施,以使孔邊的應力集中系數降低到材料所允許的數值。
(6) 開孔與補強結構 
石油化工容器常因工藝要求和檢修的需要,在筒體或封頭上開設各種孔和安裝接管。如手孔、人孔、視鏡孔。物料進出口以及安裝壓力表、液位計、安全閥等接管開孔。 
開孔的結果,不但會削弱容器壁的強度,而且會在開孔附近形成應力集中,因此,在容器的開孔附近要采取適當的補強措施,以使孔邊的應力集中系數降低到材料所允許的數值。
補強的形式一般有貼板補強、接管補強和整鍛件補強

貼板補強即在開孔周圍貼焊補強圈,其結構簡單,制造容易,有一定補強效果(但貼板補強的應力集中系數大于接管補強和整鍛件補強的應力集中系數,而且補強圈與殼壁之間不可避免地總會存在間隙,形成一薄層有靜止空氣的空間,對傳熱不利。而且貼板的搭接焊縫抗疲勞性能差)。貼板補強的形式常見于靜壓常溫條件下的中、低壓容器,而高溫高壓或壓力波動范圍大的容器,則不采用這種補強方法。 
接管補強即在容器開孔處焊上一段加厚的接管,結構簡單,焊縫少,補強效果也較好,雖然與器壁焊接質量檢查較難,但無貼板補強的其它缺點,故日前已被廣泛采用。 
整鍛件補強是通過機加工制出整體補強鍛件,然后的主焊透方法將其焊在殼體上,其補強效果很好,但由于鍛件加工量大,制造較麻煩,因此一般僅用于嚴格要求的重要設備上。 
殼體開孔滿足下述全部要求時,可不另行補強: 

a) 設計壓力小于或等于2.5MPa; 
b)兩相鄰開孔中心的間距(對曲面間距以弧長計算)應不小于兩孔直徑之和的兩倍; 

c) 接管公稱外徑小于或等于89mm; 

d) 接管小壁厚滿足表2.3.2要求。

(7) 壓力容器的安全附件 
為了防止壓力容器由于超壓而發生破裂事故,除了避免操作失誤及杜絕或減少可能引起容器產生超壓的客觀因素之外,還必須在壓力容器上安裝安全泄壓裝置。 
安全泄壓裝置是一種防止容器超壓的保護裝置。它是具有這樣的性能:當容器在正常工作壓力下運行時,保持嚴密不漏,而一旦容器內壓力規定的數值時,它就能自行將容器內氣體迅速泄放,使容器內壓力始終保持在較高許用壓力范圍之內。 
安全泄壓裝置不僅能在超過預定壓力下開啟排放,從而降低容器的壓力,還能起到報警的作用。因為當其開啟放氣時,由于氣體流速較高,常常發生較大的聲音,能提醒操作人員注意采取適當措施。 
壓力容器的安全裝置使用較廣泛的有安全閥和防爆膜等。 

a.安全閥:較常用的安全閥是彈簧式安全閥,它利用壓縮彈簧的力來平衡作用在閥瓣上的力,因此它可以通過一個調節螺母改變壓縮彈簧的壓縮量來校正安全閥的開啟壓力。這種安全閥具有結構簡單,靈敏度較高,安裝位置不受嚴格限制等優點,且對振動的敏感性低,所以可用在移動式壓力容器上。其缺點是所加的載荷會隨著閥的開啟而發生變化。因此,隨著閥瓣的升高,彈簧的壓縮量增大,作用在閥瓣上的力量也跟著增加。這對于安全閥的開啟是不利的。另外安裝在高溫壓力容器上的安全閥,由于長期受高溫的作用,其彈簧力減小,使安全閥的正常工作受到影響。 
杠桿式安全閥不采用彈簧裝置,而是利用重錘和杠桿來平衡作用在閥瓣上的力。這種安全閥有結構笨重和因振動而產生泄漏現象等缺點,故目前較少采用。 
脈沖式安全閥結構復雜,在化工壓力容器上用得很少,一般只適用于泄放量很大的大型電站的鍋爐等。 

b.防爆膜防:也稱為爆破片,是一種斷裂型的安全泄壓裝置。它是用一塊很薄的平板通過法蘭夾緊或直接用螺栓壓緊,在容器的短管法蘭上,其結構簡單,安裝方便,但由于在防爆膜破裂之后,容器將被迫停止運用,所以這種安全裝置只適用于在不宜裝設安全閥的壓力容器中使用。 

c.爆破膜:又稱為圓拱形爆破膜,它的爆破元件是預先壓制成圓拱形薄片,它的精度較爆破片高,可用于高壓或超高壓場合。 

d.爆破帽:多用于超高壓場合,


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