壓力容器的結(jié)構(gòu)

1、壓力容器的結(jié)構(gòu)化工壓力容器由于其作用各不相同， 結(jié)構(gòu)也不一樣。但一般 均有筒體、封頭、支座、法蘭（包括管法蘭和設(shè)備法蘭），有些容器則還有人孔、手孔、夾層、視鏡、液面計(jì)、內(nèi)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，常見(jiàn)的臥式容器的主要結(jié)構(gòu)如圖 234所示：圖2.3.4常見(jiàn)臥式容器的主要結(jié)構(gòu)（1）筒體筒體是壓力容器的最主要組成部分，儲(chǔ)存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的壓力空間，大部分由它構(gòu)成。筒體的形狀一般為圓柱形，隨工作壓 度、介質(zhì)等條 而取不同的壁 除整體鍛造式 高壓）外，絕 都是由鋼板卷 因此焊接后的 密性及焊縫質(zhì)D1曬形封頭圖235幾種常用封頭示意圖力、溫 件不

2、同 厚。筒體（用于 大多數(shù) 焊而成。 溫度、氣量指標(biāo)要求十分嚴(yán)格，在制造或焊接修理時(shí)均需執(zhí)行焊接規(guī)定和程序， 并進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，不容許有任何疏忽大意，以保證筒體質(zhì)量。（2）封頭圭寸頭即容器的端蓋。根據(jù)幾何形狀的不同，圭寸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，如 圖2.3.5 所示半球形封頭是用數(shù)塊弓形板成型壓焊接而成的。它不僅承受能力強(qiáng)，而成同樣容積的各種圭寸頭以半球形圭寸頭最省材料。但由于半球形封頭曲率較大，成型比較困難，故其主要應(yīng)用在大型球 形貯罐上。橢圓形封頭是壓力容器中應(yīng)用最廣的一種。它是由半個(gè)橢圓 球（多采用長(zhǎng)軸為短軸的兩倍的橢圓球）和直邊（一個(gè)與半橢球聯(lián)成一整體的短

3、圓筒）組成。直邊使圭寸頭與筒體的聯(lián)接形成兩個(gè) 筒體的對(duì)接，使焊縫離開(kāi)邊緣應(yīng)力較大的橢球邊緣區(qū)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。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(gè)球面過(guò)渡圓弧（即折邊）和直邊構(gòu)成。這種封頭由于其深度較淺 故成型較容易。但用力學(xué)分析，這種封頭有明顯的缺陷，而且各 種材質(zhì)和規(guī)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(guān)代替。錐形封頭應(yīng)用于化工生產(chǎn)工藝特殊需要的容器上，例如沉降器、分離器等等。錐形圭寸頭錐頂角的大小可以根據(jù)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

4、頂 角為90度的帶折邊圭寸頭，它是由橢圓體、過(guò)渡圓?。凑圻叄?和直邊三部分構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中帶折邊的錐形圭寸頭多于不帶折 邊的。一般當(dāng)容器組裝后如果不再需要開(kāi)啟時(shí)（一般是指容器中無(wú) 內(nèi)件或雖有內(nèi)件而不需要更換檢修的），上下封頭應(yīng)直接和筒體 焊在一起，這樣做能有效地保證密圭寸， 節(jié)省材料且減少加工制造 的工作量。對(duì)于因檢修和更換內(nèi)件的需要，而必須開(kāi)啟的容器， 封頭與筒體連接應(yīng)造成可拆式的，此時(shí)在封頭和筒體之間就必須 有一個(gè)密封結(jié)構(gòu)。（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

5、蘭。容器法蘭按其本身結(jié)構(gòu)形式分為：整體法蘭、活套法蘭、任 意形式法蘭、法蘭通過(guò)螺栓連接并通過(guò)預(yù)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最多的一種連接結(jié)構(gòu)。 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(kāi)啟不十分方便，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可 靠，故在壓力容器中得到了廣泛的應(yīng)用。（4）密封元件密封元件放在兩個(gè)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(nèi)的液體或 氣體被封往不致泄漏。密圭寸元件按所用材料的不同分為非金屬密圭寸元件（如石棉 墊、橡膠0形環(huán)等），金屬密封元件（如紫銅墊、鋁墊、軟鋼墊 等）和組合

6、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(jiàn)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(huán)形容器常 用柱式和裙式兩種支座。(6) 開(kāi)孔與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(kāi)設(shè)各種孔和安裝接管。如手孔、人孔、視鏡孔。物料進(jìn)出口以 及安裝壓力表、液位計(jì)、安全閥等接管開(kāi)孔。開(kāi)孔的結(jié)果，不但會(huì)削弱容器壁的強(qiáng)度， 而且會(huì)在開(kāi)孔附近 形成應(yīng)力集中，因此，在容器的開(kāi)孔附近要采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)措施

7、， 以使孔邊的應(yīng)力集中系數(shù)降低到材料所允許的數(shù)值。補(bǔ)強(qiáng)的形式一般有貼板補(bǔ)強(qiáng)、 接管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)，如圖所示。鮎板補(bǔ)強(qiáng)搖聳補(bǔ)蠱餓眾件補(bǔ)強(qiáng)圖常見(jiàn)補(bǔ)強(qiáng)型式示意圖貼板補(bǔ)強(qiáng)即在開(kāi)孔周圍貼焊補(bǔ)強(qiáng)圈， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易， 有一定補(bǔ)強(qiáng)效果(但貼板補(bǔ)強(qiáng)的應(yīng)力集中系數(shù)大于接管補(bǔ)強(qiáng)和整 鍛件補(bǔ)強(qiáng)的應(yīng)力集中系數(shù)，而且補(bǔ)強(qiáng)圈與殼壁之間不可避免地總 會(huì)存在間隙，形成一薄層有靜止空氣的空間，對(duì)傳熱不利。而且 貼板的搭接焊縫抗疲勞性能差)。貼板補(bǔ)強(qiáng)的形式常見(jiàn)于靜壓常 溫條件下的中、低壓容器，而高溫高壓或壓力波動(dòng)范圍大的容器， 則不采用這種補(bǔ)強(qiáng)方法。接管補(bǔ)強(qiáng)即在容器開(kāi)孔處焊上一段加厚的接管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 焊縫少，補(bǔ)強(qiáng)效果也

8、較好，雖然與器壁焊接質(zhì)量檢查較難，但無(wú) 貼板補(bǔ)強(qiáng)的其它缺點(diǎn)，故日前已被廣泛采用。整鍛件補(bǔ)強(qiáng)是通過(guò)機(jī)加工制出整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件，然后的主焊透方法將其焊在殼體上，其補(bǔ)強(qiáng)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(yán)格要求的重要設(shè)備上。殼體開(kāi)孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：a) 設(shè)計(jì)壓力小于或等于 2.5MPa；b) 兩相鄰開(kāi)孔中心的間距(對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算)應(yīng)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) 接管最小壁厚滿足表要求。表2.3.2單位:mm接管公稱外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0注：1鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值

9、 (rb> 540MPa時(shí)， 接管與殼體的連接宜米用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。2接管的腐蝕裕量為1mm。(7) 壓力容器的安全附件為了防止壓力容器由于超壓而發(fā)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(chǎn)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(hù)裝置。它是具有這樣的性能：當(dāng)容器在正常工作壓力下運(yùn)行時(shí)，保持嚴(yán)密不漏，而 一旦容器內(nèi)壓力規(guī)定的數(shù)值時(shí)， 它就能自行將容器內(nèi)氣體迅速泄 放，使容器內(nèi)壓力始終保持在最高許用壓力范圍之內(nèi)。安全泄壓裝置不僅能在超過(guò)預(yù)定壓力下開(kāi)啟排放，從而降低容器的壓力，還能起到報(bào)警的作用。因?yàn)楫?dāng)其開(kāi)啟放氣時(shí)，由

10、于 氣體流速較高，常常發(fā)生較大的聲音，能提醒操作人員注意采取 適當(dāng)措施。壓力容器的安全裝置使用最廣泛的有安全閥和防爆膜等。a. 安全閥最常用的安全閥是彈簧式安全閥， 它利用壓縮彈簧的力來(lái)平 衡作用在閥瓣上的力，因此它可以通過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)螺母改變壓縮彈 簧的壓縮量來(lái)校正安全閥的開(kāi)啟壓力。這種安全閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，靈敏度較高，安裝位置不受嚴(yán)格限制等優(yōu)點(diǎn)，且對(duì)振動(dòng)的敏感性低，所以可用在移動(dòng)式壓力容器上。 其缺點(diǎn)是所加的載荷會(huì) 隨著閥的開(kāi)啟而發(fā)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(duì)于安全閥的開(kāi)啟 是不利的。另外安裝在高溫壓力容器上的安全閥，由于長(zhǎng)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(lái)平衡 作用在閥瓣上的力。這種安全閥有結(jié)構(gòu)笨重和因振動(dòng)而產(chǎn)生泄漏 現(xiàn)象等缺點(diǎn)，故目前較少采用。脈沖式安全閥結(jié)構(gòu)復(fù)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. 防爆膜防爆膜（如圖237所示）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(guò)法蘭夾緊或直接用螺 栓壓緊，在容器的短管法蘭上，其結(jié)