壓力容器設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題分析

王春艷（天津市禾厘油氣技術(shù)有限公司 天津市300451）

前言

在我國，對于工業(yè)上使用的壓力容器設(shè)計(jì)有著詳細(xì)的規(guī)定，一直以來始終存在一部分技術(shù)上的難題，有待技術(shù)工作者的解決，這是由于我國所提出的技術(shù)規(guī)定都是從整個(gè)行業(yè)的角度出發(fā)，比較籠統(tǒng)的介紹了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并沒有考慮到對于不同規(guī)格的壓力容器的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容較為寬泛，需要具體問題具體分析。對于這種現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員在解決設(shè)計(jì)問題時(shí)，需做到具有針對性，全面、系統(tǒng)、綜合的考慮在設(shè)計(jì)上可能存在的不足，并以此作為分析的切入點(diǎn)逐漸的修改設(shè)計(jì)方案，最終符合設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

一、通用技術(shù)簡介

1.平蓋接管開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

壓力容器的上部需要在制造時(shí)留有一個(gè)圓孔，且在受到拉力的作用時(shí)，開孔邊緣極易產(chǎn)生一種較大的應(yīng)力，其力量的大小約為基本應(yīng)力的兩倍以上，因此在設(shè)計(jì)壓力容器的過程中，需要在容器的外部利用某些元件，加大平蓋外部的壓強(qiáng)，以便對壓強(qiáng)進(jìn)行足夠的補(bǔ)充，分散過于集中的應(yīng)力。平蓋的接管部分需要將內(nèi)插管與兩側(cè)的焊接結(jié)構(gòu)相互結(jié)合，補(bǔ)充壓強(qiáng)的大小取決于開孔的直徑。

圖1-1 接管與平蓋連接示意圖

在平蓋設(shè)計(jì)的過程中，平蓋的接管外徑與兩倍的間隙的距離之和組成了頂部鉆孔的直徑，對于這樣的孔徑選擇，是有條件限制的，這種設(shè)計(jì)的選擇只適用于非焊透連接。平蓋設(shè)計(jì)的另一種形式就是全焊透連接，當(dāng)采用這種焊接形式時(shí)，由于兩個(gè)元件已經(jīng)逐漸合成為一個(gè)整體，開孔的直徑計(jì)算需要考慮到附加量的大小。因此，我們可以得出當(dāng)平蓋頂端的開孔基準(zhǔn)直徑變小以后，用于發(fā)揮補(bǔ)充壓強(qiáng)作用的材料厚度也相應(yīng)變薄。

2.標(biāo)準(zhǔn)厚度容器其法蘭厚度的計(jì)算

在壓力容器設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定中，已經(jīng)明確指出當(dāng)選擇使用J B 4700-4707這種型號的容器的法蘭時(shí)，可不用將其數(shù)值考慮到設(shè)計(jì)之中。但是對于另外兩種型號的壓力容器，即管殼式換熱器和塔器的設(shè)計(jì)過程，都必須注意到容器的附加法蘭值對容器制造所造成的影響。對于管殼式換熱器來說，主要是在其固定管板的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到與法蘭墊片相關(guān)的參數(shù)與管箱法蘭之間的核算關(guān)系；而對于由塔節(jié)構(gòu)成的塔器而言，法蘭的數(shù)值的計(jì)算依據(jù)主要是塔節(jié)所連接的法蘭在疊加了由于地震或者風(fēng)形成的荷載力，進(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)量壓力轉(zhuǎn)換后的情況下，憑借法蘭強(qiáng)度的變化而計(jì)算出來的，以此方法計(jì)算出的法蘭值，常會遇到厚度不夠的問題。

二、幾種不同類型壓力容器常見的技術(shù)問題

1.臥式容器

臥式容器鞍座位置的設(shè)計(jì)問題。臥式容器是工業(yè)生產(chǎn)中較為常用的一種壓力容器，它的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大多采用雙鞍式支座結(jié)構(gòu)，其中對于支座的設(shè)計(jì)有著更加具體的要求，有關(guān)規(guī)范中指出:支座的中心位置與封頭切線的垂直距離應(yīng)滿足A≤0.5 R的條件，當(dāng)不能滿足此條件時(shí)，其中A的值也應(yīng)控制在0.2 L以內(nèi)。在此公式中，A代表了支座底板的中心位置與封頭切線的垂直距離，一般以毫米為單位；R則代表了容器外殼的平均半徑，單位同上；L則代表了封頭處所形成的切線之間的距離。

根據(jù)這些條件的限制，可以看出容器鞍座位置的設(shè)計(jì)要滿足A≤0.5 R的條件的要求，從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的角度來說，每個(gè)容器的設(shè)計(jì)都要符合這條規(guī)律，基本不存在其他特殊的情況，因此需要在設(shè)計(jì)時(shí)注意到這一點(diǎn)的限制。

2.塔式容器

對于“最大管線外徑”的確定問題。在塔式容器的設(shè)計(jì)過程中，其主要容易受到水平方向的風(fēng)力所產(chǎn)生的載荷作用，進(jìn)而導(dǎo)致容器的穩(wěn)定性能受到一定程度的影響。塔體的強(qiáng)度決定了其穩(wěn)定性，在計(jì)算塔體的直徑時(shí)，主要涉及到最大管線外徑，它主要平行的分布于塔體的外部，并對塔體起到很好的固定作用。該管線在迎風(fēng)的一面會將其所承受的荷載力間接地轉(zhuǎn)向塔體，這也就意味著塔體的截面上所產(chǎn)生的軸向彎曲力會更大。由此可以看出所謂的“最大管線外徑”指的是分布于塔體上管口直徑最大的部分。有些設(shè)計(jì)者由于技術(shù)上的誤解，會在制造容器的過程中使用過多的材料，造成成本的增加。

3.管殼式換熱器

折流板與支持板的作用問題。在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)過程中，需要注意折流板與支持板所發(fā)揮的作用的不同，二者在外觀形式上較為接近，不能單一的從外表加以區(qū)分，需要深入了解其作用與板的分布的特點(diǎn)。

折流板的作用在于對容器內(nèi)部介質(zhì)的流動狀態(tài)加以控制，改善換熱的效果。由于折流板之間的距離較小，無相變的換熱是其主要的應(yīng)用方向；支持板的作用主要在于支撐換熱管，使其支撐的范圍控制在最大無支撐跨距之內(nèi)，支持板之間的距離要大于折流板的間距，有相變的換熱是其主要的應(yīng)用方向。設(shè)計(jì)者在這一問題上很容易發(fā)生混淆，想要杜絕此問題的發(fā)生，最根本的方法就是熟練掌握設(shè)計(jì)的技術(shù)，充分了解其不同的特點(diǎn)和性能。

結(jié)束語

壓力容器的設(shè)計(jì)過程既要保證加工的工藝水平，同時(shí)也要兼顧到技術(shù)上的安全性，只有按照國家所規(guī)定的規(guī)章制度，正規(guī)生產(chǎn)才能制造出質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)、性能穩(wěn)定、安全性能較高的壓力容器，從而達(dá)到很好的使用效果，本片文章主要介紹的是在化工行業(yè)所使用的壓力容器，在設(shè)計(jì)過程中由于對方案理解不當(dāng)可能遇到的種種技術(shù)上的問題，并針對不同種類的壓力容器的性能和特點(diǎn)，給出了具有實(shí)際效果的解決方法，從而排除了壓力容器在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所遇到的各種困難，保證了性能和安全性的統(tǒng)一，為我國今后壓力容器的設(shè)計(jì)做工作出了一定的貢獻(xiàn)。

[1]桑如苞.關(guān)于壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)若干問題的建議[J].化工設(shè)備設(shè)計(jì),1997,（5）:24.