多層包扎壓力容器設(shè)計分析

田豐(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

多層包扎壓力容器設(shè)計分析

田豐(中油遼河工程有限公司， 遼寧 盤錦 124010)

隨著社會的進(jìn)步以及市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國工業(yè)化進(jìn)程也在不斷加快，對壓力容器的要求不斷提高，這樣的背景下，壓力容器逐漸朝著高參數(shù)化、大型化的方向轉(zhuǎn)變，如今壓力容器已經(jīng)出現(xiàn)了不同的結(jié)構(gòu)，如單層、多層等。多層包扎壓力容器具有安全性較高、原材利用率高的顯著優(yōu)勢，近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文筆者主要對多層包扎壓力容器進(jìn)行了分析，并針對多層包扎壓力容器設(shè)計過程中需注意的幾點(diǎn)問題進(jìn)行了探討，以供參考。

多層包扎；壓力容器；設(shè)計；分析

20世紀(jì)70年代至今，國內(nèi)外的多層包扎壓力容器安全事故頻頻發(fā)生，給多層包扎壓力容器的設(shè)計與制造過程提出了更高、更嚴(yán)格的要求，基于這樣的原因，必須給予多層包扎壓力容器設(shè)計以高度的關(guān)注與重視。下文中，筆者主要對多層包扎壓力容器設(shè)計過程中的重點(diǎn)問題進(jìn)行了分析。

1 殼體設(shè)計中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題

(1)殼體內(nèi)筒的確定與層板厚度的選擇 參考國內(nèi)多層包扎壓力容器設(shè)計方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，殼體為低合金鋼或碳鋼材料的時候，厚度通常為24毫米，殼體為有色金屬或不銹鋼材料的時候，厚度應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況合理確定，但不宜低于8毫米。對于殼體來說，若是太厚，就會給容器制造、焊接工藝、探傷控制等帶來一定的不良影響；若是太薄，就會出現(xiàn)殼體剛性不足的問題，形成安全隱患。多層包扎壓力容器的層板，通常情況下選擇8至20毫米的鋼板。

(2)多層包扎壓力容器的殼體設(shè)計 殼體內(nèi)筒一般情況下選擇采取鋼板卷制的方式，對殼體內(nèi)筒的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行檢驗(yàn)的時候，通常需要結(jié)合力學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)、無損檢測技術(shù)等一系列檢測手段。焊接完成、殼體內(nèi)筒檢驗(yàn)合格之后，還要采取應(yīng)力熱消除處理[1]。通常情況下，鋼板可以采取拼接的方式，但為確保質(zhì)量，不能有2條以上的焊縫。在進(jìn)行焊接操作的時候，層板環(huán)縱焊縫必須錯開，與此同時，相鄰的兩條焊縫之間的錯開角度必須在45度以上、距離必須在100毫米之上。在對殼體內(nèi)筒、層板包扎進(jìn)行焊接的時候，有可能會影響殼體內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，這時需要在兩者之間設(shè)置盲板層才能避免這種影響。此外，單個層板上一般情況下需要設(shè)置2個以上直徑為6毫米的通氣孔，對用于盛腐蝕性液體的多層包扎壓力容器，還需要設(shè)置相應(yīng)的檢漏系統(tǒng)。

(3)殼體開孔設(shè)計 從原則上來說，多層包扎殼體設(shè)計的時候，應(yīng)盡可能的減少開孔數(shù)，特別是應(yīng)盡量杜絕大孔徑孔，而對于不可避免的開孔，應(yīng)盡量在法蘭處或上下封頭處進(jìn)行開設(shè)。殼體開孔的時候，切忌在同一層板上做2個以上的孔，同時也要注意嚴(yán)格補(bǔ)強(qiáng)，可以采取鍛管整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。對直徑在50毫米以下的接管孔進(jìn)行焊接的時候，應(yīng)該采取層板、殼體內(nèi)筒直接焊接的方式；對直徑在50毫米以上的接管孔進(jìn)行焊接的時候，應(yīng)該采取層板、殼體內(nèi)筒分層焊接的方式。

2 殼體與封頭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計

在對殼體與封頭連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)對上下封頭、層板采取焊接后熱的處理方式，設(shè)計過程中，一般采取堆焊過渡金屬的手段，如，堆焊INCONEL合金，從而可以通過合金對結(jié)構(gòu)層板展開焊接，同時，使用這種方法，就不需要在焊接完成后再對上下封頭、層板采取焊接后熱處理，所以說，這種方法有效解決了多層包扎壓力容器制造過程中的熱處理工藝這一難點(diǎn)問題[2]。此外，設(shè)計過程中，多層包扎壓力容器的封頭部位通常使用厚度約為筒體厚度二分之一的球形封頭，為降低球形封頭、容器筒體結(jié)構(gòu)遭受的應(yīng)力作用，確定封頭實(shí)際尺寸之后，必須給予適當(dāng)?shù)募雍瘛?/p>

3 支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計

多層包扎壓力容器與單層包扎壓力容器相比較來說，前者不僅內(nèi)部結(jié)構(gòu)層數(shù)多，而且重量也較大，對多層包扎壓力容器的支撐部位進(jìn)行設(shè)計的過程中，必須充分重視支座型式，此外，也要注意吊耳附件結(jié)構(gòu)的支座型式。在GB 150-2011 壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及ASME標(biāo)準(zhǔn)中，推薦出了幾種一般支座型式，但在對多層包扎壓力容器的支撐部位進(jìn)行實(shí)際設(shè)計的時候，通常選擇立式結(jié)構(gòu)，這樣的情況下，支撐件不宜設(shè)置外側(cè)層板，但若是能夠通過采取有效的對策將支撐件的負(fù)荷轉(zhuǎn)移給其他部位，那就可以設(shè)置外側(cè)層板。按照ASME標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，對多層包扎壓力容器的支撐部位進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)選擇環(huán)形支座、裙座當(dāng)作支撐形式，從而能夠使受力點(diǎn)落在單層結(jié)構(gòu)的封頭處[3]。對多層包扎壓力容器的吊耳附件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，如果多層包扎壓力容器支撐在殼體上，通常會選擇倒掛式耳座結(jié)構(gòu)，此外，吊耳結(jié)構(gòu)不能在外部層板上，上部封頭處才是吊耳結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)置部位，如果上部有直徑較大的開孔，還要進(jìn)行吊裝，應(yīng)當(dāng)使用專用的吊蓋。

4 結(jié)語

近年來，多層包扎壓力容器憑借著可靠性強(qiáng)、安全性高以及維護(hù)費(fèi)用低的顯著優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。實(shí)際對多層包扎壓力容器進(jìn)行設(shè)計的過程中，必須對容器的各個部分采取科學(xué)、合理的設(shè)計，還要充分考慮實(shí)際需求，對各個部分進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計處理，以在確保安全性的前提下盡可能地提高多層包扎壓力容器的結(jié)構(gòu)性能。

[1]裴召華,郭廷順.臨近超高壓多層包扎容器的部分設(shè)計[J].石油化工設(shè)備,2016,(04):81-84.

[2]劉正通,趙杰,張衛(wèi)義,曹占飛,王仕成.多層包扎高壓容器端部結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)力分析[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2016,(02):18-23+6-7.

[3]劉洪強(qiáng).多層包扎壓力容器包扎焊接制造工藝改進(jìn)[J].黑龍江科技信息,2015,(17):76.

田豐(1984- )，男，盤錦人，工程師，碩士，主要從事壓力容器及大型儲罐設(shè)計工作。