No04容器Word下载.docx
《No04容器Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《No04容器Word下载.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
kgf/cm2的低压容器或剧毒介质的中压容器；
（3）易燃或有毒介质且压力与体积的乘积≥5000L·
kgf/cm2的中压反应容器或压力与体积的乘积≥50000L·
kgf/cm2的中压贮运容器。
此外，化工压力容器按其在生产工艺中的作用原理又可分为反应容器、换热容器、分离容器、贮运容器等四种：
1.反应容器（用符号“R”表示）：
主要用来进行介质的物理、化学反应的容器。
如反应器、发生器、反应釜、分解塔、聚合釜、合成塔、高压釜、交换炉等；
2.换热容器（用符号“E”表示）：
主要用于介质之间的热量交换的容器。
如热交换器、冷却器、蒸发器、加热器、消毒锅、蒸压釜等，
3.分离容器（用符号“S”表示）：
主要用来完成介质的压力平衡及气体净化、气液分离的容器。
如缓冲罐、分离器、过滤器、吸收塔、洗涤器、干燥塔、集油器等；
4.贮运容器（用符号“C”表示）：
主要是用来盛装气体、液体、液化气体的容器。
如各种形式的贮罐、槽车等。
三.压力容器的结构
化工压力容器由于其用途各不相同，结构也不一样。
但一般均具有筒体、封头、支座、法兰（包括管法兰和设备法兰），有些容器则还有人孔、手孔、夹层、视镜、液面计、内部冷却（或加热）管、搅拌器等等。
此外，容器上还要安装必不可少的安全附件。
图3-1为带有进料均布器的卧式容器。
图3-1压力容器结构示意图
现在简单的介绍一下容器的各主要部件：
1.筒体：
筒体是压力容器的最主要组成部分，贮存物料或完成化学反应所需要的压力空间，大部分由它构成。
筒体的形状一般为圆柱形，随工作压力、温度、介质等条件不同而取不同的壁厚。
筒体除整体锻造式（用于高压容器）外，绝大多数都是由钢板卷焊而成。
因此焊接后的温度、气密性及焊缝质量指标要求十分严格，在制造或焊接修理时均需执行相应的焊接规范和程序，并进行严格检验，不允许有任何疏忽大意，以保证筒体质量。
（1）单层卷焊式。
这种结构是采用钢板在卷板机上卷成圆筒，然后焊接纵缝成为筒节，再加工与焊接各筒节环缎成为筒体。
单层卷焊式结构简单，制造方便，常用于中低压薄壁容器。
当用于制造高压厚壁容器时，由于简体直径比较大，弯卷成形有困难，故需要大型卷扳机及热处理设备。
（可参见图1-1）
（2）整体锻造式。
它是用整体钢锭穿孔后在大型水压机上锻造成筒体，然后进行机械加工和热处理，这种筒体经锻压后组织致密，强度较高，但需要大型的冶炼、锻造和热处理设备，金屑切削量也很大。
超高压容器，例如加氢反应器等，可采用这种结构形式，并选用高强钢制造。
（3）热套式。
如图3-2所示，热套圆筒采用中厚钢板制成的圆筒加热套合而成。
例如，用中厚钢板卷焊成内、外简，使外筒的内径稍小于内筒的外径，即具有一定的过盈量，然后将外筒加热到预定温度，套到内筒上去，冷却后紧箍在内筒上形成一个筒节。
若要增加厚度，可用同样的方法，套合第三、四层，一般不超过五层。
套好的筒节两端加工深环焊继再组焊成筒身。
这种结构生产周期短，材料利用率高，安全可靠。
但有深环焊缝问题，焊缝质量不易保证。
我国制造的双层热套式加氢反应器，内径Φ2.1m，全长24.8m，总重240t，内简材料20CrMo9，厚85mm，外简村料18MnMoNb，厚75mm。
外筒上每个筒节开有Φ8.5mm的排气孔4个，已使渗透到筒体中的氢气排出以减轻氢腐蚀。
图3-2多层筒体结构形式
（4）层板包扎式（见图3-3）。
它是用14~20mm厚的钢板卷焊成内筒，再将卷成半圆形（或瓦片形）的厚度为4~12mm的薄钢板（层板）包扎在内筒上后焊接纵缝，利用焊缝的收缩紧箍在内筒上，再用同样的方法逐层包扎，直到所需的厚皮。
最后将包扎好的筒节用深环焊缝焊成筒身。
为保证设备安全，在多层壁上要设置排气孔及集气层（见图3-3），使内筒渗透出来的氢气可沿钢板的网路集中，再从排气孔排掉。
层板包扎式容器所用薄板质量好，设备安全性高、但制造工艺繁琐，深环焊缝无法热处理。
（5）绕板式（见图3-3）。
绕板式容器的内筒与层板包扎容器相同，先用钢板卷成内筒，焊纵焊缝，并经100%的X射线探伤。
再将宽度与筒节长度一样的薄钢板连续缠绕在内筒上，直到所需厚度，其特点是材料利用率高，生产效率高，机械化程度高，但深环焊缝的焊接问题仍存在。
（6）型槽钢带缠绕式。
将内筒筒节及容器端部焊接为筒身，并在内筒外壁加工出螺旋槽，将型槽钢带（断面见图3-4）以一定预拉力螺旋缠绕在筒身上。
第一层缠满后，再缠第二层，第三层……，直到要求的厚度尺寸为止。
钢带两端焊接固定，每层钢带相互啮合，且相邻层钢带相搭接，以承受轴向力。
此种结构避免了深环焊缝，但钢带尺寸要求严格，轧制较困难，内筒需机加工，因此这种筒体已很少应用。
（7）扁平钢带缠绕式（见图3-5）。
它是在内筒筒身上以一定的预拉应力缠绕多层普通扁平钢带而成。
由于相邻层钢带采取左、右螺旋方向缠绕，因而钢带可以与内简一起承受由内压引起的轴向力。
这种结构制造工艺较简单，生产效率高，没有深环焊缝，多用于制造小型化肥高压容器及压力机蓄能器。
图3-3多层包扎式容器及排气孔
图3-4型槽钢带的截面结构
图3-5扁平钢带型容器
上述各种结构形式的筒体，都可用来制造高压厚壁容器，而对于中、低压容器加大都是采用单层卷焊式。
2.封头：
封头，或称端盖，按其形状有凸形封头、锥形封头和平板盖三类。
（1）凸形封头
凸形封头有半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和无折边球面封头。
（a）半球形封头是一个半球体，在相同压力和直径的情况下，与其它封头相比所需厚度最小，但深度大，制造比较因难，一般用于压力较高或直径较大的容器。
（b）椭圆封头是由半椭球体和圆筒体直边两部分组成，见图3-6。
由于椭圆曲线的曲率半径变化是连续的，所以应力分布比较均匀。
椭圆封头的受力情况和制造难易程度介于半球形和碟形封头之间，因而在中、低压容器上得到广泛的应用。
标准椭圆封头的长短轴之比为2：
1。
（c）碟形封头，又称带折边的球形封头，见图3-7。
它是由半径为Ri的部分球面，高度为h的圆筒形部分（即直边），以及半径为r的过渡部分（即折边）组成。
因在各连接处曲率半径有突变，故存在较大的边缘应力。
我国标准碟形封头的参数是：
球面内半径Ri＝0.9Di；
过渡圆弧内半径ri＝0.17Di。
（4）无折边球形封头是一深度较小的球面体，如图3-8所示。
它结构简单，制造容易，但与筒体连接处附近存在很高的局部应力，因此只用于直径较小压力较低的容器上，而且还规定封头的球面内半径Ri为圆筒体内直径0.7~1.0倍。
图3-6椭圆形封头
图3-7碟形封头
图3-8无折边球形封头
（2）锥形封头
采用锥形封头，主要是考虑工艺的特殊要求，有利于物料流动和排料等。
可分为无折边封头和有折边封头。
无折边封头是一段圆锥体（见图3-9）。
由于锥体与圆筒直接连接而发生形状突变，局部应力较大，仅适用于压力较低的场合，并规定锥体半顶角α≤30°
。
设计压力较高时，可采用折边锥形封头，即在锥体和筒体之间有一个圆弧的折边过渡，见图3-10，其半顶角为30°
~45°
图3-9无折边锥形封头
图3-10有折边锥形封头
（3）平盖
平盖结构简单、制造方便．但在相同的受压条件下，平盖比凸形封头厚得多，因此一般用于直径较小和压力较低的情况下，如人孔和手孔的平盖等。
低压容器中的平盖，又可分为螺栓连接的可拆卸平盖及焊接连接的不可拆卸平盖，在高压容器中，因端盖太厚，制作凸形封头较因难，当直径不太大时，亦可采用可拆卸的平盖。
但随着制作水平的提高。
在高压容器上已越来越多地使用半球形封头。
一般当容器组装后如果不再需要开启时（一般是指容器中无内件或虽有内件而不需要更换检修的情况），上下封头应直接和筒体焊在一起，这样做能有效地保证密封，节省材料而且减少加工制造的工作量。
对于因检修和更换内件的需要而必须开启的容器，封头与筒体连接应造成可拆式的，此时在封头和筒体之间就必须有一个密封结构。
3.法兰：
法兰是容器和管道连接中的重要部件。
按法兰所连接的部件分为管法兰和容器法兰。
用于管道连接的叫做管法兰，用于容器顶盖与筒体或管板与容器连接的叫做容器法兰。
容器法兰按其本身结构形式分为：
整体法兰、活套法兰、任意形式法兰。
法兰通过螺栓连接并通过预紧螺栓使垫片压紧而保证密封。
法兰螺栓连接是压力容器上用得最多的一种连接结构，如封头和筒体的连接，各种接管的连接，以及人孔、手孔盖的连接等。
法兰螺栓连接结构虽然开启不十分方便，但因其结构简单，使用可靠，故在压力容器中得到了广泛的应用。
有关各类法兰特点见第六章“管道与配件”部分。
4.密封结构
容器密封结构是保证设备安全运转的一个重要组成部分。
常用的密封结构可分为强制式密封和自紧式密封两大类。
强制式密封完全靠螺栓力压紧垫片实现密封，因而需要较大的螺栓力，如采用各种平垫片的密封。
自紧式密封靠螺栓力初始预紧，操作时主要依靠介质压力压紧垫环实现密封，因而所需螺栓力小，如C形环密封、O形环密封等。
强制式密封由于所需螺栓力大，故主要用于中、低压容器（也可用于小直径高压容器及管道）的密封。
自紧式密封主要用于中、高压容器的密封。
双锥环密封介于强制式与自紧式密封之间，故也称半自紧式密封。
（1）平垫密封见图3-11，这是一种最简单和最常见的密封，在法兰密封面之间或端盖和筒体端部的密封面之间放一较软材料的垫片，依靠螺栓压紧垫片，使垫片表面产生塑性变形，嵌入密封面之间放一较软材料的垫片，实现密封。
有时，还在密封面上车二三条沟槽，以提高其密封能力。
（2）双锥密封如图3-12所示，双锥密封是一种半自紧式密封结构。
在双锥密封面上开2~3条半径为1~1.5mm，深1mm的环向沟槽，双锥密封面的粗糙度为Ra3.2，锥角α的公差为±
5′~15′。
在双锥密封面上可覆1mm厚的软金属垫片（铝、铜等），以提高密封能力。
安装时用托环将双锥密封环固定在顶盖上，再用主螺栓将顶盖上紧在筒体上，使垫片产生塑性变形以达到密封，这是双锥密封的强制性质。
为了防止预紧时密封环发生过分变形，在顶盖与密封环内圆柱面之间保留一定的间隙，其值一般为0.1%~0.15%环内圆柱面直径。
顶盖圆柱面铣有纵向沟槽，当内压升起后，介质进入密封环与顶盖的环形间隙中，使密封环径向扩大，压紧密封面。
压力越高，压紧力越大，产生自紧密封作用。
由于这种自紧作用，双锥密封在压力与温度波动时仍能保持良好的密封性能，并且主螺栓的尺寸较小些。
这种密封元件加工精度要求不高，较易制造，故应用较广泛。
图3-11平垫密封结构
图3-12双锥密封结构
（3）O形环密封见图3-13，这种密封具有良好的密封性能，能耐高温，耐腐蚀，在大小直径的压力容器上均可应用，它的密封结构有开式和闭式两种。
图（a）是非自紧式金属“O”形环，它依靠管子被压扁后的回弹力来获得密封力，适用于密封真空和较低压力及有腐蚀性的液体和气体。
（b）为充气式金属“O”形环，管内充有惰性气体或易气化的物质，其压力一般为4.0~5.0MPa，也可根据需要增减。
在高温操作时，管内压力随温度的增高而增大，故适用于高温（可达425~1093℃）高压的场合。
（c）为自紧式金属“O”形环，在环内侧钻有若干小孔，内压升起后，介质压力可传入O形环腔内，产生轴向自紧力、自紧性能良好，可用于高压或超高压场合，是三种O形环中承压能力最高的一种。
O形环密封结构简单，密封可靠，可重复使用，有被广泛采用的趋势。
图3-13O形环密封结构
（4）三角垫密封见图3-14，国外早已用于氨合成塔及加氢反应器，它是典型的径向自紧密封。
内压升起后，在径向压力作用下，三角垫向外弯曲，因V型槽锥面的角度与三角垫斜面的角度不同，线接触变成面接触，随着压力升高．接触面积逐渐加大，径向自紧密封作用也可增加。
这种密封结构紧凑，工作可靠，但加工精度要求高，目前国内尚很少应用。
（5）C形环与B形环密封。
C形密封结构见图3-15，它是典型的轴向自紧密封，预紧时，几块卡箍被牢固地连在一起，依靠配合斜面的作用使端盖与筒体端部靠拢，把垫片压紧而达到密封。
这种结构预紧力小，加工精度要求不高，很有发展前途。
B形环密封结构见图3-16，它是典型的径向自紧密封，靠B形环的波峰和顶盖、法兰上的密封槽之间的径向过盈产生密封表面的初始密封压力，随着内压升高，密封面上压力随之增大，实现工作密封。
这种结构的缺点是加工精度的要求高，装卸时密封面易擦伤，目前应用于直径小于800mm的高压容器上。
上述这些密封结构，在应用中应根据具体情况，选择适当的形式以满足生产的需要。
图3-14三角环密封结构
图3-15C形环密封结构
图3-16B形环密封结构
5.容器的支座
容器的支座是起支承和固定容器作用的。
它都是另行制作，然后焊接在容器上。
随着圆筒形容器的安装位置不同，有立式容器支座和卧式容器支座。
常见的立式支座有悬挂式支座（或称耳式支座，见图3-17a）、支承式支座（见图3-17b）、裙式支座（见图3-18）等。
卧式容器支座有鞍式支座、圈座、支撑式支座（见图3-19）等。
图3-17悬挂式和支撑式支座
图3-18裙式支座
图3-19卧式支座
6.开孔与补强结构
石油化工容器常因工艺要求和检修时的需要，在筒体或封头上开设各种孔或安装接管。
如手孔、人孔、视镜孔、物料进出口孔以及安装压力表、液位计、安全阀等接管开孔。
开孔的结果，不但会削弱容器壁的强度，而且会在开孔附近形成应力集中，因此，在容器的开孔附近要采取适当的补强措施，以使孔边的应力集中系数降低到材料所允许的数值。
补强的形式一般有贴板补强、接管补强和整锻件补强。
（1）帖板补强见图3-20（a）、（b）、（c），即在开孔周围焊帖补强圈，其材料与厚度一般与壳体相同。
补强圈与筒体之间应很好地贴合，使其与器壁同时受力。
对于直径较大的孔，所需补强圈较厚，则应在壳体内外侧各焊上一个较薄的补强国。
贴板补强结构简单，易于制造，但补强后仍有较大的局部应力，且抗疲劳性能差，因此只用于一般中、低压容器。
（2）接管补强见图2-20（d）、（e）、（f），即在开孔处焊接上一段加厚接管，由于接管的加厚部分处于应力集中区域，故能有效地降低开孔附近的应力。
如采用插入接管形式，则效果更好。
这种补强结构简单，焊缝少，补强效果优于贴板补强。
在确保焊接质量的前提下，补强效果接近整体锻件补强，故被广泛采用。
（3）整体锻件补强见图2-20（g）、（h）、（f），补强金属集中于开孔应力最大的部位，应力集中系数最小，抗疲劳性能好。
但这种补强结构制造因难，因此只用于有严格要求的重要设备上，如加氢反应器等。
图3-20补强结构
7.压力容器的安全附件
为了防止压力容器由于超压而发生破裂事故，除了避免操作失误及杜绝或减少可能引起容器超压的客观因素之外，还必须在压力容器上安装安全泄压装置。
安全泄压装置是一种防止容器超压的保护装置。
它具有这样的性能：
当容器在正常工作压力下运行时，保持严密不漏，而一旦容器内压力超过规定的数值时它就能自行将容器内气体迅速泄放，使容器内压力始终保持在最高许用压力范围之内。
安全泄压装置不仅能在超过预定压力下开启排放，从而降低容器的压力，还能起到报警的作用。
因为当其开启放气时，由于气体流速较高，常常发出较大的声音，能提醒操作人员注意采取适当的措施。
压力容器的安全装置使用最广泛的有安全阀和防爆膜等。
（1）安全阀
图3-21弹簧式安全阀
图3-22杠杆式安全阀
最常用的安全阀是弹簧式安全阀（见图3-21），它利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力。
因此它可以通过一个调节螺母改变压缩弹簧的压缩量来校正安全阀的开启压力。
这种安全阀具有结构简单，灵敏度较高，安装位置不受严格限制等优点，而且对振动的敏感性低，所以可用在移动式压力容器上。
其缺点是所加的载荷会随着阀的开启而发生变化。
因此，随着阀瓣的升高，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力量也跟着增加。
这对于安全阀的开启是不利的。
另外安装在高温压力容器上的安全阀，由于长期受高温的作用，其弹簧力减少，使安全阀的正常工作受到影响。
杠杆式安全阀（如图3-22）不采用弹簧装置，而是利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力。
这种安全阀有结构笨重和由于振动而产生泄漏现象等缺点，故目前较少采用。
脉冲式安全阀结构复杂，在化工压力容器上用得很少，一般只适用于泄放量很大的大型电站的锅炉等。
有关安全阀的结构类型等将在第六章“管道与配件”中再作介绍。
（2）防爆膜
防爆膜也称为爆破片，是一种断裂型的安全泄压装置。
它是用一块很薄的平板通过法兰夹紧或直接用螺栓压紧在容器的短管法兰上。
其结构简单安装方便，但由于在防爆膜破裂之后，容器将被迫停止运行，所以这种安全装置只适用于在不宜装设安全阀的压力容器中使用。
（3）爆破膜
爆破膜又称为圆拱形爆破膜，它的爆破元件是预先压制成圆拱形的薄片，其薄弱断面在周围，它的精确度较爆破片为高，可用于高压或超高压场合。
四.压力容器结构上的要求
1.强度：
所谓强度是指容器或其零部件具有抵抗外力破坏的能力。
压力容器在设计时要考虑到各种条件和因素，例如根据压力、温度、介质的腐蚀性以及容器的结构、体积等经过严格的制造工艺规程，并认真地进行试压检验。
这都是为了保证容器有足够的强度，使其不会在正常使用情况下发生爆破。
2.刚度：
所谓刚度是指容器或其零部件在外力作用下保持原来形状的能力。
最常见的例子是某些受外力容器出现压瘪或折皱，或某些容器的部件在运输、安装、使用过程中出现变形，这些都是刚度不足的表现。
3.耐久性：
容器必须保持一定的使用年限。
容器的壁厚除了要保证强度方面的要求外，还要考虑到介质对材料的腐蚀速率，有时还要考虑容器的疲劳及振动等条件。
另外对容器的结构及制造工艺也要有一定的要求以保证容器能使用一定期限。
4.密封性：
化工压力容器的密封性十分重要。
容器密封的可靠性是保证安全生产的重要措施之一。
因为化工生产中所使用的液体、气体有许多都是易燃易爆和有毒有害的。
所以容器在设计、制造、安装、使用、检修时都不能忽视密封性问题。
化工压力容器除了应满足上述要求外，还应顾及到节约材料，便于制造、运输、安装、操作及维护的方便等等。
五.容器的压力试验
容器在制成以后或者修理（指涉及强度或结构方面的修理，如焊接、热处理等）完毕，都要进行压力试验，以检验容器的耐压情况和密封性，确定其是否可投入使用。
1.液压试验
在进行液压试验时，先在容器内灌满液体，然后用试压泵加压。
用水做加压介质的压力试验称为水压试验。
进行水压试验的水温及环境温度，不得低于材料的无塑性转变温度，但最低不应低于5℃。
液压试验开始时，只有待容器的壁温与液体温度相同之后，才可缓慢升压。
达到规定的试验压力之后，需保持10～30分钟，然后降到设计压力并至少保持30分钟，同时，对容器整体及所有的焊缝及联接部件进行检查，以无异常响声、压力下降、油漆剥落、无渗漏现象和可见的变形为合格。
2.气压试验
一般关于气压试验的压力，对低压容器取设计压力的1.2倍，对中压容器取设计压力的1.15倍。
气压试验一般采用干燥洁净的空气、氮气或其它惰性气体，且气体温度不低于15℃。
试验时应先缓慢升压至规定压力的10%，保持10分钟，同时对所有的焊缝和联接部位进行初步检查，合格后继续升压至规定压力的50%，其后按每级为规定压力的10％的级差逐级升压至试验压力，保持10～30分钟，然后降到设计压力至少保持30分钟，同时进行各项检查。
相比之下，水压试验要比气压试验危险性小得多。
这是因为压缩一定容积的气体至某一压力所需要的功，要比压缩同样体积的液体至相同压力时大得多。
也就是说，相同体积，相同压力的气体爆炸时所释放的能量要比液体大得多。
故规定绝大多数压力容器都使用液压试验。
为了保证安全，无论是液压或气压试验，都应装两块经过检验的压力表。
对气压试验的容器，应在试验前对焊缝进行100%的探伤，并全面检查容器质量。
试验时，在容器内的压力超过工作压力之后，试验人员最好不要靠近容器，以免容器爆破伤人。
六.压力容器破坏简介
要保证压力容器的安全，最重要是要防止它在使用中发生破裂。
因为压力容器在承压过程中发生爆破，会造成相当大的危害。
要想有效地防止压力容器的破裂事故，就必须了解容器破坏的各种形式，产生破坏原因及其规律。
为使压力容器的操作和维修人员掌握有关容器爆破的知识，提高分析和处理异常情况的技能，现简单地介绍一下容器的五种不同形式的破裂。
1.韧性破裂
压力容器的韧性破裂是在容器受到一定的内压力作用下，先出现不能恢复其原来形状的塑性变形，并在继续增大压力的情况下而产生的破裂。
也就是说容器承受的压力先是超过材料的屈服极限，使材料组织发生变化，然后在更大压力下，达到或超过材料的强度极限而断裂。
它的断裂先后经过了弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和最后的断裂。
这种属于因外力过大使材料断裂的情况，往往在水压试验中能明显的看到。
发生韧性破裂的容器，由于在爆破之前发生了大量的变形，故容器的直径有明显的增大，器壁明显减薄。
发生破裂时一般无碎片飞出，只是裂开一个口，口的大小与容器爆破时所释放的能量有关。
一般由气压引起的破裂比液压引起的破裂的裂口要宽。
2.脆性破裂
压力容器的爆破事故，并不是都属于韧性破裂的范围。
有很多压力容器在试验或使用过程中，并没有达到规定的压力，即在正常压力范围内，在没有发现塑性变形的情况下突然发生爆炸。
这种爆裂的形式与脆性材料的破裂很相似，即出现许多碎片，所以把这种低于材料的屈服极限，更低于强度极限时发生的爆炸称为脆性破裂。
材料由韧性状态转变为脆性状态而发生脆性断裂，与容器在低温下使用有一定关系（因为钢是具有冷脆性的）。
但事实证明，有许多容器的脆性破裂并不是在低温下发生的。
所以，低温并不是容器发生脆性破裂的唯一因素。
断裂力学认为构件材料并不是绝对均匀和连续的，总难免存在微裂纹（对于其它缺陷如夹渣、气孔、未焊造、大块杂物等也作为裂纹来看待），当受到外力作用时，裂纹尖端附近区域就产生应力应
升级会员 