殼體  殼體是壓力容器最主要的組成部分,貯存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的壓力空間,其形狀有圓筒形、球形、錐形和組合形等數(shù)種,但最常見(jiàn)的是圓筒形和球形兩種。
1、圓筒形殼體。其形狀特點(diǎn)是軸對(duì)稱(chēng),圓筒體是一個(gè)平滑的曲面,應(yīng)力分布比較均勻,承載能力較高,且易于制造,便于內(nèi)件的設(shè)置和裝卸,因而獲得廣泛的應(yīng)用。圓筒形殼體由一個(gè)圓柱形筒體和兩端的封頭或端蓋組成。
⑴筒體。筒體直徑較小時(shí)(一般小于500mm),可用無(wú)縫鋼管制作;直徑較大時(shí),可用鋼板在卷板機(jī)上先卷成圓筒,然后焊接而成。隨著容器直徑的增大,鋼板需要拼接,因而筒體的縱焊縫增多。當(dāng)殼體較長(zhǎng)時(shí),因受鋼板尺寸的限制,需將兩個(gè)獲兩個(gè)以上的筒體(此時(shí)每個(gè)筒體稱(chēng)為筒節(jié))組成所需要長(zhǎng)度的筒體。為便于成批生產(chǎn),筒體的直徑的大小已標(biāo)準(zhǔn)化,。筒體的公稱(chēng)直徑,對(duì)于焊接筒體是指它的內(nèi)徑;而用無(wú)縫鋼管制作的筒體,公稱(chēng)直徑則是指它的內(nèi)徑。
        圓筒形筒體按其結(jié)構(gòu)又可分為整體式和組合式兩大類(lèi),其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍見(jiàn)第二節(jié)。
⑵封頭與端蓋。凡與筒體焊接連接而不可拆的,稱(chēng)為封頭與筒體以法蘭等連接接而可拆的則稱(chēng)為端蓋。根據(jù)幾何形狀不同,封頭可分為半球形、橢圓形、碟形、有折邊錐形、無(wú)折邊錐形和平板形封頭(亦稱(chēng)平蓋)等數(shù)種。對(duì)于組裝后不再需要開(kāi)啟的容器,如無(wú)內(nèi)件或雖有內(nèi)件而不需要更換、檢修的容器,封頭和筒體采用焊接連接形式,能有效地保證密封,且節(jié)省鋼材和減少制造加工量。對(duì)需要開(kāi)啟的容器,封頭(端蓋)和筒體的連接應(yīng)采用可拆式的,此時(shí)在封頭和筒體之間必須裝置密封件。
2、球形殼體。容器殼體呈球形,又稱(chēng)球罐。其形狀特點(diǎn)是中心對(duì)稱(chēng),具有以下優(yōu)點(diǎn):受力均勻在相同的壁厚條件下,球形殼體的承載能力最高,即在相同的內(nèi)壓下,球形所需要的壁厚最薄,僅為同直徑、同材料圓筒形殼體的1/2(不計(jì)腐蝕裕度);在相同容積條件下,球形殼體的表面積最小。如制造相同容積的容器,球形的要比圓筒形的節(jié)約約30~40%的鋼材。此外,表面積小,對(duì)于用作需要與周?chē)h(huán)境隔熱的容器,還可以節(jié)省隔熱材料或減少熱的傳導(dǎo)。所以,從受力狀態(tài)和節(jié)約用材來(lái)說(shuō),球形是壓力容器最理想的外形。但是,球形殼體也存在某些不足:一是制造比較困難,工時(shí)成本較高,往往要采用冷壓或熱壓成形。二是球形殼體用于反應(yīng)、傳質(zhì)或傳熱時(shí),既不便于內(nèi)部安裝工藝內(nèi)件,也不便于內(nèi)部相互作用的介質(zhì)的流動(dòng)。由于球形殼體存在上述不足,所以其使用受到一定的限制,一般只用于中、低壓的貯裝容器,如液化石油氣貯罐、液氨貯罐等。
其他形狀的殼體,如錐形殼體,因?yàn)橛玫幂^少,故不作介紹。
1.2連接件  壓力容器中的反應(yīng)、換熱、分離等容器,由于生產(chǎn)工藝和安裝檢修的需要,封頭和筒體需采用可拆連接時(shí)就要使用連接件。此外,容器的接管與外部管道連接也需要連接件。所以,連接件是容器及管道中起連接作用的部件,一般均采用法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)。
        法蘭通過(guò)螺栓起連接作用,并通過(guò)擰緊螺栓使墊片壓緊而保證密封。用于管道連接合密封的法蘭叫管法蘭;用于容器端蓋和筒體連接后密封的法蘭叫容器法蘭。在高壓容器中,用于端蓋與筒體連接,并和筒體焊在一起的容器法蘭又稱(chēng)筒體端部。容器法蘭按其結(jié)構(gòu)分為整體式、活套式和任意式三種。
1.3密封元件 是可拆連接結(jié)構(gòu)的容器中起密封作用的元件。它放在兩個(gè)法蘭或封頭與筒體端部的接觸面之間,借助于螺栓等連接件的壓緊力而起密封作用。根據(jù)所用材料不同,密封元件分為非金屬密封元件(如石棉橡膠板、橡膠O形環(huán)、塑料墊、尼龍墊等)、金屬密封元件(如紫銅墊、不銹鋼墊、鋁墊等)和組合式密封元件(如鐵皮包石棉墊、鋼絲纏繞石棉墊等)。按截面形狀的不同可分為平墊片、三角形與八角形墊片、透鏡式墊片等。
不同的密封元件和不同的連接件相配合,就構(gòu)成了不同的密封結(jié)構(gòu)。用于壓力容器的密封結(jié)構(gòu)主要有:平墊密封、雙錐密封、伍德密封、卡扎里密封、楔形環(huán)密封、C形環(huán)密封、O形環(huán)密封、B形環(huán)密封等,是壓力容器的一個(gè)相當(dāng)重要的組成部分。其完善與否不但影響到整個(gè)容器的結(jié)構(gòu)、重量和制造成本,而且關(guān)系到容器投產(chǎn)后能否正常運(yùn)行。
1.4管、開(kāi)孔及其補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)    1.接管。接管是壓力容器與介質(zhì)輸送管道或儀表、安全附件管道等進(jìn)行連接的附件。常用的接管有三種型式,即螺紋短管、法蘭短管與平法蘭。
螺紋短管式接管是一段帶有內(nèi)螺紋或外螺紋的短管。短管插入并焊接在容器的器壁上。短管螺紋用來(lái)與外部管件連接。這種型式的接管一般用于連接直徑較小的管道,如接裝測(cè)量?jī)x表等。
法蘭短管式接管一端焊有管法蘭,一端插入并焊接在容器的器壁上。法蘭用以與外部管件連接。這種型式的接管在容器外面的一段短管要求有一定的長(zhǎng)度,以便短管與外部管件連接時(shí)能夠順利地穿進(jìn)螺栓和上緊螺帽,這段短管的長(zhǎng)度一般不小于100毫米。當(dāng)容器外面有保溫層時(shí),或接管靠近容器本體法蘭安裝時(shí),短管的長(zhǎng)度要求更長(zhǎng)一些。法蘭短管式多用于直徑稍大的接管。
平法蘭接管是法蘭短管式接管除掉了短管的一種特殊型式。它實(shí)際上就是直接焊在容器開(kāi)孔處的一個(gè)管法蘭。不過(guò)它的螺孔與一般管法蘭的孔不同,是一種帶有內(nèi)螺紋的不穿透孔。這種接管與容器的連接有貼合式和插入式兩種型式,貼合式接管有一面加工成圓柱狀(或球狀),使與容器的外壁貼合,并焊接在容器開(kāi)孔的外壁上,因而容器的孔可以開(kāi)得小一些,但圓柱形的法蘭面加工比較困難。插入式法蘭接管兩面都是平面,它插入到容器壁內(nèi)表面并進(jìn)行兩面焊接。插入式接管加工比較簡(jiǎn)單,但不適宜用于容器內(nèi)裝有大直徑部件(如塔板)的容器上。平法蘭式接管的優(yōu)點(diǎn)是它既可以作接口管與外部管件連接,又可以作補(bǔ)強(qiáng)圈,對(duì)器壁的開(kāi)孔起補(bǔ)強(qiáng)作用,容器開(kāi)孔不需另外再補(bǔ)強(qiáng),缺點(diǎn)是裝在法蘭螺孔內(nèi)的螺栓容易被碰撞而折斷,而且一旦折斷后要取出來(lái)則相當(dāng)困難。
2.開(kāi)孔。為了便于檢查、清理容器的內(nèi)部,裝卸、修理工藝內(nèi)件及滿(mǎn)足工藝的需要,一般壓力容器都開(kāi)設(shè)有手孔和人孔。手孔的大小要使人的手能自由通過(guò),并考慮手上還可能握有裝拆工具和供安裝的零件。一般手孔的直徑不小于150毫米。對(duì)于內(nèi)徑≥1000mm的容器,如不能利用其它可拆除裝置進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)和清洗時(shí),應(yīng)開(kāi)設(shè)人孔,人孔的大小應(yīng)能使人能夠鉆入。手孔和人孔的尺寸應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。手孔和人孔有圓形和橢圓形兩種。橢圓孔的的優(yōu)點(diǎn)是容器壁上的開(kāi)孔面積可以小一些,而且其短徑可以放在容器的軸向上,這就減小了開(kāi)孔對(duì)容器壁的削弱。對(duì)于立式圓筒形容器來(lái)講,橢圓形人孔也適宜人的進(jìn)出。
手孔和人孔的封閉形式有內(nèi)閉式和外閉式兩種。內(nèi)閉式的人孔或手孔,孔蓋放在孔壁里面,用兩個(gè)螺栓(手孔則為一個(gè)螺栓)把緊壓在孔外放置并支承在孔邊的橫桿上(又稱(chēng)壓馬)。這種型式多采用橢圓孔和帶有溝槽的孔蓋,因?yàn)檫@樣便于放置墊片和安裝孔蓋。內(nèi)閉式人孔蓋板的安裝雖比較困難,但密封性能較好,容器內(nèi)介質(zhì)的壓力可以幫助壓緊孔蓋,有自緊密封的效用。特別是它可以防止因墊片等的失效而導(dǎo)致容器內(nèi)介質(zhì)的大量噴出,因而適用于工作介質(zhì)為高溫或有毒氣體的容器。
外閉式手孔或人孔的結(jié)構(gòu)一般就是一個(gè)帶法蘭的短管和一個(gè)平板型蓋或稍壓彎的不折邊的球形蓋,用螺栓或雙夾螺栓緊固,蓋上還焊有手柄。開(kāi)啟次數(shù)較多的人孔常采用鉸接的回轉(zhuǎn)蓋。這種裝置使用帶有鉸鏈的螺栓和帶有缺口螺孔的法蘭,孔蓋用銷(xiāo)釘與短管鉸接,擰松螺母翻轉(zhuǎn)螺栓后即可把整個(gè)孔蓋繞銷(xiāo)釘翻轉(zhuǎn),裝卸都較為方便,更適宜于裝在高處的人孔結(jié)構(gòu)。
3.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。容器的筒體或封頭后,不但減小了容器的受力面積,而且還因?yàn)殚_(kāi)孔造成結(jié)構(gòu)不連續(xù)而引起應(yīng)力集中,使開(kāi)孔邊緣處的應(yīng)力大大增加,孔邊的最大應(yīng)力要比器壁上的平均應(yīng)力大幾倍,對(duì)容器的安全行為極為不利。為了補(bǔ)償開(kāi)孔處的薄弱部位,就需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)措施。開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法有整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)兩種。前者采用增加容器整體壁厚的方式來(lái)提高承載能力,這顯然不合理;后者則采用在孔邊增加補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)提高承載能力。容器上的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)一般均用局部補(bǔ)強(qiáng)法,其原理是等面積補(bǔ)強(qiáng),即使補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi),。所增加的截面積≥開(kāi)孔所減少的截面積,局部補(bǔ)強(qiáng)常用的結(jié)構(gòu)有補(bǔ)強(qiáng)圈、厚壁短管和整體鍛造補(bǔ)強(qiáng)等數(shù)種。
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