夾 套 容 器 結 構 設 計

吳加福，胡孫達

（1. 溫州聯宏設備有限公司， 浙江 溫州 325025； 2. 浙江章達輕工機械廠，浙江 溫州 325025）

在石油、化工等行業中，夾套容器因其傳熱面積大，傳熱媒介在容器與夾套間傳熱的效果顯著，而被廣泛使用。根據夾套結構的情況夾套容器分為：整體夾套容器即夾套型式為U型或圓筒型；通道式夾套容器即夾套型式為型鋼夾套；蜂窩夾套容器即夾套為短管支撐式或折邊錐體式：半管夾套容器即夾套是由半管或弓形管組成的。

1 容器夾套設計

夾套容器一般由三部分組成，即筒體、封頭及封閉件。在化工生產上帶有夾套的設備較多，夾套的型式可根據操作工藝要求確定，常用的為整體夾套，概況的可以分以下幾種，如圖1所示。

圖1 整體夾套容器的型式Fig.1 Overall jacketed vessel type

a型僅圓筒部分有夾套，一般在換熱面積要求不大時使用；b型僅圓筒一部分和底部部分有夾套，此種型式較為普遍；c型是在圓筒部分的夾套采用了分段結構或帶有加強圈；d型為全包式夾套，換熱面積較大。

夾套直徑Dj可按罐體內徑D進行選取。

一般D=500~600時，Dj=D+50；D=700~1 800時，

1.1 夾套強度設計

夾套強度設計可按GB 150.1~4—2011 《壓力容器》第3部分[1]：設計中的內壓圓筒部分進行計算。

1.2 夾套與筒體的連接

夾套與筒體的連接大部分采用封閉件進行焊接，常見封閉件結構有同軸心變徑結構和環板結構兩種。

a. 同軸心變徑結構

在考慮錐體形封閉件時，當α≤30°時，在夾套介質溫度波動小、壓力低的條件下，可采用無折邊對接的形式見圖2（a），因為筒形封口件與夾套體角接焊縫受力狀態差且焊接質量不容易保證，所以焊縫必須采用全焊透結構，壁厚按無折邊受內壓錐形封頭進行強度計算。當30°＜α≤60°時，采用有折邊錐體形式，如圖2（b）一般在厚度δ≤12 mm 的情況下，結構簡單且容易成形，當厚度δ＞12 mm 時，由于筒體翻邊困難無法保證成形質量而采用封口件結構。

圖2 錐體形封閉件的結構Fig.2 Conical sealing structure

b. 環板結構

環形板封閉件，結構簡單，施工方便，由于屬于環板受力，一般環板較厚。環形板封口件可按HG/T20569—94 《機械攪拌設備》[2]進行強度計算，對焊縫結構進行合理設計，可用于較苛刻工況。

1.3 夾套擋板設計

當容器內介質和夾套內介質的溫度差較大時，并減少介質對內筒的的沖力而導致的侵蝕，一般在夾套內設置導流板，避免內容器的外壁產生局部過熱或過冷而影響傳熱效果，如圖3所示，其中媒介出口應大于接管的內截面積。

圖3 擋板結構Fig.3 Baffle structure

1.4 夾套排放孔設計

為全部排出夾套內空氣或惰性氣體，使換熱介質充滿夾套空間，提高傳熱效率，在夾套頂部開設排氣孔，排氣孔可設置為螺塞結構且直徑不應小于10 mm。

2 通道式夾套容器設計

當筒體直徑較大或換熱介質壓力較高情況下，一般采用半圓管式夾套如圖4（a）、型鋼夾套如圖4（b）、蜂窩夾套如圖4（c）。以上 3種夾套型式均能加快傳熱介質流速，提高傳熱效率，且半管式夾套或型鋼夾套可大大提高筒體的剛度。

圖4 半圓管夾套、型鋼夾套、蜂窩夾套Fig.4 Semicircle pipe jacketed, steel jacketed, dimple Jacket

型鋼夾套較整體夾套制造工藝相對復雜，是通過特定的工裝胎具制造出與圓筒體相吻合的型鋼夾套，再經過與容器筒體一環一環的組對、焊接而成的結構，型鋼夾套一般沿筒體圓周方向螺旋布置，也可按筒體軸線方向直線布置。

型鋼夾套的強度計算按HG/T20569—94 《機械攪拌設備》[2]進行計算。

半管夾套按GB150-2011進行強度和穩定性計算。半管直徑一般在φ89 ~ 133 mm之間，半管夾套分為半圓管如圖5(a)和弓形管如圖5（b）結構。半管夾套內流體的速度一般比整體夾套快2~4倍左右，傳熱效果好，縮短了換熱時間，但半管的焊接量大，且對焊縫質量要求較高，相對成本也會上升。

圖5 半圓管夾套容器結構Fig.5 Semicircle pipe jacket vessel structure

蜂窩夾套是夾套殼上有許多按一定規則形狀排列的，經過沖壓成型的圓臺狀凹坑。凹坑底部沖有圓孔，在圓孔處采用填角焊與筒體連接。蜂窩夾套特殊的蜂窩結構加強了罐體的外壓穩定性,既節省材料,又能夠提高夾套與內筒體的承壓能力。蜂窩夾套在介質供給工況不變的情況下使流體在腔內流速增加,比整體夾套快3~10倍左右。使介質與蜂窩點多次相撞形成局部小渦流,從而使整個腔內形成紊流,加快熱交換速度。

蜂窩夾套強度或穩定性計算按GB150-2011進行計算。常用的蜂窩夾套有折邊式，即把夾套向內折邊，與筒體進行焊接。還有一種是拉撐式，用沖壓的小錐體做拉撐體。

4 結 論

隨著化工、石油、機械行業的發展，夾套容器使用越來越廣，合理地設計夾套結構，滿足容器使用的工藝要求和現場施工要求，降低設備材料成本和制造工期，具有重要的意義。

［1］中華人民共和國國家標準GB150.1 ~4 — 2011 , 壓力容器[S]．北京：2012.

［2］HG/T 20569 — 94 , 機械攪拌設備[S]．中華人民共和國化學工業部，1995.

［3］卓震．化工容器及設備[M].北京：中國石化出版社，2008.

［4］特種設備安全技術規范，TSG R0004 — 2009，固定式壓力容器安全技術監察規程[S].北京： 2009.

［5］中華人民共和國化工行業標準 HG/ T 20582 — 2011 , 鋼制化工容器強度計算規定[S].北京：.