多層包扎壓力容器設計分析

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)

隨著社會的進步以及市場經濟的發展，我國工業化進程也在不斷加快，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化、大型化的方向轉變，如今壓力容器已經出現了不同的結構，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勢，近年來得到了越來越廣泛的應用。本文筆者主要對多層包扎壓力容器進行了分析，并針對多層包扎壓力容器設計過程中需注意的幾點問題進行了探討，以供參考。

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

1 殼體設計中應注意的幾點問題

(1)殼體內筒的確定與層板厚度的選擇 參考國內多層包扎壓力容器設計方面的相關標準，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，厚度應當根據實際情況合理確定，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計 殼體內筒一般情況下選擇采取鋼板卷制的方式，對殼體內筒的力學性能、結構性能進行檢驗的時候，通常需要結合力學檢驗技術、無損檢測技術等一系列檢測手段。焊接完成、殼體內筒檢驗合格之后，還要采取應力熱消除處理[1]。通常情況下，鋼板可以采取拼接的方式，但為確保質量，不能有2條以上的焊縫。在進行焊接操作的時候，層板環縱焊縫必須錯開，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。在對殼體內筒、層板包扎進行焊接的時候，有可能會影響殼體內筒結構，這時需要在兩者之間設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，還需要設置相應的檢漏系統。

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

2 殼體與封頭連接結構設計

在對殼體與封頭連接結構進行設計的時候，應對上下封頭、層板采取焊接后熱的處理方式，設計過程中，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構層板展開焊接，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問題[2]。此外，設計過程中，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、容器筒體結構遭受的應力作用，確定封頭實際尺寸之后，必須給予適當的加厚。

3 支撐結構的設計

多層包扎壓力容器與單層包扎壓力容器相比較來說，前者不僅內部結構層數多，而且重量也較大，對多層包扎壓力容器的支撐部位進行設計的過程中，必須充分重視支座型式，此外，也要注意吊耳附件結構的支座型式。在GB 150-2011 壓力容器設計標準以及ASME標準中，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行實際設計的時候，通常選擇立式結構，這樣的情況下，支撐件不宜設置外側層板，但若是能夠通過采取有效的對策將支撐件的負荷轉移給其他部位，那就可以設置外側層板。按照ASME標準中的相關規定，對多層包扎壓力容器的支撐部位進行設計的時候，應當選擇環形支座、裙座當作支撐形式，從而能夠使受力點落在單層結構的封頭處[3]。對多層包扎壓力容器的吊耳附件結構進行設計的時候，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構，此外，吊耳結構不能在外部層板上，上部封頭處才是吊耳結構的最佳設置部位，如果上部有直徑較大的開孔，還要進行吊裝，應當使用專用的吊蓋。

4 結語

近年來，多層包扎壓力容器憑借著可靠性強、安全性高以及維護費用低的顯著優勢，得到了越來越廣泛的應用。實際對多層包扎壓力容器進行設計的過程中，必須對容器的各個部分采取科學、合理的設計，還要充分考慮實際需求，對各個部分進行改進與優化設計處理，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構性能。

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

[2]劉正通,趙杰,張衛義,曹占飛,王仕成.多層包扎高壓容器端部結構設計與應力分析[J].石油化工設備技術,2016,(02):18-23+6-7.

[3]劉洪強.多層包扎壓力容器包扎焊接制造工藝改進[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計工作。