浅谈夹套容器的设计

第 3 6卷增刊 2 0 0 7年 8 月 石油化工设备 V o 1 3 6 S u p p l e me n t PE TRO- CHEM I CAL EQUI PMENT Au g 2 0 0 7 文章编号 ：1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 0 7 ) 增刊一 0 0 3 0 0 3 浅谈夹套容器的设计 李保 芹 ( 石 家庄精工化工设备有限公司 ，河 北 石家庄0 5 6 1 2 5 ) 摘要 ：夹套容器在石油、 化工、 天然气等各行业中被广泛应用。介绍 了夹套容器的形式与结构、 设 计要 点 以及 设计 中的相 关计算 ， 具有 一定 的 实际借鉴 意义 。 关键词 ：夹套容器；结构 ； 设计；制造 中图分类 号 ：TH 4 9 文 献标志 码 ：B 夹套容器是将作为一个完整压力室的夹套连接 在容器简体、 封头外部形成 的多腔压力容器， 在石 油、 化工、 天然气等各行业中广泛应用。使用夹套 的 目的一般是加热或冷却容器及其 内部介质 ， 也可作 为容器 的 密 封 绝 热 室 。文 中对 夹 套 容 器 形式 与 结 构、 设计要点及设计 中的相关计算进行简要介绍。 1 夹套容器形式与结构 1 1 形式 在 GB 1 5 0 - 1 9 9 8 钢 制 压 力 容 器 中列 出 了 4 种型 式 的夹 套 容 器n ， 其 中有仅 限于 简体 带夹 套 的 容 器 ， 也 有简 体与 下封 头 及 部 分上 封 头带 夹 套 的 容 器 ， 这些 形 式 与 美 国 压 力 容 器 标 准 AS ME 第 VI I I 篇中规定的形式相类似 ， 其种类 比英国压力容器标 准 B S 5 5 0 0 - 1 9 7 8 ( 非 直接 火压力容 器 要 全面 。 1 2 结构 夹套 容器 由容器 和夹套 两 大部 分 组成 ， 见 图 1 。 不同型式的夹套由不 同的受压元件构成， 一般包含 夹套简体、 夹套与容器间的封闭件 以及椭圆形或锥 形夹套 封头 3个受 压元件 。但 通道式 夹套 则是 由钢 管构成， 没有夹套简体。 夹套封闭件有圆形 、 平环形、 锥形及角钢形 4种 结构形式 ， 通常推荐采用锥形和平环形封闭件， 而这 2种结 构 又 有 多 种 形 式 。例 如 ， 锥 型 封 闭 件 锥 角 a 又可分为 3 o 。 或 4 5 。 ， 锥封闭件可作成与夹套简体有 一 圆弧过渡 的整体制件 ， 也可作成与夹套焊接。各 种锥形 及平 环形封 闭 件结构 形式 见 图 2 。图 中各 量 含义同文献 1 。显然 ， 有圆弧过渡的锥形封闭件 比 无 圆弧过渡的锥形封 闭件适用范围广 ， 前者可用于 a 6 O 。 的 圆 柱 形 夹 套 和 U 形 夹 套 ， 而后 者 仅 用 于 a 3 o 。 的 圆柱 形夹套 。 图 1 夹套容器 结构 2结构设计要点 夹套容器的最大检查孔不应超过 5 O mm。为 防止容器进 口处外壁受到夹套蒸气或其他介质的冲 蚀 ， 应在容器外壁正对夹套介质入 口处设置防冲板， 并将其焊接于容器外壁上 。由于容器和夹套间的空 间距 离一 般约 5 Q mm， 故不 宜设 置入 口挡板 。 当容器 内为极度或高度危害介质时， 对容器焊 缝 和连接 夹套 的焊 缝 应 做 1 0 0 射 线 检 查 ， 且 应 进 行焊后热处理。 笔者设 计 的夹套容 器 常采用带 圆弧 过渡 的锥形 封闭件 ， 锥角 a一般取 4 5 。 ， 当厚度 =6 1 0 mm时， 过 渡部 分圆弧半径一般取 3 0 4 0 I n n。设 计 中很少 收 稿 日期 ：2 0 0 7 0 3 1 2 作者简介 ：李保芹 ( 1 9 6 5 一 ) ， 女 ， 河北石家庄人 ， 工程师， 学士 ， 从事压 力容器设计工作 。 维普资讯 增 刊 辫 ) 简体 筒体法兰 套法兰 图 3 容器简 体与夹套筒体间 法兰连接结卡 句 萎 茏 薯 椭姆于 头 蒜 萋 萋 考虑 ， 算带夹套部分的容器时 ， 应 嘉 篓 量 享 蔓 嚣 亲 菩 羞 翥 毒 ， 量 喜 蕈 穹 器 嚣 晡耋 姚 同 当 一办 时 p 1 o ( 1 ) 当 一 时 一 ( 1 ) 当 时 p2 =O ( 2 ) 当 - 时 ： 一 ( 2 ) 臻 ： 恃况 夹套 容器 P l , p z ： 式 维普资讯 石油化工设备 2 0 0 7年第 3 6卷 ( 1 ) 和式 ( 2 ) 所表示 的情况对 于设计 计算 一般都 不会 起作用， 因为按这两种情况计算确定 的容器壁厚都 小于按 P 计算确定的容器壁厚 。式( 3 ) 表示按外压 计算确定容器壁厚 ， 这时容器壁厚按内压 P 和设计 压力差 A P公式分别计算后取二者中之大值。 如果 容器设 计压 力 P 和夹套 设计 压力 P 在某 些 情况下 不能 同时存 在 ， 则 设计计 算 时应 按 照 P 一 0考虑 ， 这时容器受到外压 。的作用 ， 按外压计算 确定容器壁厚。但是对于容器 内直径较大或夹套设 计压力 P 较大的情况 ， 则一般不按照 P =0时的情 况来计算 ， 因为这样设计将会使容器壁较厚 增大钢 材耗费量和投资， 此时应在设计图样中要求 ， 在任何 情况下均保持一定内外压差容器的壁厚应按此压差 进行计算 。当 P 一0时， 按内压容器计算 。 3 1 2腐蚀裕量 对于 夹 套容 器 腐蚀 裕量 的选 取 ， 除应 遵 守有 关 设计规范外还应注意以下两点： 夹套包容的容器 简体 和封头应 按 双面腐蚀 选取腐 蚀裕 量 。 由于 容 器外壁与夹套内壁接触的是同一介质 ， 受到的情况 基本相 同 ， 因此 ， 当容 器 和夹 套 为 同 一 钢 号 时 容器 外壁和 夹套 内壁所 取 的腐 蚀 数 值应 相 同 ， 在 有 的夹 套设计图样 中往往会忽视这一点。 3 2 筒体及封头计算 根据容器在结构上被夹套全部包容和部分包容 的不同， 容器筒体、 封头计算可分为 以下 2种类型 ： 容器简体、 封头被夹套 全部包容 。容器简体 、 封头 应分别按容器内设计压力和内外设计压力差进行计 算 ， 其壁厚按计算结果 中之大者取值 。容器简体 被夹套部分包容 。对于容器未被包容部分 ， 仅按容 器内的设计压力计算确定其壁厚 。对简体被夹套包 容的部分， 则按类型的方法确定其壁厚， 这样计算 出来 的结果 ， 简体很 可能 是变壁 厚 ， 上 封头 与下封 头 的壁厚 也不 相 同 ， 笔 者 认 为 ， 当容 器 简 体 内直 径 不 大 ， 壁厚 较薄 ， 容器 、 夹 套 和简体 长度相差 不大 时 ， 可 以取成 等壁厚 ， 以减少 材料 规格并 方便制 造 。 计算 夹套 简体 、 封 头时 ， 首先根 据容 器的 内直径 确定夹套的内直径， 一般按下列尺寸确定 ： 当容器直 径 Di 6 0 0 mm 时， 则夹套内直径 D 大 1 0 0 mi l l 左 右 ， 根 据 所 选无 缝 钢 管 规格 定 ； 当 6 0 0 mm D 1 8 0 0 mm时 ， D 2一 D 1+ i 0 0 mm； 2 0 0 0 mm D 时 ， D 一D + 2 O 0 mm。夹套 简体 、 封 头壁 厚 按 文献 1 规定计算。 3 3 夹套封闭件计算 锥形 封 闭 件是 我 国夹 套 容器 中最 常用 的结 构 ， 它可分 为带 圆弧 过 渡与 不 带 圆弧 过 渡 两 种结 构 ， 具 体计算公式参见文献 1 。锥形封闭件和圆平环使 用条件分别见图 4和图 5 。 ( b) 锥形封闭件使用条件 图 5圆 平 环 使用 条 件 4 建议 夹套容器区别于一般容器 ， 即多了一个夹套 ， 为 确保容器焊缝的质量和强度， 在安装夹套前 ， 应对容 器进行水 压试 验 ， 国家标准对此 已做 了规定 。正 因为 有了这一条规定， 使得夹套容器的制造工艺与一般容 器制造工艺有所区别， 特别是在编制直径小的容器或 全夹套容器 的制造 工艺时尤其应 注意这 一点 。 5 结 语 夹 套 容器 与 一般 容 器有 所