压力容器结构.ppt

1、压力容器结构,2,压力容器定义,特种设备安全监察条例定义： 压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPaL的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0.2MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于1.0MpaL的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60液体的气瓶；氧舱等。,3,固定式容器、移动式容器：目前，固定式压力容器和移动式压力容器的参数界定与发达工业国家的规定基本一致。,4,气瓶：气瓶不仅需要实施一般压力容

2、器在设计、制造、使用、检验等环节的安全监察，还需对充装过程实施安全监察，充装过程这个环节，是事故多发环节，直接伤害人身。,5,氧舱：是一种特殊的压力容器载人压力容器。条例中的氧舱主要指：承受内压或外压，以空气或氧气为主要加压介质，用于医疗、潜水和科学试验等活动载人的压力舱体。主要设备种类包括：潜水钟、再压舱、高气压舱、医用氧舱和高海拔试验舱等。,6,压力容器结构概述,压力容器一般是由筒体（又称壳体）、封头（又称端盖）、法兰、接管、人孔、支座、密封元件、安全附件等组成。它们统称为过程设备零部件，这些零部件大都有标准。 其典型过程设备有换热器、反应器、分离容器、储存容器等。,7,固定管板式换热器,

3、8,浮头式换热器,1管箱 2垫圈 3螺栓 4螺母 5筒体 6管束 7法兰 8右管箱 9浮头盖 10垫圈孔 11鞍座,9,浮头式换热器,10,反应器结构示意,1内筒 2夹套 3盘管 4压出管 5支座 6搅拌轴 7封头 8轴 9传动装置 10人孔 11搅拌器,11,板式塔的结构示意图,1群座 2群座人孔 3防涡流挡板 4人孔 5蒸汽入口 6塔盘 7进料口 8液体出口,12,球形容器结构示意图,1接地板 2拉杆 3下级管口 4支柱 5防火隔热层 6球壳 7耳板 8上级管口 9人孔,13,储存容器结构示意图,1液位计 2封头 3接管 4法兰管 5筒体 6人孔 7补强圈 8支座,14,压力容器的结构形状

4、,压力容器的结构形状主要有圆筒形、球形、组合形。圆筒形容器是由圆柱形筒体和各种成型封头（半球形、椭圆形、碟形、锥形）所组成。球形容器由数块球瓣板拼焊成。承压能力很好，但由于安置内件不便和制造稍难，故一般用作贮罐。,15,主要受压元件,压力容器的筒体、封头（端盖）、人孔盖、人孔法兰、人孔接管、膨胀节、开孔补强圈、设备法兰；球罐的球壳板；换热器的管板和换热管；M36以上的主螺栓及公称直径大于250mm的接管和管法兰均作为主要受压元件。,16,压力容器的典型结构和特点,低、中压压力容器的筒体结构 、圆筒形的筒体结构形式 、球形容器 高压超高压容器的筒体结构 1、整体结构:为满足强度、刚度和稳定性要求

5、所需要的厚度（不包括为防腐而设置的衬层），由一整块连续钢制成的结构。 主要形式a)整体锻造：锻造的筒和筒之间用法兰或螺纹连接。主要用于超高压设备。,17,整体锻造水晶釜,18,b)单层卷焊： c)锻焊结构：总结了整体锻造和单层卷焊容器的优点，进行了有机的结合。质量 好，适用于重要场合，如核工业、加氢反应器等。,19,2、组合式结构 定义：为满足强度、刚度和稳定性要求所需要的厚度是由钢板对钢板、钢板对钢带、钢板对钢丝制成的结构。内筒是板式结构。 主要形式 a)多层包扎：最开始为美国专利，但现在已不存在专利了，南京大化机已研制成功。但此类设备制造工艺太复杂，生产工期长；,20,b)热套结构：内筒和

6、外筒的配合采用过盈配合。在安装时外筒加热冷却后很好地与内筒结合在一起。适用于超大容器，有时分3层或更多层进行套合,c)绕板结构：是日本人发明的。自动化程度很高，先做内筒再用另一筒体搭接。虽然角焊缝受力不好、不好焊接且不易检测，但进行承压爆破试验效果很好。目前我国由于冶金能力有限，板长和宽度不太适合，所以采用较少,21,d)钢板对钢带：中国人的发明，ASME已承认其可靠性。内筒单层卷焊，外层缠绕。钢带在缠绕时分左右两个方向，同时旋转方向相反。但缠绕后由于中间紧两端松，所以在承压能力上会低10。在小化肥生产装置中有一些应用,22,e)钢板对钢丝：内筒单层卷焊，外层用高强度的不锈钢丝缠绕，同时给内筒

7、一定的压应力，承受的外压甚至等于设计压力，使设备在操作工况时压力趋于0。世界上设计压力最高的设备1000Mpa就是采用此种结构；,23,压力容器零部件,压力容器零部件是容器不可缺少的组成部分。作为受压元件的零部件，如同壳体一样，也纳入质量管理与保证的监控范围。 压力容器常用的零部件有筒体、封头、法兰、支座、人孔、手孔、开孔补强等。为了便于设计、互换及批量生产，这些零部件都已经标准化、系列化，并在各种过程设备上通用。,24,压力容器零部件,1. 筒体 圆柱形筒体是压力容器主要形式，制造容易、安装内件方便、而且承压能力较好，因此应用最广。圆筒形容器又可以分为立式容器和卧式容器。 由于容器的筒体不但

8、存在与容器封头、法兰相配的问题，而且卧式容器的支座标准也是按照容器的公称直径系列制定的，所以不但管子有公称直径，筒体也制定了公称直径系列。 对于用钢板卷焊的筒体，用筒体的内径作为它的公称直径，其系列尺寸有300、400、500、600等，如果筒体是用无缝钢管制作的，用钢管的外径作为筒体的公称直径。,25,压力容器零部件,2. 封头 压力容器封头，常见的形式有凸形封头（包括半球形封头、椭圆形封头，碟形封头、球冠形封头）、锥形封头、变径段、平盖等 。,26,（1）球形封头半球形封头由球壳的一半作成。与其他形状的封头相比，封头壳壁在压力作用下产生的应力最小， 因此它所需要的壁厚最薄，用材节省。但半球

9、形封头深度大、制造比较困难，尤其对加工设备条件较差的中小型设备制造厂困难更大。而对于大直径（Di3m）的半球形封头可用数块钢板在大型水压机成型后拼焊而成。半球形封头还用于高压容器上代替平封头，以节省钢材。,27,（2）椭圆形封头椭圆形封头是个半椭球体。它的纵剖面是条半椭圆曲线。曲线的曲率半径连续变化，没有形状突变处。直边段高度为h。因而封头的应力分布比较匀称，受力状况比碟形封头优越。我国规定的标准椭圆形封头，长径与高度之比为2.0。这样，封头和与它相连接的圆筒体就可以采用相同的材料和相等的壁厚，组焊比较方便。近期制造的锅炉与压力容器，大部分都采用椭圆形封头。,28,（3）碟形封头碟形封头又称带

10、折边的球形封头。它由几何形状不同的三个部分组成：第一部分是以半径为Ri的球面部分，第二部分是以半径为Di/2的圆筒形部分，第三部分是连接这两部分的过渡区，其曲率半径为r。 在碟形壳体边缘为周向压应力，为了使这部分壳体不致于失稳，GB150-1998中规定对于Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟形封头（原标准碟形封头），其有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。其他碟形封头的有效厚度应不小于0.30%Di。,29,压力容器零部件,（4）球冠形封头球冠形封头可用作端封头，也可以用作容器中两独立受压室的中间封头，由于封头为一球面且无过渡区，在连接边缘有较大边缘应力，要求封头与筒体联接处的T形接头采

11、用全焊透结构。 任何情况下，与球罐型封头连接的圆筒厚度应不小于封头厚度。否则，应在两者之间设加强段过渡连接。加强段的厚度应与封头等厚。,（5）平盖弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下，平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的2030倍。但结构简单，制造方便。压力容器上的人孔 、手孔，或者直径较小的高压容器，一般采用平盖。,30,（5）锥形封头锥形封头实际上是一段锥形圆筒体。锥形封头可以与容器的圆筒体直接焊接，称为无折边的锥形封头；也可以用过渡圆弧部分（俗称折边）与圆筒体焊接连接。称带折边锥形封头。 对于轴对称的锥形封头大端，当锥壳半顶角30时，可以采用无折边结构；30时，应采用带过渡段的折边

12、结构。对于锥形封头小端，当锥壳半顶角45时，可以采用无折边结构；45时，应采用带过渡段的折边结构。,31,压力容器零部件,3. 支座 支座是用来支承容器重量和用来固定容器的位置。支座一般分为立式容器支座、卧式容器支座。 立式容器支座分为耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。卧式容器多使用鞍式支座。,32,耳式支座（JB/T4725-92）,耳式支座，一般由两块筋板及一块底板焊接而成。耳座的优点是简单、轻便；缺点是对器壁易产生较大的局部应力。 耳座适用于公称直径不大于4000mm的立式圆筒形容器。支座数量一般应采用四个均布，容器直径小于等于700mm时,支座数量允许采用2个。,33,耳式支座

13、,耳式支座分为不带垫板式和带垫板式，前者用于一般立式设备，后者用于带保温的立式设备。 支座与筒体连接处是否加垫板，一般应根据容器材料与支座连接处的强度或刚度决定。 对低温容器的支座，一般要加垫板。对于不锈钢制设备，当用碳钢制作支座时，也需在支座与筒连接处加垫板。 若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。 为改善容器的受力情况，将支座垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放。,34,支承式支座,支承式支座是由数块钢板焊接成（A型），也可以用钢管制作（B型）。 支承式支座适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器： 公称直径DN8004000mm； 圆筒长度

14、L与公称直径DN之比L/DN5； 容器总高度H010m。 支承式支座多用于距基础面较近的具有椭圆形或碟形封头的立式容器。一般为3个或4个均布。 支座与筒体连接处是否加垫板，一般应根据容器材料与支座连接处的强度或刚度决定,35,A型支承式支座,A型承式支座,36,腿式支座,腿式支座是将角钢或钢管直接焊在筒体上或筒体的加强板上。 腿式支座适用于安装在刚性基础，且符合下列条件的容器： 公称直径DN4001600mm； 圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5; 容器总高度H15000m。 腿式支座不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器，对此类容器应选用裙座等支承型式，以避免振动，如

15、经计算，确认无问题时，可不受此限制。,37,腿式支座,支座数量一般应采用三个或四个均布。标准考虑了支腿与圆筒连接处局部应力问题,分为带垫板和不带垫板。 符合下列情况之一，应设置垫板： 用合金制的容器壳体； 容器壳体有热处理要求； 与支腿连接处的圆筒有效厚度小于JB/T4712-92表4给出的最小厚度； 垫板材料一般与容器壳体材料相同。,38,腿式支座,A型腿式支座,39,裙式支座:适用于高大型或重型立式容器的支承。裙式支座型式有圆筒形和圆锥形两种形式，通常采用圆筒型裙座。圆锥形裙座一般用于以下情况： 塔径D1000m，且H/D30或D1000m，且H/D25； 基本风压q0.5KN/m2或地震

16、烈度8度时。圆锥形裙座的半锥角15。,裙式支座,40,裙座上须开孔： 排气孔 裙座顶部须开设80100的排气孔，以排放可能聚结在裙座与封头死区的有害气体。对于有人孔的矮裙座或者顶部在封头拼接焊缝处开有缺口的可以不开设排气孔。 排液孔 裙座底部须开设80100的排液孔，一般孔径50，中心高50mm的长圆孔。 人孔 裙座上须开设人孔，以方便检修；人孔一般为圆形，当截面削弱受到限制或为方便拆卸塔底附件（如接管等），可开长圆孔。 引出管通道孔 考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管之间应保留一定间隙。,41,裙式支座,裙座与塔体封头连接 裙座直接焊接在塔底封头上，可采用对接焊缝或搭接焊缝。在没有风载荷或地

17、震载荷时，对接焊缝承受容器重量产生的压缩载荷，搭接焊缝则承受剪切载荷。 裙座与塔壳体过渡段 塔壳设计温度低于-20或高于250时，裙座壳顶部分的材料应与塔下封头材料相同，裙座壳体过渡段长度取4倍保温层厚度，但不小于500mm；对奥氏不锈钢塔，其裙座壳体过渡段高度不小于300mm，材料同底封头。 裙座保护层 当塔内或周围容器内有易燃、易爆介质时，一旦发生火灾，裙式支座型式会因温度升高而丧失强度，故裙座应设防火层。当裙座D1500mm时，仅外面敷设防火层；当裙座D1500mm时，两侧均敷设50 mm石棉水泥层。当塔内操作温度很高，塔体与裙座的温度差引起不均匀热膨胀，会使裙座与塔底封头连接焊缝受力情

18、况恶化，此时须对裙座加以保温。,42,鞍式支座是由底板、腹板、筋板和垫板组焊而成。它适用于双支点支承的钢制卧式容器的支座。 鞍式支座型式： 按鞍座实际承载的大小分为轻型（A） 、重型（B）两种。 鞍座分固定式（F）和滑动式（S）两种安装形式。,鞍式支座,43,鞍式支座,鞍式支座型式选择： 重型鞍座可满足卧式换热器，介质比重较大或L/D较大卧式容器的要求；轻型鞍座则满足一般卧式容器的使用要求。 容器因温度变化，固定侧应采用固定鞍座；滑动侧采用滑动鞍座。固定鞍座一般设在接管较多的一侧。采用三个鞍座时，中间鞍座宜选固定鞍座，两侧鞍座可选滑动鞍座。 为改善容器的受力情况，将垫板四角倒圆；并在垫板中心开

19、一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放；为使垫板按实际需要设置或与容器等厚，标准中垫板厚度允许改变。 对于DN900mm容器，鞍座分为带垫板和不带垫板两种 考虑到封头的加强作用，鞍座应尽可能靠近封头，即A应小于或等于 D0/4，从受力情况考虑，A不宜大于0.2L。当需要时，A最大不得大于0.25L。 当容器基础是钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板。基础垫板必须保持平整光滑。,44,法兰,法兰连接主要优点是密封可靠和足够的强度。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。 法兰分类： （1）按其被连接的部件分为压力容器法兰和管法兰。 （2）按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 宽面法

20、兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰连接，一般用于压力很低场合。 窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周内的法兰连接。 （3）按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。 整体法兰：指法兰环、颈部及圆筒三者有效地连接成一整体的法兰。 松式法兰：指法兰与圆筒未能有效地连接成一整体的法兰，计算中认为法兰力矩完全由法兰环本身来承担。典型松式法兰有活套法兰。 任意式法兰：指整体性程度介于上述二者间的法兰。其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但可作为一个接构元件，共同承受法兰力矩。,45,法兰,法兰密封面: 法兰密封面分为平面密封面、凹凸面密封面、榫槽面密封面。 平面密封面具有结

21、构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点，由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面。也不宜压紧，密封性能较差，适用于压力不高的场合，一般使用在PN2.5MPa的压力下。 凹凸面密封面相配的两个法兰结合面是一个凹面和一个凸面。安装时易于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封效果优于平面密封。 榫槽面密封面相配的两个法兰结合面是一个榫面和一个槽面。密封面更窄。由于受槽面的阻挡，垫片不会被挤出压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。安装时易于对中，垫片受力均匀，密封可靠，适用于易燃、易爆和有毒介质的运用。只是由于垫片很窄，更换时较为困难。,46,法兰,压力容器法兰 压力容器法

22、兰标准为JB4701 4707-2000压力容器法兰。它包括法兰、垫片及等长双头螺柱等8个标准。其中法兰分三种：甲型平焊法兰、乙型平焊法兰及长颈法兰。其中长颈法兰受力情况最好，甲型平焊法兰受力最差。 法兰的拼接焊缝须经100%射线或超声检测。 对长颈法兰，当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%射线或超声检测，检测方法按JB4730。射线检测II级合格，超声波检测I级合格。当法兰所在容器图样对容器壳体的检测要求未能满足上述要求时，则该要求应在图样中标明。 对甲型平焊法兰、乙型平焊法兰与圆筒或短节间的连接焊缝应进行磁粉或渗透检测，检测方法

23、按JB4730，I级合格。,47,管法兰 国际管法兰标准主要有两个体系，即以德国DIN（包括原苏联）为代表的欧洲管法兰体系和以美国ANSI管法兰为代表的美洲管法兰体系。除此之外，还有日本JIS管法兰，但在石油化工装置中一般仅用于公用工程，而且在国际上影响较小。 标准HG20592-20635-97钢制管法兰、垫片、紧固件中HG20592-20614属于欧洲体系，HG 2061520635-97属于美洲体系。 管法兰（欧洲体系）的公称压力等级按DIN标准，公称压力范围：0.25 ，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0，6.3，10.0，16.0，25.0MPa 等10个压力等级。公称直径范围：

24、102000mm。 管法兰（美洲体系）的公称压力等级按ANSI标准。,48,压力容器检查孔包括人孔与手孔，开设检查孔的目的是为了检查容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀等缺陷。 人孔和手孔均巳标准化，可根据设计需要和操作条件直接选用。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、设计温度以及人、手孔的结构和材料等诸方面的因素。 人、手孔的类型选择有较大的灵活性： （1）工作压力较高时宜选用对焊法兰人、手孔，反之多用平焊型式； （2）安装位置较高，检修不便的容器上宜选用回转盖或吊盖型式； （3）人、手孔需经常打开时，可选用快开式的人、手孔结构。,检查孔,49,为了便于对压力容器能够进行正常的操作、测试

25、、检验、修理，压力容器上应开设必要的人孔、手孔和检查孔，以及安全附件安装的接孔。开孔后，不仅降低了部件的承载能力，而且还因为开孔造成结构不连续，在开孔边会产生应力集中。,开孔与补强,50,应力集中,（1）应力集中系数: 容器的开孔集中程度是用应力集中系数K来表征的，“K”的定义是开孔处的最大应力值与开孔时最大薄膜应力之比。开孔接管处的应力集中系数主要两个因素影响： 容器的形状和应力状态。 开孔的形状、大小及接管壁厚。 （2）容器开孔接管处应力集中的特点 在实际上生产中，容器壳体开孔后均需焊上接管或凸缘，而接管处的应力集中与壳体开小圆孔时的应力集中并不相同。容器接管处的应力集中较小孔严重得多，应力集中系数可达3-6。但其衰减迅速，具有明显的局部性，不会使壳体引起任何显著变形，故可允许应力峰值超过材料的平均屈服应力。开孔补强的目的的在于使孔边的应力峰值降低至允许值。,51,开孔与补强,1 为何要进行开孔补强 通常所用的压力容器，由于各