【文章內(nèi)容簡介】 堆放 、 吊裝 、 運(yùn)輸包裝 ， 尤其是焊接等環(huán)節(jié)有一系列特殊要求 。 ? 鋼中以其化學(xué)成份又分為碳素鋼 、 低合金鋼 （ 前兩者主要是強(qiáng)度鋼 ） 及高合金鋼 （ 主要用于腐蝕 、 低溫 、高溫等特殊工況 ） 。 壓力容器結(jié)構(gòu) 壓力容器一般是由筒體 （ 又稱殼體 ） 、 封頭 （ 又稱端蓋 ） 、 法蘭 、 接管 、 人孔 、 支座 、 密封元件 、 安全附件等組成 。 它們統(tǒng)稱為過程設(shè)備零部件 ， 這些零部件大都有標(biāo)準(zhǔn) 。 其典型過程設(shè)備有換熱器 、 反應(yīng)器 、 塔式容器 、 儲(chǔ)存容器等 。 壓力容器的結(jié)構(gòu)形狀主要有圓筒形 、 球形 、 和組合形 。 圓筒形容器是由圓柱形筒體和各種成型封頭 （ 半球形 、 橢圓形 、 碟形 、錐形 ） 所組成 。 球形容器由數(shù)塊球瓣板拼焊成 。 承壓能力很好 ，但由于安置內(nèi)件不便和制造稍難 ， 故一般用作貯罐 。 壓力容器的筒體 、 封頭 （ 端蓋 ） 、 人孔蓋 、 人孔法蘭 、 人孔接管 、 膨脹節(jié) 、開孔補(bǔ)強(qiáng)圈 、 設(shè)備法蘭；球罐的球殼板；換熱器的管板和換熱管；M36以上的主螺栓及公稱直徑大于 250mm的接管和管法蘭均作為主要受壓元件 。 壓力容器結(jié)構(gòu) ——典型結(jié)構(gòu) 壓力容器結(jié)構(gòu) ——典型結(jié)構(gòu) 壓力容器結(jié)構(gòu) ——典型結(jié)構(gòu) 丙烯球罐 壓力容器結(jié)構(gòu) ——典型結(jié)構(gòu) 壓力容器結(jié)構(gòu) ——典型結(jié)構(gòu) 壓力容器結(jié)構(gòu) ——典型結(jié)構(gòu) 壓力容器結(jié)構(gòu) ——零部件 1. 筒體 圓柱形筒體是壓力容器主要形式 ， 制造容易 、 安裝內(nèi)件方便 、而且承壓能力較好 ， 因此應(yīng)用最廣 。 圓筒形容器又可以分為立式容器和臥式容器 。 由于容器的筒體不但存在與容器封頭 、 法蘭相配的問題 ， 而且臥式容器的支座標(biāo)準(zhǔn)也是按照容器的公稱直徑系列制定的 ， 所以不但管子有公稱直徑 ， 筒體也制定了公稱直徑系列 。 對(duì)于用鋼板卷焊的筒體 ， 用筒體的內(nèi)徑作為它的公稱直徑 ， 其系列尺寸有 300、 400、 500、 600… 等 ， 如果筒體是用無縫鋼管制作的 ， 用鋼管的外徑作為筒體的公稱直徑 。 壓力容器結(jié)構(gòu) ——零部件 2. 封頭 （ 1） 球形封頭 ——壁厚最薄 ， 用材比較節(jié)省 。但封頭深度大 、 制造比較困難 。 （ 2） 橢圓形封頭 ——橢圓形封頭縱剖面的曲線部分是半個(gè)橢圓形 ， 直邊段高度為 h，因此橢圓形封頭是由半個(gè)橢球和一個(gè)高度為 h的圓筒形筒節(jié)構(gòu)成 。 橢圓殼體周邊的周向應(yīng)力為壓應(yīng)力 ， 應(yīng)保證不失穩(wěn) 。 （ 3） 碟形封頭 ——碟形封頭是由三部分組成 。第一部分是以半徑為 Ri的球面部分 ， 第二部分是以半徑為 Di/2的圓筒形部分 ， 第三部分是連接這兩部分的過渡區(qū) ， 其曲率半徑為 r,Ri與 r均以內(nèi)表面為基準(zhǔn) 。 不連續(xù)過渡導(dǎo)致邊緣應(yīng)力 。 壓力容器結(jié)構(gòu) ——零部件 （ 4） 球冠形封頭 ——球冠形封頭可用作端封頭 ， 也可以用作容器中兩獨(dú)立受壓室的中間封頭 ， 由于封頭為一球面且無過渡區(qū) ， 在連接邊緣有較大邊緣應(yīng)力 ， 要求封頭與筒體聯(lián)接處的 T形接頭采用全焊透結(jié)構(gòu) 。 （ 5） 錐形封頭 ——錐形封頭有無折邊錐形封頭和折邊錐形封頭 。 （ 6） 平蓋 ——彎曲應(yīng)力較大 ， 在等厚度 、同直徑條件下 ， 平板內(nèi)產(chǎn)生的最大彎曲應(yīng)力是圓筒壁薄膜應(yīng)力的 20～ 30倍 。但結(jié)構(gòu)簡單 ， 制造方便 。 壓力容器結(jié)構(gòu) ——零部件 3. 支座 支座是用來支承容器重量和用來固定容器的位置 。 支座一般分為立式容器支座 、 臥式容器支座 。 立式容器支座分為耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。臥式容器多使用鞍式支座。 4. 法蘭 法蘭連接主要優(yōu)點(diǎn)是密封可靠和足夠的強(qiáng)度 。 缺點(diǎn)是不能快速拆卸 、制造 成本較高 。 法蘭分類主要有以下方法： （ 1） 按其被連接的部件分為壓力容器法蘭和管法蘭 。 （ 2） 按法蘭接觸面的寬窄可分為窄面法蘭和寬面法蘭 。 （ 3） 按整體性程度分為整體法蘭 、 松式法蘭和任意式法蘭 。 5. 人孔與手孔 壓力容器結(jié)構(gòu) ——開孔與補(bǔ)強(qiáng) 1 為何要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng) 通常所用的壓力容器 ， 由于各種工藝和結(jié)構(gòu)的要求 ， 需要在容器上開孔和安裝接管 ， 由于開孔去掉了部分承壓金屬 ， 不但會(huì)削弱容器的器壁的強(qiáng)度 ， 而且還會(huì)因結(jié)構(gòu)連續(xù)性受到破壞在開孔附近造成較高的局部應(yīng)力集中 。 這個(gè)局部應(yīng)力峰值很高 ， 達(dá)到基本薄膜應(yīng)力的 3倍 ， 甚至 56倍 。 再加上開孔接管處有時(shí)還會(huì)受到各種外載荷 、 溫度等影響 ， 并且由于材質(zhì)不同 ， 制造上的一些缺陷 、 檢驗(yàn)上的不便等原因的綜合作用 ， 很多失效就會(huì)在開孔邊緣處發(fā)生 。 主要表現(xiàn)不疲勞破壞和脆性裂紋 ， 所以必須進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 。 2 壓力容器為何有時(shí)可允許不另行補(bǔ)強(qiáng) 壓力容器允許可不另行補(bǔ)強(qiáng)是鑒于以下因素： 容器在設(shè)計(jì)制造中，由于用戶要求，材料代用等原因，殼體厚度往往超過實(shí)際強(qiáng)度的需要。厚度的增加使最大應(yīng)力有所降低，實(shí)際上容器已被整體補(bǔ)強(qiáng)了。例如：在選材時(shí)受鋼板規(guī)格的限制，使壁厚有所增加；或在計(jì)算時(shí)因焊接系數(shù)壁厚增加，而實(shí)際開孔不在焊縫上；還有在設(shè)計(jì)時(shí)采用封頭與筒體等厚或大一點(diǎn)，實(shí)際上封頭已被補(bǔ)強(qiáng)了。在多數(shù)情況下，接管的壁厚多與實(shí)際需要，多余的金屬起到了補(bǔ)強(qiáng)的作用。 壓力容器結(jié)構(gòu) ——開孔與補(bǔ)強(qiáng) 3 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 所謂開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ， 就是指采取適當(dāng)增加殼體或接管壁厚的方法以降低應(yīng)力集中系數(shù) 。其所涉及的有補(bǔ)強(qiáng)形式 、 開孔處內(nèi) 、 外圓角的大小以及補(bǔ)強(qiáng)金屬量等 。 (1) 加強(qiáng)圈是最常見的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) ， 貼焊在殼體與接管連接處 ， 如圖 a、 b、 c。 該補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單 ， 制造方便 ， 但加強(qiáng)圈與金屬間存在一層靜止的氣隙 ， 傳熱效果差 。 當(dāng)兩者存在溫差時(shí)熱膨脹差也較大 ， 因而在局部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力 。 另外 ， 加強(qiáng)圈較難與殼體形成整體 ， 因而抗疲勞性能較差 。 這種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)一般用于靜壓 、常溫及中 、 低壓容器 。 (2) 接管補(bǔ)強(qiáng) ， 即在殼壁與接管之間焊上一段厚壁加強(qiáng)管 ， 如圖 d、 e、 f。 它的特點(diǎn)是能使所有用來補(bǔ)強(qiáng)的金屬材料都直接處在最大應(yīng)力區(qū)域內(nèi) ， 因而能有效地降低開孔周圍的應(yīng)力集中程度 。 低合金高強(qiáng)度鋼制的壓力容器與一般低碳鋼相比有較高的缺口敏感性 ， 采用接管補(bǔ)強(qiáng)為好 。 (3) 整鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖 g、 h、 I， 此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大的部位 ， 補(bǔ)強(qiáng)后的應(yīng)力集中系數(shù)小 。 由于焊接接頭為對(duì)接焊 ， 且焊接接頭及熱影響區(qū)可以遠(yuǎn)離最大應(yīng)力點(diǎn)位置 ， 所以抗疲勞性能好 。 但這種結(jié)構(gòu)需要鍛件 ， 且機(jī)械加工量大 ， 所以一般只用于要求嚴(yán)格的設(shè)備 。 壓力容器結(jié)構(gòu) ——開孔與補(bǔ)強(qiáng) 圖 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 壓力容器設(shè)計(jì) 1. 常用設(shè)計(jì)規(guī)范及適用的壓力范圍 GB150－ 1998《 鋼制壓力容器 》 設(shè)計(jì)壓力 P： ～ 35 MPa ； 真空度： ≥ MPa JB4732－ 95《 鋼制壓力容器 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 》 設(shè)計(jì)壓力 P： ～ 100 MPa； 真空度： ≥ MPa 疲勞載荷；高溫蠕變 GB151－ 1999《 管殼式換熱器 》 設(shè)計(jì)壓力 P： ～ 35 MPa ；真空度： ≥ MPa GB12337－ 1998《 鋼制球形儲(chǔ)罐 》 設(shè)計(jì)壓力： P≤4MPa；公稱容積： V≥50M3 壓力容器設(shè)計(jì) 2. 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的載荷 GB150－ 1998《 鋼制壓力容器 》 ： （ 1）內(nèi)壓、外壓或最大壓差； （ 2）液體靜壓力 (≥5%P)； （ 3） 容器的自重 （ 內(nèi)件和填料 ） ， 以及正常工作條件下或壓力試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料 的重力載荷； （ 4） 附屬設(shè)備及隔熱材料 、 襯里 、 管道 、 扶梯 、 平臺(tái)等的重力載荷； （ 5） 風(fēng)載荷 、 地震力 、 雪載荷； （ 6） 支座 、 座底圈 、 支耳及其他形式支撐件的反作用力； （ 7） 連接管道和其他部件的作用力； （ 8） 溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力； （ 9） 包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷； （ 10） 沖擊反力 ,如流體沖擊引起的反力等； （ 11） 運(yùn)輸或吊裝時(shí)的作用力 。 壓力容器設(shè)計(jì) :容器從承載到載荷的不斷加大最后破壞經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、爆破，因此容器強(qiáng)度失效準(zhǔn)則有三種觀點(diǎn)： （ 1）彈性失效 ——常規(guī)設(shè)計(jì)（ GB150等） 彈性失效準(zhǔn)則認(rèn)為殼體內(nèi)壁產(chǎn)生屈服即達(dá)到材料屈服限時(shí)該殼體即失效，將應(yīng)力限制在彈性范圍，按照強(qiáng)度理論把筒體限制在彈性變形階段。認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服時(shí)即為承載的最大極限。 （ 2）塑性失效 ——分析設(shè)計(jì)（ JB4732） 塑性失效準(zhǔn)則將容器的應(yīng)力限制在塑性范圍，認(rèn)為圓筒內(nèi)壁面出現(xiàn)屈服而外層金屬仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致容器發(fā)生破壞，只有當(dāng)容器內(nèi)外壁面全屈服時(shí)才為承載的最大極限。 （ 3）爆破失效 ——高壓、超高壓設(shè)計(jì) 爆破失效準(zhǔn)則認(rèn)為容器由韌性鋼材制成，有明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象，即便是容器整體屈服后仍有一定承載潛力，只有達(dá)到爆破時(shí)才是容器承載的最大極限。 *