吳芳芳（山東宏易城實(shí)業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

多層包扎壓力容器設(shè)計(jì)分析

吳芳芳（山東宏易城實(shí)業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

多層包扎壓力容器其具有較高的安全性，在使用和經(jīng)濟(jì)效果上有明顯優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。本文主要對(duì)多層包扎壓力容器的設(shè)計(jì)展開分析，從殼體設(shè)計(jì)、殼體與封頭的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、支撐結(jié)構(gòu)和吊耳的設(shè)計(jì)三方面展開分析，探討加工制作以及安裝施工中需要注意的問(wèn)題，希望能夠有助于工業(yè)化生產(chǎn)的不斷進(jìn)步。

多層包扎；壓力容器；壓力容器設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平快速增長(zhǎng)，工業(yè)化事業(yè)得到了很大進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中壓力容器是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容，隨著快節(jié)奏的生產(chǎn)需求，對(duì)壓力容器的質(zhì)量和性能也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，在這種環(huán)境中壓力容器的設(shè)計(jì)工作面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，逐漸向著參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模式化的方向轉(zhuǎn)變。當(dāng)前生產(chǎn)中所使用的壓力容器有單層、多層等選擇。近年來(lái)，多層包扎壓力容器在使用上發(fā)生較多的安全事故，設(shè)計(jì)及制造工藝引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，在工業(yè)生產(chǎn)中合成氨、尿素、煤氣化等裝置上都得到了廣泛應(yīng)用，很多設(shè)備采用多層包扎結(jié)構(gòu)形式。

1 殼體設(shè)計(jì)

1.1 殼體內(nèi)筒的確定與層板厚度的選擇

在進(jìn)行殼體設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該按照國(guó)家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多層包扎壓力容器設(shè)計(jì)，根據(jù)殼體材料的不同，對(duì)厚度要求也有所區(qū)別，當(dāng)殼體材料選擇為低合金鋼或者碳鋼材料時(shí)，需要將厚度控制在24mm，當(dāng)殼體材料為不銹鋼或者有色金屬的情況時(shí)，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，厚度不應(yīng)該低于8mm。殼體的厚度選擇對(duì)其性能和使用具有直接影響，如果厚度偏大，在容器制造、焊接、探傷等方面都不能很好的控制，甚至?xí)?duì)化工工藝造成影響；如果厚度太薄，又達(dá)不到殼體強(qiáng)度和剛性要求，在使用中很容易造成安全事故，不僅對(duì)操作人員的生命造成威脅還會(huì)影響企業(yè)效益與發(fā)展。在當(dāng)前設(shè)計(jì)中，多層包扎壓力容器的殼體通常為選擇8mm-20mm的鋼板材料。

1.2 多層包扎壓力容器的殼體設(shè)計(jì)

多層包扎壓力容器的殼體內(nèi)筒利用鋼板材料進(jìn)行卷制處理形成，制作過(guò)程中應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)檢測(cè)和無(wú)損傷檢測(cè)，確保力學(xué)性能和整體結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)殼體進(jìn)行焊接施工合格后，對(duì)殼體焊接處進(jìn)行消應(yīng)力熱處理。卷筒鋼板制作中可以采取拼接方式，但是需要注意焊縫不宜過(guò)多，禁止超過(guò)2條。當(dāng)容器中涉及到腐蝕性液體的時(shí)候，應(yīng)該設(shè)置檢漏系統(tǒng)，確保安全使用。加強(qiáng)層板相互之間的縫隙和松動(dòng)，在制造過(guò)程中盡量保持較大的包扎力，加強(qiáng)設(shè)備的水壓試驗(yàn)的管理和控制。

1.3 殼體開孔設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行多層包扎壓力容器設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量減小開孔數(shù)量，特別是對(duì)于一些較大孔徑的開孔是嚴(yán)厲禁止的。對(duì)于必須要進(jìn)行開孔部位，應(yīng)該盡量減小對(duì)殼體的傷害，選擇在上下封頭處或者法蘭處進(jìn)行操作。開孔過(guò)程中禁止在同一層板上超過(guò)2個(gè)開孔數(shù)量，積極采取有效的補(bǔ)強(qiáng)措施，提高整體結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。其次，對(duì)不同直徑的接管孔進(jìn)行焊接時(shí)，需要采取相應(yīng)的方式，比如：50mm以下，可以采取殼體內(nèi)筒與層板之間的直接焊接；50mm以上，可以將層板與殼體內(nèi)筒分層焊接，不管是那種方法，都必須注意焊接質(zhì)量。

2 殼體與封頭(端部)連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因多層包扎壓力容器為多層結(jié)構(gòu)，其上下封頭處或者法蘭處為單層結(jié)構(gòu)，所以兩端為較為薄弱的部分，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮。目前，相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于封頭部位與連接部分的焊接方法主要表現(xiàn)在兩種形式。一種是深環(huán)焊縫直接相焊結(jié)構(gòu)，另一種是階梯焊結(jié)構(gòu)，除了上面這兩種方法根據(jù)實(shí)際情況還可以采取斜向結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)以往的設(shè)計(jì)案例和使用情況進(jìn)行分析，階梯焊結(jié)構(gòu)是焊接操作中最為有效的一種方法（見(jiàn)圖1）。通過(guò)對(duì)圖片進(jìn)行分析，在這種結(jié)構(gòu)中沒(méi)有存在深環(huán)焊縫的情況。并且在操作中應(yīng)該注意焊接焊縫，保持一定的有效距離，降低可能由焊接不合理造成的整體結(jié)構(gòu)問(wèn)題。注意焊接操作的整個(gè)過(guò)程，對(duì)于存在的缺陷問(wèn)題及時(shí)處理，將裂紋控制在合理的范圍內(nèi)，避免擴(kuò)大損害的可能性。圖中的結(jié)構(gòu)具有很好的抗疲勞特性，當(dāng)存在裂縫問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)壓板檢漏系統(tǒng)降低損害，得到有效的保護(hù)效果，提高設(shè)備的安全性，

圖1 殼體與端部法蘭階梯連接（a）殼體與球形封頭階梯連接（b）

3 支撐結(jié)構(gòu)和吊耳的設(shè)計(jì)

多層包扎壓力容器自身具有一定的重量，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行支撐部位和吊耳的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該提高對(duì)支座形式的重視。通常情況下，可以采取一般支座形式，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中多層包扎壓力容器主要表現(xiàn)在立式結(jié)構(gòu)，支撐件在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該盡量不進(jìn)行外側(cè)層板設(shè)計(jì)，如果有需要可以采取必要措施，將負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，傳遞到其他部位環(huán)節(jié)，降低問(wèn)題現(xiàn)象。在對(duì)ASME進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行多層包扎壓力容器的設(shè)計(jì)工作，支撐形式多采取裙座或者環(huán)形支座，主要的受力點(diǎn)集中于單層結(jié)構(gòu)的封頭部位。多層包扎壓力容器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布置設(shè)計(jì)時(shí)，支撐力在殼體上的時(shí)候，通常將主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成掛式耳座。對(duì)于吊耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量設(shè)置在上部封頭處最為合理，不應(yīng)設(shè)置在外部層板。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力日益激烈，如果想在緊張的環(huán)境中取得一席之地，就需要有過(guò)硬的技術(shù)和專業(yè)的技術(shù)人才，工業(yè)企業(yè)發(fā)展中，多層包扎壓力容器所具有的可靠性和安全性是生產(chǎn)的必備條件，在維護(hù)和保養(yǎng)上成本費(fèi)用相對(duì)較低，得到眾多企業(yè)的青睞和廣泛應(yīng)用，大大提升企業(yè)的生產(chǎn)效益與生產(chǎn)水平，在很大程度上促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)對(duì)多層包扎壓力容器每個(gè)組成部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理，在滿足安全生產(chǎn)的條件下，提高產(chǎn)品性能，為企業(yè)帶來(lái)更有力的技術(shù)支持。

[1]劉洪強(qiáng).多層包扎壓力容器包扎焊接制造工藝改進(jìn)[J].黑龍江科技信息,2015,(17):76.

[2]陳建存.多層包扎式高壓容器的爆炸事故[J].化工設(shè)備與管道,2012(06).