多层包扎压力容器设计分析

田丰(中油辽河工程有限公司， 辽宁 盘锦 124010)

多层包扎压力容器设计分析

田丰(中油辽河工程有限公司， 辽宁 盘锦 124010)

随着社会的进步以及市场经济的发展，我国工业化进程也在不断加快，对压力容器的要求不断提高，这样的背景下，压力容器逐渐朝着高参数化、大型化的方向转变，如今压力容器已经出现了不同的结构，如单层、多层等。多层包扎压力容器具有安全性较高、原材利用率高的显著优势，近年来得到了越来越广泛的应用。本文笔者主要对多层包扎压力容器进行了分析，并针对多层包扎压力容器设计过程中需注意的几点问题进行了探讨，以供参考。

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20世纪70年代至今，国内外的多层包扎压力容器安全事故频频发生，给多层包扎压力容器的设计与制造过程提出了更高、更严格的要求，基于这样的原因，必须给予多层包扎压力容器设计以高度的关注与重视。下文中，笔者主要对多层包扎压力容器设计过程中的重点问题进行了分析。

1 壳体设计中应注意的几点问题

(1)壳体内筒的确定与层板厚度的选择 参考国内多层包扎压力容器设计方面的相关标准，壳体为低合金钢或碳钢材料的时候，厚度通常为24毫米，壳体为有色金属或不锈钢材料的时候，厚度应当根据实际情况合理确定，但不宜低于8毫米。对于壳体来说，若是太厚，就会给容器制造、焊接工艺、探伤控制等带来一定的不良影响；若是太薄，就会出现壳体刚性不足的问题，形成安全隐患。多层包扎压力容器的层板，通常情况下选择8至20毫米的钢板。

(2)多层包扎压力容器的壳体设计 壳体内筒一般情况下选择采取钢板卷制的方式，对壳体内筒的力学性能、结构性能进行检验的时候，通常需要结合力学检验技术、无损检测技术等一系列检测手段。焊接完成、壳体内筒检验合格之后，还要采取应力热消除处理[1]。通常情况下，钢板可以采取拼接的方式，但为确保质量，不能有2条以上的焊缝。在进行焊接操作的时候，层板环纵焊缝必须错开，与此同时，相邻的两条焊缝之间的错开角度必须在45度以上、距离必须在100毫米之上。在对壳体内筒、层板包扎进行焊接的时候，有可能会影响壳体内筒结构，这时需要在两者之间设置盲板层才能避免这种影响。此外，单个层板上一般情况下需要设置2个以上直径为6毫米的通气孔，对用于盛腐蚀性液体的多层包扎压力容器，还需要设置相应的检漏系统。

(3)壳体开孔设计 从原则上来说，多层包扎壳体设计的时候，应尽可能的减少开孔数，特别是应尽量杜绝大孔径孔，而对于不可避免的开孔，应尽量在法兰处或上下封头处进行开设。壳体开孔的时候，切忌在同一层板上做2个以上的孔，同时也要注意严格补强，可以采取锻管整体补强结构。对直径在50毫米以下的接管孔进行焊接的时候，应该采取层板、壳体内筒直接焊接的方式；对直径在50毫米以上的接管孔进行焊接的时候，应该采取层板、壳体内筒分层焊接的方式。

2 壳体与封头连接结构设计

在对壳体与封头连接结构进行设计的时候，应对上下封头、层板采取焊接后热的处理方式，设计过程中，一般采取堆焊过渡金属的手段，如，堆焊INCONEL合金，从而可以通过合金对结构层板展开焊接，同时，使用这种方法，就不需要在焊接完成后再对上下封头、层板采取焊接后热处理，所以说，这种方法有效解决了多层包扎压力容器制造过程中的热处理工艺这一难点问题[2]。此外，设计过程中，多层包扎压力容器的封头部位通常使用厚度约为筒体厚度二分之一的球形封头，为降低球形封头、容器筒体结构遭受的应力作用，确定封头实际尺寸之后，必须给予适当的加厚。

3 支撑结构的设计

多层包扎压力容器与单层包扎压力容器相比较来说，前者不仅内部结构层数多，而且重量也较大，对多层包扎压力容器的支撑部位进行设计的过程中，必须充分重视支座型式，此外，也要注意吊耳附件结构的支座型式。在GB 150-2011 压力容器设计标准以及ASME标准中，推荐出了几种一般支座型式，但在对多层包扎压力容器的支撑部位进行实际设计的时候，通常选择立式结构，这样的情况下，支撑件不宜设置外侧层板，但若是能够通过采取有效的对策将支撑件的负荷转移给其他部位，那就可以设置外侧层板。按照ASME标准中的相关规定，对多层包扎压力容器的支撑部位进行设计的时候，应当选择环形支座、裙座当作支撑形式，从而能够使受力点落在单层结构的封头处[3]。对多层包扎压力容器的吊耳附件结构进行设计的时候，如果多层包扎压力容器支撑在壳体上，通常会选择倒挂式耳座结构，此外，吊耳结构不能在外部层板上，上部封头处才是吊耳结构的最佳设置部位，如果上部有直径较大的开孔，还要进行吊装，应当使用专用的吊盖。

4 结语

近年来，多层包扎压力容器凭借着可靠性强、安全性高以及维护费用低的显著优势，得到了越来越广泛的应用。实际对多层包扎压力容器进行设计的过程中，必须对容器的各个部分采取科学、合理的设计，还要充分考虑实际需求，对各个部分进行改进与优化设计处理，以在确保安全性的前提下尽可能地提高多层包扎压力容器的结构性能。

[1]裴召华,郭廷顺.临近超高压多层包扎容器的部分设计[J].石油化工设备,2016,(04):81-84.

[2]刘正通,赵杰,张卫义,曹占飞,王仕成.多层包扎高压容器端部结构设计与应力分析[J].石油化工设备技术,2016,(02):18-23+6-7.

[3]刘洪强.多层包扎压力容器包扎焊接制造工艺改进[J].黑龙江科技信息,2015,(17):76.

田丰(1984- )，男，盘锦人，工程师，硕士，主要从事压力容器及大型储罐设计工作。