多层包扎压力容器设计分析

吴芳芳（山东宏易城实业有限公司，山东 济南 250000）

多层包扎压力容器设计分析

吴芳芳（山东宏易城实业有限公司，山东 济南 250000）

多层包扎压力容器其具有较高的安全性，在使用和经济效果上有明显优势，得到了广泛应用。本文主要对多层包扎压力容器的设计展开分析，从壳体设计、壳体与封头的连接结构设计、支撑结构和吊耳的设计三方面展开分析，探讨加工制作以及安装施工中需要注意的问题，希望能够有助于工业化生产的不断进步。

多层包扎；压力容器；压力容器设计

目前，我国经济水平快速增长，工业化事业得到了很大进步，在工业生产过程中压力容器是必不可少的一项内容，随着快节奏的生产需求，对压力容器的质量和性能也提出了更高的标准，在这种环境中压力容器的设计工作面临严峻考验，逐渐向着参数化、标准化、模式化的方向转变。当前生产中所使用的压力容器有单层、多层等选择。近年来，多层包扎压力容器在使用上发生较多的安全事故，设计及制造工艺引起社会各界的广泛关注，在工业生产中合成氨、尿素、煤气化等装置上都得到了广泛应用，很多设备采用多层包扎结构形式。

1 壳体设计

1.1 壳体内筒的确定与层板厚度的选择

在进行壳体设计的过程中应该按照国家规定的相关标准进行多层包扎压力容器设计，根据壳体材料的不同，对厚度要求也有所区别，当壳体材料选择为低合金钢或者碳钢材料时，需要将厚度控制在24mm，当壳体材料为不锈钢或者有色金属的情况时，结合工业生产的实际情况进行相应的设计，厚度不应该低于8mm。壳体的厚度选择对其性能和使用具有直接影响，如果厚度偏大，在容器制造、焊接、探伤等方面都不能很好的控制，甚至会对化工工艺造成影响；如果厚度太薄，又达不到壳体强度和刚性要求，在使用中很容易造成安全事故，不仅对操作人员的生命造成威胁还会影响企业效益与发展。在当前设计中，多层包扎压力容器的壳体通常为选择8mm-20mm的钢板材料。

1.2 多层包扎压力容器的壳体设计

多层包扎压力容器的壳体内筒利用钢板材料进行卷制处理形成，制作过程中应该进行相应的力学检测和无损伤检测，确保力学性能和整体结构能够满足设计要求。对壳体进行焊接施工合格后，对壳体焊接处进行消应力热处理。卷筒钢板制作中可以采取拼接方式，但是需要注意焊缝不宜过多，禁止超过2条。当容器中涉及到腐蚀性液体的时候，应该设置检漏系统，确保安全使用。加强层板相互之间的缝隙和松动，在制造过程中尽量保持较大的包扎力，加强设备的水压试验的管理和控制。

1.3 壳体开孔设计

设计人员在进行多层包扎压力容器设计中应该尽量减小开孔数量，特别是对于一些较大孔径的开孔是严厉禁止的。对于必须要进行开孔部位，应该尽量减小对壳体的伤害，选择在上下封头处或者法兰处进行操作。开孔过程中禁止在同一层板上超过2个开孔数量，积极采取有效的补强措施，提高整体结构的安全系数。其次，对不同直径的接管孔进行焊接时，需要采取相应的方式，比如：50mm以下，可以采取壳体内筒与层板之间的直接焊接；50mm以上，可以将层板与壳体内筒分层焊接，不管是那种方法，都必须注意焊接质量。

2 壳体与封头(端部)连接结构设计

因多层包扎压力容器为多层结构，其上下封头处或者法兰处为单层结构，所以两端为较为薄弱的部分，在设计中应该重点考虑。目前，相关设计标准中对于封头部位与连接部分的焊接方法主要表现在两种形式。一种是深环焊缝直接相焊结构，另一种是阶梯焊结构，除了上面这两种方法根据实际情况还可以采取斜向结构。通过对以往的设计案例和使用情况进行分析，阶梯焊结构是焊接操作中最为有效的一种方法（见图1）。通过对图片进行分析，在这种结构中没有存在深环焊缝的情况。并且在操作中应该注意焊接焊缝，保持一定的有效距离，降低可能由焊接不合理造成的整体结构问题。注意焊接操作的整个过程，对于存在的缺陷问题及时处理，将裂纹控制在合理的范围内，避免扩大损害的可能性。图中的结构具有很好的抗疲劳特性，当存在裂缝问题时，可以通过压板检漏系统降低损害，得到有效的保护效果，提高设备的安全性，

图1 壳体与端部法兰阶梯连接（a）壳体与球形封头阶梯连接（b）

3 支撑结构和吊耳的设计

多层包扎压力容器自身具有一定的重量，内部结构较为复杂，设计人员在进行支撑部位和吊耳的设计过程中应该提高对支座形式的重视。通常情况下，可以采取一般支座形式，在进行设计的过程中多层包扎压力容器主要表现在立式结构，支撑件在设计的过程中应该尽量不进行外侧层板设计，如果有需要可以采取必要措施，将负荷进行转移，传递到其他部位环节，降低问题现象。在对ASME进行设计时根据相关规定进行多层包扎压力容器的设计工作，支撑形式多采取裙座或者环形支座，主要的受力点集中于单层结构的封头部位。多层包扎压力容器进行现场布置设计时，支撑力在壳体上的时候，通常将主要的结构设计成挂式耳座。对于吊耳结构设计，尽量设置在上部封头处最为合理，不应设置在外部层板。

4 结语

综上所述，当前我国市场竞争力日益激烈，如果想在紧张的环境中取得一席之地，就需要有过硬的技术和专业的技术人才，工业企业发展中，多层包扎压力容器所具有的可靠性和安全性是生产的必备条件，在维护和保养上成本费用相对较低，得到众多企业的青睐和广泛应用，大大提升企业的生产效益与生产水平，在很大程度上促进了企业的发展，提高企业市场竞争力。通过对多层包扎压力容器每个组成部分进行优化设计处理，在满足安全生产的条件下，提高产品性能，为企业带来更有力的技术支持。

[1]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.

[2]陈建存.多层包扎式高压容器的爆炸事故[J].化工设备与管道,2012(06).