压力容器设计若干技术问题分析

2022-09-10

前言

在我国, 对于工业上使用的压力容器设计有着详细的规定, 一直以来始终存在一部分技术上的难题, 有待技术工作者的解决, 这是由于我国所提出的技术规定都是从整个行业的角度出发, 比较笼统的介绍了相关标准, 并没有考虑到对于不同规格的压力容器的设计, 设计的内容较为宽泛, 需要具体问题具体分析。对于这种现象, 设计人员在解决设计问题时, 需做到具有针对性, 全面、系统、综合的考虑在设计上可能存在的不足, 并以此作为分析的切入点逐渐的修改设计方案, 最终符合设计的目标。

一、通用技术简介

1. 平盖接管开孔补强的计算标准

压力容器的上部需要在制造时留有一个圆孔, 且在受到拉力的作用时, 开孔边缘极易产生一种较大的应力, 其力量的大小约为基本应力的两倍以上, 因此在设计压力容器的过程中, 需要在容器的外部利用某些元件, 加大平盖外部的压强, 以便对压强进行足够的补充, 分散过于集中的应力。平盖的接管部分需要将内插管与两侧的焊接结构相互结合, 补充压强的大小取决于开孔的直径。

在平盖设计的过程中, 平盖的接管外径与两倍的间隙的距离之和组成了顶部钻孔的直径, 对于这样的孔径选择, 是有条件限制的, 这种设计的选择只适用于非焊透连接。平盖设计的另一种形式就是全焊透连接, 当采用这种焊接形式时, 由于两个元件已经逐渐合成为一个整体, 开孔的直径计算需要考虑到附加量的大小。因此, 我们可以得出当平盖顶端的开孔基准直径变小以后, 用于发挥补充压强作用的材料厚度也相应变薄。

2. 标准厚度容器其法兰厚度的计算

在压力容器设计的有关规定中, 已经明确指出当选择使用JB4700-4707这种型号的容器的法兰时, 可不用将其数值考虑到设计之中。但是对于另外两种型号的压力容器, 即管壳式换热器和塔器的设计过程, 都必须注意到容器的附加法兰值对容器制造所造成的影响。对于管壳式换热器来说, 主要是在其固定管板的设计时, 要充分考虑到与法兰垫片相关的参数与管箱法兰之间的核算关系;而对于由塔节构成的塔器而言, 法兰的数值的计算依据主要是塔节所连接的法兰在叠加了由于地震或者风形成的荷载力, 进而导致当量压力转换后的情况下, 凭借法兰强度的变化而计算出来的, 以此方法计算出的法兰值, 常会遇到厚度不够的问题。

二、几种不同类型压力容器常见的技术问题

1. 卧式容器

卧式容器鞍座位置的设计问题。卧式容器是工业生产中较为常用的一种压力容器, 它的设计结构大多采用双鞍式支座结构, 其中对于支座的设计有着更加具体的要求, 有关规范中指出:支座的中心位置与封头切线的垂直距离应满足A≤0.5R的条件, 当不能满足此条件时, 其中A的值也应控制在0.2L以内。在此公式中, A代表了支座底板的中心位置与封头切线的垂直距离, 一般以毫米为单位;R则代表了容器外壳的平均半径, 单位同上;L则代表了封头处所形成的切线之间的距离。

根据这些条件的限制, 可以看出容器鞍座位置的设计要满足A≤0.5R的条件的要求, 从设计结构的角度来说, 每个容器的设计都要符合这条规律, 基本不存在其他特殊的情况, 因此需要在设计时注意到这一点的限制。

2. 塔式容器

对于“最大管线外径”的确定问题。在塔式容器的设计过程中, 其主要容易受到水平方向的风力所产生的载荷作用, 进而导致容器的稳定性能受到一定程度的影响。塔体的强度决定了其稳定性, 在计算塔体的直径时, 主要涉及到最大管线外径, 它主要平行的分布于塔体的外部, 并对塔体起到很好的固定作用。该管线在迎风的一面会将其所承受的荷载力间接地转向塔体, 这也就意味着塔体的截面上所产生的轴向弯曲力会更大。由此可以看出所谓的“最大管线外径”指的是分布于塔体上管口直径最大的部分。有些设计者由于技术上的误解, 会在制造容器的过程中使用过多的材料, 造成成本的增加。

3. 管壳式换热器

折流板与支持板的作用问题。在管壳式换热器的设计过程中, 需要注意折流板与支持板所发挥的作用的不同, 二者在外观形式上较为接近, 不能单一的从外表加以区分, 需要深入了解其作用与板的分布的特点。

折流板的作用在于对容器内部介质的流动状态加以控制, 改善换热的效果。由于折流板之间的距离较小, 无相变的换热是其主要的应用方向;支持板的作用主要在于支撑换热管, 使其支撑的范围控制在最大无支撑跨距之内, 支持板之间的距离要大于折流板的间距, 有相变的换热是其主要的应用方向。设计者在这一问题上很容易发生混淆, 想要杜绝此问题的发生, 最根本的方法就是熟练掌握设计的技术, 充分了解其不同的特点和性能。

结束语

压力容器的设计过程既要保证加工的工艺水平, 同时也要兼顾到技术上的安全性, 只有按照国家所规定的规章制度, 正规生产才能制造出质量符合标准、性能稳定、安全性能较高的压力容器, 从而达到很好的使用效果, 本片文章主要介绍的是在化工行业所使用的压力容器, 在设计过程中由于对方案理解不当可能遇到的种种技术上的问题, 并针对不同种类的压力容器的性能和特点, 给出了具有实际效果的解决方法, 从而排除了压力容器在设计环节所遇到的各种困难, 保证了性能和安全性的统一, 为我国今后压力容器的设计做工作出了一定的贡献。

摘要：压力容器是我国近年来工业上广泛使用的一种设备, 对于压力容器的设计过程来说, 其涉及的技术性较强、设计步骤较为复杂, 因此在设计期间有时会遇到与相关设计规范不符, 或者是难于理解等技术上的问题, 进而造成加工制造上的材料浪费, 工时延误等不必要的问题发生, 甚至有时可能会影响到压力容器的使用性能。本片文章详细介绍了在生产制造压力容器的过程中, 设计方面存在的若干问题, 并针对各种比较典型的问题, 给出了具体的解决方法和可行的方案, 从而很大程度上解决困扰相关人员的技术问题。

关键词：压力容器设计,技术问题,解决方法