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多层包扎压力容器设计探讨杨俊岭赵斌义(中国石化集团宁波工程有限公司 ,浙江宁波 ,315103)摘要 对多层包扎压力容器的壳体设计 、开孔设计 、壳体与封头的连接结构设计 、支撑结构设计与吊耳的设计等进行了分析和探讨 ,指出了加工制作及安装时须注意的问题 。关键词 多层包扎 压力容器 设计随着我国工业的发展 ,近年来压力容器产品的大型化 、高参数化的趋势日益明显 。目前 ,这类 压力容器的结构有单层 ( 锻焊式 、板焊式) 和多层(包扎式 、绕板式 、绕带式 、绕丝式 、热套式) 结构 , 其中多层包扎式容器具有材料利用率高 ,安全可 靠等优点而被普遍采用1 22 。但在 1970 年以后 , 国 内 外 先 后 有 多 层 包 扎 容 器 在 生 产 中 发 生 事煤气化等装置上的高设计参数设备均采用了多层包扎结构 。中国石化集团宁波工程有限公司 ( 原 中国石化集团兰州设计院) 在氨合成塔外壳 、氨分离器 、煤气化装置中高压氮气罐等设备的设计中 均采用了整体多层包扎结构 。该文就多层包扎压 力容器的设计进行粗浅的介绍和探讨 。故3,我国于 2005 年发生过多层包扎式尿素合成1多层包扎压力容器壳体的设计111壳体结构的选择 分段包扎与整体包扎结构对比见表 1 。塔爆炸的事故4 。近年来 ,多层包扎压力容器的设计及制造引起了各方的重视 ,在合成氨 、尿素 、表 1 分段包扎结构与整体包扎结构的对比壳体结构形式层板纵 、环焊缝结构壳体与封头的连接结构焊缝热处理焊接缺陷壳体应力分布失效形式分段包扎结构整体包 扎结构纵焊缝相互错开 ,存在深环焊缝纵 、环焊缝相互 错开 ,无深环焊缝深环焊缝不能进行热处理层板环焊缝 不需要热处理深环焊缝处易产生焊接缺陷不易产生 焊接缺陷环焊缝部位存在较大应力集中应力分布均匀 ,应力集中小发生过爆破失效深环焊缝焊接阶梯焊缝焊接只漏不爆国内设计的多层包扎压力容器壳体主要有两种结构 。第一种结构是先分段包扎出所需要的筒 节 ,然后在筒节两端开坡口 , 再逐段焊接形成筒 体 ,本文对此种包扎结构称为分段包扎结构 。第 二种结构是先将内筒组焊成内筒体 ,再将两端封 头 (或法兰) 与内筒体焊好 ,形成一个整体内筒 ,然 后再在整体内筒上逐层包扎层板 ,直至所需要的 厚度 , 本文对此种包扎结构称为整体包扎结构 。 分段包扎结构存在深环焊缝 ,焊接时容易产生缺 陷 ,因结构所致此深环焊缝不能进行焊后热处理 ,缺陷 ,即使产生焊接缺陷 ,其缺陷沿壁厚方向扩展不连续 ,此种结构的压力容器具有只漏不爆的特点6,具有更可靠的安全性 。可以从表 1 中看出分段包扎结构与整体包扎结构的有关特性 ,因此 ,多层包扎压力容器应选择整体包扎结构 。112壳体内筒及层板厚度的确定与选择 根据目前国内多层包扎压力容器的设计及制造情况 ,碳钢及低合金钢内筒体一般采用 24 mm厚左右的钢板 ,不锈钢及有色金属材料根据设备 5环焊缝部位存在较大的应力集中,且焊接缺陷不易检测 ,缺陷易沿壁厚方向扩展引起爆破失效 。 整体包扎结构层板与内筒 、层板与层板之间相邻 纵 、环焊缝相互错开 ,无深环焊缝 ,焊接不易产生收稿日期 :2008208208 ;收到修改稿日期 :2008211220 。作者简介 :杨俊岭 ,男 ,1975 年出生 ,工程师 ,1999 年 7 月毕业 于抚顺石油学院 ,现从事压力容器的设计工作 。联系电话 : 0574287975295 ; E2mail : Yangjl @snec1com 。2008 年第 31 卷404实际 情 况 确 定 其 内 筒 体 的 厚 度 , 但 一 般 不 低 于8 mm 。如果内筒体选择过厚 ,将给内筒体的焊接 、 探伤以及控制内筒体的制造公差带来难度 。如果 内筒体选择过薄 ,使其刚性不足 ,在包扎层板时将需要大量的支撑件 。层板一般选择 8～20 mm 厚的钢板 ,层板厚度的选择与制造单位包扎设备的 能力及制造经验相关 。层板选择过厚 ,包扎时层 板间不易贴紧 ,层板间易产生间隙 。层板选择过 薄 ,将使层板数量过多 ,增加了包扎 、焊接和检测的工作量 。113 壳体的设计材料的选择 :根据容器所盛装的介质 ,内筒可 采用 20R 、16MnR 、Cr2Mo 钢 、304L 、316L 、尿素级不锈钢 、双相钢 、钛材等材料 。层板一般采用容易采购并且 价 格 便 宜 的 20R 、16MnR 和 15MnVR 等 材 料 ,但对于尿素合成塔 ,其层板不得采用 15MnVR 材料 ,只能采用强度级别相对较低的 16MnR 、20R等材料 ,且每层层板厚度不得小于 8 mm4 。盲板 可采用结构钢板 。结构的设计 :内筒宜采用整张钢板卷制 ,并根 据设备的具体情