锅炉、与压力容器安全对策(4)
仪器信息网 · 2007-04-26 21:40 · 24084 次点击
(16)球形容器(Sphericalvessel)
球形容器俗称球罐,它的本体就是一个球壳。一般都是焊接结构,旧式的也有铆接的。球形压力容器大多数是中、低压容器,直径都比较大,因为只有采用大型结构才能充分发挥球形容器的优越性。大直径的球形容器难以整体或半球体压制成形,所以大多是由许多块按一定尺寸预先制成的球瓣组焊而成。从承压壳体的受力情况看,球形是最适宜的形状。因为在内压力作用下,球形壳体的应力是圆筒形壳体的1/2。如果容器的直径、制造材料和工作压力都相同,则球形容器所需要的承压壁厚只为圆筒形容器的一半。从壳体的表面积看,球形壳体的相对表面积(表面积与容器容积之比)要比圆筒形壳体小10~30%。相对表面积小,所使用的板材也少,再加上承压所需的壁厚较薄,因而制造同样容积的压力容器,球形容器要比圆筒形容器节省制造材料约30~40%。球形容器不适宜于作反应、换热用容器,而被广泛用作盛装贮存容器。大型球形容器的组装焊接方式、施焊环境等条件都较差,因而容器焊接质量难以保证。由此而造成的容器爆炸事故,国内外发生过许多起。这是大型球形容器的缺点,因此使用时应加强检验。
(17)圆筒形容器(Cylindricalvessel)
圆筒形容器是由一个圆筒体和两端的封头(端盖)组成的容器。是使用得最为普遍的一种压力容器。虽然圆筒体的受力状况不如球体,但比其它形状(如方形)要好得多。圆筒体是一个平滑的曲面,没有由于形状突变而产生较大的附加应力。而圆筒形容器比球形容器易于制造,内部空间又适宜于装设工艺装置,并有利于相互作用的工作介质的相对流动,因而被广泛用作反应、换热和分离容器。圆筒形容器的筒体,薄壁的,除直径较小者常采用无缝钢管外,一般都是用钢卷圆后焊接制成;厚壁的,有单层的(包括整体锻造和卷焊),也有多层组合的。为了便于成批生产,我国已经实行压力容器零部件的标准化。容器的筒体直径按标准的公称直径选定。容器的公称直径,通常是指它的内径(无缝钢管制容器除外),用Dg表示。
(18)封头(Closurehead)
封头是圆筒形容器的主要承压部件。它作为容器的封闭端,与圆筒体组成一个完整的密闭容器。习惯上,封头常常是指与圆筒体焊接连接成不可拆的容器端部结构;而与筒体由螺栓兰等连接的可拆结构,则称之为端盖。封头的型式较多,以它的纵剖面曲线形状来分,有半球形、碟形、椭圆形、无拆边球形、锥形及平板形等多种。在压力作用下,封头壳壁上的应力的大小和分布都与它的型式、形状有关。如何正确选用封头的型式与尺寸参数,也是压力容器设计中与安全有关的一个问题。通常在压力容器设计中,平板封头是很少采用的,只是一些中、低压容器的人孔或手孔中用作盖板。锥形封头一般也只是用于某些特殊用途的场合。
(19)半球形封头(Semi—sphericalhead)
半球形封头实际上就是个半球体。由于它的高度(深度)太大(与半径相同),整体压制成形比较困难,直径较大的半球形封头(公称直径Dg>25m)一般都是由几块大小相同的梯形球瓣板和顶部中心的一块圆形球面板(球冠)组焊而成。中心圆板的作用是把梯形球瓣板之间的焊缝保持有一定的间隔距离,以防止焊缝重叠或过分靠近致使金属材料过热,或产生太大的焊接应力和变形。半球形封头也和球形容器一样,作为一种承压的简单壳体,它是最理想的型式,因为在直径相同、承受压力相等的条件下,它所需的厚度最小。但是它的高度太大,加工制造比较困难。而且作为封头,它必须与圆筒体焊接连接。为了便于焊接,避免在焊缝外造成壁厚的不连续,在实用中常要取它的厚度与圆筒体相同。这样,半球形壳体的优越性就得不到发挥。由于这些缘故,除了压力较高、直径较大的贮罐或有其它特殊需要的压力容器外,一般都较少采用半球形封头。
(20)碟形封头(Dishedhead)
碟形封头又称带折边的球形封头。它由几何形状不同的三个部分组成:(1)球面体(球冠),半径为Rc,是中心部分;(2)圆筒体(俗称直边),是与筒体连接的部分;(3)过渡圆弧(俗称折边),曲率半径为r连接球面体与圆筒体。过渡圆弧部分的作用是使球面体与圆筒体圆滑过渡,以减小连接处及其附近由于形状突变而产生的局部应力。碟形封头高度(深度,不包括直边)的大小取决于它的过渡圆弧曲率半径与球面体半径的比值,即r/Rc。
r越小或Rc越大,则封头高度越小,加工制造就比较容易;但r/Rc越小,则在过渡圆弧部分与球面部分的连接处,形状突变也越严重,因而产生的局部应力也越大,封头承压所需的壁也越大。反之,则封头高度越大,加工制造越困难,但局部应力也就越小。要使封头的高度和壁厚都比较适当,就得合理地选用它的比值r/Rc。常用的压力容器碟形封头,球面半径与圆筒内径Di相等,r/Rc的值为0.1~0.15。如果此比值由于容器设计或制造的原因,例如压制封头时,胎具尺寸不精确,使过渡圆弧的半径变小,则封头在承压时就有可能因此处的压应力过大而在连接处塌瘪。国内引进某国有不锈钢容器就发生过此类事故。由于碟形封头的制造比较容易,可以用手工锻打的方法成型,早期制造的压力容器,大多采用碟形封头。但它的受力状况不太好,近年来已逐渐被椭圆形封头所取代。