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低温压力容器结构设计知识,收藏了!

2018-6-20 15:34:13      点击:

低温压力容器及其部件的结构设计应充分考虑以下要求

①结构尽可能简单,减少焊接件的拘束程度。

②结构各部分截面应避免产生过大的温度梯度。

③ 结构拐角和过渡应减少局部的应力集中以及截面尺寸和刚度的急剧变化。

④容器元件的各个部分(包括接管与壳体的连接)所形成的T 形接头、角接接头焊缝和各类角焊缝,以及接管、凸缘端部都应修磨成圆角,使其内、外拐角均成圆滑过渡。

⑤容器的鞍座、耳座、支腿应设置垫板,避免直接与容器壳体相焊。垫板或连接板按低温用材考虑。

⑥容器与非受压件或附件的连接焊缝应采用连续焊。

⑦接管补强应尽可能采用整体补强或厚壁管补强,若采用补强板,应为截面全焊透结构,且焊缝圆滑过渡。

⑧在结构上应避免焊缝的集中和交叉。

⑨容器焊有接管及载荷复杂的附件,需焊后消除应力,而不能整体进行热处理时,应考虑部件单独热处理的可能性。


结构设计原则举例如下:各几何形状不连续的连接元件之间应有足够大的过渡圆弧半径:厚薄不一致的连接件之间应有足够斜度的削薄过渡;尽可能将结构做成静定结构,使各构件在外载荷作用下可以自由变形,不受约束;各支座和容器受压元件的接触处应设置垫板;


使局部载荷尽可能均匀地作用在各受压元件上;在加热或冷却物料的进出口处,应使流体和受压原元件均匀接触,避免产生较大的温度差;在可能条件下,优先采用厚壁管补强或整体锻件补强结构而尽量少用补强圈结构;圆筒或封头上尽可能沿径向开孔,避免出现非径向接管;尽可能采用整体法兰;避免采用螺纹法兰;各类焊接接头尽可能采用全熔透结构。



低温压力容器结构简介:

在低温操作条件下使用的容器. 根据壳体内带压与否可分为低温压力容器和低温真空容器。低温容器与常温压力容器相比,结构形状基本相同,但低温容器筒体外壁有绝热结构。

低温容器的总体结构一般如下。

① 容器本体,包括储液内容器(俗称内胆)、绝热结构、外壳体和连接内、外壳体的构件等。选择绝热结构时,应综合考虑绝热性能、经济性、坚固性、容积、重量及施工方便等多种因素。连接内、外壳体的构件主要包括管道、支承系统、拉杆、人孔及链条等。

② 低温液体和气体的注入、排出及回收系统。

③ 压力、温度、液面等检查仪表及管道与阀门。

④ 安全设施,如内、外壳体的防爆膜、安全阀、紧急排液阀等。

⑤ 其他附件, 如底盘、把手、抽气口等。

一般情况下,低温容器的内容器常用奥氏体不锈钢、铝合金、钼合金制作;液化天然气的内容器还可用9Ni 钢制作;液氟容器的内容器多用蒙乃尔合金,也可选用不锈钢制作。而外壳体在常温下工作,可用普通的碳钢制作。连接内、外壳体的管道等构件,常用热导率小的不锈钢、蒙乃尔合金等。

低温容器的公称容积指储存液化气体的有效容积。容器的几何容积应大于其公称容积,以留有5%~10% 的蒸气窨。如果容器中不留附加的蒸气窨,由于热漏而导致液体蒸发, 容器中的压力会快速升高。

其次, 在快速充装操作时由于内容器预冷不充分将会引起附加的液体蒸发,如果没有一个蒸气窨,液体将会通过排气管排走。在正常的充液操作中,当容器大约被充满90% 时,液体就开始从排气管排出,亦即储槽的几何容积只有90% 才是有效的,因此液化气体储槽通常要有10 % 的富裕空间。




低温压力容器焊接结构设计

压力容器受压部分的焊接接头根据所在位置分为A 、B 、C 、D 四类. 分类原则见GB150. 1 。此外,把底座、支耳、托架垫板及其他非受压附件与压力容器内、外壳壁的连接焊缝称为E 类焊缝。

低泪压力容器焊接结构设计的关键在于焊接接头的全熔透,防止因焊接接头中存在裂纹、气孔等人为缺陷,导致容器发生低应力脆断。

(1)焊接结构设计的一般原则

① 首先应根据容器的工作介质、工作压力、使用温度及焊接接头所在位置,来选择合适的焊接结构,以保证有足够的强度和严密性。

② 为减少焊接件的变形和应力,对厚薄不一致的工件焊接时. 应有足够斜度的削薄过渡,宜采用等厚度焊接接头。

③ 焊接接头尽可能采用有较高静载荷及疲劳强度的结构形式,并避免焊接接头过于集中,以减少应力集中和接头变形。

④应用在真空环境下的焊接接头,其焊后的死角应在背离真空的一面。


(2) 常用的焊接结构设计

A 类焊接接头应采用双面焊或相当于双面焊的全熔透对接焊接接头,若采用单面焊的对接焊接接头,必须在焊接接头根部全长设置有紧贴基木金属的垫板,且需在焊后去除垫板以保证表面的光洁。

B 类焊接接头也应采用与A 类焊接接头相同的双面对接焊或相当于双面焊的全熔透对接焊接接头,但因结构限制不能采用全熔透焊接接头时,允许用焊后不拆除垫板的单面对接焊接接头。

C 类和D类焊接接头原则上均要求采用截面全焊透结构。

非受压附件与受压元件连接的E 类焊接接头应符合下列规定: 非受压附件与受压元件的连接焊接接头应采用连续焊;非受压附件与受压元件的连接焊接接头可根据具体情况采用填角焊、部分熔透或全熔透对接、堆焊对接等结构形式。

T形连接的填角焊接接头高度及部分熔透的深度应不小于附件连接件厚度的1 / 4 。


垫板与器壁的搭接填角焊接接头高度及部分熔透的深度应不小于垫板厚度的1 / 2 。


裙座与壳体的角接焊接接头高度(从焊接接头根部至焊接接头表面的最小厚度)应不小于裙座厚度。


在有条件的场合. 应尽量采用保证熔透的双面角接或对接的焊接接头形式。




低温压力容器的密封结构

低温容器中,为满足使用和检测的要求,常用到许多密封结构。大致可分成三大类:低温静密封,往往与真空相关联,成为真空下的低温密封:低温容器的窗口密封;引线密封。


以上几种密封有的仅用在低温下,有的用在低温真空下,由于低温下材料的许多物性变化较大,如热胀冷缩、低温下变硬变脆等问题,会导致密封比压大大降低或完全消失,为此,低温下密封结构的设计, 是低温容器设计中一项特殊的工作。




低温绝热结构设计的目的及方法

设计低温绝热结构的目的:首先在于将通过对流、传导和辐射等各种传热方式传递给低温装置的热量减少到尽可能低的程度,以维持低温系统的正常工作;其次还可以提高低温装置外表面的温度,避免在外表面上结露或结霜;避免人的皮肤与之接触时被"灼伤" .以改善工作条件和防止意外事故的发生。

低温绝热方法分为非真空绝热与真空绝热两大类。非真空绝热即普通绝热或堆积绝热,指在低温设备的外表面堆积或包扎一定厚度的绝热材料的绝热方式。真空绝热是指将绝热空间抽至不同的真空度的绝热方式。真空绝热又分为高真空绝热、真空粉末绝热和真空多层绝热三种。在各种绝热方式中,除高真空绝热外都需应用绝热材料,绝热材料是确定绝热方式和设计绝热结构的基础。

(1)低温绝热材料的基本要求

①热导率低,密度小。

②真空型的绝热材料放气率要小,低温下吸附气体性能强。

③ 强度高,经久耐用。

④不氧化,不燃烧,不分解,化学性质稳定,对人体无害。

⑤吸温性小,抗冻性强,膨胀系数小。

⑥适用温区广,来源充足, 加工方便,价格便宜。


(2) 低温绝热材料的种类

低温绝热材料通常分为常用绝热材料和高真空多层(含多屏)绝热材料。

高真空多层绝热材料由高反射性、低辐射率的屏蔽材料和热导率低的问隔材料组成。屏蔽材料常用铝箔或表面喷镀铝的塑料薄膜,间隔材料常用无碱玻璃纤维布(纸)、尼龙网、植物纤维纸等。

多层材料也可以选用单面喷镀金属膜的塑料薄膜或波纹型的喷铝薄膜,如铝箔纸. 单面涂二氧化硅的镀铝薄膜(又称GS-80 多层材料)、填炭纸等绝热材料。

常用绝热材料按材质分为矿物质材料和有机质材料。矿物质材料的强度高,不易变质腐蚀,经久耐用, 但需要一定的加工设备,而且有些材料的密度和热导率较大。有机质材料加工方便.价格便宜,热导率小,但易燃易潮,易变质腐蚀。

常用绝热材料按其组织结构,还可以分为泡沫型、粉末型和纤维型三种。泡沫型材料有泡惊塑料、泡沫玻璃、泡沫聚氨酯等。粉末型材料有膨胀珠光砂、碳酸镁、膨胀蛭石及硅藻土等。纤维型材料有矿渣棉、玻璃纤维、陶器纤维。




低温容器的支承系统设计

外界进入低温容器的热流,除通过绝热体外,还有一部分通过绝热空间的支承系统传导,一个绝热性能差的支承系统可以抵消应用高性能绝热的效果。同时支承系统必须具有高的强度. 以承担容器内液体的重量以及各种冲击力的作用。因此低温容器的支承系统必须满足机械强度和小热流两个相互矛盾的要求。

为了减少通过支承系统构件的导热,通常可采用热导率小的材料, 增加传热途径的有效长度,减小构件的横截面积,以及采用高接触热阻的结构形式。常用的支承装置有高强度的不锈钢拉杆,金属或塑料的波纹面的托带,塑料压块,多触点的多层叠片、压管、链或钢丝绳等。