CN112061623B - 一种减小裙座热应力的自动加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减小裙座热应力的自动加热装置，包括容器和设于所述容器底部用于支撑该容器的裙座，环绕所述容器与裙座的外部设置一层密封层，所述密封层与所述容器及裙座之间形成密封腔体，所述密封腔体内设置若干热力抽气管，所述热力抽气管的下半部分与所述裙座相接触，所述热力抽气管的上半部分与所述容器相接触，所述热力抽气管的上端通向外部大气，所述密封腔体的顶部设有与外部大气相通的进气口。本装置无需PID控制，利用热力抽气管，将容器的热量向下传导至裙座，实现对裙座的按需自动加热，降低容器和裙座之间的温差，达到减小热应力的目的。

Description

一种减小裙座热应力的自动加热装置
技术领域
本发明涉及裙座筒体结构，具体涉及一种减小裙座热应力的自动加热装置。
背景技术
裙座是大型直立容器的重要支撑结构。裙座一般采用地脚螺栓锚固在地面上，没有额外的热量输入，工作温度相对较低。当容器内介质的温度较高时，容器会发生轴向和周向热膨胀，温度较低的裙座约束了容器的周向热膨胀，因此裙座上会产生较大的热应力，为了避免出现上述情况，通常采用设置热箱、加大裙座与封头连接处的圆弧半径、裙座与封头的连接方式由焊接改为锻件等方法。但是在极端条件下，即使采用了上述方法，裙座仍然有可能由于热应力过大而发生开裂。例如：焦炭塔清焦工艺的操作温度在50℃～450℃之间波动，操作间隔为48小时，目前已有多篇文献报道过焦炭塔裙座开裂的情况。
现有技术采用热箱来降低热应力方法，收录在NB/T 47041-2014《塔式容器》中，存在的缺陷是只能在一定程度上提高靠近容器处裙座的温度，当容器操作温度较高时，裙座上仍然存在较大的热应力。
此外，采用整体锻件连接处的圆弧半径，在设置热箱的基础上，将裙座与封头做成一个整体锻件，并加大裙座与封头连接的过渡圆弧半径，该方法收录在NB/T47041-2014《塔式容器》中，该方法可以大大降低裙座上的热应力，缺陷是由于裙座与封头为整体锻件，制造成本很高。
现有技术均无法很好的解决裙座热应力的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种减小裙座热应力的自动加热装置，能够低成本、高效的解决裙座热应力的问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种减小裙座热应力的自动加热装置，包括容器和设于所述容器底部用于支撑该容器的裙座，其特征在于，环绕所述容器与裙座的外部设置一层密封层，所述密封层与所述容器及裙座之间形成密封腔体，所述密封腔体内设置若干热力抽气管，所述热力抽气管的下半部分与所述裙座相接触，所述热力抽气管的上半部分与所述容器相接触，所述热力抽气管的上端通向外部大气，所述密封腔体的顶部设有与外部大气相通的进气口。
本装置利用热力抽气管，将容器的热量向下传导至裙座，实现对裙座的自动加热。本装置降低容器和裙座之间的温差，达到减小热应力的目的。抽气加热的效率随容器温度自动调节，容器温度越高，抽气加热的效果越好，弥补传统容器温度越高，裙座热应力越大的缺陷。同时，当容器停止运行，温度降低至室温时，又可以自动停止加热效果，无需人工干预。
该装置完全依靠热力学原理运行，没有机械运动零件，也不需要用电，结构简单可靠，制造成本低，无需维护，可长期稳定运行。该装置不改变现有裙座的结构，便于对现有裙座进行升级改造。
作为优选的技术方案，所述密封层外包覆一层保温层。所述保温层包覆在所述密封层以及密封层上部的容器，所述保温层采用多层硅酸铝或者陶瓷纤维毯，在设置密封层的高度段，保温层的厚度增加1倍的抽气管直径，以获得更好的保温效果。热力抽气管不和筒体接触的表面，筒体上未布置抽气管的表面，也需要设置一层较薄的保温层，避免筒体的热量过度流失到吸入的冷空气中。
作为优选的技术方案，所述热力抽气管为具有良好传热和防腐性能的薄壁管，为中空金属管，如不锈钢管、铝管、铜管。
作为优选的技术方案，所述热力抽气管的直径根据保温层的厚度选取，直径不超过保温层厚度的1/4，且最大不超过50mm。
作为优选的技术方案，所述热力抽气管沿轴向等间距环绕设置在所述容器与裙座外，布置间隔大于抽气管直径的3倍，以免过度吸取热量造成容器的温度偏低。
作为优选的技术方案，所述密封层通过耐高温弹力绑带包扎于所述热力抽气管外，所述密封层采用不锈钢或铝制薄板，所述密封层上压制若干竖直方向的波纹形膨胀节，可以随筒体温度变化自由伸缩，并保持良好的密封性能。
作为优选的技术方案，所述容器包括上部的筒体和底部的封头，所述热力抽气管的上半部分与所述容器的筒体部相贴合。
作为优选的技术方案，所述容器的封头与所述裙座之间还设有热箱，所述密封腔体顶部设有与外部大气相通的进气管。
所述热力抽气管的下端与所述密封腔体底部留有间隙，所述容器温度升高时，所述热力抽气管上半部分被加热，管内热空气向上扩散并排至大气，管内产生吸力，将管底部的冷空气吸入管内，并将上部的热量抽至裙座为裙座加热，同时外界空气从顶部的进气口进入密封腔体进行气体补偿，如此不断循环。
本发明裙座自动加热装置，装置的动力来源于装置的自身热量，将容器的筒体热量向下传导至裙座，实现对裙座的自动加热。自动加热的效率随温度自动调整，筒体温度越高，热空气上升速度越快，加热效率也越高，反之亦然。本发明无需PID控制就可以实现自动调节加热温度的功能。当容器操作温度较高时，该装置可以显著降低容器运行过程中裙座的热应力；若操作温度发生波动，该装置还可以显著提高裙座抗热应力疲劳开裂的性能。
与现有技术相比，本发明装置无机械运动部件，结构简单可靠，制造成本低，无需维护，可长期稳定运行，且该装置不改变现有裙座的结构，便于对现有裙座进行升级改造。
附图说明
图1为本发明装置的剖视结构示意图；
图2为图1中A-A向的俯视结构示意图；
图3为图2的B处局部放大示意图；
图4为本发明装置热力抽气管工作原理示意图；
图中：1--封头；2--热箱；3--筒体；4--裙座；5--保温层；6--热力抽气管；7--密封层；8--耐高温弹力绑带；9--膨胀节；10--热力抽气管保温层；11--进气管；12-较薄保温层；13--密封腔体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1、2，一种减小裙座热应力的自动加热装置，包括容器和设于容器底部用于支撑该容器的裙座4，容器包括上部的筒体3和底部的封头1，热力抽气管6在筒体上间隔布置，热力抽气管6的上半部分的一个侧面与容器的筒体3部相接触并贴合，其他三个侧面设置热力抽气管保温层10，热力抽气管保温层10只在筒体段设置，裙座段不设置。筒体上未被热力抽气管6包裹的部分设置保温层5，防止热量过度流失。
环绕容器与裙座4的外部设置一层密封层7，密封层7外包覆一层保温层5，保温层5包覆在密封层7以及密封层7上部的容器，防止热量散失。密封层7与容器及裙座4之间形成密封腔体，热力抽气管6间隔布置在密封腔体内。热力抽气管6的下半部分与裙座4相接触并贴合，热力抽气管6上端穿过保温层5后通向大气，密封腔体顶部设有与外部大气相通的进气管11，外部空气可以由进气管11被吸入密封腔体。
本装置利用热力抽气管6将容器的热量向下传导至裙座4，实现对裙座4的自动加热。热力抽气管工作原理如图4所示，当筒体3温度升高时，热力抽气管6上半部分被加热，管内热空气向上扩散至大气，产生吸力，将管底部的冷空气吸入管内，同时外界空气从顶部的进气管11进入密封腔体13内进行气体补偿，并将热量输送至裙座，如此不断循环，裙座4和筒体3的温差将显著降低，裙座上的热应力大幅下降，从而能够低成本、高效的解决裙座热应力的问题。
作为本实施例优选的实施方式，热力抽气管6为中空金属管，如图3，其截面形状矩形，其材质为具有良好的传热和防腐性能的薄壁管，如不锈钢管、铝管、铜管。抽气管的直径应根据保温层的厚度选取，一般不超保温层厚度的1/4和50mm中的小者。热力抽气管6沿筒体环向均匀布置，布置间隔应大于抽气管直径的3倍，以免过度吸取热量造成容器的温度偏低。
作为本实施例优选的实施方式，密封层7通过耐高温弹力绑带8包扎于热力抽气管6外，形成环形壳状的密封腔体。如图2，密封层可以采用不锈钢或者铝制薄板，板上压制若干竖直方向的波纹，波纹结构起膨胀节9的作用，可以随筒体温度变化自由伸缩，并保持良好的密封性能。
作为本实施例优选的实施方式，保温层5为多层硅酸铝或者陶瓷纤维毯，在设置密封层的高度段，保温层的厚度可增加1倍的抽气管直径，以获得更好的保温效果。热力抽气管6的一个面和筒体表面接触，其他三个面设置热力抽气管保温层10，筒体上未布置抽气管的表面，也需要设置较薄保温层12。
作为本实施例优选的实施方式，可以在容器的封头1与裙座4之间设置热箱2，一定程度上提高靠近容器处裙座的温度。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减小裙座热应力的自动加热装置，包括容器和设于所述容器底部用于支撑该容器的裙座，其特征在于，环绕所述容器与裙座的外部设置一层密封层，所述密封层与所述容器及裙座之间形成密封腔体，所述密封腔体内设置若干热力抽气管，所述热力抽气管的下半部分与所述裙座相接触，所述热力抽气管的上半部分与所述容器相接触，所述热力抽气管的上端通向外部大气，所述密封腔体的顶部设有与外部大气相通的进气口。
2.根据权利要求1所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述密封层外包覆一层保温层。
3.根据权利要求2所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述保温层包覆在所述密封层以及密封层上部的容器，所述保温层采用多层硅酸铝或者多层陶瓷纤维毯。
4.根据权利要求2所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述热力抽气管为具有良好传热和防腐性能的薄壁管。
5.根据权利要求4所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述热力抽气管的直径根据保温层的厚度选取，直径不超过保温层厚度的1/4，且最大不超过50mm。
6.根据权利要求2所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述热力抽气管沿轴向等间距环绕设置在所述容器与裙座外，布置间隔大于抽气管直径的3倍。
7.根据权利要求1所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述密封层通过耐高温弹力绑带包扎于所述热力抽气管外，所述密封层采用不锈钢或铝制薄板，所述密封层上压制若干竖直方向的波纹形膨胀节。
8.根据权利要求1所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述容器包括上部的筒体和底部的封头，所述热力抽气管的上半部分与所述容器的筒体部相贴合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述容器的封头与所述裙座之间还设有热箱，所述密封腔体顶部设有与外部大气相通的进气管。
10.根据权利要求9所述的一种减小裙座热应力的自动加热装置，其特征在于，所述热力抽气管的下端与所述密封腔体底部留有间隙，所述容器温度升高时，所述热力抽气管上半部分被加热，管内热空气向上扩散并排至大气，管内产生吸力，将管底部的冷空气吸入管内，并将上部的热量抽至裙座为裙座加热，同时外界空气从顶部的进气口进入密封腔体进行气体补偿，如此不断循环。
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