CN112879562A - 一种高温容器裙座连接用保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温容器裙座连接用保护装置，包括压力容器壳体、裙座、温箱、加热盘管和保温层；压力容器壳体与裙座沿压力容器壳体轴向连接，同轴设置；温箱设于裙座与压力容器壳体连接处以下位置，加热盘管设于压力容器壳体与裙座连接处外壁和保温层之间；保温层通过披挂式保温支撑结构设于压力容器壳体外侧，加热盘管通过扁钢固定在披挂式保温支撑结构上。本发明可调节压力容器壳体与裙座之间的温度差，从而有效降低高温时压力容器壳体与裙座连接处的热应力以及温度交变时产生的交变热应力幅，避免裙座与压力容器壳体连接处的棘轮失效与疲劳失效的风险。

Description

一种高温容器裙座连接用保护装置

技术领域

本发明涉及高温容器裙座技术领域，具体地说涉及一种高温容器裙座连接用保护装置。

背景技术

石油化工行业中，许多高温压力容器均由裙座支撑，且裙座与压力容器壳体通常采用对接焊接连接或整体锻件连接。裙座与压力容器壳体连接处因为刚度较大且裙座轴向向下温度衰减过快，容易在裙座与压力容器壳体连接处产生较大的热应力，从而造成连接处存在失效风险，影响压力容器的整体安全性。工程设计中，针对高温压力容器的裙座支撑结构，通常采用在裙座与压力容器壳体连接处往下设置温箱结构，即形成封闭的空气辐射腔，使壳体外壁的热量有效的传递到裙座内壁，从而避免裙座轴向产生较大温度梯度。为达到有效的热辐射效果，温箱需要一定的高度。此方案存在以下问题：

其一，当容器内部介质温度较高，且裙座总高受限时，温箱高度很难满足设计需求。

其二，当采用较大的温箱时，石化装置环境中的可燃性气体易在此封闭空间内聚集。当压力容器停工检修时，容易导致安全事故发生。

其三，即使设置温箱，裙座连接处温度梯度降低有限，仍然存在一定数值的热应力。如果容器稳态运行，热应力产生的破坏影响有限，但当容器操作温度大幅度循环作用时，例如延迟焦化中的焦炭塔、沸腾床加氢催化剂加排罐、以及部分存在干燥、再生循环操作的压力容器等，裙座和容器壳体的连接处的温差应力为交变的峰值热应力。长期的交变热应力作用，容易导致裙座与压力容器壳体连接部位产生热疲劳裂纹，给压力容器运行带来重大的安全隐患。

发明内容

为解决现有技术存在的裙座与压力容器壳体连接部位易产生热疲劳裂纹问题，本发明提供了一种高温容器裙座连接用保护装置。

本发明提供的高温容器裙座连接用保护装置包括压力容器壳体、裙座、温箱、加热盘管和保温层；压力容器壳体与裙座沿压力容器壳体轴向连接，同轴设置；温箱设于裙座与压力容器壳体连接处以下位置，加热盘管设于压力容器壳体与裙座连接处外壁和保温层之间；保温层通过披挂式保温支撑结构设于压力容器壳体外侧，加热盘管通过扁钢固定在披挂式保温支撑结构上。

所述加热盘管可以采用不同的布置方式设置，一种以环向螺旋缠绕的方式设于压力容器壳体和裙座外壁上，另一种可采用竖向折叠缠绕的方式设于压力容器壳体和裙座外壁上。

本发明的基本原理为：

在压力容器壳体以及裙座连接处外壁与保温层之间铺设加热盘管，加热盘管中通入流动的热蒸汽。通过加热盘管的热蒸汽的循环流动，调节压力容器壳体与裙座之间的温度差，从而有效降低高温时压力容器壳体与裙座连接处的热应力以及温度交变时产生的交变热应力幅，避免裙座与压力容器壳体连接处的棘轮失效与疲劳失效的风险。

采用本发明具有如下的有益效果：

1)当压力容器壳体内部介质温度为高温时，外壁加热盘管中热蒸汽的温度大于环境温度，且加热盘管外侧覆盖保温层，故壳体壁厚温差能有效降低。

2)当压力容器壳体内部介质温度为高温时，壳体能加热盘管中的蒸汽，使蒸汽温度变高，蒸汽流动将热量有效的传递到裙座外壁，能使裙座外壁保持较高的温度，使壳体温度与裙座温度梯度得到有效降低。

3)当压力容器壳体内部介质部温度降低时或者降低到常温时，加热盘管能使壳体外壁以及相连裙座外壁保持一定的温度，即能使裙座连接结构保持一定的预应力，从而有效的降低了因为压力容器壳体内部介质温度交替变化导致的壳体与裙座连接处的交变应力幅，有效的提高了其抗疲劳性能。

4)蒸汽的比热容远大于金属的比热容，当压力容器内部介质的温度变化速度过快时，加热盘管的热蒸汽能有效缓冲作用，避免内部介质温度变化过快造成短时刻内金属内外壁温度梯度过大，避免了温度变化过快导致的热冲击损伤。

5)加热盘管通过扁钢固定在披挂式保温支撑结构上，不与壳体焊接，避免因壳体热胀冷缩造成支撑附件的局部热应力。

6)裙座连接处外壁几乎没有外部构件，加热盘管能实现紧凑缠绕，并且紧贴裙座连接处外壁，传热效果好。

7)加热盘管成本低、安装方便，并且石化装置中，热蒸汽供应较为富余。

8)采用此方案能适当减小温箱的尺寸，减少温箱封闭空间内可燃气体聚集带来的安全风险。

本发明适用于裙座高度受限的高温压力容器以及裙座支撑温度大幅度交变的压力容器。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是加热盘管环向螺旋缠绕时的固定示意图；

图3是本发明的另一种结构示意图；

图4是加热盘管竖向折叠缠绕时上部的固定示意图；

图5是加热盘管竖向折叠缠绕时下部的固定示意图。

图中：1-压力容器壳体，2-裙座，3-保温层，4-环向加热盘管，5-竖向加热盘管，6-温箱，7-竖向保温带，8-环向固定件，9-上部保温带，10-底部保温带，11-上部固定件，12-底部固定件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。如图所示，压力容器壳体1与裙座2顶部通过整体锻件或者对接接头相连，同轴设置，压力容器壳体1与裙座2连接处往下设有封闭的温箱6。压力容器壳体1与裙座2外壁上部区域以及温箱6底部均设有保温层3。压力容器壳体1外壁、裙座2外壁与保温层3之间设有环向螺旋缠绕的加热盘管即环向加热盘管4。

环向加热盘管4围绕压力容器壳体1外壁、裙座2外壁连续环向螺旋向下缠绕。环向加热盘管4中通入流动的热蒸汽，热蒸汽从环向加热盘管4上部进入，从下部抽出。环向加热盘管4覆盖区域上部高于压力容器壳体切线100～200mm，下部低于温箱6底端200～300mm。环向加热盘管4规格可用DN20～DN50的无缝钢管，材料可选用普通碳钢，环向加热盘管4内蒸汽可采用145～155℃的低压蒸汽。环向加热盘4管紧贴压力容器壳体1和裙座2外壁。

保温层3采用披挂式保温支撑结构支撑，披挂式保温支撑结构悬挂于压力容器顶部封头上，不与压力容器壳体1和裙座2固定连接(包括焊接)。保温层3材料可选用硅酸铝棉或符合硅酸盐制保温毯，保温层3厚度根据传热计算确定。披挂式保温支撑结构可采用碳钢薄板材料制成。

根据需要，披挂式保温支撑结构的结构细节可以进行调整。图1中，在沿压力容器壳体外壁圆周方向均匀等间距分布若干竖向保温带7。这里的竖向保温带7为披挂式保温支撑结构6的子元件之一。

如图2所示，环向加热盘管4通过环向固定件8固定在竖向保温带7上。环向固定件8用于承载环向加热盘管4的重量以及限制环向加热盘管4竖向位移。环向固定件8可采用厚度6mm、宽度为20～50mm的碳钢薄板材料制成。环向固定件8预制成勾状，在环向加热盘管4缠绕前焊接在竖向保温带7上，等环向加热盘管4整体缠绕完毕，环向固定件8煨弯将环向加热盘管4固定。

图3是本发明的另一种结构示意图。如图所示，与图1的区别在于：压力容器壳体1外壁、裙座2外壁与保温层3之间设有竖向折叠缠绕的加热盘管即竖向加热盘管5；竖向加热盘管5在压力容器壳体1外壁、裙座2外壁四周连续竖向折叠缠绕，竖向加热盘管5中通入流动的热蒸汽。在靠近竖向加热盘管5顶部弯管处设有上部保温带9，在靠近竖向加热盘管5竖向底部处，设有底部保温带10。上部保温带9与底部保温带10均为披挂式保温支撑结构的子元件，均为环装结构。竖向加热盘管5覆盖区域与图1中环向加热盘管4覆盖区域相同。

如图4所示，竖向加热盘管5顶部弯头处通过上部固定件11固定在上部保温带9上，用于承载竖向加热盘管5重量以及限制竖向加热盘管5的竖向位移。

如图5所示，竖向加热盘管5底部直管段通过底部固定件12固定在底部保温带10上，用于限制竖向加热盘管5的横向位移。

Claims (6)

1.一种高温容器裙座连接用保护装置，其特征在于：包括压力容器壳体、裙座、温箱、加热盘管和保温层；压力容器壳体与裙座沿压力容器壳体轴向连接，同轴设置；温箱设于裙座与压力容器壳体连接处以下位置，加热盘管设于压力容器壳体与裙座连接处外壁和保温层之间；保温层通过披挂式保温支撑结构设于压力容器壳体外侧，加热盘管通过扁钢固定在披挂式保温支撑结构上。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述加热盘管以环向螺旋缠绕的方式设于压力容器壳体和裙座外壁上。

3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述加热盘管以竖向折叠缠绕的方式设于压力容器壳体和裙座外壁上。

4.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述加热盘管覆盖区域上部高于压力容器壳体切线100～200mm，下部低于温箱底端200～300mm。

5.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述加热盘管规格为DN20～DN50的无缝钢管，材料为普通碳钢，加热盘管内蒸汽为145～155℃的低压蒸汽。

6.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述披挂式保温支撑结构悬挂于压力容器顶部封头上，不与压力容器壳体和裙座固定连接。

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