CN2354008Y - 双层壳整体壳体结构的受外压容器 - Google Patents

Abstract

一种双层壳整体壳体结构的受外压容器。夹套和内筒体分别与沿轴向设置的环形板相焊接，构成了一种双层壳整体壳体结构。整体夹套时，夹套与环形板连接为塞焊缝或槽焊缝；分节夹套时，各节夹套与环形板连接为角焊缝。壁厚较薄或不锈钢板的内筒体可在其外侧设置加强圈。本实用新型的受外压容器，结构可靠，受力合理、节省用材，具有良好的承受外压的能力和改善内筒体内外介质的换热效果。

Description

双层壳整体壳体结构的受外压容器

本实用新型涉及一种带夹套的壳体结构的受外压容器，特别是涉及一种双层壳整体壳体结构的受外压容器。

压力容器的各种槽、罐、釜设备，包括带搅拌的反应釜，为了换热或保温，常采用夹套结构，使其与罐体的外表面形成密闭空间，在此空间内通入载热流体，以加热或冷却物料，维持物料的温度在预定的范围内。夹套是这类压力容器常用的传热结构之一，其型式可分为整体型、半圆管型、型钢型及蜂窝型。搅拌罐上采用最多的夹套型式是整体夹套。

在夹套中通入带压的换热工质后，若内筒体内的压力小于夹套中的压力，则内筒体需承受此压差，成为受外压的压力容器。结构设计时应同时满足强度和刚度要求，而刚度，即内筒体受外压下的稳定性常成为主要问题。常规设计规范，如我国国家标准GB150-98、行业标准HG/T20594-94、美国ASME《锅炉和受压容器规范》、日本JISB8270-8285《压力容器标准》和法国CODAP-87《压力容器构造》等标准中均有受外压下的容器稳定性计算方法。这些标准中外压圆筒的设计采用了布雷斯-布赖恩公式和美国海军试验水槽公式。不满足上述稳定性的设计要求时，采用了置加强圈的结构，加强圈与壳体起加强作用的有效段的组合截面对通过与壳体轴线平行的该截面形心轴的惯性矩应大于或等于该组合段所需的惯性矩。随着生产的发展，容器类设备也向大直径(或大当量直径)、大长径比(或大长当量直径比)的方向发展，为满足受外压下的稳定性要求，多从结构上增加内筒体

*当量直径指非圆形截面容器中，与该容器截面面积相等的圆截面的直径。的壁厚，或沿内筒体轴向方向增设加强圈的方法来解决。但按常规设计规范计算的带夹套的受外压容器比较笨重，且在大截面的情况下，常难满足外压稳定性计算要求。例如，用于一聚合装置的反应釜，内筒体直径3000mm，切线长度6500mm，夹套内换热介质压力0.6MPa；由于工艺条件所需，内筒体壁厚应尽量减薄，以增大换热系数，迅速撤除反应热；按GB150-98规定的受外压的稳定性计算表明，采用常规结构，不设加强圈时，受外压的内筒壁厚≥32mm；中间增设2个以上加强圈时，壁厚≤23mm，这时加强圈与内筒体起加强作用的有效段的截面惯性矩才能满足加强圈与内筒体组合段所需的截面惯性矩，这显然是不合适的。

《化学工业》第55卷第6号(1991)第437～440页(日)井上一夫等“高效率聚合反应装置的开发”一文中，提出一种PVC反应釜的新夹套结构，该釜容积45m³，筒体内压力最大1.5MPa，夹套内压力0.6MPa，操作温度100℃，具体结构见对比图。其中1为复合钢板内筒体，2为碳钢夹套，3为环形板，4、5分别为环形板与内筒体、夹套焊接的焊缝。此种夹套结构，使内筒体壁厚减薄，环形板将夹套构成多个流路，提高了冷却水流速，提高了聚合反应装置的总传热系数，较好地解决了大型聚合釜的撤热问题。但此种结构的夹套，当夹套内压力显著地大于内筒体压力时，其内筒体的厚度必须增大，而且内筒体内壁有焊缝，焊接要求高，焊缝多，工艺麻烦，内筒体在焊接过程极易变形；同时，过多的环焊缝，对内筒体内壁需电解抛光或研磨的容器的施工极为不利；在焊接处产生的应力集中对于需频繁开停车及承受交变载荷作用的内筒体的疲劳强度也有影响。

本实用新型的目的是设计、制造一种双层壳整体壳体结构的受外压容器，特别是一种大直径(或大当量直径)、大长径比(或大长当量直径比)、内筒体受外压的双层壳整体壳体结构的压力容器。这种整体壳体结构在用材少、受力合理、制造工艺较简单的前提下，具有足够的强度和稳定性，以达到结构合理可靠、换热效果良好、降低设备费用的要求。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

本实用新型的双层壳整体壳体结构的受外压容器壳体，包括内筒体、封头、夹套和环形板，环形板沿内筒体轴向设置，分别与内筒体和夹套焊接成为一双层壳整体壳体结构，夹套和内筒体间的环形空间中有带压换热介质流动。

夹套的型式可以是整体式，也可以是分节式。当采用整体夹套时，夹套与环形板通过塞焊缝或槽焊缝连接在一起，并且塞焊缝或槽焊缝沿周向均布，焊缝总长大于周长的50％，环形板与内筒体为角焊缝连接。当采用分节式夹套时，环形板与内筒体和上下两节夹套分别通过角焊缝连接在一起；夹套分节数量通常为2～9节。

沿筒体轴向设置的环形板数量为1～10个，优选值为2～6个。

内筒体外壁上可设置加强圈，通过焊接，使内筒体、加强圈、环形板和夹套成为双层壳的整体壳体结构。

夹套和筒体间的环形空间中有带压换热介质流动，环形板上可开流通孔，环形空间内也可设置螺旋导流板。

本实用新型的双层壳整体壳体结构的受外压容器的横截面可以为圆形、方形、椭圆形、长圆形或其它非圆形截面。

本实用新型的双层壳整体壳体结构的受外压容器，通过环形板或环形板与加强圈将内筒体与夹套焊接成一个整体壳体结构。此种双层壳整体壳体结构的受外压容器，内筒体是整体的，焊缝少，施工方便，质量容易保证。夹套可以是整体的，也可以分节；当采用整体夹套时，夹套与环形板通过塞焊缝或槽焊缝连接在一起，并且塞焊缝或槽焊缝沿周向均布，焊缝总长大于周长的50％；当容器壳体长度较大时，夹套常采用分节式，上下两节夹套通过角焊缝与环形板连接成一体；环形板的外径大于夹套的内径，也可大于夹套的外径。

当容器的内筒体选用较薄板、不锈钢复合钢板或不锈钢板时，为防止环形板直接与内筒体焊接时引起较大变形，可在内筒体外壁上设置加强圈，再通过加强圈与环形板、夹套的焊接，使之成为双层壳的整体壳体结构。

本实用新型的双层壳整体壳体结构的受外压容器，夹套和内筒体间的环形空间中有带压换热介质流动，环形板上开有流通孔，使上下环形空间连通。为加强换热效果，该环形空间内也可设置螺旋导流板，构成螺旋流道，保证换热介质的流速，提高换热效果。当有特殊要求，环形板上可不开流通孔，这时，环形板起隔板作用，环形板将夹套分成多个环形小室，以构成多个换热介质通路。

本实用新型的双层壳整体壳体结构是一种新的技术方案，这种整体壳体结构与传统的带夹套的压力容器结构不同，改变了受力状态，因而设计方法上也与常规设计方法有所不同。本实用新型的双层壳整体壳体结构与《化学工业》第55卷第6号(1991)第437～440页(日)井上一夫等“高效率聚合反应装置的开发”一文中所介绍的结构也有区别。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但并不限制本实用新型的范围。

图1-图5为本实用新型的双层壳整体壳体结构的受外压容器的局部结构示意图。

图1中，1为内筒体，2为整体式夹套，3为环形板。环形板3通过单边角焊缝6与内筒体1连接，再通过槽焊缝5与整体式夹套2连接，从而使构件1，2，3成为一整体壳体结构，共同承受夹套2中的压力及内筒体1中的压力引起的应力和变形。环形板3开流通孔4，使上下两层环形空间连通．

图2中，环形板3厚度较大时，它与内筒体1也可通过双边角焊缝8连接，再与夹套2通过塞焊缝7连接，使三者连接成整体壳体结构，其它结构同图1。

图3中，容器壳体的长度较大，图1中的夹套2改成图3中的分节式夹套9。上下两节夹套9通过角焊缝10与环形板3焊接在一起，从而使构件1，3，9成为一多节的整体壳体结构，其它结构同图1。

图4中，内筒体1为不锈钢板，为防止环形板3直接与内筒体焊接时引起较大变形，在内筒体1外侧设置加强圈11，加强圈11通过双边角焊缝13与内筒体1连接在一起，再通过单边角焊缝12将环形板3、内筒体1及整体式夹套2焊接为整体壳体结构，其它结构同图1。

图5中，内筒体1为不锈钢复合钢板，为防止与环形板3直接与内筒体焊接时易产生较大变形，在内筒体1外侧设置加强圈11，加强圈11通过单边角焊缝12与双边角焊缝13分别与环形板3、内筒体1连接，分节式夹套9通过角焊缝10与环形板3相连，最终构成整体壳体结构，其它结构同图3。

本实用新型的双层壳整体壳体结构的受外压容器壳体，适用于各种带夹套的槽、罐、釜等受压设备，特别适用于大直径(或大当量直径)、大长径比(或大长当量直径比)的受外压的容器，可广泛应用于石油、化工、轻工、食品工业等行业中。

采用本实用新型所述的双层壳整体壳体结构的受外压容器，具有以下优点：

1.  由于采用了内筒体、环形板、夹套焊接为一整体的结构型式，该种结构与常规结构的力学模型不同，夹套、环形板对于内筒体的受外压稳定失效起限定作用，整体壳体的受力情况也得到了改善。

2.  由于采用了内筒体、环形板、夹套焊接为一整体的结构型式，在同等强度及稳定性的情况下，可大大减薄内筒体的壁厚和环形板的重量，从而节省材料、大大降低设备制造成本。一个φ3000×6500mm的聚合釜釜体中，采用本实用新型所述的结构，内筒体的厚度仅为常规设计结构的70％。

3.  对于大直径(或大当量直径)、大长径比(或大长当量直径比)的受外压的容器，采用常规的设计方法，已较难满足外压稳定性要求，采用本实用新型的双层壳整体壳体结构的型式，则可获得较满意结果。

4.  采用本实用新型的双层壳整体壳体结构的型式，由于内筒壁的减薄，提高了内筒壁的传热系数，改善了换热效果。

综上所述，本实用新型的受外压容器，结构可靠、受力合理、节省用材，具有良好的承受外压的能力和改善内筒体内外介质的换热效果。

Claims (10)

1.  一种双层壳整体壳体结构的受外压容器，包括内筒体、封头、夹套和环形板，环形板沿内筒体轴向设置，分别与内筒体和夹套焊接，夹套和内筒体间的环形空间中有带压换热介质流动，其特征在于各环形板与内筒体、夹套焊接成为一双层壳整体结构的容器壳体。

2.  根据权利要求1的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于与环形板连接的夹套为整体式，环形板与夹套通过塞焊缝或槽焊缝连接在一起，与内筒体为角焊缝连接。

3.  根据权利要求1的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于与环形板连接的夹套为分节式，环形板与各节夹套和内筒体分别为角焊缝连接。

4.  根据权利要求1～3之一的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于内筒体外壁上设置加强圈，通过焊接，使内筒体、环形板、加强圈及夹套成为一整体壳体结构。

5.  根据权利要求1的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于容器的横截面为圆形、方形、椭圆形、长圆形或其它非圆形。

6.  根据权利要求3的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于夹套分节数量为2～9节。

7.  根据权利要求2的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于塞焊缝或槽焊缝沿周向均布，焊缝总长度大于周长的50％。

8.  根据权利要求1的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于沿轴向设置的环形板的数量为1～10个。

9.  根据权利要求8的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于沿轴向设置的环形板的优选数量为2～6个。

10.  根据权利要求1的双层壳整体壳体结构的受外压容器，其特征在于由环形板隔开后的夹套为环形空间，环形板上可开流通孔，使各节环形空间相通，环形空间内可设置螺旋导流板。

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