吳迎春，王蓓蓓

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300193）

在化工生產(chǎn)中，經(jīng)常用蒸汽和水給容器內(nèi)的介質(zhì)加熱，夾套壓力容器就是可以滿(mǎn)足這種工藝要求的設(shè)備。夾套容器的內(nèi)筒體壁厚通常取決于夾套內(nèi)壓力的大小，也就是承受的外壓。外壓計(jì)算長(zhǎng)度越短，內(nèi)筒體的壁厚越薄。因此給內(nèi)筒體外部設(shè)置一些加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，可有效地降低內(nèi)筒的壁厚。節(jié)約設(shè)備成本。

夾套內(nèi)介質(zhì)若壓力不高，內(nèi)筒所受設(shè)計(jì)外壓值較低，加強(qiáng)圈的截面尺寸不需要很大，內(nèi)筒與夾套的間隙足以滿(mǎn)足加強(qiáng)圈的結(jié)構(gòu)尺寸要求，以及夾套內(nèi)介質(zhì)流通面積的要求，但對(duì)于夾套內(nèi)介質(zhì)壓力較高，內(nèi)筒所受設(shè)計(jì)外壓值較大。為達(dá)到加強(qiáng)圈和圓筒所需的組合慣性矩，加強(qiáng)圈的截面尺寸又需要很大，導(dǎo)致內(nèi)筒與夾套的間隙不足以布置滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的加強(qiáng)圈，或即使能夠布置的下，數(shù)量又太多，又無(wú)法保證夾套內(nèi)介質(zhì)的流通順暢，影響生產(chǎn)操作。因此下面就以我院某化工項(xiàng)目中的一臺(tái)甲醇蒸餾釜（表1）為例，探討在此種情況下加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

經(jīng)Sw6計(jì)算軟件計(jì)算得到內(nèi)筒名義厚度為32mm，內(nèi)筒下封頭名義厚度為24mm，此時(shí)內(nèi)筒外壁與夾套內(nèi)壁的間隙為68mm，選用反置等邊角鋼加強(qiáng)圈L63×63×6，加強(qiáng)圈間距為100mm才能使內(nèi)筒體壁厚降到24mm[1]。加強(qiáng)圈的間距過(guò)小使得筒體與夾套的接管根本無(wú)法布置，而且內(nèi)筒體與內(nèi)筒封頭的厚度較厚，增加了設(shè)備材料的費(fèi)用，并且也相應(yīng)增加了設(shè)備的制造和質(zhì)量檢驗(yàn)的費(fèi)用，所以這種設(shè)計(jì)方法不是最合理的。以下所探討的兩種設(shè)計(jì)方案，可以更合理地在設(shè)計(jì)中解決以上這種情況。

表1 甲醇蒸餾釜的設(shè)計(jì)參數(shù)

1 螺旋扁鋼加強(qiáng)圈

螺旋扁鋼加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。此種結(jié)構(gòu)下的加強(qiáng)圈需要與夾套筒體進(jìn)行焊接，所以?shī)A套筒體在設(shè)計(jì)計(jì)算中將成為加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的一部分，此時(shí)在設(shè)計(jì)中加強(qiáng)圈的橫截面形狀被看成是一個(gè)T型鋼結(jié)構(gòu)，這樣加強(qiáng)圈自身的慣性矩就會(huì)因此變的很大。對(duì)于螺旋型的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其既有加強(qiáng)作用又有導(dǎo)流作用，當(dāng)其螺距不大于0.3Di時(shí)，可將其看作圓環(huán)扁鋼加強(qiáng)圈進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算長(zhǎng)度為螺旋扁鋼加強(qiáng)圈的螺距。容器內(nèi)筒體的厚度先定為16mm，夾套筒體和螺旋扁鋼加強(qiáng)圈的厚度先定為14mm，加強(qiáng)圈螺距為500mm，經(jīng)計(jì)算所得：加強(qiáng)圈與容器內(nèi)筒體所需的組合截面慣性矩小于起加強(qiáng)作用的有效段的組合截面慣性矩，所以這種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)既保證了夾套內(nèi)介質(zhì)流體的流動(dòng)順暢，滿(mǎn)足工藝要求，不影響生產(chǎn)操作，又滿(mǎn)足了容器內(nèi)筒體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求。但是這種設(shè)計(jì)方法的不足在于它不適用于內(nèi)筒下封頭的加強(qiáng)，設(shè)計(jì)計(jì)算很困難，而且加工制造起來(lái)很困難。制造加工的費(fèi)用成本也相應(yīng)的增加了很多，所以這種結(jié)構(gòu)形式僅適用于加強(qiáng)內(nèi)圓體的強(qiáng)度。

圖1 螺旋扁鋼加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)示意

2 蜂窩短管加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

蜂窩短管夾套如圖2所示，是從圓筒型夾套的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式來(lái)加強(qiáng)內(nèi)圓筒的外壓穩(wěn)定性，避免外壓失穩(wěn)。圓筒型夾套的內(nèi)圓筒在夾套內(nèi)介質(zhì)的壓力作用下，有外壓失穩(wěn)的可能性，所以從設(shè)備制造成本和結(jié)構(gòu)可靠性的方面來(lái)看，夾套內(nèi)介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力都不能過(guò)高。蜂窩短管夾套相比就更有優(yōu)勢(shì)，其內(nèi)圓筒的壁厚可以比圓筒型夾套的內(nèi)圓筒壁厚更薄，既節(jié)約了設(shè)備的制造費(fèi)用，又可以承受更大的夾套壓力。

蜂窩短管加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可同時(shí)讓內(nèi)圓筒和內(nèi)筒體下封頭強(qiáng)度和穩(wěn)定性都得到加強(qiáng)作用，蜂窩短管夾套在圓筒體上可按正三角形或正方形布置，在封頭上按同心圓布置?，F(xiàn)選用Q345R為內(nèi)圓筒體與蜂窩短管夾套筒體的材料，選用20號(hào)鋼為短管的材料，經(jīng)詳細(xì)計(jì)算[2]得出的結(jié)果見(jiàn)（表2），蜂窩短管夾套的形式同時(shí)讓內(nèi)圓筒和內(nèi)筒體下封頭強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到了加強(qiáng)，同時(shí)也降低了內(nèi)圓筒和內(nèi)筒體下封頭的厚度，同時(shí)夾套內(nèi)介質(zhì)流體的流動(dòng)順暢，不受結(jié)構(gòu)形式影響。

蜂窩短管夾套也是有缺點(diǎn)的，就是夾套筒體的直徑不能取標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸，這使得夾套封頭的加工受限制，而且蜂窩短管夾套制造也相對(duì)復(fù)雜。

圖2 蜂窩短管加強(qiáng)結(jié)構(gòu)示意

表2 蜂窩短管加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果

3 總結(jié)

和常規(guī)的圓環(huán)扁鋼加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)相比，以上兩種方案都可以使內(nèi)圓筒和內(nèi)筒體下封頭的厚度有效地減薄，這主要是因?yàn)槁菪怃摷訌?qiáng)圈和蜂窩短管夾套都對(duì)內(nèi)圓筒和內(nèi)筒體下封頭強(qiáng)度和穩(wěn)定性起到了很大的加強(qiáng)作用，并大大增加了內(nèi)圓筒和內(nèi)筒體下封頭的組合截面慣性矩，既降低了材料的用量，節(jié)約成本，當(dāng)壁厚降低后相關(guān)檢驗(yàn)和驗(yàn)收的要求和費(fèi)用也減少了，而且總重減小后，也給設(shè)備運(yùn)輸帶來(lái)方便。

綜上所述，日后在進(jìn)行夾套壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮夾套壓力容器其自身的具體情況后，選擇最適合其自身特性的方案，也可將這幾種夾套加強(qiáng)結(jié)構(gòu)結(jié)合使用，可把螺旋扁鋼加強(qiáng)圈和蜂窩短管夾套結(jié)合使用，內(nèi)圓筒上可用螺旋扁鋼加強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)，而內(nèi)筒體下封頭上可用蜂窩短管加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這樣既能滿(mǎn)足殼體強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，又能滿(mǎn)足工藝要求，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省成本。

［1］壓力容器［P］.GB150.1～150.4-2011.

［2］機(jī)械攪拌設(shè)備[P].HG／T 20569—1994.