一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器的制造方法
【專利摘要】一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，具有裙座、半球形封頭、加強箍和圓筒，所述圓筒的上端與頂部封頭焊接連接或者所述圓筒的上端具有端部法蘭且端部法蘭的上部裝有頂部端蓋及密封元件，加強箍套在半球形封頭的外周，圓筒的下端與半球形封頭及加強箍焊接連接，裙座殼的上端與加強箍焊接連接。本實用新型受到介質壓力作用時，圓筒與不等厚半球形封頭的連接部位應力集中系數小、受力合理，消除了多層圓筒端部與半球形封頭的連接區域出現明顯的應力集中情況，提高了該部位的安全可靠性，且消除了半球形封頭直接與裙座殼焊接連接的連接部位出現的附加彎曲應力，解決了采用裙座支承的帶加強箍的半球形封頭立式壓力容器殼體與裙座殼的連接結構問題。
【專利說明】
一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器
技術領域
[0001]本實用新型涉及壓力容器領域，具體涉及一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器。
【背景技術】
[0002]采用裙座支承的立式壓力容器又稱為塔式容器，按照NB/ T47041-2014《塔式容器》標準中第6.3節“裙座殼與塔殼的連接”規定:裙座殼分為圓筒形和圓錐形兩種，裙座殼與塔殼一般采用對接或搭接的型式。采用對接型式時，裙座殼上端的內徑宜與相連接塔殼封頭內徑相等。該標準中所述的塔殼是指由下封頭、塔殼圓筒及頂部端蓋或上封頭組成的壓力容器殼體(見NB/ T47041-2014《塔式容器》標準中第6章“結構”中的圖1說明)。
[0003]對于下封頭為標準型橢圓形封頭的壓力容器，封頭的壁厚與圓筒的壁厚基本相同，封頭與圓筒對接連接，裙座殼一般與封頭采用對接連接型式，當塔殼的直徑較小時，也可以采用搭接型式。(注:壓力容器的圓筒一般又稱為筒體)。
[0004]對于下封頭為半球形封頭的壓力容器，根據強度條件，當封頭的材質與圓筒相同時，封頭的壁厚為圓筒壁厚的二分之一。如果容器內的介質壓力比較高，為了減少封頭的壁厚，通常采用半球形封頭。當圓筒與封頭不等厚時，根據GB 150.3 — 2011《壓力容器第3部分:設計》附錄D2.2節“圓筒與封頭的連接”中的規定，封頭與圓筒連接的不等厚部位必須有一段錐形過渡區。此時，裙座殼與封頭只能采用對接連接型式(見附圖1)。
[0005]另外，當圓筒的壁厚較大時，為了提高壓力容器的安全性，一般將圓筒設計成多層結構，即在較小厚度的內筒外面包扎若干層厚度更小的層板組成多層圓筒，所需層板的層數根據壓力容器強度計算確定。
[0006]當壓力容器的圓筒采用多層圓筒結構時，下封頭通常采用半球形封頭，而且半球形封頭的壁厚小于多層圓筒的總厚度，裙座殼與封頭也是采用對接連接型式(見附圖2)。
[0007]壓力容器圓筒與不等厚半球形封頭連接時，圓筒與封頭連接的不等厚部位必須有一段錐形過渡區。在錐形過渡區，由于結構的不連續，該部位除了承受薄膜應力外，在連接處附近還會產生附加邊緣應力，使得該過渡區成為高應力區之一(見《壓力容器》雜志2011年第8期刊登的羅彩霞等撰寫的論文《高壓容器筒體與封頭連接處有限元分析及優化》介紹)。如果壓力容器的圓筒為多層圓筒結構，多層圓筒在徑向方向上還存在層間分離情況，與半球形封頭連接的端部又有結構的不連續，連接部位出現明顯的應力集中(見《化工機械》雜志2010年第3期刊登的張羽翔等撰寫的論文《整體多層包扎式高壓容器筒體與球形封頭連接區應力狀態有限元分析》及《石油化工設備技術》雜志2016年第2期刊登的劉正通等撰寫的論文《多層包扎高壓容器端部結構設計與應力分析》介紹)。由此可見，在圓筒與封頭連接的不等厚部位的錐形過渡區，由于附加邊緣應力以及明顯的應力集中，因而降低了該部位的安全可靠性。
[0008]半球形封頭的立式壓力容器采用裙座支承時，裙座殼的上端與封頭外壁焊接連接，封頭與裙座殼的連接部位，由于結構的約束，在受到容器內介質的壓力作用時將產生附加彎矩，該部位的封頭除了承受薄膜應力外，還要承受附加彎曲應力，在裙座連接部位出現了高應力區(見《西北大學學報(自然科學版)》2008年第I期刊登的淡勇等撰寫的論文《高壓反應器應力分析和強度評定》及《石油化工設備技術》雜志2010年第6期刊登的黃勇力等撰寫的論文《塔式設備裙座支撐區的失效分析和加強措施》介紹)，影響半球形封頭的承載能力。
[0009]—種“帶加強箍半球形封頭結構的高壓容器”的實用新型專利(見專利申請號:97249860.5)，該實用新型專利公開的技術為:在半球形封頭的外面設有加強箍，加強箍的外徑與筒體的外徑相同，多層筒體外面的幾層層板的端部與加強箍焊接連接。根據該專利的設計人鄭津洋等發表在《石油機械》雜志2000年第I期上的論文《半球形封頭壁厚與筒體壁厚不相等的高壓容器》介紹)，半球形封頭外面設有加強箍后，在加強箍和半球形封頭連接處附近的半球形封頭側的應力集中系數較小、受力合理。
[0010]上述實用新型專利技術雖然改善了半球形封頭與圓筒不等厚時封頭與圓筒連接部位的受力狀況，但該專利技術沒有涉及采用裙座支承的立式壓力容器殼體與裙座殼的連接結構問題。
[0011]綜上分析，現有技術存在的不足是:1、圓筒與不等厚的半球形封頭的連接部位除了承受薄膜應力外，在錐形過渡區，由于結構的不連續，在連接處附近還會產生附加邊緣應力，使得該過渡區成為高應力區之一，且多層圓筒在徑向方向上還存在層間分離情況，與半球形封頭連接的端部又有結構的不連續，連接部位出現明顯的應力集中，降低了該部位的安全可靠性;2、采用裙座支承時，半球形封頭與裙座殼的連接部位，由于結構的約束，在受到容器內介質的壓力作用時將產生附加彎矩，該部位的封頭除了承受薄膜應力外，還要承受附加彎曲應力，因而影響半球形封頭的承載能力;3、“帶加強箍的半球形封頭結構的高壓容器”實用新型專利，雖然改善了圓筒與不等厚半球形封頭連接部位的受力狀況，圓筒與封頭連接部位應力集中系數小、受力合理，但該專利技術沒有涉及采用裙座支承的立式壓力容器殼體與裙座殼的連接結構問題。
【發明內容】
[0012]本實用新型的目的是提供一種圓筒與不等厚半球形封頭連接部位應力集中系數小、安全可靠，且半球形封頭不會受裙座殼連接結構約束而出現附加彎曲應力的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器。
[0013]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是:一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，具有裙座、半球形封頭、加強箍和圓筒，所述圓筒的上端與頂部封頭焊接連接或者所述圓筒的上端具有端部法蘭且端部法蘭的上部裝有頂部端蓋及密封元件，所述裙座包括基礎環、筋板、蓋板和裙座殼，所述裙座殼的下部與基礎環、筋板和蓋板焊接連接，所述加強箍套在半球形封頭的外周，且加強箍的內周與半球形封頭的外周相配合，所述圓筒的下端與半球形封頭的端部及加強箍的上端焊接連接，其改進在于:所述裙座殼的上端與加強箍焊接連接。
[0014]在上述技術方案中，所述加強箍的下部具有環形凸肩I，所述裙座殼的上端與所述加強箍的環形凸肩I對接焊接連接。
[0015]在上述技術方案中，所述加強箍的下部具有環形臺階，所述裙座殼的上端套到所述加強箍的環形臺階上并與加強箍焊接連接。
[0016]在上述技術方案中，所述圓筒為多層圓筒，包括內筒及若干層層板，所述半球形封頭的端部具有環形凸肩Π，所述內筒的下端與半球形封頭的環形凸肩Π對接焊接連接，所述層板的下端依次與半球形封頭端部的焊接坡口 I及加強箍上端的焊接坡口 Π焊接連接。
[0017]在上述技術方案中，所述半球形封頭端部的焊接坡口I及加強箍上端的焊接坡口Π的形狀均為階梯狀，且每個階梯的徑向寬度與所述層板的厚度相對應，每層層板從內到外依次與各個階梯相配并與對應的半球形封頭或加強箍焊接連接。
[0018]在上述技術方案中，所述密封元件為強制式密封墊片或自緊式密封墊片或半自緊式密封墊片。
[0019]在上述技術方案中，所述密封元件為無墊片焊接密封元件。
[0020]在上述技術方案中，所述裙座的裙座殼為圓錐形，且圓錐形裙座殼的半錐頂角α為:0°<α<20°。
[0021]在上述技術方案中，所述裙座的裙座殼為圓筒形。
[0022]在上述技術方案中，所述裙座的蓋板為整塊結構。
[0023]本實用新型所具有的積極效果是:由于在半球形封頭外面設置了加強箍，且裙座殼的上端與加強箍焊接連接，因而與現有技術相比較，具有如下優點:1、圓筒與不等厚半球形封頭的連接部位應力集中系數小、受力合理，且消除了多層圓筒端部與半球形封頭的連接區域出現明顯的應力集中情況，提高了該部位的安全可靠性;2、消除了采用裙座支承時半球形封頭直接與裙座殼焊接連接的連接部位出現的附加彎曲應力，使得半球形封頭的承載能力不受影響；3、將裙座殼的上端與加強箍焊接連接，解決了采用裙座支承的帶加強箍的半球形封頭立式壓力容器殼體與裙座殼的連接結構問題，同時這種結構又避免了上面所述的半球形封頭直接與裙座殼焊接連接而出現的不良情況。
【附圖說明】
[0024]圖1是現有技術中的半球形封頭與裙座殼及圓筒之間的連接結構示意圖，圖中圓筒為單層結構；
[0025]圖2是現有技術中的半球形封頭與裙座殼及圓筒之間的連接結構示意圖，圖中圓筒為多層結構；
[0026]圖3是本實用新型的軸向剖視示意圖；
[0027]圖4是本實用新型中半球形封頭的局部結構示意圖；
[0028]圖5是本實用新型中加強箍的局部結構示意圖；
[0029]圖6是本實用新型中加強雜的局部結構不意圖，圖中加強雜的下部具有凸肩I；
[0030]圖7是本實用新型中加強箍的局部結構示意圖，圖中加強箍的下部具有環形臺階；
[0031]圖8是圖3中I部的放大示意圖，圖中圓筒為多層結構；
[0032]圖9是圖3中I部的放大示意圖，圖中圓筒為多層結構，且半球形封頭端部的焊接坡口及加強箍上端的焊接坡口的形狀均為階梯狀；
[0033]圖10是圖8中的半球形封頭的局部結構示意圖；
[0034]圖11是圖9中的半球形封頭的局部結構示意圖；
[0035]圖12是圖8中的加強箍的局部結構示意圖；
[0036]圖13是圖9中的加強箍的局部結構示意圖；
[0037]圖14是圖3中Π部的放大示意圖，圖中圓筒為多層結構；
[0038]圖15是圖3中圓筒的上端為頂部封頭且頂部封頭與圓筒的上端焊接連接的結構示意圖；
[0039]圖16是圖15中ΙΠ部的放大示意圖，圖中圓筒為多層結構。
【具體實施方式】
[0040]以下結合附圖以及給出的實施例，對本實用新型作進一步的說明。
[0041]如圖1?16所示，一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，具有裙座1、半球形封頭2、加強箍3和圓筒4，所述圓筒4的上端與頂部封頭10焊接連接或者所述圓筒4的上端具有端部法蘭5且端部法蘭5的上部裝有頂部端蓋6及密封元件9，所述裙座I包括基礎環1-1、筋板1-2、蓋板1-3和裙座殼1-4，所述裙座殼1-4的下部與基礎環1-1、筋板1-2和蓋板1-3焊接連接，所述加強箍3套在半球形封頭2的外周，且加強箍3的內周與半球形封頭2的外周相配合，所述圓筒4的下端與半球形封頭2的端部及加強箍3的上端焊接連接，所述裙座殼1-4的上端與加強箍3焊接連接。
[0042]如圖6所示，所述加強箍3的下部具有環形凸肩13-4，所述裙座殼1-4的上端與所述加強箍3的環形凸肩13-4對接焊接連接。
[0043]如圖7所示，所述加強箍3的下部具有環形臺階3-5，所述裙座殼1-4的上端套到所述加強箍3的環形臺階3-5上并與加強箍3焊接連接。
[0044]如圖8、9所示，所述圓筒4為多層圓筒，包括內筒4-1及若干層層板4-2，所述半球形封頭2的端部具有環形凸肩Π 2-4，所述內筒4-1的下端與半球形封頭2的環形凸肩Π 2-4對接焊接連接，所述層板4-2的下端依次與半球形封頭2端部的焊接坡口 12-3及加強箍3上端的焊接坡口 Π 3-3焊接連接。
[0045]如圖9所示，所述半球形封頭2端部的焊接坡口12-3及加強箍3上端的焊接坡口 Π3-3的形狀均為階梯狀，且每個階梯的徑向寬度與所述層板4-2的厚度相對應，每層層板4-2從內到外依次與各個階梯相配并與對應的半球形封頭2或加強箍3焊接連接。
[0046]如圖3所示，所述密封元件9為強制式密封墊片或自緊式密封墊片或半自緊式密封墊片(具體見HG/T 20582 — 2011《鋼制化工容器強度計算規定》第13章第13.1.2條，《高壓容器》化學工業出版社2003年I月第I版第99頁右欄)。當然，所述密封元件9也可以為無墊片焊接密封元件(具體見HG/T 20582 — 2011《鋼制化工容器強度計算規定》第11章，《壓力容器設計指導手冊》下冊云南科技出版社2006年8月第I版第255?260頁)。
[0047]如圖6、7所示，所述裙座I的裙座殼1-4為圓錐形，且圓錐形裙座殼1-4的半錐頂角α為:0° <α<20°。當然，所述裙座I的裙座殼1-4也可以為圓筒形。
[0048]如圖3所示，所述裙座I的蓋板1-3為整塊結構。
[0049]本實用新型實施時，根據圖4、5、10、11、12、13所示，在半球形封頭2及加強箍3上加工出相應的焊接坡口，焊接坡口的形狀及尺寸可以按照GB 150.3 — 2011標準中“附錄D焊接接頭結構”或者焊接要求確定。
[0050]本實用新型實施時，為了使加強箍3的內周與半球形封頭2的外周相配合，可以在加強箍3的內周加工出圓柱面3-1和圓錐面3-2，在半球形封頭2的外周加工出圓柱面2-1和圓錐面2-2，加強箍3內周的圓柱面3-1、圓錐面3-2分別與半球形封頭2外周的圓柱面2-1、圓錐面2-2相配合。
[0051]本實用新型實施時，對于圖3所示圓筒4的上端具有端部法蘭5且端部法蘭5的上部裝有頂部端蓋6及密封元件9的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，可以先將加強箍3套在半球形封頭2的外周，使加強箍3的內周與半球形封頭2的外周相配合，然后將半球形封頭2以及加強箍3與圓筒4裝配成一體并焊接連接，在圓筒4的上端裝配端部法蘭5并焊接連接，在端部法蘭5的上部裝配頂部端蓋6及密封元件9，并用若干個螺柱7以及螺母8將頂部端蓋6壓緊在端部法蘭5上，具體螺柱7及螺母8的數量由容器內介質的壓力載荷確定，頂部端蓋6可以是平蓋也可以是凸形蓋。(注:在GB 150.3 — 2011標準中，“端部法蘭”被稱為“筒體端部”。)然后裝配裙座殼1-4并將裙座殼1-4與加強箍3焊接連接，在裙座殼1-4的下端裝配并焊接基礎環1_1、筋板1_2和蓋板1_3。
[0052]本實用新型實施時，對于圖12所示圓筒4的上端與頂部封頭10焊接連接的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，按照上述方法將半球形封頭2以及加強箍3與圓筒4裝配成一體并焊接連接后，在圓筒4的上端裝配頂部封頭10并焊接連接。然后裝配裙座殼1-4并將裙座殼1-4與加強箍3焊接連接，在裙座殼1-4的下端裝配并焊接基礎環1-1、筋板1-2和蓋板1_3 ο
[0053 ] 本實用新型實施時，對于圖8、9、14、16所示的圓筒4為多層圓筒，按照上述方法，先將內筒4-1的下端與半球形封頭2焊接連接，內筒4-1的上端與端部法蘭5或者頂部封頭10焊接連接，然后將層板4-2由內到外逐層包扎在內筒4-1的外表面上或內層層板4-2的外表面上，并在每層層板4-2包扎后焊接該層板4-2自身的縱向連接焊縫以及該層板4-2下端與半球形封頭2或加強箍3的連接焊縫，并焊接該層板4-2上端與端部法蘭5或者頂部封頭10之間的連接焊縫。當然，也可以將各層層板4-2先與內筒4-1包扎成一體組成多層圓筒4，然后將該多層圓筒4當作單層結構，按圖3所示將該多層圓筒4的下端與半球形封頭2以及加強箍3裝配并焊接，并將該多層圓筒4的上端與端部法蘭5或者頂部封頭10裝配并焊接。
[0054]對于圖11、圖13所示多層圓筒4與端部法蘭5或者頂部封頭10之間的連接結構，也可以采用圖9所示的階梯狀結構。
[0055]對于圖12、圖13所示圓筒4上端的頂部封頭10的壁厚可以與圓筒4等厚也可以不等厚。
【主權項】
1.一種裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，具有裙座(I)、半球形封頭(2)、加強箍(3)和圓筒(4)，所述圓筒(4)的上端與頂部封頭(10)焊接連接或者所述圓筒(4)的上端具有端部法蘭(5)且端部法蘭(5)的上部裝有頂部端蓋(6)及密封元件(9)，所述裙座(I)包括基礎環(1-1)、筋板(1-2)、蓋板(1-3)和裙座殼(1-4)，所述裙座殼(1-4)的下部與基礎環(1-1)、筋板(1-2)和蓋板(1-3)焊接連接，所述加強箍(3)套在半球形封頭(2)的外周，且加強箍(3)的內周與半球形封頭(2)的外周相配合，所述圓筒(4)的下端與半球形封頭(2)的端部及加強箍(3)的上端焊接連接，其特征在于:所述裙座殼(1-4)的上端與加強箍(3)焊接連接。2.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述加強箍(3)的下部具有環形凸肩1(3-4)，所述裙座殼(1-4)的上端與所述加強箍(3)的環形凸肩I(3-4)對接焊接連接。3.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述加強箍(3)的下部具有環形臺階(3-5)，所述裙座殼(1-4)的上端套到所述加強箍(3)的環形臺階(3-5)上并與加強箍(3)焊接連接。4.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述圓筒(4)為多層圓筒，包括內筒(4-1)及若干層層板(4-2)，所述半球形封頭(2)的端部具有環形凸肩Π (2-4)，所述內筒(4-1)的下端與半球形封頭(2)的環形凸肩Π (2-4)對接焊接連接，所述層板(4-2)的下端依次與半球形封頭(2)端部的焊接坡口 1(2-3)及加強箍(3)上端的焊接坡口 Π (3-3)焊接連接。5.根據權利要求4所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述半球形封頭(2)端部的焊接坡口 I (2-3)及加強箍(3)上端的焊接坡口 Π (3-3)的形狀均為階梯狀，且每個階梯的徑向寬度與所述層板(4-2)的厚度相對應，每層層板(4-2)從內到外依次與各個階梯相配并與對應的半球形封頭(2)或加強箍(3)焊接連接。6.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述密封元件(9)為強制式密封墊片或自緊式密封墊片或半自緊式密封墊片。7.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述密封元件(9)為無墊片焊接密封元件。8.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述裙座(I)的裙座殼(1-4)為圓錐形，且圓錐形裙座殼(1-4)的半錐頂角α為:0° <α^Ξ20°。9.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述裙座(I)的裙座殼(1-4)為圓筒形。10.根據權利要求1所述的裙座支承的半球形封頭立式壓力容器，其特征在于:所述裙座(I)的蓋板(1-3 )為整塊結構。
【文檔編號】F17C1/02GK205716401SQ201620575658
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】倪永良, 王海范, 崔琴
【申請人】江蘇省化工設備制造安裝有限公司