关于夹套容器设计的探讨

关于夹套容器设计的探讨

摘要：夹套容器是将作为一个完整压力室的夹套连接在容器筒体、封头外部形成的多腔压力容器。使用夹套的目的一般是加热或冷却容器及其内部介质，也可作为容器的密封绝热室。它在石油、天然气、化工装置上得到广泛应用。本文对夹套容器的设计进行了深入探讨。

关键词：夹套容器；设计要点；压力试验

1夹套容器型式与结构

1.1型式

夹套容器按夹套容器的程度分为：全夹套容器即容器筒体与上下封头全部带有夹套；局部夹套容器即容器筒体上下封头局部带有夹套。

1.2结构

夹套容器的结构较简单，由容器和夹套两大部分组成。它的夹套安装在容器的外部，夹套与容器壁之间形成密封的压力空间，载热体(力口热介质)或载冷体(冷却介质)在此压力空间通过容器壁加热或冷却容器内的物质。不同型式的夹套由不同的受压元件构成，一般包含夹套筒体、夹套与容器间

的封闭件以及椭圆形或锥形夹套封头3个受压元件。但通道式夹套则是由钢管构成，没有夹套筒体。

夹套封闭件有圆形、平环形、锥形及角钢形4种结构形式，通常推荐采用锥形和平环形封闭件，而这2种结构又有多种形式。例如，锥型封闭件锥角a又可分为30°或45°，锥封闭件可作成与夹套简体有一圆弧过渡的整体制件，也可作成与夹套焊接。显然，有圆弧过渡的锥形封闭件比无圆弧过渡的锥形封闭件适用范围广，前者可用于a≤60°的圆柱形夹套和u形夹套，而后者仅用于a≤30°的圆柱形夹套。

2结构设计要点

夹套容器的最大检查孔不应超过50mm。为防止容器进口处外壁受到夹套蒸气或其他介质的冲蚀，应在容器外壁正对夹套介质入口处设置防冲板，并将其焊接于容器外壁上。由于容器和夹套间的空间距离一般约50mm，故不宜设置人口挡板。

当容器内为极度或高度危害介质时，对容器焊缝和连接夹套的焊缝应做100％射线检查，且应进行焊后热处理。

笔者设计的夹套容器常采用带圆弧过渡的锥形封闭件，锥角a一般取45°，当厚度δ=6～10mm时，过渡部分圆弧半径一般取30～40mm。设计中很少采用平环形封闭件和圆

环形封闭件。为了减少夹套封闭件的制造难度，也可在容器简体与夹套筒体间采用法兰连接。

3设计计算

从夹套容器的结构可以知道，夹套容器的设计计算一般应当包含容器筒体及封头、夹套筒体及封头(如果有夹套封头)以及夹套封闭件等受压元件的计算。

3.1设计数据选取

3.1.1设计压力

计算带夹套部分的容器时，应考虑在正常操作情况下可能出现的内外压力差。在确定夹套容器带夹套部分的设计压力时应考虑3个设计压力，即容器内设计压力、夹套设计压力及根据容器受到的内外设计压力差定出的设计压力。容器内设计压力和夹套设计压力很明确且易确定，关键是容器受到的内外设计压力差应如何考虑。笔者认为，在正常操作情况下，若容器内外设计压力始终同时存在，则内外设计压力差可能有3种情况：

当p1>p2时：

△p=p1－p2>0(1)

当p1=p2时：

△p=p1－p2=0(2)

当P10，p2>0。

一般情况下，夹套容器p1、p2均大于0时，式(1)和式(2)所表示的情况对于设计计算一般都不会起作用，因为按这两种情况计算确定的容器壁厚都小于按p1计算确定的容器壁厚。式(3)表示按外压计算确定容器壁厚，这时容器壁厚按内压p1和设计压力差△p公式分别计算后取二者中之大值。

如果容器设计压力p1和夹套设计压力p2在某些情况下不能同时存在，则设计计算时应按照p1=0考虑，这时容器受到外压p2的作用，按外压计算确定容器壁厚。但是对于容器内直径较大或夹套设计压力p2较大的情况，则一般不按照p=0时的情况来计算，因为这样设计将会使容器壁较厚，增大钢材耗费量和投资，此时应在设计图样中要求，在任何情况下均保持一定内外压差容器的壁厚应按此压差进行计算。当p2=0时，按内压容器计算。

3.1.2设计温度

在确定夹套容器的容器设计温度时，一定要注意其设计温度是指在容器内设计压力为P1，夹套内设计压力P2或两者压力差△P分别作用时，容器可能达到的最高温度，即以其相应的三种设计压力情况。确定其最高设计温度。

3.1.3腐蚀裕量

对于夹套容器腐蚀裕量的选取，除应遵守有关设计规范

外还应注意以下两点：①夹套包容的容器筒体和封头应按双面腐蚀选取腐蚀裕量。②由于容器外壁与夹套内壁接触的是同一介质，受到的情况基本相同，因此，当容器和夹套为同一钢号时，容器外壁和夹套内壁所取的腐蚀数值应相同，在有的夹套设计图样中往往会忽视这一点。

3.2筒体及封头计算

根据容器在结构上被夹套全部包容和部分包容的不同，容器简体、封头计算可分为以下2种类型：①容器筒体、封头被夹套全部包容。容器筒体、封头应分别按容器内设计压力和内外设计压力差进行计算，其壁厚按计算结果中之大者取值。②容器简体被夹套部分包容。对于容器未被包容部分，仅按容器内的设计压力计算确定其壁厚。对筒体被夹套包容的部分，则按类型①的方法确定其壁厚’这样计算出来的结果，简体很可能是变壁厚，上封头与下封头的壁厚也不相同，笔者认为，当容器筒体内直径不大，擘厚较薄，容器、夹套和筒体长度相差不大时，可以取成等壁厚，以减少材料规格并方便制造。

计算夹套筒体、封头时，首先根据容器的内直径确定夹套的内直径，一般按下列尺寸确定：当容器直径Dil