筒体的器壁在厚度方向是由两层或两层以上互不连续的材料构成。组合式筒体按结构和制造方式又可分为多层式和缠绕式两大类。
根据几何形状的不同,封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种,其中球形、椭圆形、碟形和球冠形封头又统称为凸形封头。
当容器组装后不需要开启时 (一般是容器中无内件或虽有内件但无需更换、检修的情况),封头可直接与筒体焊在一起,从而有效地保证密封、节省材料和减少加工制造的工作量。对于因检修或更换内件的原因而需要多次开启的容器,封头和筒体的连接应采用可拆式的,此时在封头和筒体之间就必须要有一个密封装置。
压力容器上需要有许多密封装置,如封头和筒体间的可拆式连接、容器接管与外管道间的可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等,压力容器能否正常、安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。
螺栓法兰连接 (简称法兰连接)是一种应用最广的密封装置,它的作用是通过螺栓连接,并通过拧紧螺栓使密封元件压紧而保证密封。法兰按其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰。
用于容器封头 (或顶盖)与筒体间,以及两筒体间连接的法兰叫容器法兰;用于管道连接的法兰叫管道法兰。在高压容器中,用于顶盖和筒体连接并与筒体焊在一起的容器法兰,又称为筒体端部。
由于工艺要求和检修的需要,常在压力容器的筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管,如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。
手孔和人孔是用来检查、装拆和洗涤容器内部的装置。手孔内径要使操作人员的手能自由地通过。因此,手孔的直径一般不应小于150mm。考虑到人的手臂长约650~700mm,所以直径大于1000mm 的容器就不宜再设手孔,而应改设人孔。
常见的人孔形状有圆形和椭圆形两种,为使操作人员能够自由出入,圆形人孔的直径至少应为400mm,椭圆形人孔的尺寸一般为350mm×450mm。
筒体或封头上开孔后,开孔部位的强度被削弱,并使该处的应力增大。这种削弱程度随开孔直径的增大而加大,因而容器上应尽量减少开孔的数量,尤其要避免开大孔。对容器上已开设的孔,还应进行开孔补强设计,以确保所需的强度。
压力容器靠支座支承并固定在基础上。圆筒形容器和球形容器的支座各不相同。随安装位置不同,圆筒形容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类,其中立式容器支座又有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种;而球形容器多采用柱式或裙式支座。
由于压力容器的使用特点及其内部介质的化学工艺特性,往往需要在容器上设置一些安 全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数,以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
压力容器的安全附件主要有安全阀、爆破片装置、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。
上述六大部件 (筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件)即构成了一台压力容器的外壳。对于储存用的容器,这一外壳即为容器本身;对于用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器,则须在外壳内装入工艺所要求的内件,才能构成一个完整的产品。
压力容器零部件间的焊接
上面介绍了压力容器外壳的六大组成部件,而各部件间的连接大多需要经过焊接,因而对焊接进行质量控制是整个容器质量体系中极为重要的一环。虽然焊接质量控制还涉及许多焊接工艺过程问题,但设计环节的主要任务是焊接结构设计和确定无损检测方法、比例及要求。
焊接结构设计涉及接头的形式 (如对接、搭接、角接)、接头的坡口形式、几何尺寸等。由于压力容器的特殊性,可以说它对焊接质量的要求是所有焊接设备中要求最高的一种。因此,压力容器设计工程师必须懂得容器中的焊接结构设计的特点及对焊接质量进行检验的基本要求。