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如何从设计上降低压力容器的成本

浏览次数: 发布日期:2019-06-20 11:34

列管式换热器专业生产厂家无锡天骥化工2019年6月20日讯 压力容器是特种设备之一,其设计和制造实行国家强制许可制度,其安全可靠性和经济合理性是设计人员、制造厂以及用户都关心的问题,既要做到设备安全可靠、质量上乘,又要科学合理经济实用,使生产制造成本不断降低。现就设计方面进行分析叙述,就一些问题和有关技术人员探讨、交流,有不足之处请指正。

 

1 设计参数的确定及总体结构的确定

 

设计参数包括设计压力、设计温度,还包括换热面积、容积等内容,其总体结构关系到容器的直径、高度等内容。

 

设计压力:设计压力指设定的容器顶部最高压力,与相应的设计温度一起作为设计载荷条件,其值不低于工作压力。在确定设计压力时没有必要定得过高,如果设计压力过大,势必就会使容器的壳体及受压元件的壁厚增大,甚至提高材料的使用档次,这些都将提髙容器的成本。这就要求工艺人员或用户提供准确可靠的工作压力参数,这样才能根据工作压力确定出合理的设计压力。下表是直径<Φl500mm ,高1000mm的氢气缓冲罐(设计温度20℃,材料Q235-A,腐蚀裕量2mm)在不同设计压力下壳体的有关参数的比较。

 

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

这就要求设计人员对工艺也应该有一定的熟悉 程度,便于与工艺人员交流,确定出合的设计参数。

 

设计温度:设计温度指容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度,设计温度与设计压力一起作为设计载荷条件。设计温度逸取过高,就必须选用耐热性能较好的材料;如果设计温度选取过低,就 要用低温材料;而且随着温度的提高,同一种材料的 许用应力值将会降低,相应壳体的厚度就会增厚;这 样就会使设备成本提高,对材料的力学性能要求和水压试验要求也变得苛刻。因此,设计温度也必须根 据容器的实际工作温度确定。

 

就液氯蒸发器而言,设备内的液氣靠夹套内的 热水加热而气化。在确定夹套的设计温度时,应该了解氯气的性质,下表是氯气在不同温度下对应的蒸气压。  

 

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

由此可见,夹套温度过高,设备内的压力也相应 提高,氯蒸发器设计参数,选择如下:

 

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

介质的特性及腐蚀裕度:介质的特性包括具体 的化学成分及腐蚀性、所处的状态、毒性程度、易燃易爆性等。对于一般的奥氏体不锈柄,如介质中含有 一定的氯离子,就会引起应力腐蚀破裂。氯,气属于极度危害介质,对盛装氯气的容器,都提出了特殊要求:

 

①使用Q345R制造。

②必须对壳体用钢板逐张进行 超声波探伤检测。

③ A、B类焊接接头进行X射线探伤检测。

④进行整体热处理。

⑤进行气密性试验。

⑥对原材料进行复验。

 

另一种介质是氯乙烯,属易燃易爆气体,按 HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和 爆炸危险程度分类,属中度危害介质,对其密封性要求时按高度危害介质对待,故对充装氯乙烯的容器的设计中取消了整体热处理要求,而对其法兰耍求采用WN或SO结构,这样即降低了成本又满足要求。

 

容器的总体最佳结构尺寸:在进行容器设计时,首先需确定容器的直径、高度或长度等主体结构尺寸,这需要根据容器的处理能力来确定。例如在空间位置许可的情况下,相同的容积,其直径不同,则长度也会不同,根据不同的组合,确定一个材料消耗最小的最佳方案。

 

2合理的选材

 

正确合理的选材有助于降低成本,甚至制造周 期也会降低。

一般的低压工况条件且温度不太高的场合就选用Q235-B,如氢气阻火器、氢气缓冲罐、氢气喷淋塔等,就没有必要选择Q345R,当然,当压力较高时,就应比较利用Q235-B与Q345R时的厚度与重量的区别,若用Q345R较经济时就不应选择Q235-B。对于低温环境,可选用Q345R,如有些设备(如氢气阻火器)工作在60—一10℃就选用Q345R。

 

对设备法兰和管板而言,如果所需数量不多,应选用锻件材料,可避免因fl少而不易购买的缺陷, 如果需要的板材较多,容易购得,则选用板材加工,这样会降低成本。

 

对使用不锈钢材料的容器,如果其厚度较厚, 如沉析槽、VCM贮槽、单体计量槽等,应考虑使用不锈钢复合钢板制造,整体上会降低成本。

 

对氯气介质而言就必须选择Q345R。

 

对于氯乙烯装置中的尾气冷凝器,经过分析对 原有设备进行了改进,将换热管由Φ25*2.5的20#管材改为Φ32*3的16Mn管材,使用寿命大大增强。

 

三氯乙烯槽车主体材料采用碳钢,内表面采用热喷涂锌焊技术,成本降低了近三分之一。

 

3合理的结构设计

 

整体结构设计应考虑的问题

 

在容器设计时首先应确定设备的大致结构,这 关系到设备的制造和成本。

 

①有衬胶要求的设备, 比如氯乙烯装置中的混合器、氣化氢装置中的酸雾捕集器等设备,要考虑衬胶的可操作性,应加装人孔 或设备法兰,选用人孔要比选用设备法兰经济。

 

②对 大于Dg800的容器要加装人孔便于制造中探伤检 测。

 

③对带搅拌的设备而言,如搅拌轴采用不锈钢棒 料与不锈钢棒料和无缝钢管组合结构相比,后者要合理得多。比如PVC装置中的配剂釜。

 

④对于不锈钢容器,可采用薄壁不锈钢筒体与外壁碳钢加强结构。如PVC装置中的PVC成品贮斗就是采用壁厚为 4mm 的0Crl8Ni9做筒体,外面Q235-A角钢加强的结构,与全部用不锈钢比较成本降低了一倍。

 

⑤液氯蒸发器夹套不应将内筒体 的下封头包起来,这样不至于使容器底部温度太髙使富集在底部的NC13发生安全问题。

 

补强及接管的结构设计

 

列管式冷凝器,搅拌式反应釜,列管式换热器

 

开孔补强在容器设计中占有重要地位,有的容 器需要整体补强,有的需要补强圈补强、厚壁管补强,这就需要按实际需要考虑,比如涉及氣气的设备,一般考虑整体补强、和厚壁管补强。

 

对一些要有切向开孔的设备,其开孔补强计算 已经超出了传统理论计算的范畴,这一方面要求工艺人员尽量避免切向开孔,另一方面要求设计人员 提高常识技能,学习应力分析准则, 利用应力分析的方法,计算切向开孔的补强问题,降低容器成本。

 

压力容器的成本涉及到设计、制造、检验等各个环节,而且也涉及到工程技术人员对法规标准的掌握程度,对化工工艺的熟悉程度,对专业常识的掌握程度,所以压力容器的成本是一个系统工程。本文就笔者的体会做了总结,请同行给予指点。

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