快速开关盖式压力容器 (一 3浙江大学化工机械研究所郑津洋快速开关盖式压力容器 (以下简称快开式压力容器是指将盖旋转某一角度或锁紧件移动一定距离 , 就可完成启闭的压力容器。
由于不需要逐个拧紧或松开紧固螺栓 , 快开式压力容器的启闭时间很短 , 物料装卸相当方便 , 因而在频繁间歇操作场合获得广泛应用。
快开式压力容器在密封结构、设计方法等方面有许多特殊的地方。
本文将专门研究和介绍这些特殊的结构和设计方法。
关键词压力容器设计结构快速开关盖1概述111应用领域快开式压力容器广泛地应用于化工、建材、食品、纺织、航天、医疗、造纸等工业领域。
例如医院和实验室的消毒锅、高压氧仓 ; 建材工业中硅酸盐制品的蒸压釜 ; 化工工业中橡胶制品的硫化罐 ; 食品工业中罐头制品的灭菌罐、食品高压杀菌釜 ; 建材工业中的木材干馏罐、枕木防腐罐 ; 纺织工业中的染色机、蒸煮罐等。
目前 , 大多数快开式压力容器属于中、低压容器。
工作压力一般在 018—614M Pa 之间 , 工作温度在 200℃左右。
但随着科学技术的发展 , 对高压甚至超高压快开式压力容器也提出了新的要求。
例如食品、香料、中草药中有效成分提取用的超临界二氧化碳萃取釜 ; 金属、陶瓷烧结用的等静压装置 ; 食品超高压杀菌装置 ; 深海探测锤试验和校正用的高压釜等等。
这些容器都要求在很短的时间内实现开启和关闭。
例如一台操作压力 100M Pa , 操作温度为 5— 35℃ , 容积为75L 的高压釜 , 要求开内径为 310mm 的大孔 , 盖子应能由一个人在 10m in 内开启和关闭且不需要修补密封面。
112基本要求3本课题得到浙江省科委的资助 , N o . 951221; 浙江大学化工机械研究所硕士生褚志斌参加了部分工作。
11211快开式压力容器的总体要求快开式压力容器的总体要求是 :(1 采用快速开关盖装置操作过程中加压时间较短 , 有的只有十几分钟 , 容器的启闭时间直接影响到生产效率 , 有时甚至是生产效率的决定性因素。
常见的带紧固螺栓密封结构 , 如平垫密封、双锥密封等 , 由于螺栓装拆困难 , 劳动强度大 , 装拆时间长 , 难以满足快开的要求。
因此 , 必须采用快速开关盖装置。
(2 抗疲劳性能好随着操作过程中升温升压、降温降压的周期性循环 , 快开式压力容器承受着交变载荷的作用 , 有可能在局部结构不连续处产生疲劳裂纹 , 甚至造成疲劳破坏。
为防止疲劳破坏 , 一方面应对单层筒体实施先漏后爆设计或选用无深厚焊接接头的筒体 , 如扁平钢带倾角错绕式筒体、焊接接头错开式多层包扎筒体 ; 另一方面应尽量减少局部结构不连续 , 采用全熔透的焊接接头 , 并使局部结构不连续处圆滑过渡。
(3 物料装卸方便每次操作后 , 需将成品或残渣从快开式压力容器中取出 , 再将原料装入 , 物料装卸速度对生产效率也有很大的影响。
因此 , 应探讨科学合理的物料装卸方法。
(4 设置安全联锁装置03快速开关盖式压力容器 (一频繁开关盖是快开式压力容器的使用特点。
在容器卸压未尽前或带压下人为打开 , 以及端盖未完全闭合就升压 , 是快开式压力容器爆炸的主要原因之一。
因此 , 快开式压力容器应设置能控制端盖开闭动作的安全联锁装置 , 使之在端盖未完全闭合之前 , 容器内不能增压 ; 在容器内压力未完全泄放时 , 锁紧装置不能松开。
这样容器本身就具备防止误操作造成事故的能力。
11212快开端盖的基本要求我国的快开式压力容器基本上是引进国外设备后仿制的。
因其用途不同、名称不一 , 加之国内行业体系的封闭性 , 设计时长期套用 , 至今还没有设计规范标准。
随着快开式压力容器使用数量的增加 , 由于设计、选材、制造和安全等方面的原因所造成的事故也接连发生 , 给人民生命和财产造成了重大损失。
如 :1982年 10月 29日 , 北京某砖厂蒸压釜爆炸 , 伤亡 16人 ; 1983年 4月 28日 , 江苏某厂消毒锅爆炸 , 伤亡 7人 ; 1986年 1月 3日 , 四川某橡胶厂硫化罐爆炸 , 伤亡10人。
为此 , 劳动部颁布了《快开端盖式压力容器安全管理规定》 , 对快开端盖提出了基本要求。
(1 端盖和锁紧件端盖和锁紧件应满足以下要求 :1 锁紧件 (含定位指示针的布置 , 应做到用目测能够判断锁紧件是否完好处于闭合位置。
2 有多个锁紧件的端盖 , 应设计加工成能使各个锁紧件受力均匀 , 且单个锁紧件损坏不会导致其他锁紧件的开启或损坏。
3 对于锁紧件多于 3个的端盖 , 在设计锁紧件载荷时 , 考虑到因结构刚性、加工、组装精度等原因 , 锁紧件所受力的不均匀性 , 应将按实际情况从理论推导而得出的载荷再增加 20%以上。
4 锁紧件的结构及分布 , 应保证在接触面强度足够的前提下 , 综合考虑加工工艺等因素 , 尽量避免局部应力集中的存在 , 减少结构所致的应力集中。
5 齿啮式端盖法兰与啮合齿不得使用焊接结构。
6 快开端盖未全部打开前 , 应使得容器内的残余压力能使端盖微微提起或拨出 , 在端盖与密封垫间有足够间隙来泄放残余压力。
7 应充分考虑磨损或腐蚀引起的厚度减薄量。
(2 安全联锁装置和报警装置1 以手动以外方法开闭端盖的快开式压力容器 , 必须设置安全联锁装置 , 并达到 :①锁紧件未完全达到预定工作部位之前 , 容器内不能升压 ; ②容器内部压力完全释放之前 , 锁紧件不能松开。
从而避免在容器卸压未尽前或带压下打开端盖 , 以及在端盖未完全闭合前升压。
2 对于手动启闭端盖的快开式压力容器 , 应设置报警装置。
当锁紧件未完全闭合前加压 , 或容器内部尚有残余压力即松开锁紧件时 , 能够产生明显的报警信号。
3 排放管应与大气相通 , 且不得有妨碍介质流动的弯曲或断面收缩 , 并能防止堵塞。
排放口应在操作人员的视线范围内。
4 传感器及显示元件必须有足够的精度和重复使用的稳定性。
(3 其它表 1常用焊接用碳素铸钢化学成分 (%钢号化学成分不大于C Si M n S P残余元素总和碳当量 CE 不大于ZG2002400H ZG 2302400H ZG 2752485H 0120 0120012501500150015081121120104010401040104010401040130013001300130013001300130013001300115011501150105010501050180018001800138 0142 0146 13《化工装备技术》第 18卷第 1期 1997年表 2常用焊接用碳素铸钢的常温力学性能钢号公称厚度( 热处理状态抗拉强度( 屈服强度( 断后伸长率 (断面收缩率 (冲击功( ZG 2002400H ≤ 100退火或正火或正火加回火≥ 400≥ 200≥ 25≥ 40≥ 30ZG2302450H ≤ 100退火或正火或正火加回火≥ 450≥ 230≥ 22≥ 35≥ 25ZG 2752485H≤ 100退火或正火或正火加回火≥ 485≥ 275≥ 20≥ 35≥ 22表 3常用不锈耐酸铸钢化学成分 (%钢号CSiM nPSC r N iM oT iZG 1C r 130108~0115≤ 110≤ 016≤ 0104≤ 01031210~1410ZG 0C r 18N i 9≤ 0108≤ 11500180~2100≤ 0104≤ 01031710~20108100~11100ZG 00C r 18N i 10≤ 0103≤ 11500180~2100≤ 0104≤ 01031710~20108100~12100ZG 1C r 18N i 9T i≤ 0112≤ 11500180~2100≤ 0104≤ 01031710~20108100~11100≥5×(C -0102 ~0170 018900815008020000400317020080012005(-002 070018122008150 0802000040031601901101302003005(-002 070表 4常用不锈耐酸铸钢的常温力学性能钢号抗拉强度不小于 (M Pa 屈服强度不小于 (M Pa 断后伸长率不小于 (% 断面收缩率不小于(% 冲击功不小于 (J ZG 1C r 13550390205064ZG 0C r 18N i 9440195253278ZG 00C r 18N i 10390175253278ZG 1C r 18N i 9T i 44019525327801894401952532780181224902153030781 快开式压力容器应配备排水、疏水、排污装置 , 并应装有在操作区能见到的压力指示表。
2 快开式压力容器端盖与法兰、筒体与端部法兰的对接焊接接头应做100%射线透照检测 , 20%的表面无损检测。
若为角焊焊接接头 , 则应 100%表面无损检测。
113材料快开式压力容器可采用一般压力容器用材料。
端盖和端部法兰通常采用锻件。
为节省制造成本 , 对于设计压力不超过 1M Pa 的快开式压力容器 , 也可采用铸钢。
根据《压力容器安全技术监察规程》的规定 , 铸钢受压元件的强度设计许用应力为抗拉强度除以安全系数 410, 并采用不超过 019的铸造系数。
我国压力容器常用铸钢的化学成分和力学图 1卡箍联接结构1—顶盖 2—衬环 3—密封圈 4—卡箍 5—密封环6—筒体端部法兰 7—连接螺栓 8—螺母性能见表 1—表 4。
焊接用碳素铸钢中实际碳含23快速开关盖式压力容器 (一量比表 1中碳上限每减少 0101%, 允许实际锰含量超出表 1中锰含量上限0104%, 但 ZG 2002400H 不得大于 1100%, 其余二种铸钢不得大于 1120%。
碳当量的计算式为 CE (% =C +M n 6+(C r +M o +V 5+(N i +Cu 15。
2快速开关盖装置的结构快速开关盖装置的结构形式很多 , 但按其基本原理大致可分为卡箍式、齿啮式、压紧式、剖分环式和移动式五大类。
211卡箍式快开装置传统的卡箍联接结构如图 1所示。
卡箍内面有两个锥面分别与顶盖和筒体端部法兰的锥面相接触 , 承担由顶盖传递过来的轴向力。
通过逐个拧紧和松开连接螺栓实现容器的开关。
容器启闭时间仍较长 , 难以达到快开的要求。
下面介绍几种典型的卡箍式快速开关盖装置。
手摇式快速开关盖装置如图 2所示 , 它采用丝杆带动卡箍在托板上滑动。
丝杆上两段螺纹的旋向相反 , 分别与两部分卡箍上的螺母相联接。
当丝杆转动时 ,两部分卡箍沿相反方向在图 2手摇式快速开关盖装置1—上、下法兰 2—托板 3—螺母 4—卡环5—丝杆 6—手柄托板上滑动 , 从而使卡箍合拢或松开 , 达到快速开关盖的目的。