化工机械高压容器筒体的制造研究

滕 菲，高 贺

（大连金州重型机器集团有限公司，辽宁大连 116100）

化工机械高压容器筒体的制造研究

滕 菲1，高 贺1

（大连金州重型机器集团有限公司，辽宁大连 116100）

目前，受到工业的发展影响与推动，我国的机械设备制造领域也实现了进一步的发展与进步，而高压容器作为其中一种非常关键的设备，无论是在化工还是在炼油等多个领域当中，都已经得到了非常广泛推广与应用，其种类较多，如甲醇合成塔、聚乙烯反应器等，在实践中，其操作压力高达10MPa以上，通常是大而壁厚的重型设备，对制造质量要求较高。因此，就针对化工机械高压容器筒体的制造研究进行简单分析，以供参考。

化工机械；高压容器筒体；制造

随着科学技术的发展，现代化工业水平在不断地提升，高压容器筒体制造在化工、石油等方面的应用越来越受到关注。在传统的化工机械高压容器筒体制造设计中，基于对容器安全性的考虑，设计者都会增加容器的壁厚，来增强容器的承压能力。但是这种传统的设计方法会加大对容器的研发投入和运输成本，并且依据现代设计原理也并不具有安全性。所以对化工机械高压容器筒体制造提升安全性降低成本已经成为设计者关注的问题。因此加强对化工机械高压容器筒体制造的研究具有现实意义，能够帮助我们更为深入的了解和掌握该项制造工艺。

1 高压容器筒体可靠性设计分析

就高压容器筒体常规设计标准来看，设计时需要充分考虑厚度因素，如计算厚度与厚度附加量。前者主要是指按照公式计算压力获得的厚度，而后者主要是钢材厚度负偏差及腐蚀欲量等构成。由于钢材在介质中的均匀腐蚀速率确定容器使用寿命。现阶段，原材料制造技术、过程装备制造技术等水平日趋提升，以材料力学性能等作为参数的容器可靠性设计得到了广泛关注。就当前实践研究来看，对于内压圆筒体可靠性设计多以弹性失效的中径公式作为对筒体极限来计算，最终确定筒壁的厚度。在筒体承受压力过程中，主要通过屈服和断裂两种失效方式表现自身承受能力。根据现阶段已有研究成果来看，实践环境当中，介质与环境对压力容器及管道的最大腐蚀深度与极大值分布相协调。在设备制造中，应用较为广泛的失效概率为10-5，成为领域可接受概率[1]。

2 化工机械高压容器筒体制造策略的实施

2.1单层卷焊式

就厚度方向而言，筒体壁厚主要是由单一整体材料构成，以此来避免介质对其内部产生的腐蚀性。就制造工艺而言，单层圆筒体可以单层卷焊式、整体锻造式等多种类型。其中第一种作为使用较为广泛的一种筒体型式，在制作中，主要是利用钢板在大型卷板机上卷成圆筒，然后将纵向缝隙进行焊接处理后形成筒节，并与封头或者端部法兰组装、焊接处理后形成容器。单层卷焊式高压容器的制造与中低压容器存在相似之处，上文已经提到了其制作过程。但是单层卷焊式高压容器整体厚度较大，在很大程度上提升了筒体的承压能力，且当前常用的材料为高强度低合金钢，当中蕴含的合金成分具有较强的裂纹敏感性特点，对此对焊接工艺要求较高，高超的焊接工艺能够提高设备制造质量[2]。

2.2整体锻造式

整体锻造式结构起源较早，具有较为深厚的应用基础，在具体应用过程中，需要将筒体与法兰整合到一起，或者采用螺纹将二者连接，由于不需要焊接技术，因此整个筒体不存在焊缝，节省了一道制造工序。分段焊接是焊接技术出现后的产物，利用焊接技术能够预先制成锻焊式筒体。由于整体锻造制造工艺的特殊性，能够更好地满足高压等容器需求，以此来满足生产需求。筒体制造时，应对钢坯进行穿孔处理，并进行加热处理，当达到一定温度时，将一个芯轴穿入其中，而后在水压机上按照需求锻造相应的筒体，最后进行内、外壁机械加工，容器顶部与底部需要与筒体一起锻造而成。或者采取机械手段实现对锻件的加工和处理。该类具有强度高等优势，究其根本在于钢锭中存在缺陷的位置已经被切割掉，提高了组织整体密实性[3]。

2.3多层包扎式

现阶段，多层包扎式高压容器应用范围较广，该类容器主要是选择厚度在12mm～25mm的优质钢板进行卷焊处理后，并借助射线检测及机械加工对焊缝进行相应的处理，然后将预先制成的厚度为6mm～12mm的瓦片覆盖到内筒上，最后通过钢丝点焊增强筒体稳固性，按照设计要求控制厚度，并进行细致化处理，对筒节包扎处理后，才借助相应的工具进行机械化加工，最终完成整个容器的制造。

2.4绕带式

绕带式高压容器筒体是在内筒外面以一定的预紧力缠绕数层钢带而制成。一般情况下，钢带主要包括两种形式，一种是槽型钢带；另一种是普通的扁平钢带。具体制造工艺如下。一方面，槽型方面。内筒厚度占据总厚度的25%。经过试验检测之后，应在其外表加工出三处螺纹槽，为后续制造做好铺垫，同时提高凹槽与凸槽的咬合度形成最佳螺旋形结构。当前，较为常用的钢带尺寸为79mm×8mm，且选择厚度为12mm～25mm的优质钢板制造而成。使用这种钢带，能够显著提升钢带与内筒之间的啮合度，增强筒体使用性能，适应更高压力环境的工作，同时促使绕带层具有更强的轴向力[4]。另一方面，扁平方面。这种结构主要是在原有内筒基础上，绕上数层扁平钢带制作而成。一般来说，内筒主要采用16mm～25mm厚度的低合金钢板，并借助卷焊技术，对钢板进行焊接，促使其形成筒状，并将不同的筒节连接到一起。内筒厚度同样控制在总厚度的25%，筒节的纵向缝隙应进行错开，且将缝隙之间的距离保持在200mm以上。环焊缝处理之初，应进行预热处理，当内筒焊接完成后，再采用砂轮将焊接位置进行抹平处理，提高机械设备制造质量，最终将其与封头连接到一起，经过无损检查后，缠绕上钢带，然后投入到使用当中。

2.5绕板式

绕板式容器是一种多层容器的具体类型，主要是由薄钢板绕卷后形成的筒节。绕板式容器是在原有筒体基础上发展而来，促使其具备多层包扎容器的多种特点，如制造难度低、安全性高等。加之筒节是预先烧制而成，与多层包扎容器比较来看，焊接工作量减少了且能够显著提升生产效率及质量。这种筒体由内筒、绕板及外筒3个部分构成，由内向外厚度呈现递减趋势，最终形成符合要求的筒体。

2.6热套式

将钢板进行捲制且将两层及其以上的圆筒与加热后的外筒套合到一起就是热套式制造过程。由于加热处理后，能够省筒节剩余盈应力，成为大型设备制造的关键。热套式高压容器需要的后壁主要是结合具体需求，并将其分为相近的圆筒，然后将外层筒加热处理后，最终形成筒体。上述制造工艺是目前化工机械高压容器筒体制造的主要工艺，在实践中取得了显著成效，可以结合实际要求，选择合适的制造工艺提供筒体制造水平[5]。

3 结语

总而言之，根据上文所述，筒体是高压容器的必不可少的一部分，其制造质量及效率直接决定化工生产效果。因此在具体制造过程中，应加强对筒体制造工艺的研究，结合实际需求，充分考虑筒体制造涉及的温度、压力等多项因素，并选择优质钢板，加强对制造前可靠性试验，不断提高筒体制造工艺，降低制造成本，从而推进我国化工、炼油等领域可持续发展。

[1] 刘子良.化工机械高压容器筒体的制造[J].中国石油和化工标准与质量，2012，（3）：58.

[2] 全黄河.大型高压容器双锥密封系统数值模拟研究[D].昆明理工大学，2010.

[3] 甄亮.整体多层夹紧式高压容器预应力研究[D].华南理工大学，2012.

[4] 徐长江.缩套式超高压容器的有限元及疲劳分析[D].吉林大学，2013.

[5] 李宇达.多层包扎式结构在高压容器中的应用[J].石油化工设备技术，2014，（2）：1-5.

Manufacturing Research Chemical Machinery Pressure Vessel Barrel

Teng Fei，Gao He

Currently，affected by industrial development and promotion，China's machinery and equipment manufacturing sectors to achieve further development and progress，and the pressure vessel as one of critical equipment，whether chemical or refi ning and other among areas，have been very widely promotion and application of the type more，such as methanol synthesis reactor，polyethylene reactors，in practice，the operating pressure of up to 10MPa or more，usually a large wall thickness of heavy equipment，manufacturing quality requirements higher.Therefore，this paper analyzes a simple chemical machinery manufacturing research for pressure vessel cylinder，for reference.

chemical machinery；pressure vessel cylinder；Manufacturing

TQ051.3

A

1003-6490（2016）01-0090-02

2016-01-24

滕菲（1987—），男，辽宁大连人，工程师，主要研究方向为压力容器焊接工艺、金属材料的焊接工艺评定。