一种采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器制造技术

一种采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器，具有下封头、圆筒、筒体端部、密封元件及端盖，所述筒体端部的端面上布置有内外两圈主螺栓，可以增加主螺栓的布置数量，减小主螺栓的直径，使筒体端部的内直径大于或等于φ1800mm的大直径高压容器能够采用直径较小的主螺栓，由内外两圈主螺栓共同承受容器的轴向载荷。主螺栓的直径减小后，降低了螺纹的加工难度，主螺栓的外螺纹及筒体端部上的内螺纹的加工精度有了保证，还降低了主螺栓与筒体端部上的螺纹孔装配的难度，装配方便，且不容易损坏螺纹，主螺母上紧比较方便，而且还降低了设备使用现场主螺栓拆装维护的难度，拆装维护容易，而且所用的拆装工具的轻便，便于现场施工操作。

【技术实现步骤摘要】
一种采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器
本技术涉及压力容器领域，具体涉及一种采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器。
技术介绍
压力容器按压力等级划分，设计压力p为10MPa≤p＜100MPa的压力容器属于高压容器（见TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》附录A中A3条“压力等级划分”）。随着生产技术的发展，高压容器的应用领域不断扩大，特别是在化工领域，所用的高压容器直径越来越大、设计压力越来越高。有的高压容器需要采用可拆式密封连接结构，以便在容器内装入或取出内件以及内部填充物（如催化剂、填料）。目前适用于大直径高压容器的技术成熟的密封连接结构主要是主螺栓连接结构。在主螺栓连接结构的高压容器中，由主螺栓承受容器的轴向载荷（包括容器内介质压力产生的轴向力以及压紧密封元件所需的预紧力）。对于主螺栓连接结构的高压容器，因为容器的直径越大，则容器的横截面积就越大，容器内介质压力作用在端盖上的轴向载荷就越大，另外，容器内介质的压力越高，容器的设计压力也越高（因为容器的设计压力不得小于介质的压力），端盖上的轴向载荷也越大。由于端盖的轴向载荷由主螺栓承受，所以容器的直径越大，容器的设计压力越高，需要主螺栓的总截面积就越大。高压容器上的主螺栓连接结构，由筒体端部、端盖、密封元件、主螺栓、主螺母等构成，所有的主螺栓周向一圈分布在筒体端部的端面上，筒体端部的端面上有螺纹孔，主螺栓的一端旋在螺纹孔内，筒体端部上装有端盖，筒体端部与端盖之间设有密封元件，主螺栓的外端装有主螺母，由主螺母和主螺栓将端盖固定在筒体端部上。当所需主螺栓的总截面积一定时，如果选用主螺栓的直径大，则所需主螺栓的数量就少；反之，选用主螺栓的直径小，则所需主螺栓的数量就多。虽然可以通过选用不同的主螺栓直径及数量来保证主螺栓的总截面积，但是，筒体端部端面上周向一圈分布的主螺栓的直径和数量不是任意取的，因为在筒体端部端面上，主螺栓中心位置距内侧密封元件外圆的径向尺寸以及距外侧筒体端部的外圆的径向尺寸，必须符合GB150.3-2011《压力容器第3部分：设计》第7.7节“筒体端部”中尺寸取值的规定，而且相邻两个主螺栓的周向间距也必须符合要求，即主螺栓的周向间距l与主螺栓直径dB的比值在2.0~2.5之间（见《高压容器设计》上海科学技术出版社1986年出版第176页）。所以，选取主螺栓的直径后，要根据所需主螺栓总截面积确定主螺栓的数量，按“筒体端部”的尺寸规定确定主螺栓中心圆直径，并计算主螺栓周向间距。如果周向间距太小，则不能装配主螺母或主螺母不能用工具上紧，表明所取的主螺栓直径太小，以至所需的主螺栓数量太多；如果周向间距太大，则会造成端盖上周向压紧力不均匀，影响密封元件的密封效果，表明所取的主螺栓直径太大，以至所需的主螺栓数量太少，而且所取的主螺栓直径太大，也会增加筒体端部及端盖的径向尺寸，使得结构不合理，浪费材料、增加成本。所以，主螺栓的直径既不能太小也不能太大。根据上述要求，当高压容器的内直径及容器的设计压力一定时，所需主螺栓的总截面积也是一定的，因为主螺栓的直径既不能太小也不能太大，所以根据几何关系，布置在筒体端部端面上的主螺栓直径及数量也将是一定的，具体主螺栓的直径及数量需要通过强度计算确定。所以，当高压容器的内直径很大或设计压力很高时，所需主螺栓的直径就要很大。根据GB150.3－2011《压力容器第3部分：设计》附录C“密封结构”规定，对于可拆式高压容器，如采用主螺栓连接的双锥密封结构，其适用范围是：容器的设计温度为0~400℃，设计压力为6.4~35MPa，容器的内直径（指筒体端部的封口内径，下同）为φ400~φ3200mm。[如果采用分析设计方法，容器的设计压力、内直径等不受上述范围限制，容器的设计压力最高为不大于100MPa（见JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》2005年确认版）。]在上述GB150.3－2011《压力容器第3部分：设计》标准规定的容器设计压力以及容器内直径范围内，假设高压容器的设计温度为200℃，主螺栓材质选用GB150.2－2011标准中强度级别最高的40CrNiMoA（在200℃时的许用应力为274MPa），那么，在大直径高压容器中：如果容器的内直径为φ3200mm，设计压力为35MPa，根据计算，需要选用主螺栓的直径为φ260mm，数量为22个，才能符合前面所述的“筒体端部”的尺寸规定以及主螺栓周向间距的要求，即使容器的设计压力降到20MPa，也需要选用主螺栓的直径为φ180mm，数量为28个，才能符合“筒体端部”的尺寸规定以及主螺栓周向间距的要求。如果容器的内直径为φ2000mm，设计压力为35MPa，经过计算，需要选用主螺栓的直径为φ180mm，数量为20个，才能符合“筒体端部”的尺寸规定以及主螺栓周向间距的要求。如果容器的内直径为φ1800mm，设计压力为35MPa，经过计算，需要选用主螺栓的直径为φ160mm，数量为20个，才能符合“筒体端部”的尺寸规定以及主螺栓周向间距的要求。如果设计温度为300℃，则主螺栓的许用应力为257MPa，经过计算，需要选用主螺栓的直径为φ180mm，数量为18个，才能符合“筒体端部”的尺寸规定以及主螺栓周向间距的要求。[主螺栓的直径在φ140mm以上时，一般采用φ160mm、φ180mm、φ200mm等直径规格。]由上述计算可知，当主螺栓连接结构的高压容器的内直径大于或等于φ1800mm时，所需的主螺栓直径就有可能超过φ160mm，而需要采用直径大于或等于φ180mm的主螺栓。上述计算中所取的主螺栓的许用应力274MPa（设计温度为200℃）或者257MPa（设计温度为300℃），是主螺栓直径不大于φ140mm时的许用应力。但是，主螺栓的直径大于φ100mm时，许用应力是随着直径的增大而逐渐下降的（见GB150.2－2011标准中表12），这是由于金属材料内部的晶粒组织性能会随着材料直径的增大而下降的缘故，所以相同材质金属材料的强度，直径大的要比直径小的低。由此可知，上述计算示例中直径大于φ140mm的主螺栓，其许用应力应该小于274MPa，这样所需的主螺栓总截面积比上述计算的结果还要大，主螺栓的直径也要大于上述计算中得到的直径。现行的压力容器设计规范，可以选用的主螺栓最大直径为φ140mm（见GB150.2－2011标准中表12），但在主螺栓的材料质量有保证的前提下，可以采用直径为φ160mm）的主螺栓，但必须有确切的技术性能参数（在与GB150-2011《压力容器》标准配套的SW6设计软件中，可以选取M160规格的主螺栓，但需要提供螺栓材料的力学性能）。当然，所设计的主螺栓连接结构的大直径高压容器，如果所取的主螺栓直径必须超过φ160mm，不能正常设计时，可以按照规定，在办理相关报批手续后，采用应力分析等其他方法进行设计，主螺栓材质经过严格控制，采取措施后，可以用于直径超过φ160mm的主螺栓。现有的主螺栓连接结构的高压容器，将主螺栓周向一圈分布在筒体端部的端面上，因为容器的内直径越大，容器的设计压力越高，主螺栓所承受的载荷就越大，选用的主螺栓直径也越大，所以大直径高压容器筒体端部上的主螺栓直径就要很大。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器，具有下封头（1）、圆筒（2）、筒体端部（3）、端盖（5），筒体端部（3）与端盖（5）之间设有密封元件（4），其特征在于：所述筒体端部（3）的内直径

【技术特征摘要】
1.一种采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器，具有下封头（1）、圆筒（2）、筒体端部（3）、端盖（5），筒体端部（3）与端盖（5）之间设有密封元件（4），其特征在于：所述筒体端部（3）的内直径D大于或等于φ1800mm，所述筒体端部（3）的端面（3-1）上具有若干个周向分布的外圈螺纹孔（3-2）和若干个周向分布的内圈螺纹孔（3-3），所述端盖（5）上具有若干个外圈螺栓孔（5-2）和若干个内圈螺栓孔（5-3），所述端盖（5）上的外圈螺栓孔（5-2）和内圈螺栓孔（5-3）的数量及位置分别与筒体端部（3）的端面（3-1）上的外圈螺纹孔（3-2）和内圈螺纹孔（3-3）的数量及位置相互对应，所述筒体端部（3）上的外圈螺纹孔（3-2）内装有外圈主螺栓（7），内圈螺纹孔（3-3）内装有内圈主螺栓（9），所述外圈主螺栓（7）穿过端盖（5）上的外圈螺栓孔（5-2），所述内圈主螺栓（9）穿过端盖（5）上的内圈螺栓孔（5-3），所述外圈主螺栓（7）的外端装有外圈主螺母（6），所述内圈主螺栓（9）的外端装有内圈主螺母（8），所述外圈主螺母（6）和外圈主螺栓（7）以及内圈主螺母（8）和内圈主螺栓（9）共同将所述端盖（5）固定在筒体端部（3）上。2.根据权利要求1所述的采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器，其特征在于：所述筒体端部（3）上的外圈螺纹孔（3-2）和内圈螺纹孔（3-3）的数量相等，且各为24~60个。3.根据权利要求1所述的采用筒体端部与主螺栓连接结构的大直径高压容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪永良，王海范，崔琴，
申请(专利权)人：江苏省化工设备制造安装有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32