壓力容器通常是由板、殼組合而成的焊接結(jié)構(gòu)。受壓元件中，圓柱形筒體、球罐 (或球形封頭)、橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭、錐形封頭和膨脹節(jié)所對(duì)應(yīng)的殼分別是圓柱殼、球殼、橢球殼、球冠+環(huán)殼、球冠、錐殼和環(huán)形板+環(huán)殼。
而平蓋 (或平封頭)、環(huán)形板、法蘭、管板等受壓元件分別對(duì)應(yīng)于圓平板、環(huán)形板 (外半徑與內(nèi)半徑之差大于10倍的板厚)、環(huán) (外半徑與內(nèi)半徑之差小于10倍的板厚)以及彈性基礎(chǔ)圓平板。
上述7種殼和4種板可以組合成各種壓力容器結(jié)構(gòu)形式，再加上密封元件、支座、安全附件等就構(gòu)成了一臺(tái)完整的壓力容器。圖1-1為一臺(tái)臥式壓力容器的總體結(jié)構(gòu)圖，下面結(jié)合該圖對(duì)壓力容器的基本組成作簡(jiǎn)單介紹。
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?筒體?
筒體的作用是提供工藝所需的承壓空間，是壓力容器最主要的受壓元件之一，其內(nèi)直徑和容積往往需由工藝計(jì)算確定。圓柱形筒體 (即圓筒)和球形筒體是工程中最常用的筒體結(jié)構(gòu)。
筒體直徑較小 (一般小于1000mm)時(shí)，圓筒可用無(wú)縫鋼管制作，此時(shí)筒體上沒(méi)有縱焊縫；直徑較大時(shí)，可用鋼板在卷板機(jī)上卷成圓筒或用鋼板在水壓機(jī)上壓制成兩個(gè)半圓筒，再用焊縫將兩者焊接在一起，形成整圓筒。由于該焊縫的方向和圓筒的縱向 (即軸向)平行，因此稱(chēng)為縱向焊縫，簡(jiǎn)稱(chēng)縱焊縫。
若容器的直徑不是很大，一般只有一條縱焊縫；隨著容器直徑的增大，由于鋼板幅面尺寸的限制，可能有兩條或兩條以上的縱焊縫。另外，長(zhǎng)度較短的容器可直接在一個(gè)圓筒的兩端連接封頭，構(gòu)成一個(gè)封閉的壓力空間，也就制成了一臺(tái)壓力容器外殼。
但當(dāng)容器較長(zhǎng)時(shí)，由于鋼板幅面尺寸的限制，就需要先用鋼板卷焊成若干段筒體 (某一段筒體稱(chēng)為一個(gè)筒節(jié))，再由兩個(gè)或兩個(gè)以上筒節(jié)組焊成所需長(zhǎng)度的筒體。筒節(jié)與筒節(jié) 之間、筒體與端部封頭之間的連接焊縫，由于其方向與筒體軸向垂直，因此稱(chēng)為環(huán)向焊縫，簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)焊縫。
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圓筒按其結(jié)構(gòu)可分為單層式和組合式兩大類(lèi)。
1 單層式筒體
筒體的器壁在厚度方向是由一整體材料所構(gòu)成，也就是器壁只有一層 (為防止內(nèi)部介質(zhì)腐蝕,襯上的防腐層不包括在內(nèi))。單層筒體按制造方式又可分為單層卷焊式、整體鍛造式、鍛焊式、非焊接瓶式等幾種。
其中單層卷焊式結(jié)構(gòu)是目前制造和使用最多的一種筒體形式，它采用鋼板在大型卷板機(jī)上卷成圓筒，經(jīng)焊接縱焊縫成為筒節(jié)，然后與封頭或端部法蘭組裝焊接成容器，圖1-1所示筒體即為單層卷焊式結(jié)構(gòu)。
而整體鍛造式結(jié)構(gòu)是最早采用的筒體形式，制造時(shí)筒體與法蘭可整鍛為一體或用螺紋連接，整個(gè)筒身沒(méi)有焊縫。焊接技術(shù)發(fā)展后出現(xiàn)了分段鍛造，然后焊接拼合成整體的鍛焊式筒體。
非焊接瓶式筒體主要有兩種制造方法：一種是由優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管通過(guò)兩端熱旋壓收口制成；另一種是鋼錠沖壓后再經(jīng)過(guò)熱旋壓收口。通常，整體鍛造式和鍛焊式筒體主要用于高壓和超高壓容器中，而非焊接瓶式筒體常用于制造非焊接大容積瓶式壓力容器。
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圖1-1壓力容器的總體結(jié)構(gòu)
整體鍛造式筒體的材料金相組織致密，強(qiáng)度高，因而質(zhì)量較好，特別適合于焊接性能較差的高強(qiáng)度鋼所制造的超高壓容器。但制造時(shí)需要非常大的冶煉、鍛壓和機(jī)加工設(shè)備，材料消耗量大，鋼材利用率低(僅為26%~29%)，機(jī)械加工量大，故一般只用于內(nèi)徑?300~ 800mm、長(zhǎng)度不超過(guò)12m 的小型超高壓容器,如聚乙烯反應(yīng)釜、人造水晶釜等。
2 組合式筒體
筒體的器壁在厚度方向是由兩層或兩層以上互不連續(xù)的材料構(gòu)成。組合式筒體按結(jié)構(gòu)和制造方式又可分為多層式和纏繞式兩大類(lèi)。
?封頭?
根據(jù)幾何形狀的不同，封頭可以分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中球形、橢圓形、碟形和球冠形封頭又統(tǒng)稱(chēng)為凸形封頭。
當(dāng)容器組裝后不需要開(kāi)啟時(shí) (一般是容器中無(wú)內(nèi)件或雖有內(nèi)件但無(wú)需更換、檢修的情況)，封頭可直接與筒體焊在一起，從而有效地保證密封、節(jié)省材料和減少加工制造的工作量。對(duì)于因檢修或更換內(nèi)件的原因而需要多次開(kāi)啟的容器，封頭和筒體的連接應(yīng)采用可拆式的，此時(shí)在封頭和筒體之間就必須要有一個(gè)密封裝置。
?密封裝置?
壓力容器上需要有許多密封裝置，如封頭和筒體間的可拆式連接、容器接管與外管道間的可拆連接以及人孔、手孔蓋的連接等，壓力容器能否正常、安全地運(yùn)行在很大程度上取決于密封裝置的可靠性。
螺栓法蘭連接 (簡(jiǎn)稱(chēng)法蘭連接)是一種應(yīng)用最廣的密封裝置，它的作用是通過(guò)螺栓連接，并通過(guò)擰緊螺栓使密封元件壓緊而保證密封。法蘭按其所連接的部件分為容器法蘭和管道法蘭。
用于容器封頭 (或頂蓋)與筒體間，以及兩筒體間連接的法蘭叫容器法蘭；用于管道連接的法蘭叫管道法蘭。在高壓容器中，用于頂蓋和筒體連接并與筒體焊在一起的容器法蘭，又稱(chēng)為筒體端部。
?開(kāi)孔與接管?
由于工藝要求和檢修的需要，常在壓力容器的筒體或封頭上開(kāi)設(shè)各種大小的孔或安裝接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進(jìn)出口接管以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測(cè)溫儀表等接管開(kāi)孔。
手孔和人孔是用來(lái)檢查、裝拆和洗滌容器內(nèi)部的裝置。手孔內(nèi)徑要使操作人員的手能自由地通過(guò)。因此，手孔的直徑一般不應(yīng)小于150mm。考慮到人的手臂長(zhǎng)約650~700mm，所以直徑大于1000mm 的容器就不宜再設(shè)手孔，而應(yīng)改設(shè)人孔。
常見(jiàn)的人孔形狀有圓形和橢圓形兩種，為使操作人員能夠自由出入，圓形人孔的直徑至少應(yīng)為400mm，橢圓形人孔的尺寸一般為350mm×450mm。
筒體或封頭上開(kāi)孔后，開(kāi)孔部位的強(qiáng)度被削弱，并使該處的應(yīng)力增大。這種削弱程度隨開(kāi)孔直徑的增大而加大，因而容器上應(yīng)盡量減少開(kāi)孔的數(shù)量，尤其要避免開(kāi)大孔。對(duì)容器上已開(kāi)設(shè)的孔，還應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以確保所需的強(qiáng)度。
?支座?
壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。圓筒形容器和球形容器的支座各不相同。隨安裝位置不同，圓筒形容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類(lèi)，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種；而球形容器多采用柱式或裙式支座。
?安全附件?
由于壓力容器的使用特點(diǎn)及其內(nèi)部介質(zhì)的化學(xué)工藝特性，往往需要在容器上設(shè)置一些安 全裝置和測(cè)量、控制儀表來(lái)監(jiān)控工作介質(zhì)的參數(shù)，以保證壓力容器的使用安全和工藝過(guò)程的正常進(jìn)行。
壓力容器的安全附件主要有安全閥、爆破片裝置、緊急切斷閥、安全聯(lián)鎖裝置、壓力表、液面計(jì)、測(cè)溫儀表等。
上述六大部件 (筒體、封頭、密封裝置、開(kāi)孔接管、支座及安全附件)即構(gòu)成了一臺(tái)壓力容器的外殼。對(duì)于儲(chǔ)存用的容器，這一外殼即為容器本身；對(duì)于用于化學(xué)反應(yīng)、傳熱、分離等工藝過(guò)程的容器，則須在外殼內(nèi)裝入工藝所要求的內(nèi)件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)品。
壓力容器零部件間的焊接
上面介紹了壓力容器外殼的六大組成部件，而各部件間的連接大多需要經(jīng)過(guò)焊接，因而對(duì)焊接進(jìn)行質(zhì)量控制是整個(gè)容器質(zhì)量體系中極為重要的一環(huán)。雖然焊接質(zhì)量控制還涉及許多焊接工藝過(guò)程問(wèn)題，但設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和確定無(wú)損檢測(cè)方法、比例及要求。
焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及接頭的形式 (如對(duì)接、搭接、角接)、接頭的坡口形式、幾何尺寸等。由于壓力容器的特殊性，可以說(shuō)它對(duì)焊接質(zhì)量的要求是所有焊接設(shè)備中要求最高的一種。因此，壓力容器設(shè)計(jì)工程師必須懂得容器中的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)的基本要求。
