壓力容器及壓力管道知識(shí)培訓(xùn)材料之四

壓力容器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)

1壓力容器的基本構(gòu)成

壓力容器的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，它是根據(jù)容器的作用、工藝要求、加

工設(shè)備和制造方法等因素確定的。最常見的是圓筒形容器和球形容器。

容器的結(jié)構(gòu)是由承受壓力的殼體、連接體、密封元件和支座等主要部件組

成。止匕外，作為一種生產(chǎn)工藝設(shè)備，有些壓力容器，如用于化學(xué)反應(yīng)、傳熱、

分離等工藝過(guò)程的壓力容器，其殼體內(nèi)部還裝有工藝所要求的內(nèi)件。因?yàn)閮?nèi)件

不直接影響壓力容器強(qiáng)度，這里不作介紹。

一、殼體殼體是壓力容器最主要的組成部分，貯存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需

要的壓力空間，其形狀有圓筒形、球形、錐形和組合形等數(shù)種，但最常見的

是圓筒形和球形兩種。

1、圓筒形殼體。其形狀特點(diǎn)是軸對(duì)稱，圓筒體是一個(gè)平滑的曲面，應(yīng)力分布比

較均勻，承載能力較高，且易于制造，便于內(nèi)件的設(shè)置和裝卸，因而獲得廣泛的

應(yīng)用。圓筒形殼體由一個(gè)圓柱形筒體和兩端的封頭或端蓋組成。

⑴筒體。筒體直徑較小時(shí)（一般小于500mm）,可用無(wú)縫鋼管制作；直徑較大

時(shí)，可用鋼板在卷板機(jī)上先卷成圓筒，然后焊接而成。隨著容器直徑的增大，

鋼板需要拼接，因而筒體的縱焊縫增多。當(dāng)殼體較長(zhǎng)時(shí)，因受鋼板尺寸的限制，

需將兩個(gè)獲兩個(gè)以上的筒體（此時(shí)每個(gè)筒體稱為筒節(jié)）組成所需要長(zhǎng)度的筒體。

為便于成批生產(chǎn)，筒體的直徑的大小已標(biāo)準(zhǔn)化，。筒體的公稱直徑，對(duì)于焊接

筒體是指它的內(nèi)徑；而用無(wú)縫鋼管制作的筒體，公稱直徑則是指它的內(nèi)徑。

圓筒形筒體按其結(jié)構(gòu)又可分為整體式和組合式兩大類，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用

范圍見第二節(jié)。

⑵封頭與端蓋。凡與筒體焊接連接而不可拆的，稱為封頭與筒體以法蘭等

連接接而可拆的則稱為端蓋。根據(jù)兒何形狀不同，封頭可分為半球形、橢圓形、

碟形、有折邊錐形、無(wú)折邊錐形和平板形封頭（亦稱平蓋）等數(shù)種。對(duì)于組裝

后不再需要開啟的容器，如無(wú)內(nèi)件或雖有內(nèi)件而不需要更換、檢修的容器，封

頭和筒體采用焊接連接形式，能有效地保證密封，且節(jié)省鋼材和減少制造加工

量。對(duì)需要開啟的容器，封頭（端蓋）和筒體的連接應(yīng)采用可拆式的，此時(shí)在

封頭和筒體之間必須裝置密封件。

2、球形殼體。容器殼體呈球形，又稱球罐。其形狀特點(diǎn)是中心對(duì)稱，具有以下

優(yōu)點(diǎn)：受力均勻在相同的壁厚條件下，球形殼體的承載能力最高，即在相同的

內(nèi)壓下，球形所需要的壁厚最薄，僅為同直徑、同材料圓筒形殼體的1/2（不計(jì)

腐蝕裕度）；在相同容積條件下，球形殼體的表面積最小。如制造相同容積的容

器，球形的要比圓筒形的節(jié)約約30~40%的鋼材。此外，表面積小，對(duì)于用作需

要與周圍環(huán)境隔熱的容器，還可以節(jié)省隔熱材料或減少熱的傳導(dǎo)。所以，從受

力狀態(tài)和節(jié)約用材來(lái)說(shuō)，球形是壓力容器最理想的外形。但是，球形殼體也存

在某些不足：一是制造比較困難，工時(shí)成本較高，往往要采用冷壓或熱壓成形。

二是球形殼體用于反應(yīng)、傳質(zhì)或傳熱時(shí)，既不便于內(nèi)部安裝工藝內(nèi)件，也不便

于內(nèi)部相互作用的介質(zhì)的流動(dòng)。由于球形殼體存在上述不足，所以其使用受到

一定的限制，一般只用于中、低壓的貯裝容器，如液化石油氣貯罐、液氨貯罐

等。

其他形狀的殼體，如錐形殼體，因?yàn)橛玫幂^少，故不作介紹。

二、連接件壓力容器中的反應(yīng)、換熱、分離等容器，由于生產(chǎn)工藝和安

裝檢修的需要，封頭和筒體需采用可拆連接時(shí)就要使用連接件。此外，容器的

接管與外部管道連接也需要連接件。所以，連接件是容器及管道中起連接作用

的部件，一般均采用法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)。

法蘭通過(guò)螺栓起連接作用，并通過(guò)擰緊螺栓使墊片壓緊而保證密封。用于

管道連接合密封的法蘭叫管法蘭；用于容器端蓋和筒體連接后密封的法蘭叫容

器法蘭。在高壓容器中，用于端蓋與筒體連接，并和筒體焊在一起的容器法蘭

又稱筒體端部。容器法蘭按其結(jié)構(gòu)分為整體式、活套式和任意式三種。

三、密封元件是可拆連接結(jié)構(gòu)的容器中起密封作用的元件。它放在兩

個(gè)法蘭或封頭與筒體端部的接觸面之間，借助于螺栓等連接件的壓緊力而起密

封作用。根據(jù)所用材料不同，密封元件分為非金屬密封元件（如石棉橡膠板、

橡膠0形環(huán)、塑料墊、尼龍墊等）、金屬密封元件（如紫銅墊、不銹鋼墊、鋁

墊等）和組合式密封元件（如鐵皮包石棉墊、鋼絲纏繞石棉墊等）。按截面形狀

的不同可分為平墊片、三角形與八角形墊片、透鏡式墊片等。

不同的密封元件和不同的連接件相配合，就構(gòu)成了不同的密封結(jié)構(gòu)。用于壓

力容器的密封結(jié)構(gòu)主要有：平墊密封、雙錐密封、伍德密封、卡扎里密封、楔形

環(huán)密封、C形環(huán)密封、0形環(huán)密封、B形環(huán)密封等，是壓力容器的一個(gè)相當(dāng)重要

的組成部分。其完善與否不但影響到整個(gè)容器的結(jié)構(gòu)、重量和制造成本，而且關(guān)

系到容器投產(chǎn)后能否正常運(yùn)行。

四、管、開孔及其補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

1.接管。接管是壓力容器與介質(zhì)輸送管道或儀表、安全附件管道等進(jìn)行連接

的附件。常用的接管有三種型式，即螺紋短管、法蘭短管與平法蘭。

螺紋短管式接管是一段帶有內(nèi)螺紋或外螺紋的短管。短管插入并焊接在容

器的器壁上。短管螺紋用來(lái)與外部管件連接。這種型式的接管一般用于連接直

徑較小的管道，如接裝測(cè)量?jī)x表等。

法蘭短管式接管一端焊有管法蘭，一端插入并焊接在容器的器壁上。法蘭

用以與外部管件連接。這種型式的接管在容器外面的一段短管要求有一定的長(zhǎng)

度，以便短管與外部管件連接時(shí)能夠順利地穿進(jìn)螺栓和上緊螺帽，這段短管的

長(zhǎng)度?般不小于100毫米。當(dāng)容器外面有保溫層時(shí)，或接管靠近容器本體法蘭

安裝時(shí)，短管的長(zhǎng)度要求更長(zhǎng)一些。法蘭短管式多用于直徑稍大的接管。

平法蘭接管是法蘭短管式接管除掉了短管的一種特殊型式。它實(shí)際上就是

直接焊在容器開孔處的一個(gè)管法蘭。不過(guò)它的螺孔與一般管法蘭的孔不同，是

一種帶有內(nèi)螺紋的不穿透孔。這種接管與容器的連接有貼合式和插入式兩種型

式，貼合式接管有一面加工成圓柱狀（或球狀），使與容器的外壁貼合，并焊接

在容器開孔的外壁上，因而容器的孔可以開得小一些，但圓柱形的法蘭面加工

比較困難。插入式法蘭接管兩面都是平面，它插入到容器壁內(nèi)表面并進(jìn)行兩面

焊接。插入式接管加工比較簡(jiǎn)單，但不適宜用于容器內(nèi)裝有大直徑部件（如塔

板）的容器上。平法蘭式接管的優(yōu)點(diǎn)是它既可以作接口管與外部管件連接，又

可以作補(bǔ)強(qiáng)圈，對(duì)器壁的開孔起補(bǔ)強(qiáng)作用，容器開孔不需另外再補(bǔ)強(qiáng)，缺點(diǎn)是

裝在法蘭螺孔內(nèi)的螺栓容易被碰撞而折斷，而且一旦折斷后要取出來(lái)則相當(dāng)困

難。

2.開孔。為了便于檢查、清理容器的內(nèi)部，裝卸、修理工藝內(nèi)件及滿足工藝

的需要，一般壓力容器都開設(shè)有手孔和人孔。手孔的大小要使人的手能自由通

過(guò)，并考慮手上還可能握有裝拆工具和供安裝的零件。一般手孔的直徑不小于

150毫米。對(duì)于內(nèi)徑21000mm的容器，如不能利用其它可拆除裝置進(jìn)行內(nèi)部檢

驗(yàn)和清洗時(shí)，應(yīng)開設(shè)人孔，人孔的大小應(yīng)能使人能夠鉆入。手孔和人孔的尺寸

應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。手孔和人孔有圓形和橢圓形兩種。橢圓孔的的優(yōu)點(diǎn)是

容器壁上的開孔面積可以小一些，而且其短徑可以放在容器的軸向上，這就減

小了開孔對(duì)容器壁的削弱。對(duì)于立式圓筒形容器來(lái)講，橢圓形人孔也適宜人的

進(jìn)出。

手孔和人孔的封閉形式有內(nèi)閉式和外閉式兩種。內(nèi)閉式的人孔或手孔，孔

蓋放在孔壁里面，用兩個(gè)螺栓（手孔則為一個(gè)螺栓）把緊壓在孔外放置并支承

在孔邊的橫桿上（又稱壓馬）。這種型式多采用橢圓孔和帶有溝槽的孔蓋，因?yàn)?/p>

這樣便于放置墊片和安裝孔蓋。內(nèi)閉式人孔蓋板的安裝雖比較困難，但密封性

能較好，容器內(nèi)介質(zhì)的壓力可以幫助壓緊孔蓋，有自緊密封的效用。特別是它

可以防止因墊片等的失效而導(dǎo)致容器內(nèi)介質(zhì)的大量噴出，因而適用于工作介質(zhì)

為高溫或有毒氣體的容器。

外閉式手孔或人孔的結(jié)構(gòu)一般就是一個(gè)帶法蘭的短管和一個(gè)平板型蓋或稍

壓彎的不折邊的球形蓋，用螺栓或雙夾螺栓緊固，蓋上還焊有手柄。開啟次數(shù)

較多的人孔常采用較接的回轉(zhuǎn)蓋。這種裝置使用帶有較鏈的螺栓和帶有缺口螺

孔的法蘭，孔蓋用銷釘與短管錢接，擰松螺母翻轉(zhuǎn)螺栓后即可把整個(gè)孔蓋繞銷

釘翻轉(zhuǎn)，裝卸都較為方便，更適宜于裝在高處的人孔結(jié)構(gòu)。

3.開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。容器的筒體或封頭后，不但減小了容器的受力面積，而且

還因?yàn)殚_孔造成結(jié)構(gòu)不連續(xù)而引起應(yīng)力集中，使開孔邊緣處的應(yīng)力大大增加，

孔邊的最大應(yīng)力要比器壁上的平均應(yīng)力大兒倍，對(duì)容器的安全行為極為不利。

為了補(bǔ)償開孔處的薄弱部位，就需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)措施。開孔補(bǔ)強(qiáng)方法有整體補(bǔ)強(qiáng)和

局部補(bǔ)強(qiáng)兩種。前者采用增加容器整體壁厚的方式來(lái)提高承載能力，這顯然不

合理；后者則采用在孔邊增加補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)提高承載能力。容器上的開孔補(bǔ)強(qiáng)一

般均用局部補(bǔ)強(qiáng)法，其原理是等面積補(bǔ)強(qiáng)，即使補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，。

所增加的截面積2開孔所減少的截面積，局部補(bǔ)強(qiáng)常用的結(jié)構(gòu)有補(bǔ)強(qiáng)圈、厚壁

短管和整體鍛造補(bǔ)強(qiáng)等數(shù)種。

（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)是在開孔的邊緣焊一個(gè)加強(qiáng)圈，其材料與容器材料相

同，厚度一般也與容器的壁厚相同，其外徑約為孔徑的2倍。加強(qiáng)圈一般貼合

在容器外比壁上，與殼體及接管焊接在一起，圈上開一帶螺紋的小孔，備作補(bǔ)

強(qiáng)周圍焊縫的氣密性試驗(yàn)之用。

（2）厚壁短管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)是把與開孔連接的接管的一段管壁加厚，使這段接

管除了承受壓力所需的厚度外，還有很大一部分剩余厚度用來(lái)加強(qiáng)孔邊。厚壁

短管插入孔內(nèi)，并高出容器壁的內(nèi)表面，與容器內(nèi)外表面焊接。厚壁短管的壁

厚一般等于或稍大于器壁的厚度。插入長(zhǎng)度約為壁厚的3~5倍。這種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

補(bǔ)強(qiáng)效果較好，因?yàn)橛靡匝a(bǔ)強(qiáng)的金屬都集中在孔邊的局部應(yīng)力最大的區(qū)域內(nèi)，

而且制造容易，用料也省，因而被廣泛采用。特別是一些對(duì)應(yīng)力集中比較敏感

的低合金高強(qiáng)度鋼制造的容器，開孔補(bǔ)強(qiáng)更適宜用壁厚短管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。但這種

補(bǔ)強(qiáng)方式只適宜于開孔尺寸較小的容器。

（3）整體鍛造補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。近年來(lái)在球形容器制造中采用的結(jié)構(gòu)是先把開孔

與部分球殼鍛造成一個(gè)整體，再車制成形后與殼體進(jìn)行焊接。這種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)合

理，使焊縫避開了孔邊應(yīng)力集中的地方，因而受力情況較好。但制造困難，成

本較高，多用于高壓或某些重要的容器上。

上述三種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)均用于需開孔補(bǔ)強(qiáng)的容器，但容器上有些開孔是不需補(bǔ)

強(qiáng)的，這是因?yàn)槿萜髟谠O(shè)計(jì)時(shí)存在某些加強(qiáng)因素，如：考慮鋼板規(guī)格、焊縫系

數(shù)而使容器壁厚加厚，考慮接管的金屬在一定范圍內(nèi)也有加強(qiáng)作用等。所以開

孔較小削弱程度不大，孔邊應(yīng)力集中程度在允許范圍以內(nèi)時(shí)，開孔處可以不另

行補(bǔ)強(qiáng)。

五、支座支座對(duì)壓力容器起支承和固定作用。用于圓筒形容器的支座，

隨圓筒形容器安裝位置不同，有立式容器支座和臥式容器支座兩類。此外，還

有用于球形容器的支座。

2圓筒體結(jié)構(gòu)

一、整體式筒體整體式筒體結(jié)構(gòu)有單層卷焊、整體鍛造、鍛焊、鑄一鍛

一焊以及電渣重溶等五種結(jié)構(gòu)形式，茲分別介紹如下：

1、單層卷焊式筒體是用卷板機(jī)將鋼板卷成圓筒，然后焊上縱焊縫制成筒節(jié),

再將若干個(gè)筒節(jié)組焊成形成筒體，它與封頭或端蓋組成容器。這是應(yīng)用最廣泛

的一種容器結(jié)構(gòu)，具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)成熟，使用經(jīng)驗(yàn)豐富，理論較完善；

②制造工藝成熟，工藝流程較簡(jiǎn)，材料利用率高；

③便于利用調(diào)質(zhì)（淬火加回火）處理等熱處理方法，改善和提高材料的性

能；

’④開孔，接管及內(nèi)件的裝設(shè)容易處理；

⑤零件少，生產(chǎn)及管理方法均方便；

⑥使用溫度無(wú)限制，可作為熱容器及及低溫容器。

但是，單層卷焊式筒體也存在某些缺陷，一是其壁厚往往受到鋼材扎制和

卷制能力的限制，我國(guó)目前單層卷焊筒體的最大壁厚一般W120mm,二是規(guī)

格相同的壓力容器產(chǎn)品，單層卷焊筒體所用鋼板厚度最大，厚鋼板各向性能差

異大，且綜合性能也不如薄板和中厚板，因此產(chǎn)生脆性破壞的危險(xiǎn)性增大；三

是在壁厚方向上應(yīng)力分布不均勻，材料利用不夠合理。隨著冶金和壓力容器制

造技術(shù)的改進(jìn)，單層卷焊結(jié)構(gòu)的上述不足將逐步得到克服。

2、整體鍛造式筒體是最早采用且沿用至今的一種壓力容器筒體結(jié)構(gòu)形式：

在鋼坯上采用鉆孔或熱沖方法先開?個(gè)孔，加熱后在孔中穿一心軸，然后在壓

機(jī)上進(jìn)行鍛壓成形，最后再經(jīng)過(guò)切削加工制成，筒體的的頂、底部可和筒體一

起鍛出，也可分別鍛出后用螺紋連接在筒體上，是沒有焊縫的全鍛結(jié)構(gòu)。如容

器較長(zhǎng)，也可將筒體分幾節(jié)鍛出，中間用法蘭連接。

整體鍛造式筒體常用于超高壓等場(chǎng)合，它具有質(zhì)量好、使用溫度無(wú)限制的

優(yōu)點(diǎn)。因制造存在一些缺點(diǎn)，如制造時(shí)需要有鍛壓、切削加工和起重設(shè)備等一

套大型設(shè)備；材料利用率較低；在結(jié)構(gòu)上存在著與單層卷焊筒體相同的缺點(diǎn)。

因此，這種筒體結(jié)構(gòu)一般只用于內(nèi)徑為300~500mm的小型容器上。

3、鍛焊式筒體是在整體鍛造式筒體的基礎(chǔ)上，隨著焊接技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展

起來(lái)的，是由若干個(gè)鍛制的筒節(jié)和端部法蘭組焊而成，所以只有環(huán)焊縫而沒有

縱焊縫。與整體鍛造式相比，無(wú)需大型鍛造設(shè)備，故容器規(guī)格可以增大，保持

了整體鍛造式筒體材質(zhì)密實(shí)、質(zhì)量好、使用溫度沒有限制等主要優(yōu)點(diǎn)。因而常

用于直徑較大的化工高壓容器，且在核容器上也獲得了廣泛的應(yīng)用。

4、鑄一鍛一焊式筒體是隨著鑄造、鍛造技術(shù)的提高和焊接工藝的發(fā)展而出

現(xiàn)的一種新型的筒體。制造時(shí)根據(jù)容器的尺寸，在特制的鋼模中直接澆鑄成一

個(gè)空心八角形鑄錠，鋼模中心設(shè)有一活動(dòng)式激冷柱塞，在鋼水凝固過(guò)程中，可

以更換柱塞以控制激冷速度，使晶粒細(xì)化。澆鑄后切除冒口及兩端，超熱在壓

機(jī)上鍛造成筒節(jié)，經(jīng)加工和熱處理后組焊成容器。這種制造工藝可大大降低金

屬消耗量，但制造工藝復(fù)雜。

5、電渣重熔式筒體（或稱電渣焊成形筒體）是近年發(fā)展起來(lái)的一種制造過(guò)

程高度機(jī)械化、自動(dòng)化的筒體結(jié)構(gòu)形式。制造時(shí)，將一個(gè)很短的圓筒（稱為母

筒）夾在特制機(jī)床的卡盤上，利用電渣焊在母筒上連續(xù)不斷的堆焊直至所需長(zhǎng)

度。熔化的金屬形成一圈圈的螺圈條，經(jīng)過(guò)冷卻凝固而成為一體，其內(nèi)外表面

同時(shí)進(jìn)行切削加工，以獲得所要求的尺寸和光潔度。這種筒體的制造無(wú)需大型

工裝設(shè)備，工時(shí)少，造價(jià)低，器壁內(nèi)各部分的材質(zhì)比較均勻，無(wú)夾渣與分層等

缺陷。是一種很有前途的制造高壓容器的工藝。

二、組合式筒體結(jié)構(gòu)又可分為多層板式結(jié)構(gòu)和繞制式結(jié)構(gòu)兩大類。

1、多層板式筒體結(jié)構(gòu)包括多層包扎、多層熱套、多層繞板、螺旋包扎等數(shù)

種。這種筒體由數(shù)層或數(shù)十層緊密貼合的薄金屬板構(gòu)成，具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

一是可以通過(guò)制造工藝過(guò)程在層板間產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，使殼壁上的應(yīng)力沿壁厚分布

比較均勻，殼體材料可以得到比較充分的利用，所以壁厚可以稍?。欢钱?dāng)容

器介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)，可以采用耐腐蝕的合金鋼作為內(nèi)筒，而用碳鋼或其他強(qiáng)

度較高的低合金鋼作層板，能充分發(fā)揮不同材料的長(zhǎng)處，節(jié)省貴重金屬；三是

當(dāng)殼壁材料中存有裂紋等嚴(yán)重缺陷時(shí)，缺陷一般不易擴(kuò)散到其它各層；四是由

于使用的是薄板，具有較好的抗裂性能，所以脆性破壞的可能性較小；五是在

制造過(guò)程上不需要大型鍛壓設(shè)備。其缺點(diǎn)是：多層板厚壁筒體與鍛制的端部法

蘭或封頭的連接焊縫，常因兩連接件的熱傳導(dǎo)情況差別較大而產(chǎn)生焊接缺陷，

有時(shí)還會(huì)因此而發(fā)生脆斷。由于多層板筒體在結(jié)構(gòu)上和制造上都具有較多的優(yōu)

點(diǎn)，所以近年來(lái)制造的高壓容器，特別是大型高壓容器多采用這種結(jié)構(gòu)，而且

制造方法也在不斷發(fā)展?，F(xiàn)分述如下：

（1）多層包扎式是美國(guó)斯密思（A.O.Smith）公司于1931年首創(chuàng)的一種筒

體結(jié)構(gòu)型式，現(xiàn)已為許多國(guó)家采用，是一種目前使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗(yàn)

最為成熟的的組合式筒體結(jié)構(gòu)。其制造工藝是先用15~25mm的鋼板卷焊成內(nèi)

筒，然后再將672mm厚的層板壓卷成兩塊半圓形或三塊瓦片形，用鋼絲繩或

其它裝置扎緊并點(diǎn)焊固定在內(nèi)筒上，焊好縱縫并把其外表面修磨光滑，依此繼

續(xù)直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度為止。層板間的縱焊縫要相互錯(cuò)開一定角度，使其分布在

筒節(jié)圓周的不同方位上。此外，筒節(jié)上開有一個(gè)穿透各層層板（不包括內(nèi)筒）

的小孔（稱為信號(hào)孔、泄漏孔），用以及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)筒破裂泄漏，防止缺陷擴(kuò)大。

簡(jiǎn)體的端部法蘭過(guò)去多用鍛制，近年來(lái)也開始采用多層包扎焊接結(jié)構(gòu)。和其它

結(jié)構(gòu)型式相比，多層包扎式筒體生產(chǎn)周期長(zhǎng)、制造中手工操作量大。但這些不

足會(huì)隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷得到改善。

（2）多層熱套式筒體最早用于制造超高壓反應(yīng)容器和炮筒上。它是由幾個(gè)

用中等厚度（一般為20~50mm）的鋼板卷焊成的圓筒體套裝而成，每個(gè)外層筒

的內(nèi)徑均略小于由套入的內(nèi)層筒的外徑，將外層筒加熱膨脹后把內(nèi)層筒套入，

這樣將各層筒依次套入，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度為止。再將若干個(gè)筒節(jié)和端部法蘭

（端部法蘭可采用多層熱套結(jié)構(gòu)）組焊成筒體。早期制作這種筒體在設(shè)計(jì)中均

應(yīng)考慮套合預(yù)應(yīng)力因素，以確保層間的計(jì)算過(guò)盈量（筒外徑大于外筒內(nèi)徑的數(shù)

量），這就需要對(duì)每一層套合面進(jìn)行精密加工，增加了加工上的困難，近年來(lái)工

藝改進(jìn)后對(duì)過(guò)盈量的控制要求較寬，套合面只需進(jìn)行粗加工或噴砂（或噴丸）

處理而不經(jīng)機(jī)加工，大大簡(jiǎn)化了加工工藝。筒體組焊后進(jìn)行退火熱處理，以消

除套合應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。多層熱套式筒體兼有整體式和組合筒體兩者的優(yōu)

點(diǎn)，材料利用率高，制造方便，無(wú)需其它專門工藝裝備，發(fā)展應(yīng)用較快。當(dāng)然，

多層熱套式筒體也有弱點(diǎn)，因其層數(shù)較少，使用的是中厚板，所以在防脆斷能

力要差于多層包扎式。

（3）多層繞板式筒體是在多層包扎式的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。它由內(nèi)筒、繞

板層、楔形板和外筒四個(gè)部分組成。內(nèi)筒一般用10~40mm厚的鋼板卷焊而成;

繞板層則用厚3~5mm的成卷鋼板結(jié)構(gòu)，首先將成卷鋼板的端部焊在內(nèi)筒上，然

后用專用的繞板機(jī)床將繞板連續(xù)地纏繞在內(nèi)筒上，直至達(dá)到所需要的厚度為止。

起保護(hù)作用的外筒厚度一般為10~12mm,是兩塊半圓形殼體，用機(jī)械方法緊包

在繞板層外面，然后縱向焊接。由于繞板層是螺旋狀的，因此在繞板層與內(nèi)、

外筒之間均出現(xiàn)了一個(gè)底邊高于繞板厚度的三角形空隙區(qū)，為此在繞板層的始

端與末端都得事先焊上一段較長(zhǎng)的楔形板以填補(bǔ)空隙。故筒體只有外內(nèi)外筒有

縱焊縫，繞板層基本上沒有縱焊縫，省卻需逐層修磨縱焊縫的工作，其材料利

用率和生產(chǎn)自動(dòng)化程度均高于多層包扎式結(jié)構(gòu)。但受限于卷板寬度，筒節(jié)不能

做得很長(zhǎng)（目前最長(zhǎng)的為2.2米），且長(zhǎng)筒體的環(huán)焊縫較多。我國(guó)于1966年就

研制成多層繞板式容器，但由于受繞板機(jī)床能力和卷板寬度的制約，目前只能

繞制外徑為400~1000mm的筒節(jié)，且最大長(zhǎng)度僅為1600mm.

（4）螺旋包扎筒體是多層包扎式結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型。多層包扎式筒體的層板層

為中心圓，隨著半徑的增加，每層層板的展開程度不同，因此要求準(zhǔn)確下料以

保證裝配焊接間隙，這不僅費(fèi)時(shí)而且費(fèi)料“螺旋包扎式結(jié)構(gòu)則有所改進(jìn)，后者

采用楔形板和填補(bǔ)板作為包扎的第一層。楔形板一端厚度為層板厚度的兩倍，

然后逐漸減薄至層板厚度，這樣第一就形成一個(gè)與層板厚度相等的臺(tái)階，使以

后各層呈螺旋形逐層包扎。包扎至最后一?層，可用與第一層楔形板方向相反的

楔形板收尾，使整個(gè)筒節(jié)仍呈圓形。這種結(jié)構(gòu)比多層包扎式下料工作量要少，

并且材料利用率也有所提高。

2、繞制式筒體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)型式包括型槽繞帶式和扁平鋼帶式兩種。這

種筒體是由一個(gè)用鋼板卷焊而成的內(nèi)筒和在其外面纏繞的多層鋼帶構(gòu)成。它具

有多層板筒體的一些優(yōu)點(diǎn)，而且可以直接纏繞成所需長(zhǎng)度的簡(jiǎn)體，因而可以避

免多層板筒體那樣深而窄的環(huán)焊縫。

（1）型槽繞帶式筒體制造時(shí)先用18~50mm厚的鋼板卷焊一個(gè)內(nèi)筒并將內(nèi)

筒的外表面加工成可以與型鋼帶相互嚙合的溝槽，然后纏繞上數(shù)層型鋼帶至所

需厚度。鋼帶的始端和末端用焊接固定。由于型鋼帶的兩面都帶有凸凹槽，纏

繞時(shí)鋼帶層之間及其和內(nèi)筒之間均能互相嚙合，使筒體能承受一定的軸向力。

此外，在纏繞。時(shí)一面用電加熱鋼帶，一面拉緊鋼帶，并用輻子壓緊和定向，

纏繞后用空氣和水冷卻，使鋼帶收縮而對(duì)內(nèi)層產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。筒體的端部法蘭也

可以用同樣方法繞成，并將外表面加工成圓柱形，然后在其外面熱套上法蘭箍。

型鋼繞帶容器適用于大型高壓容器，此種結(jié)構(gòu)一般用于直徑600mm以上，

溫度350℃以下，壓力19.6MPa以上的工況。

（2）扁平鋼帶式筒體屬我國(guó)首創(chuàng)，其全稱應(yīng)為扁平鋼帶傾角錯(cuò)繞式筒體由

內(nèi)筒、饒帶層和筒體端部三部分組成。內(nèi)筒為單層卷焊，其厚度一般為筒體總

厚度的20~25%,筒體端部一般為鍛件，其上有30°錐面以便與鋼帶的末端相

焊。扁平鋼帶以傾角（鋼帶纏繞方向與筒體橫斷面之間的夾角，一般為26°~31

0）錯(cuò)繞的方向纏繞于內(nèi)筒上。這樣帶層不僅加強(qiáng)了筒體的周向強(qiáng)度，同時(shí)也

加強(qiáng)了軸向強(qiáng)度，克服了型槽繞帶式筒體軸向強(qiáng)度不足的弱點(diǎn)。相鄰層鋼帶交

替采用左、右旋螺紋方向纏繞，使筒體中產(chǎn)生附加扭矩的問(wèn)題得以消除，改善

了受力狀態(tài)。

該結(jié)構(gòu)適用于直徑NIOOOmm,壓力N31.36MPa,溫度N200c的工況條件。

壓力容器的筒體結(jié)構(gòu)還有套箍式、繞絲式等型式，使用較少，在此不一一

介紹了。

3封頭

封頭按形狀可以分為三類，即凸形封頭、錐形封頭和平板封頭。其中平板

封頭在過(guò)去制造的高壓容器上有所采用。但是，隨著高壓容器的大型化，用大

型鍛件加工制成的平板封頭就顯得特別笨重，因此近年來(lái)制造的高壓容器，特

別是大直徑的高壓容器很少采用了。平板封頭主要用作壓力容器人孔、手孔的

蓋板和高壓容器的端蓋。這里不再介紹。錐形封頭一般用于某些特殊用途的容

器，而凸形封頭在壓力容器中得到了廣泛的采用。

一、凸形封頭凸形封頭有半球形、碟形、橢圓形和無(wú)折邊球形封頭之分。

現(xiàn)介紹如下。

1、半球形封頭實(shí)際上就是一個(gè)半球體，直徑較小的半球形封頭可整體壓制

成形，而于直徑較大的則由于其深度太大，整體壓制困難，故采用數(shù)塊大小相

同的梯形球面板和頂部中心的一塊球面板（球冠）組焊而成。球冠的作用是把

梯形球面板之間的焊縫間隔開，以保持一定的距離，避免應(yīng)力集中。根據(jù)強(qiáng)度

計(jì)算，半球形封頭的壁厚都小于筒體壁厚，為了減少其連接處由于兒何形狀不

連續(xù)而產(chǎn)生的局部應(yīng)力，半球形封頭與筒體的連接有過(guò)渡段。

2、碟形封頭又稱作帶折邊的球形封頭，由半徑為Rc的球面，高度為L(zhǎng)的

圓筒形直邊，半徑為r的連接球面與直邊的過(guò)渡區(qū)三部分組成。過(guò)渡區(qū)的存在

使球面與圓筒體的連接由突然轉(zhuǎn)折變?yōu)槠交^(guò)渡，改善了連接處的受力狀況。

碟形封頭的深度h與Rc和r有關(guān)，h值的大小直接影響到封頭的制造難易和壁

厚的厚薄，小的h雖較易加工制造，但過(guò)渡區(qū)的r變小，形狀突變嚴(yán)重，因此

而產(chǎn)生的局部應(yīng)力導(dǎo)致封頭壁厚也隨之增大；反之h大些使r變大，形狀突變

平緩，因而產(chǎn)生的局部應(yīng)力與封頭壁厚隨之減小，但加工制造較困難。故《設(shè)

計(jì)規(guī)定》就合理選r和Rc作了如下規(guī)定：

（1）碟形封頭球面部分的內(nèi)直徑應(yīng)不大于封頭的內(nèi)直徑，通常取Rc=0.9DN;

（2）碟形封頭過(guò)渡區(qū)半徑應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的10%和封頭厚度的3倍；

（3）封頭壁厚（不包括壁厚附加量）應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%。

3、橢圓形封頭。系由半橢球體和圓筒體兩部分組成。高度為L(zhǎng)的圓筒部分

同碟形封頭的圓筒體類似，在于避免邊緣應(yīng)力疊加在封頭與筒體的連接環(huán)焊縫

±o由于封頭的曲率半徑是連續(xù)而均勻變化的，所以封頭上的應(yīng)力分布也是連

續(xù)而均勻變化的，受力狀態(tài)比碟形封頭好，但不如半球形封頭。

橢圓形封頭的深度h取決于橢圓形的長(zhǎng)短軸之比，即封頭的內(nèi)直徑與封頭

兩倍深度之比（DN/2h）；其比值越小，封頭深度越大，受力較好，需要的壁厚

也小，但加工制造困難；比值越大雖易于加工制造，但受力狀態(tài)變壞，需要的

壁厚增大。一-般DN/2h之值不大于2.6為宜，DN/2h=2的橢圓形封頭我們稱為

標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，是壓力容器中常用的一種封頭。否則為非標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。

4、無(wú)折邊球形封頭。無(wú)折邊球形封頭是一塊深度很小的球面體(球冠)，

實(shí)際上就是為了減小深度而將半球形封頭或碟形封頭的大部分除掉，只取其上

的球面體而成。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，深度淺，容易制造，成本也較低。但是它與筒體

的連接處存在明顯的形狀突變導(dǎo)致很高的局部應(yīng)力，這一應(yīng)力往往是封頭和筒

體正常部位應(yīng)力的好兒倍，故受力狀況不良。因此這種封頭一般只用于直徑較

小，壓力較低的容器上。為了保證封頭和筒體連接處不至遭到破壞，要求連接

處角焊縫采用全焊透結(jié)構(gòu)。

二、錐形封頭錐形封頭分為無(wú)折邊錐形封頭和折邊錐形封頭。

1、無(wú)折邊錐形封頭就是一段圓錐體，由于錐體與筒體直接連接，連接處殼

體形狀突變而不連續(xù)，產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，這一應(yīng)力的取決于錐體半頂角a

的大小，a越大，應(yīng)力越大；反之則小。《設(shè)計(jì)規(guī)定》對(duì)無(wú)折邊錐形封頭作了如

下三點(diǎn)限制：

(1)無(wú)折邊錐形封頭只適用于錐體半頂角aW30°的情況；

(2)當(dāng)a>30°時(shí)則須采用折邊錐體的型式，否則必須用應(yīng)力分析方法進(jìn)

行計(jì)算；

(3)無(wú)折邊錐形封頭連接處的對(duì)接焊縫必須采用全焊透結(jié)構(gòu)。

2、折邊錐形封頭包括圓錐體、折邊和圓筒體三個(gè)部分，多用于錐體半頂角

a>30°的場(chǎng)合。因a越大錐體應(yīng)力越大，所需壁厚也越大，加工就越困難。所

以，除非特殊需要，帶折邊錐形封頭的半頂角一般不大于45°。此外，折邊的

內(nèi)半徑r越大，封頭受力狀態(tài)越好，因此《設(shè)計(jì)規(guī)定》作出了如下限制：折邊

內(nèi)半徑r應(yīng)不小于錐體大端內(nèi)徑DN的10%及錐體厚度的3倍。

就受力狀態(tài)而言，錐體封頭較半球形、碟形、橢圓形封頭都差，但是錐形

封頭由于其形狀有利于流體流速的改變和均勻分布，有利于物料的排出，所以

在壓力容器上仍得到應(yīng)用，一般用于直徑較小，壓力較低的容器上。

4法蘭連接結(jié)構(gòu)

一、法蘭的連接與密封作用原理法蘭在容器與管道中起連接與密封作

用，下面以螺栓連接的法蘭為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。法蘭實(shí)際上就是連在管道和

容器端部的圓環(huán)，上面開有若干螺栓孔，一對(duì)相組配的法蘭之間裝有墊片，用

螺栓連接在一-起，通過(guò)擰緊螺栓來(lái)連接一對(duì)法蘭，并壓緊墊片，使墊片表面產(chǎn)

生塑性變形，從而阻塞了容器內(nèi)介質(zhì)向外流的通道，起到密封作用。這就是法

蘭的密封原理。

二、法蘭與筒體的連接形式根據(jù)法蘭與筒體的連接形式不同，容器法蘭

分為整體式、活套式和任意式三種，下面具體介紹其連接形式。

1、整體法蘭。法蘭與法蘭頸部為一整體或法蘭與容器的連接可視為相當(dāng)于

整體結(jié)構(gòu)的法蘭，稱為整體法蘭。根據(jù)它與筒體的連接形式又可分為平焊法蘭

和對(duì)焊法蘭兩類，平焊法蘭是將法蘭環(huán)套在筒體外面，用填角焊與筒體連接的

法蘭。這種結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易而使用廣泛。但是剛性差，受力后容

易產(chǎn)生變形和泄漏，有時(shí)還導(dǎo)致筒體彎曲，所以一般只用于直徑較小，壓力、

溫度較低的低壓容器上。對(duì)焊法蘭是通過(guò)錐頸與筒體對(duì)焊連接的法蘭。這種法

蘭根部帶有較厚的錐頸圈，不僅剛性較好，不易變形，而且法蘭環(huán)通過(guò)錐頸與

簡(jiǎn)體對(duì)接，局部應(yīng)力較平焊法蘭大大降低，而強(qiáng)度增加。但這種法蘭制造比較

困難，所以僅在中壓容器上采用。

2、活套法蘭。法蘭環(huán)套在筒體外面但不與筒壁固定成整體的法蘭，稱為活

套法蘭。其又分為翻邊活套法蘭、焊環(huán)活套法蘭、半環(huán)活套法蘭和螺紋活套法

SJL

*.o

這類法蘭因與筒體沒有剛性的聯(lián)系，故拆卸、維修或更換均較方便，不會(huì)使

筒壁產(chǎn)生附加應(yīng)力，可用與筒體不同的材料制造。但其強(qiáng)度較低，對(duì)直徑與壓

力相同的容器，活套法蘭所需的厚度比整體法蘭大得多，所以這類法蘭一般只

用于搪瓷或有色金屬制造的低壓容器上。

3、任意式法蘭。若將法蘭環(huán)開好坡口并先鑲在筒體上，然后再焊在一起的

法蘭稱為任意式法蘭，其結(jié)構(gòu)類似整體法蘭中的平焊法蘭，但與筒體連接處未

采用全焊透結(jié)構(gòu)，故強(qiáng)度比后者差，只用于直徑較小的低壓容器上。

三、法蘭密封面及墊片法蘭連接很少是因強(qiáng)度不足而遭破壞的，但常由

于密封不好導(dǎo)致泄漏。因此，密封問(wèn)題已成為法蘭連接中的主要問(wèn)題，而法蘭

密封面與墊片又直接影響到法蘭的密封，有必要加以介紹。

1、法蘭密封面即法蘭接觸面，簡(jiǎn)稱法蘭面。一般均需經(jīng)過(guò)比較精密的加工,

以保證足夠的精度和光潔度，才能達(dá)到預(yù)期的密封效果。常用的法蘭密封面有

平面型、凹凸型、梯槽型和自緊型等數(shù)種。

平面型密封面只有一個(gè)光滑的平面，為改善密封性能，常在密封面上車出

幾道寬約1mm、深約0.5mm的同心圓溝槽，如同鋸齒。這種密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容

易加工，但安裝時(shí)墊片不易裝正，緊螺栓時(shí)也易擠出，一般用于低壓、無(wú)毒介

質(zhì)的容器上。

凹凸形密封面是一對(duì)法蘭的密封面分別為凹面和凸面，且凸面高度略大于

凹面深度。安裝時(shí)把墊片放在凹面上，因此容易裝正，且緊螺栓時(shí)也不會(huì)擠出。

其密封性能優(yōu)于平面型，但加工較困難，一般用于中壓容器。

梯槽型密封面是在一對(duì)法蘭的密封面上，將其中一個(gè)加工出一圈寬度較小

的樺頭，將另一個(gè)加工出與樣頭相配合的榨槽，安裝時(shí)墊片放在樺槽內(nèi)。這種

密封面因墊片被固定在梯槽內(nèi)，不可能向兩邊擠出，所以密封性能更好。且墊

片較窄，減輕了壓緊螺栓的負(fù)荷。但這種密封面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，且更換

墊片比較費(fèi)事，梯頭也容易損壞。所以，一般只用于易燃或有毒的工作介質(zhì)或

工作壓力較高的中壓容器上。因其在氨生產(chǎn)設(shè)備上用得較多，所以又稱為氨氣

密封。

自緊式密封面是將密封面和墊片加工成特殊形狀，承受內(nèi)壓后，墊片會(huì)自

動(dòng)緊壓在密封面上確保密封效果。故稱為自緊式密封面。這種密封面的接觸面

積小，墊片在內(nèi)壓作用下有自緊能力，密封性能好，減少了螺栓的緊力，也就

減少了螺栓和法蘭的尺寸。這種密封面結(jié)構(gòu)適用于高壓及壓力、溫度經(jīng)常波動(dòng)

的容器上。

2、墊片。法蘭密封面即使經(jīng)過(guò)精密的加工，法蘭面之間也會(huì)存在微小的間

隙，而成為介質(zhì)泄漏的通道。墊片的作用就是在螺栓的壓緊力作用下產(chǎn)生塑性

變形，以填充法蘭密封面之間存在的微小間隙，堵塞介質(zhì)泄漏通道，從而達(dá)到

密封的目的。

容器法蘭連接所用的墊片有非金屬軟墊片、纏繞墊片、金屬包墊片和金屬

墊片等數(shù)種。非金屬軟墊片是用彈性較好的板材按法蘭密封面的直徑及寬度剪

成一個(gè)圓環(huán)。所用材料主要有橡膠板，石棉橡膠板和石棉板等，根據(jù)容器的工

作壓力、溫度以及介質(zhì)的腐蝕性來(lái)選用。一般低壓、常溫（W100C）和無(wú)腐蝕

性的介質(zhì)的容器多用橡膠板（經(jīng)過(guò)硫化處理的硬橡膠工作溫度可達(dá)200℃）；介

質(zhì)溫度較高（對(duì)水蒸氣N450C,對(duì)油類N350C）的中、低壓容器通常用石棉

橡膠板或耐油石棉橡膠板；一般的腐蝕性介質(zhì)的低壓容器常采用耐酸石棉板；

壓力較高時(shí)則用聚乙烯板或聚四氟乙烯板。

纏繞墊片是用石棉帶與薄金屬帶（低碳鋼或合金鋼帶）相間纏繞制成。因

為薄金屬帶有一定的彈性，而且是多道密封，所以密封性能較好。用于壓力或

溫度波動(dòng)較大，特別是直徑較大的低壓容器上最為適宜，因?yàn)檫@種墊片直徑再

大也可以沒有接口。

金屬包墊片又稱為包合式墊片，是用薄金屬板（一般是用白鐵皮，介質(zhì)有

腐蝕性的用薄不銹鋼板或鋁板）內(nèi)包石棉材料等卷制而成的圈環(huán)。這種墊片耐

高溫、彈性好，防腐能力強(qiáng)，有較好的密封性能。但制造較為費(fèi)事，一般只用

于直徑較大、壓力較高的低壓容器或中壓容器上。

四、法蘭連接的緊固型式法蘭連接的緊固型式有螺栓緊固、帶較鏈的螺

栓緊固和“快開式”法蘭緊固等數(shù)種。螺栓緊固結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠，法蘭通

常都廣泛采用這種緊固型式。但也存在拆裝費(fèi)時(shí)的弱點(diǎn)。所以，這種緊固形式

只用于一些不經(jīng)常拆卸的法蘭連接。若容器端蓋常需開啟，則用帶錢鏈的螺栓

緊固。因螺栓帶有錢鏈，法蘭上螺孔開有缺口，用這種緊固型式拆卸時(shí)不用從

螺栓上卸下螺母，只要擰松后螺栓就可繞錢鏈軸從法蘭邊翻轉(zhuǎn)下來(lái)。為了便于

拆卸，螺母制成特殊的帶有蝶形或環(huán)狀的肩部。這種法蘭緊固型式雖裝卸方便

省時(shí)，但法蘭較厚時(shí)，若螺栓安放稍有不正，在容器運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生螺栓滑脫

飛出的意外事故。常只用于壓力較低，直徑較小的容器法蘭連接，多見于染料、

制藥等化工容器?！翱扉_式”的法蘭緊固是一種不用螺栓緊固的法蘭連接結(jié)構(gòu)。

用于端蓋需要頻繁開閉的壓力容器。這種緊固型式具有一對(duì)形狀比較特殊的法

蘭，與容器筒體的連接的法蘭較厚，中間有一條環(huán)形槽，槽外端部圈環(huán)內(nèi)側(cè)開

有若干個(gè)齒形缺口；焊在端蓋上的法蘭較薄，其厚度略小于筒體法蘭上環(huán)形槽

的寬度，其外徑略小于環(huán)形槽的內(nèi)徑。法蘭外側(cè)開有齒形缺口節(jié)距與筒形法蘭

上齒形缺口節(jié)距相同。裝配時(shí)把端蓋法蘭的缺口對(duì)齊筒體法蘭上的齒。并放入

環(huán)形槽內(nèi)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)端蓋約一個(gè)齒槽的距離，使兩者的齒相對(duì)齊，兩個(gè)法蘭即

連接完畢。它的密封裝置一般是在筒體法蘭的密封面上加工出一條環(huán)形密封槽,

裝入整體式墊片，在密封槽的底部通入蒸汽或壓縮空氣，墊片即被壓緊在端蓋

的密封面上，達(dá)到密封的目的。直徑較大的端蓋，裝配時(shí)要用機(jī)械傳動(dòng)減速裝

置來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種法蘭緊固形式可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省裝卸時(shí)間，密封性能也

較好。但使用時(shí)要注意安全，開蓋前必須將容器內(nèi)的壓力泄盡，最好能裝設(shè)連

鎖裝置來(lái)保證開蓋前容器內(nèi)泄盡壓力。

容器法蘭及管法蘭，螺栓及墊片等連接件的規(guī)格均已標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)家及有關(guān)

部門均制定了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用時(shí)可以查閱。

5密封結(jié)構(gòu)

一、密封結(jié)構(gòu)分類各國(guó)對(duì)壓力容器的密封結(jié)構(gòu)作了許多試驗(yàn)研究工作，

取得了不少的成果，密封結(jié)構(gòu)的型式越來(lái)越多，按照其密封機(jī)理的不同，密封

結(jié)構(gòu)可分為強(qiáng)制密封和自緊密封兩類。前者是通過(guò)緊固端蓋與筒體端部的螺栓

等連接件（主要有平墊密封、卡扎密封、八角墊密封等）強(qiáng)制將密封面壓緊來(lái)

達(dá)到密封的目的；后者是利用容器內(nèi)介質(zhì)的壓力使密封面產(chǎn)生壓緊力來(lái)達(dá)到密

封（主要有0形環(huán)密封、雙錐面密封、伍德密封、C形密封、B形密封）的目

的。

二、幾種常用的密封結(jié)構(gòu)

1、平墊密封。平墊密封分強(qiáng)制式和自緊式二種，強(qiáng)制式平墊密封（下稱平

墊密封）的結(jié)構(gòu)與一般法蘭連接密封相同，由于工作壓力較高，密封面一般都

采用凹凸型或樣槽型，也有在密封面上加工兒道同心圓密封溝槽。

平墊密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)比較成熟，墊片及密封面加工容易，

多用于溫度不高，直徑較小，壓力較低的容器上。當(dāng)壓力容器的壓力升高，直

徑變大時(shí)，端蓋和筒體法蘭均需相應(yīng)的增厚加大，而變得笨重，連接螺栓的規(guī)

格亦需加大，數(shù)量增多，造成加工和裝配都不方便。所以，在大直徑的高壓容

器上不宜采用平墊密封。此外，在溫度較高（200℃以上）和壓力、溫度波動(dòng)較

大的工況條件下，平墊密封也不可靠。其推薦使用范圍可查閱《設(shè)計(jì)規(guī)定》；平

墊密封所使用的墊片可選用退火鋁、退火紫銅和10號(hào)鋼制作。

2、卡扎里密封。這是一種強(qiáng)制式密封，有外螺紋卡扎里密封、內(nèi)螺紋卡扎里密

封和改良卡扎里密封三種形式。其中外螺紋卡扎里密封用得最多，它的墊片是

一個(gè)橫斷面呈三角形的軟金屬墊，由銅或鋁制成。容器的筒體法蘭與端蓋用螺

紋套筒連接，通過(guò)擰緊壓緊螺栓加力于壓緊環(huán)而壓緊墊片來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。這種結(jié)

構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是省去了筒體端部與端蓋的連接螺栓，拆卸方便，屬于快拆結(jié)構(gòu)；墊

片的面積也可較小，因而所需壓緊力及壓緊螺栓的直徑也較小；密封可靠，適

宜于溫度波動(dòng)較大的容器。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封零件多，且精度要求高，加工困

難。這種密封結(jié)構(gòu)常用于大直徑、高壓，需經(jīng)常裝拆和要求快開的壓力容器。

內(nèi)螺紋卡扎里密封的作用原理與外螺紋的基本相同，只是將帶螺紋的端蓋直接

旋入帶有內(nèi)螺紋的筒體端部?jī)?nèi)。密封墊片置于端蓋與筒體端部連接交界處，其

上有壓緊環(huán)，通過(guò)壓緊螺栓使密封墊片的內(nèi)側(cè)面和底面分別與端蓋側(cè)面和筒體

端部面貼合實(shí)現(xiàn)密封。它比外螺紋卡扎里密封省略一個(gè)較難加工的螺紋套筒，

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了一些，但它的端蓋需加厚，占據(jù)了較多的壓力空間，螺紋易受介質(zhì)

腐蝕，裝拆也不方便，工作條件差。一般只用于小直徑的高壓容器上。

改良卡扎里密封結(jié)構(gòu)不用螺紋套筒連接端蓋與筒體，而改用螺栓連接，其他均

與外螺紋卡扎里密封相同。無(wú)甚顯著的優(yōu)點(diǎn)，所以很少采用。

3、雙錐密封。雙錐密封在端蓋的突臺(tái)上，在雙錐面和端蓋、筒體端部的密封面

之間放置有軟金屬墊。為了改善密封性能，在雙錐面上還加工了二、三道半圓

形溝槽。止匕外，端蓋突臺(tái)的側(cè)面（即與雙錐面的套合面）銃有兒條較寬的軸向

槽，以便容器內(nèi)介質(zhì)的壓力通過(guò)這些槽作用于雙錐環(huán)的內(nèi)側(cè)表面。其密封的實(shí)

現(xiàn)一是通過(guò)擰緊主螺栓產(chǎn)生的壓緊力，壓緊雙錐面與筒體法蘭和端蓋的密封面;

二是容器內(nèi)介質(zhì)的壓力（自緊力）通過(guò)端蓋突臺(tái)側(cè)面的軸向槽作用于雙錐環(huán)的

內(nèi)側(cè)，也使雙錐面與筒體法蘭和端蓋的密封面壓緊。所以也有人將這種密封形

式稱為半自緊密封。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、密封性能良好及拆裝較方便,

在我國(guó)高壓容器上獲得了廣泛的采用，是國(guó)內(nèi)最為成熟的高壓密封結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)

是端蓋和連接螺栓尺寸較大。

4、伍德密封。這是一種自緊式密封的組合式密封，其結(jié)構(gòu)是由浮動(dòng)端蓋、四合

環(huán)壓墊和筒體端部四大部分組成。密封時(shí)首先擰緊牽制螺栓，靠牽制環(huán)的支承

使浮動(dòng)端蓋上移，同時(shí)調(diào)整拉緊螺栓將壓墊預(yù)緊而形成預(yù)密封，隨著容器內(nèi)介

質(zhì)壓力的上升，浮動(dòng)端蓋逐漸向上移動(dòng)，端蓋與壓墊之間，以及壓墊與筒體端

部之間的壓緊力也逐漸增加，從而達(dá)到密封目的。壓墊的外側(cè)開有1~2道環(huán)形

溝槽，使壓墊具有彈性，能隨著浮動(dòng)端蓋的上下移動(dòng)而伸縮，使密封更加可靠。

為便于從筒體內(nèi)取出，四合環(huán)是由四塊元件組成的圓環(huán)，乂稱壓緊環(huán)。這種密

封結(jié)構(gòu)的密封性能良好，不受溫度與壓力波動(dòng)的影響，且具有裝卸方便，適用

于要求快開的壓力容器；端蓋與筒體端部不用螺栓連接，所以用料較少，重量

較輕。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件較多而加工精度及組裝要求很高，浮動(dòng)端蓋占據(jù)高壓

空間太多等，以往多用于氮肥工業(yè)，因?yàn)榇嬖谏鲜霾蛔?，現(xiàn)已逐漸被其他密封

所取代，但在一些直徑不大，對(duì)密封有特殊要求（如壓力、溫度波動(dòng)大）且要

求快開的高壓容器仍有采用。

5、0形環(huán)密封。因密封墊圈的橫斷面呈“0”形而得名，O形環(huán)有金屬。形環(huán)

和橡膠0形環(huán)兩大類，用得多的是金屬。形密封環(huán)。橡膠0形環(huán)因材料性能

的限制，目前只用于常溫或溫度不高的場(chǎng)合。計(jì)有非自緊式0形環(huán)、充氣0形

環(huán)、雙金屬0形環(huán)三種。非自緊0形環(huán)就是一個(gè)橫斷面為0形的金屬環(huán)形管，

屬于強(qiáng)制式密封，適用于壓力較低的容器，可以密封真空及盛有腐蝕性的液體

或氣體介質(zhì)的容器。充氣0形環(huán)是在環(huán)內(nèi)充有壓力為3.92~4.9MPa的惰性氣體,

以防止。形環(huán)在高溫下失去金屬?gòu)椥?，高溫下環(huán)內(nèi)的惰性壓力回隨著溫度的上

升而增加0形環(huán)的回彈能力。此結(jié)構(gòu)屬于強(qiáng)制式密封，宜用于高溫高壓場(chǎng)合。

自緊式0形環(huán)的內(nèi)側(cè)鉆有若干個(gè)小孔，由于環(huán)內(nèi)具有與容器內(nèi)介質(zhì)相同的壓力，

因而會(huì)向外擴(kuò)大形成軸向自緊力。故屬自緊式密封結(jié)構(gòu)，適用于高壓、超高壓

的壓力容器。雙金屬。形環(huán)則主要用于密封性能要求較高的場(chǎng)合，漏過(guò)第一道

0形環(huán)的介質(zhì)會(huì)被第二道。形環(huán)擋住，并可由兩道0形環(huán)之間的通道導(dǎo)出，可

以防止有害介質(zhì)漏入大氣，核容器多采用這種密封結(jié)構(gòu)。壓力容器的密封結(jié)構(gòu)

形式眾多，以上只是介紹了使用得較多的兒種，其它密封結(jié)構(gòu)的原理基本相同，

不另贅述，有興趣的自行查閱有關(guān)資料”

6支座

-、立式容器支座在直立狀態(tài)下工作的容器稱為立式容器。其支座主要

有懸掛式、支承式及裙式三類。

1、懸掛式支座。俗稱耳架，適用于中小型容器，在立式容器中應(yīng)用廣泛。

它是由兩塊筋板與容器筒體焊在一起。底版用地腳螺栓擱置并固定在基礎(chǔ)上，

為了加大支座的反力分布在殼體上的面積，以避免因局部應(yīng)力過(guò)大使殼壁凹陷,

必要時(shí)應(yīng)在筋板和殼體之間放置加強(qiáng)墊板。懸掛式支座的型式、結(jié)構(gòu)、尺寸、

材料及安裝要求詳見JB1165《懸掛式支座》標(biāo)準(zhǔn)。

2、支承式支座。支承式支座一般是由兩塊豎板及一塊底版焊接而成。豎板

的上部加工成和被支承物外形相同的弧度，并焊于被支承物上。底版擱在基礎(chǔ)

上并用地腳螺栓固定。當(dāng)荷重＞4噸時(shí)，還要在兩塊豎板的端部加一塊傾斜支承

板。支承式支座的型式、結(jié)構(gòu)、尺寸、材料及安裝要求詳見JB1166《支承式支

座》標(biāo)準(zhǔn)。

3、裙式支座。裙式支座由裙座、基礎(chǔ)環(huán)、蓋板和加強(qiáng)筋組成，有圓筒形和

圓錐形兩種形式。常用于高大的立式容器。裙座上端與容器壁焊接，下端與擱

在基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)環(huán)焊接，用地腳螺栓加以固定。為便于裝拆，基礎(chǔ)環(huán)上裝設(shè)地

腳螺栓處開成缺口，而不用圓形孔，蓋板在容器裝好后焊上，加強(qiáng)筋焊在蓋板

與基礎(chǔ)環(huán)之間。為避免應(yīng)力集中，裙座上端一般應(yīng)焊在容器封頭的直邊部分，

而不應(yīng)焊在封頭轉(zhuǎn)折處，因此裙座內(nèi)徑應(yīng)和容器外徑相同。其設(shè)計(jì)計(jì)算請(qǐng)查閱

《設(shè)計(jì)規(guī)定》。

二、臥式容器支座在水平狀態(tài)下工作的容器為臥式容器。其支座主要有

鞍式、圈座及支承式三類。

1、鞍式支座。這是臥式容器使用最多的一種支座形式。一般由腹板、底

版、墊板和加強(qiáng)筋組成。有的支座沒有墊板，腹板直接與容器壁連接。若帶墊

板則作為加強(qiáng)板使用，i是加大支座反力分布在殼體上的面積，對(duì)于大型薄壁

臥式容器可以避免因局部應(yīng)力過(guò)大而使殼壁凹陷；二是可以避免因支座與殼體

材料差別大時(shí)進(jìn)行異種鋼焊接；三是對(duì)于殼體材料需進(jìn)行焊后熱處理的容器，

可先將加強(qiáng)墊板焊在殼體上，在制造廠同時(shí)進(jìn)行熱處理，而在施工現(xiàn)場(chǎng)再將支

座焊在加強(qiáng)墊板上，從而解決支座與殼體在使用現(xiàn)場(chǎng)焊接后難于進(jìn)行熱處理的

矛盾。故加強(qiáng)墊板的材料應(yīng)與殼體的材料相同。

此外，在設(shè)計(jì)、安裝鞍式支座時(shí)要注意解決容器和熱膨脹問(wèn)題，要求支座

的設(shè)置不能影響容器在長(zhǎng)度方向的自由仰縮；在使用時(shí)要觀察容器的膨脹情況。

2、圈座。圈座的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。對(duì)于大直經(jīng)薄壁容器，真空下操作的容器

和需要兩個(gè)以上支承的容器，一般均采用圈座支承。壓力容器采用圈座支承時(shí),

除常溫常壓下操作的容器外，亦用考慮容器的膨脹問(wèn)題。

3、支承式支座。其結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。因支承式支座在與容器殼體連接處會(huì)

造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，所以只適用于小型臥式容器。

三、球形容器支座一般球形容器都設(shè)置在室外，會(huì)受到各種自然環(huán)境（如

風(fēng)載荷、地震載荷及環(huán)境溫度變化）的影響，且重量較大，外形又呈圓球狀，

因而支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算比較復(fù)雜。為了滿足不同的使用要求，應(yīng)有多

種球形容器支座結(jié)構(gòu)與之適應(yīng)。但總括起來(lái)可分為柱式支承和裙式支承兩大類。

其中柱式支承又可分為赤道正切柱式支承、V型柱式支承和三柱會(huì)一柱式支承

等三種主要類型。裙式支座則包括圓筒形裙式支座錐形支承、鋼筋混凝土連續(xù)

基礎(chǔ)支承、半埋式支承、錐底支承等多種。在上述各種支座中，以赤道正切柱

式支承使用最為普遍，因此下面重點(diǎn)介紹赤道正切柱式支承。而其他型式的支

座只作簡(jiǎn)略介紹。

1、赤道正切柱式支承。這種支承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由多根圓柱狀的支柱，在球

殼的赤道帶部位等距離分布，支柱的上端加工成與球殼相切或近似的形狀并與

球殼焊在一起。為了保證球殼的穩(wěn)定性，必要時(shí)在支柱之間加設(shè)松緊可調(diào)的連

接拉桿。支柱上端的蓋板有半球式和平板式兩種，目前大多采用半球式蓋板。

支柱和球殼的連接又可分為有加強(qiáng)墊板和無(wú)加強(qiáng)墊板兩種結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)墊板雖可

增加球殼連接處的剛性，但由于加強(qiáng)墊板與球殼之間采用搭接焊，不僅增加了

探傷的難度，而且當(dāng)球殼采用低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，在加強(qiáng)墊板與球殼焊接過(guò)程

中易產(chǎn)生裂紋。因此《球形貯罐設(shè)計(jì)規(guī)定》采用無(wú)墊板結(jié)構(gòu)。支柱與球殼連接

的下部結(jié)構(gòu)可分為直接連接和托板連接兩種，《球形貯罐設(shè)計(jì)規(guī)定》中規(guī)定采用

托板連接結(jié)構(gòu)，它有利于改善支承和焊接條件。

支柱有整體和分段之別。整體支柱主要用于常溫球罐以及采用無(wú)焊接裂紋

敏感性材料做殼體的球罐。支柱上端在制造廠加工成與球殼外