半圆管夹套容器设计
半圆管夹套保温装置设计和制造中需注意的几个问题-2版(山东化工)
半圆管夹套保温装置设计和制造中需注意的几个问题张凤魁(兖矿鲁南化肥厂山东.滕州277527)摘要：文章对国内外相关标准进行了简要介绍，对半圆管夹套保温装置在设计过程中的强度、刚度、热应力问题进行了分析，并提出了半圆管的选择、加工、焊接等制作注意事项。
关键词：压力容器半圆管夹套设计制造螺旋半圆管夹套容器在结构上、传热工艺上具有独特优点。
作为夹套设备的一种，与整体夹套相比，半圆管夹套更节省材料、传热效率更高，且内筒承受外压小、使用经济等更好，在欧美国家较普遍应用，且已形成规范化。
而我国化工行业中，除引进少量螺旋半圆管夹套设备外，自行设计制造的同类没备还不多见，而且目前在设计和制作中还存在一定的问题，现仅就其外部保温装置的设计和制造做以简要的探讨。
1.国内外半管式夹套容器的设计规范目前可参照的相关标准主要有：原苏联ГOCT 25867-1983 《夹套容器设计的规范和方法–半圆管或弓形管夹套容器的设计方法》；德国DIN 28128 《化工设备用半圆管夹套标准》、AD规范B6（第六章）；欧洲标准EN13445 《非燃烧压力容器》；日本JIS B 8279-1993 《压力容器的夹套》附录2 盘管夹套；美国ASME VIII-I 《压力容器建造规则》附录EE 半管式夹套；国内标准：HG20582-1998 《钢制压力容器强度设计规定》2.半圆管夹套容器的设计。
各种标准体系不同，设计思路也不尽相同。
其中我国HG容器标准和ASME 标准体系相同，相互衔接。
标准对内筒体的直径尺寸和半圆管直径规格进行特别限定，内筒的设计按照原常规压力容器进行，仅对半圆管的壁厚和轴向总应力进行校核。
日本JIS标准要求对外压的压力容器本体厚度和盘管半圆筒体厚度进行计算，但对适用容器的类别和盘管的设计温度进行了限定。
德国和欧洲标准仅对要求对内筒壁厚进行校核。
鉴于各种的标准的不统一性，设计时应以国内HG标准为基础，参照其他标准的相关要求，进行必要的校核和设计条件约定，确保设计的可靠性。
半圆管夹套容器设计计算方法
Jiu Quan Pharmaceutical Factory Jiuquan , 735000
One new equipment - medium cycle stirred vessel was introduced in detail in t his article. At t he mean time , t he comparison of t his equip2 ment and traditional mechanical stirred equipment was carried out . Keywords : fined chemical industry , mechanical agitation , medium cycle agitation
( 2)
以上方法比 HG/ T2065《9 机械搅拌设备》中推荐
方法显得简化了不少 , 可操作性也较好 , 但对于半圆
管夹套的无缝钢管规格限制是其明显的不足之处 。
笔者认为通过应力分析 , 完全可以将半圆管夹套压
力 Pj 所引起的轴向弯曲应力用一个简单的公式求 出 。以下是参照 J IS B8279 - 199《3 压力容器的夹套》
司 , 是美国名副其实的管业大王 。该项目加工生产的 420mm 及以下的口径弯管可广泛应用于石油化工 、化工 、电力 、医药 等项目的建设中 ,具有广阔的市场前景 。目前 ,已有扬子巴斯 夫一体化项目工程 、上海石化合资工程 、广东茂名乙烯改造及 多家电力建设项目等目标市场 。
该合作项目将推动国内弯管技术水平的提高 , 全部投资 将可以投产 6 年之后回收 。
夹套容器的设计要点
３ 结语
（ １） ６Ｍ５０ － ３４０／３２０ － Ⅱ － ＢＸ 氢氮气压缩机组电动机噪声较大 且声音异常， 主机振动和噪声均较 大 ， 一 、二 级 连 杆 大 头 瓦 快 速 失 效 的根本原因是轴系的扭转振动。
（ ２） 在 轴 系 上 加 装 配 重 体 ， 使轴系运行时带着配重体一起转 动， 以适度增大轴系的转动惯量， 改变轴系的固有频率， 可有效消 减轴系的扭转振动， 从而大幅度 减小机组的振动和噪声， 提高连
缝应进行 １００％射线探伤检查， 且 容器与封闭件焊接后再进行热处 理； 对于容器有热处理要求的， 应该将容器与封闭件焊接完毕再 进行热处理。
ｅ、在夹套容器设计中， 常采 用带圆弧过渡的封口锥， 锥角一 般 取 ４５°， 过 渡 部 分 圆 弧 半 径 为 Ｒ３０～４０ ｍｍ （ 当 δ＝６～１０ ｍｍ） ； 对 于封口环结构则很少采用； 为了 减少夹套封闭件制造难度， 也可 以在容器筒体与夹套筒体间采用 法兰连接， 但相应制造成本也增 加了。
（ ２） 容器为真空 和夹套内都 为内压
容器设计压力按无夹套真空 容 器 选 取 Ｐ１＝０．１ＭＰａ （ 外 压 ） ， 夹 套设计压力按内压容器选取。在 正常操作情况下， 容器计算外压 力 为 ＰＣ１＝ Ｐ２ ＋０．１ （ 有 夹 套 包 容 ） 和 ＰＣ１＝ ０．１ＭＰａ （ 无夹套包容） ； 夹 套计算压力为 ＰＣ２ ＝ Ｐ２
夹套容器的设计
43夹套容器是一种通过间壁进行热量交换的设备，因它的传热系数较小，传热面又受容器的限制，所以适用于传热量不太大的场合。
夹套容器的结构较简单，夹套安装在容器的外部，夹套与容器壁之间形成密封的压力空间，冷介质或热介质在此压力空间内实现传热。
本文以1Mt/a乙烯及配套项目中的阻聚剂TBC进料罐为例，对夹套容器的设计进行讨论和总结。
1 设计条件阻聚剂TBC进料罐内筒介质为阻聚剂TBC、甲苯，夹套介质为凝液，主要设计参数见表1。
表1 TBC进料罐的设计参数项目内筒夹套设计压力/MPa 0.5/FV 0.6工作压力/MPa 0.300.57设计温度/℃70180工作温度/℃55160内径/mm 21002300长度/mm 47004350腐蚀裕量/mm 2.02.0材料S30408+Q345RQ345R2 结构设计及优化2.1 夹套型式的选取根据夹套的结构夹套容器可分为整体夹套容器、半管夹套容器、蜂窝夹套容器和通道式夹套容器。
半管夹套容器焊接工作量比制作整体夹套容器大的多，筒体较薄时易造成焊接变形，适合压力较高的场合。
蜂窝夹套容器以整体夹套为基础，采取折边或短管等加强措施，提高筒体的刚度和夹套的承压能力，减少流道面积，但不宜用于接管较多的场合。
通道式夹套容器用于局部加热或冷却。
根据上述各种夹套型式适用范围及使用特点，TBC进料罐采用整体U型夹套容器（见图1），其圆筒部分和下封头都包有夹套，相比其他夹套型式传热面积大、制造简单、经济性好。
图1 TBC进料罐采用的夹套容器2.2 夹套连接方式的确定整体夹套容器根据夹套连接方式分为可拆卸式和不可拆卸式。
可拆卸式即内筒与夹套用法兰连接，适于夹套内载热介质易结垢、需经常清洗的场合，一般为低压及直径较小的设备。
TBC进料罐夹套内介质为凝液，不易结垢，而且直径较大，故采用不可拆卸式。
不可拆卸式是由夹套封闭件将内筒和夹套筒连接起来的，夹套封闭件与夹套筒为整体结构或全焊透结构。
sw6计算半圆盘管夹套规格
sw6计算是窄面整体（或带颈松式）法兰计算，是一种基于膨胀节波纹管材料形态退火态和成形态的计算方法。
具体半圆盘管夹套规格计算如下：
设计压力pc=0.450MPa。
设计温度t=0℃。
材料名称Q345R。
许用应力[σ]=189.0MPa。
材料名称16Mn，许用应力[σ]=178.0MPa。
材料名称35CrMoA，许用应力[σ]=228.0MPa。
螺栓根径d=20.8mm。
螺栓数量n=Di/d=600/20.8=29。
螺栓直径b=螺栓根径d=20.8mm。
螺栓预紧力Wp=π×d×1.05×[σ]=3.14×20.8×1.05×228=15364N。
螺栓总截面积Am=π×d^2/4=3.14×20.8^2/4=3377mm^2。
实际使用螺栓总截面积Ab=Am=3377mm^2。
此外，法兰的计算还包括垫片、螺栓、法兰等部分，具体可参考《压力容器法兰应用技术规范》（GB150-98）。
如需更多sw6计算半圆盘管夹套规格相关的信息，建议查阅相关资料或咨询专业人士获取帮助。
半圆管夹套保温装置设计和制造中需注意的几个问题
少量螺旋半 圆管 夹套设备 外， 自行设计 制造 的同类设备还 不多
见， 而 且 目前 在 设 计 和 制 作 中还 存 在 一 定 的 问 题 ， 现 仅 就 其 外部 保 温 装置 的设 计 和 制 造 做 以简 要 的探 讨 。
压力条 件提 出要 求 ， ９ ５ 年后 标准修 订版要 求为正压 操作条件 。 而 １ ９ ９ ８ 版 的 ＨＧ ２ ０ ５ ８ ２ 标 准未 随之进行 约束。其他 国外标 准也
２ ． ８非标准半圆管的设计 问题 对于 因特殊传 热需要 ，需 采用超 出标准规定的非标半 圆管 夹套 ， 可 采用 Ｊ Ｂ ４ ７ ３ ２ －１ ９ ９ ５（ （ 钢制压力容器 一分析设 计标准 及有 限元计算方法进行设计和应力校核。
而 仅 可 能 发 生 强 度 方 面 的 失效 。
Ｊ Ｉ Ｓ标准对此进行 了计算分析 ：在 温度上升到 ２ ｏ ０ ℃时 ， 作
用于 夹套上 的压 缩力和 弯 曲力 矩组 合受力 只为盘 管 内压力 的 ２ ． ８ ７倍 ， 且考虑该应力为 二次应力 ， 因此温升 引起 的应力增加 ， 应在许可范围 内。因此在 温度控 制在 ２ ０ ０ Ｖ 内时 ， 不需考虑热应 力 问题 。 而夹套 内多为加 热蒸汽或冷却水 ， 一般温度也不会超过
Ｅ Ｅ 半 管 式 夹 套 ； 国 内标 准 ：ＨＧ ２ ０ ５ ８ ２ —１ ９ ９ ８ （ （ 钢 制压 力 容 器 强 度 设 计 规 定 ２ ． 半 圆管 夹 套 容 器 的 设 计 。
各种标准体 系不 同， 设计思路 也不尽相 同。 其 中我国 ＨＧ容 器标准 和 Ａ Ｓ ＭＥ标准体系相 同， 相 互衔接 。标准对 内简体的直 径 尺寸和半 圆管直径规格进行特别 限定 ，内筒 的设计按照原常 规压力容器进行 ， 仅对半圆管的壁厚和轴 向总应力进 行校核 。日 本Ｊ Ｉ Ｓ标准要求对外压 的压力容器本体厚度 和盘管半 圆筒体厚 度进行计算 ，但对适 用容器 的类别和盘 管的设计 温度进行 了限
【化工设备001】夹套容器设计中值得注意的几个问题
【化工设备001】夹套容器设计中值得注意的几个问题1、夹套容器简介夹套容器广泛应用于石油、化工、制药等行业，它是将作为一个完整压力室的夹套连接在筒体、封头外部形成的多腔压力容器，常见型式如下图。
夹套内常用的介质有蒸汽、导热油、冷却水、真空绝热介质等。
使用夹套的目的一般是加热或冷却容器及其内部介质，也可作为容器的密封绝热室。
本文简要介绍夹套容器在设计过程中所涉及的结构形式、设计要点等方面一些值得注意的问题。
2、夹套容器设计的一般规则2.1 结构设计根据夹套包容容器的情况，夹套容器分为：1）全夹套容器即容器筒体和上下封头全部带有夹套；2）局部夹套容器即容器筒体上下封头局部带有夹套。
根据夹套结构的情况，夹套容器分为：1）整体夹套容器即夹套型式为U型或圆筒型；2）通道式夹套容器及夹套型式为型钢夹套；3）蜂窝夹套容器即夹套为短管支撑式或折边锥体式；4）半管夹套容器即夹套是由半管或弓形管组成。
本文讨论不涉及通道式容器和半管夹套容器。
对于不同型式的夹套，由不同的主要受压元件构成，一般包含夹套筒体、夹套与容器的封闭件、夹套封头三个主要受压元件。
对于通道式夹套，它是由型钢或钢管构成，只有夹套筒体。
夹套筒体、封头的结构型式通常与容器筒体、封头一致，筒体常为圆筒体，封头常为椭圆形或锥形。
夹套封闭件有四中常见结构型式，即圆环型、锥形、平环型以及角钢型，GB150.3-2011《压力容器》[1]附录D中已列出这四种结构型式。
2.2 设计计算从夹套容器的结构可以知道，夹套容器的设计计算一般应包含容器筒体及封头、夹套筒体及封头（如果有夹套封头）以及夹套封闭件等受压元件的计算。
容器筒体、封头计算根据被夹套包容的情况，按照具体所受压力情况选取计算压力用以确定壁厚。
夹套筒体和封头壁厚按照夹套计算压力来计算确定。
关于应力校核、稳定性校核、材料应用、设备检测、压力试验等方面的规定按文献[1]及文献[2]。
夹套封闭件计算主要是确定其厚度，详见GB150.3-2011《压力容器》和HG/T20569-2013《机械搅拌设备》[3]，两个标准对此作了不同规定。
储罐半圆管加热夹套的设计
管内流速为：u=V/S=1.88m/s =13056 =97.4 根据公式（1） =607W/m2/℃ 4.2.2 罐内对流传热系数 ho 假 定 罐 壁 内 侧 温 度 为 75.3 ℃， 则 定 性 温 度 为（75.3+40） /2=57.6℃ 已 知： 在 定 性 温 度 下 油 品 的 密 度 为 0.831t/m3， 粘 度 为 0.18Pa·s，比热为 2066 J/kg/℃，热导率为 0.1138W/m/℃，体 积膨胀系数为 0.000831，定性尺寸为 77.7mm。 =3274 =1429 根据公式（3） =0.54x0.1138/0.0777x(1429x3274) 0.25=36.8 W/m/℃ 4.2.3 总传热系数 K 罐壁厚度为 10mm，导热系数为 45W/m/℃，盘管内污垢热 阻为 0.000172(m2·K)/W，罐内污垢热阻为 0.000344(m2·K)/W。 根据公式（5） K=32.91 W/m2/℃ 将 K 和 ho 代入公式（4）
定性温度 tav 为油品温度 to 和储罐内侧壁温 tw 的平均值（to+tw） /2。由于壁温未知，计算时需要首先假定一个壁温，采用试差的方 法来确定。壁温校核时应满足下式：
Tw=to + (ti-to)·K/ho 3.3 总传热系数 K
式中 Ri 和 Ro 分别为盘管侧和罐侧的污垢热阻b 和 λ 分别 为罐壁的厚度和导热系数。
罐顶传热系数包括四部分：油品至混合气体空间的内部传热 系数 h1tr，罐顶混合气体空间的放热系数 h2tr，罐顶保温层的放热 系数 h3tr 和罐顶至大气的放热系数 h4tr。一般采用经验公式计算。 2.3 罐底散热
半圆管夹套容器设计
位号：P 1半圆管夹套设计压力Mpa 0.88P c 壳体计算压力Mpa 0.1R 圆筒或封头球面部分内半径mm 1900r 半圆管夹套内半径mm 42t 圆筒或封头有效厚度mm6K由半圆管外径、壳体厚度、壳体内径查得的系数查图3-2、3-3、3-480筒体或封头材质[σ]t筒体或封头材料设计温度下的许用应力Mpa118夹套材质[σ]1t 夹套材料在设计温度下的许用应力Mpa118T 半圆管计算厚度mm 0.37σ'圆筒或封头由计算压力Pc或其他轴（经）向总应力Mpa15.833333P'半圆管夹套许用压力MPa KP'+σ'≤1.5[σ]t2.01D 0圆筒外径mm 1900h 半圆管螺距mm120n 半圆管螺旋数量29d 0半圆管外径mm 89ρ半圆管材料密度kg/m 37930L 半圆管总长m 173.19V 半圆管容积m 30.48A 换热面积m2A=2*L*r14.55W半圆管总重kg466.52半圆管夹套设计（按HG20582-1998）半圆管夹套重量计算半圆管夹套容器的设计设备名称：图号：基本设计参数P1≤P',合格00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo21t11P r T 0.85[]0.6P σ=-'c P R=2tσ220n (0.5h)D L 1000π+=2206L(d 4r )W 810πρ-=⨯26r LV 210π=⨯Page 1 of 1。
半管夹套容器制造工艺要点的分析
精 品JINGPIN半管夹套容器制造工艺要点的分析■柳迅河北省特种设备学会 河北石家庄 050091摘 要：夹套容器的传热效果较强，在化工实验和研究环节应用较多。
而随着夹套容器普及应用，其类型也逐渐多样化。
基于此，本文将研究重点放在半管夹套容器上，阐述了半管夹套容器的结构特点和优势，并对其制造工艺要点进行了简要论述，希望可以为相关工作人员参与实践带来参考。
关键词：半管夹套容器；化工设备；制造工艺；生产要点引言在化学反应过程当中，放热和吸热都十分常见，而为了确保反应效果良好，需科学开展容器传热装置配置工作。
目前，最为常见的化工容器传热装置为夹套结构,其主要类型为普通夹套结构和半圆管夹套。
在实际作业环节，实现对半圆管夹套容器制造工艺的有效研究，更有利于提高半管夹套容器生产成效。
1.半管夹套容器的结构和特点夹套容器是一种能够扩大传热面积、实现高效导热的装置，在石油、化工生产中应用广泛，大多用于控温。
在使用环节，能与容器构成密闭空间，十分有利于物料的加热或冷却。
目前，依据夹套结构可以将其分为四种类型：拥有U型或圆筒形夹套结构的容器被称为整体夹套容器；拥有型钢夹套的容器被称为通道式夹套容器；拥有边锥体支撑的容器为蜂窝夹套容器；拥有半管或弓形管的容器被称为半管夹套容器。
半管容器也被称为半圆管夹套容器，是一种实用价值极高的化工装置。
相比于普通的夹套容器，该种设备拥有更强的结构紧凑性，不仅让能让容器拥有良好的承载力，更能为有效降低容器壁厚度、减少材料应用成本而奠定基础。
同时，半管夹套容器还具备极高的传热性能，可最大限度地降低能量损耗，使设备整体更加符合可持续发展要求。
相比于易出现受力不均和热量损耗的普通夹套，半管夹套的应用价值更高。
在半管夹套结构的应用环节，以螺旋半圆管构成筒体夹套结构、以圆环半圆管构成下封头夹套结构，且连通半管的形式十分常见。
这种结构设计，十分有利于介质在夹套内传递，能让该装置的作用得以切实发挥。
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设备名称：400L储罐图号：FJ140348C-00位号：03B101P 1半圆管夹套设计压力Mpa 0.6P c 壳体计算压力
Mpa 0.4R 圆筒或封头球面部分内半径mm 400r 半圆管夹套内半径mm 25t 圆筒或封头有效厚度
mm
3.9K
由半圆管外径、壳体厚度、壳体内径查得的系数
查图3.2-1,3.2-2,3.2-3
80筒体或封头材质S31603壳体设计温度
150
[σ]
t
筒体或封头材料设计温度下的许用应力Mpa 120夹套材质S30408夹套设计温度
150
[σ]1t 夹套材料在设计温度下的许用应力Mpa 137
T 半圆管计算厚度
mm 0.13σ'圆筒或封头由计算压力Pc或其他轴向荷
载引起的轴（经）向拉伸总应力Mpa 20.51
P'
半圆管夹套许用压力
MPa
1.99
设计：日期：校核：日期：审核：
日期：
半圆管夹套设计（按HG/T20582-2011）半圆管夹套容器的设计
基本设计参数P1≤P',合格
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P r T 0.85[]0.6P σ=
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