隨著生產(chǎn)趨向大型化和規(guī)?；l(fā)展，反應(yīng)釜逐漸向大型化發(fā)展，其直徑加大，簡體加長。特別是承受外壓反應(yīng)釜內(nèi)筒體壁厚的增加，給設(shè)計(jì)、制造增加了難度，同時(shí)也提高了反應(yīng)釜的制造費(fèi)用，又不利于傳熱。 而采用半圓管夾套結(jié)構(gòu)的反應(yīng)釜，即可改善以上所述的情況，又可改善反應(yīng)釜的受力情況，使反應(yīng)釜內(nèi)簡體的壁厚減薄(見圖1)。
該廠大部分“U”夾套結(jié)構(gòu)反應(yīng)釜為常壓操作，而“U”型夾套內(nèi)常通 人0．3MPa-0.6MPa的蒸汽加熱，按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》劃分， 為類(D1級(jí))壓力容器。有些反應(yīng)釜內(nèi)是冷～熱間隔操作的，有時(shí)夾 套會(huì)出現(xiàn)使用冷凍鹽水降溫后再通入蒸汽的工況，這樣一旦誤操作會(huì)發(fā)生冷凍鹽水流失，造成浪費(fèi)(見圖2)。采用雙螺旋半圓管夾套，使冷凍鹽水和蒸汽各行其道，可以徹底杜絕傳熱介質(zhì)摻混和流失的問題(見 圖3)。鑒于以上原因，我們對(duì)該廠的這一類型設(shè)備進(jìn)行了更新和改造， 設(shè)計(jì)了半圓管夾套來代替“U”型夾套。
1半圓管夾套容器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
從半圓管夾套容器的受力分析來講，容器內(nèi)筒受外壓，半圓管夾套受內(nèi)壓，內(nèi)簡體外壁纏繞的螺旋半圓管夾套可視為外壓加強(qiáng)圈，由于其間距較密、均勻，因而外壓計(jì)算長度較小，定性分析是安全的?？梢越档蛢?nèi)簡體的壁厚。具體的設(shè)計(jì)、計(jì)算詳見GB150—1998(鋼制壓力容器》HG/T20569L_1994(機(jī)械攪拌設(shè)備》及化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書《攪拌設(shè)備設(shè)計(jì)》 中的相關(guān)內(nèi)容。通過計(jì)算結(jié)果來看，不管是外壓筒體的壁厚，還是半圓管夾套的壁厚都得到了減薄，在綜合考慮腐蝕裕度、較小壁厚以及制造方面的原因后，適當(dāng)?shù)脑黾颖诤?，這在工程設(shè)計(jì)上是安全的。
2半圓管夾套容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
半圓管夾套可以采用單頭或雙頭螺旋結(jié)構(gòu)(見圖4)，如果將半圓管夾套視為加強(qiáng)圈進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須滿足以下要求：
2．1螺旋通道的節(jié)距：Ts≤0.3D1
式中：N2-半圓管夾套的圈數(shù)；N3-半圓管夾套的剩余圈數(shù)。(N2圈數(shù)中整數(shù)圈數(shù)以外的余數(shù))。
2．2按GB150計(jì)算時(shí)，內(nèi)簡體計(jì)算長度L應(yīng)取L1和L2兩者的較大植：
LI=H／N2-N3-1
L2—半圓管夾套計(jì)算長度H的端點(diǎn)(或終點(diǎn))至邊緣半圓管夾套纏繞整周終點(diǎn)處的軸向距離(見圖5)。
2．3按GB150計(jì)算時(shí)，GB150中采用的Ls、Is和As值按以下各式 計(jì)算：
(符號(hào)說明見GB150-1998及HG／[20569-1994)。
從內(nèi)筒體纏繞半圓管夾套的整體布局方面，為保證傳熱面積大，應(yīng)盡量在內(nèi)簡體及封頭上布滿半圓管夾套。
半圓管夾套的節(jié)距除按規(guī)定選擇外，還要依據(jù)內(nèi)簡體的壁厚、半圓管夾套的壁厚以及焊接加工工藝等方面綜合考慮確定。為使傳熱面積加大，半圓管夾套的節(jié)距應(yīng)盡量減小，考慮到焊接熱影響區(qū)、施焊、打磨、 焊縫無損檢測、返修等因素，半圓管夾套的外壁的間隙一般情況下取 20-30mm。
半圓管夾套上引出的進(jìn)、出管口結(jié)構(gòu)。其端板與內(nèi)簡體及半圓管夾套的焊縫必須采用全焊透結(jié)構(gòu)，并且做PT-I或M．r-I無損檢測。 半圓管夾套纏繞在內(nèi)簡體的加工、制造、焊接是比較方便的，但用同樣的方法加工、制造、焊接在封頭上是比較困難的。因?yàn)榉忸^的外表面是一個(gè)曲面，而半圓管夾套的壁厚較薄，煨彎纏繞后易發(fā)生摺皺，環(huán)向斷面發(fā)生變形。另外，半圓管夾套邊緣處與封頭的外表面間隙過大， 不易保證，這些問題已在加工制造中得到了證實(shí)。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)此進(jìn)行了改造，在保證換熱面積的情況下，在封頭上采用無縫鋼管盤繞在外表面上，且與封頭進(jìn)行雙面角焊。
3加工制造
以往半圓管夾套的制造都是采用整根鋼管切割而成，但考慮到邊緣加工余量，故鋼管切割成大半圓，而另一半鋼管就浪費(fèi)掉了。隨著半圓管夾套在容器上的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了加工半圓管夾套的專有設(shè)備，即使用鋼板擠壓成半圓管夾套，可以按著設(shè)計(jì)的簡體外徑圈制出直徑略大于筒體外徑的螺旋半圓管夾套，即節(jié)省材料又方便安裝和焊接。 另外，在焊接前半圓管夾套邊緣加工45~ VI。設(shè)備內(nèi)簡體制造完畢后，外表面焊縫應(yīng)磨平，無損檢測合格后，在筒體外壁畫線，然后進(jìn)行定位焊。這時(shí)半圓管夾套邊緣與內(nèi)簡體外壁應(yīng)保證0--2mm的間隙，以保證焊接質(zhì)量。
為了便于半圓管夾套的安裝和定位，可制做樣板尺進(jìn)行定位以此來保證節(jié)距及相鄰兩半圓管夾套外壁的尺寸，點(diǎn)焊后施焊。其焊縫應(yīng)全焊透，并對(duì)焊縫進(jìn)行PT-I或MT-I無損檢測。
半圓管夾套的焊縫較長，焊接應(yīng)力較大，故對(duì)重要的容器設(shè)備應(yīng)考慮進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。
4使用情況
通過我們設(shè)計(jì)的半圓管夾套反應(yīng)器在該廠的使用情況來看，生產(chǎn)車間對(duì)此反應(yīng)良好。即減少了壓力容器管理的數(shù)量，又減輕了壓力容器管理的難度。有些設(shè)備在蒸汽與冷凍鹽水分開使用時(shí)，不但杜絕了鹽水流失事故，而且還提高了半圓管夾套的蒸汽壓力，使傳熱效率提高。半 圓管夾套消除了“u”型夾套通冷凍鹽水時(shí)的傳熱盲區(qū)，又解決了“U”夾套冷凍鹽水走短路的問題。
“U”型管夾套為安裝保溫材料需要在夾套外壁設(shè)置保溫掛釘。而半圓管夾套的螺旋槽可方便與安裝保溫材料，使保溫工作效率提高，保溫層堅(jiān)固耐用。
半圓管夾套的使用使反應(yīng)釜大型化的設(shè)計(jì)、制造簡單并且節(jié)省鋼材，安裝可靠。在今后的應(yīng)用過程與生產(chǎn)實(shí)踐中，半圓管夾套從設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面將不斷完善提高，用途更加廣泛。
