夹 套 容 器 结 构 设 计

吴加福，胡孙达

（1. 温州联宏设备有限公司， 浙江 温州 325025； 2. 浙江章达轻工机械厂，浙江 温州 325025）

在石油、化工等行业中，夹套容器因其传热面积大，传热媒介在容器与夹套间传热的效果显著，而被广泛使用。根据夹套结构的情况夹套容器分为：整体夹套容器即夹套型式为U型或圆筒型；通道式夹套容器即夹套型式为型钢夹套；蜂窝夹套容器即夹套为短管支撑式或折边锥体式：半管夹套容器即夹套是由半管或弓形管组成的。

1 容器夹套设计

夹套容器一般由三部分组成，即筒体、封头及封闭件。在化工生产上带有夹套的设备较多，夹套的型式可根据操作工艺要求确定，常用的为整体夹套，概况的可以分以下几种，如图1所示。

图1 整体夹套容器的型式Fig.1 Overall jacketed vessel type

a型仅圆筒部分有夹套，一般在换热面积要求不大时使用；b型仅圆筒一部分和底部部分有夹套，此种型式较为普遍；c型是在圆筒部分的夹套采用了分段结构或带有加强圈；d型为全包式夹套，换热面积较大。

夹套直径Dj可按罐体内径D进行选取。

一般D=500~600时，Dj=D+50；D=700~1 800时，

1.1 夹套强度设计

夹套强度设计可按GB 150.1~4—2011 《压力容器》第3部分[1]：设计中的内压圆筒部分进行计算。

1.2 夹套与筒体的连接

夹套与筒体的连接大部分采用封闭件进行焊接，常见封闭件结构有同轴心变径结构和环板结构两种。

a. 同轴心变径结构

在考虑锥体形封闭件时，当α≤30°时，在夹套介质温度波动小、压力低的条件下，可采用无折边对接的形式见图2（a），因为筒形封口件与夹套体角接焊缝受力状态差且焊接质量不容易保证，所以焊缝必须采用全焊透结构，壁厚按无折边受内压锥形封头进行强度计算。当30°＜α≤60°时，采用有折边锥体形式，如图2（b）一般在厚度δ≤12 mm 的情况下，结构简单且容易成形，当厚度δ＞12 mm 时，由于筒体翻边困难无法保证成形质量而采用封口件结构。

图2 锥体形封闭件的结构Fig.2 Conical sealing structure

b. 环板结构

环形板封闭件，结构简单，施工方便，由于属于环板受力，一般环板较厚。环形板封口件可按HG/T20569—94 《机械搅拌设备》[2]进行强度计算，对焊缝结构进行合理设计，可用于较苛刻工况。

1.3 夹套挡板设计

当容器内介质和夹套内介质的温度差较大时，并减少介质对内筒的的冲力而导致的侵蚀，一般在夹套内设置导流板，避免内容器的外壁产生局部过热或过冷而影响传热效果，如图3所示，其中媒介出口应大于接管的内截面积。

图3 挡板结构Fig.3 Baffle structure

1.4 夹套排放孔设计

为全部排出夹套内空气或惰性气体，使换热介质充满夹套空间，提高传热效率，在夹套顶部开设排气孔，排气孔可设置为螺塞结构且直径不应小于10 mm。

2 通道式夹套容器设计

当筒体直径较大或换热介质压力较高情况下，一般采用半圆管式夹套如图4（a）、型钢夹套如图4（b）、蜂窝夹套如图4（c）。以上 3种夹套型式均能加快传热介质流速，提高传热效率，且半管式夹套或型钢夹套可大大提高筒体的刚度。

图4 半圆管夹套、型钢夹套、蜂窝夹套Fig.4 Semicircle pipe jacketed, steel jacketed, dimple Jacket

型钢夹套较整体夹套制造工艺相对复杂，是通过特定的工装胎具制造出与圆筒体相吻合的型钢夹套，再经过与容器筒体一环一环的组对、焊接而成的结构，型钢夹套一般沿筒体圆周方向螺旋布置，也可按筒体轴线方向直线布置。

型钢夹套的强度计算按HG/T20569—94 《机械搅拌设备》[2]进行计算。

半管夹套按GB150-2011进行强度和稳定性计算。半管直径一般在φ89 ~ 133 mm之间，半管夹套分为半圆管如图5(a)和弓形管如图5（b）结构。半管夹套内流体的速度一般比整体夹套快2~4倍左右，传热效果好，缩短了换热时间，但半管的焊接量大，且对焊缝质量要求较高，相对成本也会上升。

图5 半圆管夹套容器结构Fig.5 Semicircle pipe jacket vessel structure

蜂窝夹套是夹套壳上有许多按一定规则形状排列的，经过冲压成型的圆台状凹坑。凹坑底部冲有圆孔，在圆孔处采用填角焊与筒体连接。蜂窝夹套特殊的蜂窝结构加强了罐体的外压稳定性,既节省材料,又能够提高夹套与内筒体的承压能力。蜂窝夹套在介质供给工况不变的情况下使流体在腔内流速增加,比整体夹套快3~10倍左右。使介质与蜂窝点多次相撞形成局部小涡流,从而使整个腔内形成紊流,加快热交换速度。

蜂窝夹套强度或稳定性计算按GB150-2011进行计算。常用的蜂窝夹套有折边式，即把夹套向内折边，与筒体进行焊接。还有一种是拉撑式，用冲压的小锥体做拉撑体。

4 结 论

随着化工、石油、机械行业的发展，夹套容器使用越来越广，合理地设计夹套结构，满足容器使用的工艺要求和现场施工要求，降低设备材料成本和制造工期，具有重要的意义。

［1］中华人民共和国国家标准GB150.1 ~4 — 2011 , 压力容器[S]．北京：2012.

［2］HG/T 20569 — 94 , 机械搅拌设备[S]．中华人民共和国化学工业部，1995.

［3］卓震．化工容器及设备[M].北京：中国石化出版社，2008.

［4］特种设备安全技术规范，TSG R0004 — 2009，固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京： 2009.

［5］中华人民共和国化工行业标准 HG/ T 20582 — 2011 , 钢制化工容器强度计算规定[S].北京：.