第二節　化工容器的結構與分類

一、化工容器的基本結構

在化工類工廠使用的設備中，有的用來儲存物料，如各種儲罐、計量罐、高位槽；有的用來對物料進行物理處理，如換熱器、精餾塔等；有的用于進行化學反應，如聚合釜，反應器，合成塔等。盡管這些設備作用各不相同，形狀結構差異很大，尺寸大小千差萬別，內部構件更是多種多樣，但它們都有一個外殼，這個外殼就叫化工容器。所以化工容器是化工設備外部殼體的總稱。由于化工生產中，介質通常具有較高的壓力，故化工容器通常為壓力容器。

化工容器一般由筒體、封頭、支座、密封裝置、安全附件法蘭及各種開孔與接管所組成，見圖1-1。

1.筒體

筒體是化工設備用以儲存物料或完成傳質、傳熱或化學反應所需要的工作空間，是化工容器最主要的受壓元件之一，其內直徑和容積往往需由工藝計算確定。圓柱形筒體（即圓筒）和球形筒體是工程中最常用的筒體結構。

2.封頭

根據幾何形狀的不同，封頭可以分為球形、橢圓形、碟形、球冠形、錐殼和平蓋等幾種，其中以橢圓形封頭應用最多。封頭與筒體的連接方式有可拆連接與不可拆連接（焊接）兩種，可拆連接一般采用法蘭連接方式。

3.密封裝置

化工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，可以說化工容器能否正常安全地運行在很大程度上取決于密封裝置的可靠性。

4.開孔與接管

化工容器中，由于工藝要求和檢修及監測的需要，常在筒體或封頭上開設各種大小的孔或安裝接管，如人孔、手孔、視鏡孔、物料進出口接管，以及安裝壓力表、液面計、安全閥、測溫儀表等接管開孔。

5.支座

化工容器靠支座支承并固定在基礎上。隨安裝位置不同，化工容器支座分立式容器支座和臥式容器支座兩類，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。大型容器一般采用裙式支座。臥式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三種，以鞍式支座應用最多。而球形容器則多采用柱式或裙式支座。

6.安全附件

由于化工容器的使用特點及其內部介質的化學工藝特性，往往需要在容器上設置一些安全裝置和測量、控制儀表來監控工作介質的參數，以保證壓力容器的使用安全和工藝過程的正常進行。

化工容器的安全裝置主要有安全閥、爆破片、緊急切斷閥、安全聯鎖裝置、壓力表、液面計、測溫儀表等。

上述筒體、封頭、密封裝置、開孔接管、支座及安全附件等即構成了一臺化工設備的外殼。對于儲存用的容器，這一外殼即為容器本身。對用于化學反應、傳熱、分離等工藝過程的容器而言，則須在外殼內裝入工藝所要求的內件，才能構成一臺完整的設備。

二、化工容器與設備的分類

從不同的角度對化工容器及設備有各種不同的分類方法，常用的分類方法有以下幾種。

1.按壓力等級分

按承壓方式分類，化工容器可分為內壓容器與外壓容器。內壓容器又可按設計壓力大小分為四個壓力等級，具體劃分如下：

低壓（代號L）容器　　0.1MPa≤p<1.6MPa；

中壓（代號M）容器　　1.6MPa≤p<10.0MPa；

高壓（代號H）容器　　10MPa≤p<100MPa；

超高壓（代號U）容器　　p≥100MPa。

外壓容器中，當容器的內壓小于一個絕對大氣壓（約0.1MPa）時又稱為真空容器。

2.按原理與作用分

根據化工容器在生產工藝過程中的作用，可分為反應容器、換熱容器、分離容器、儲存容器。

①反應容器（代號R）主要是用于完成介質的物理、化學反應的容器，如反應器、反應釜、聚合釜、合成塔、蒸壓釜、煤氣發生爐等。

②換熱容器（代號E）主要是用于完成介質熱量交換的容器。如管殼式余熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、加熱器等。

③分離容器（代號S）主要是用于完成介質流體壓力平衡緩沖和氣體凈化分離的容器。如分離器、過濾器、蒸發器、集油器、緩沖器、干燥塔等。

④儲存容器（代號C，其中球罐代號B）主要是用于儲存、盛裝氣體、液體、液化氣體等介質的容器。如液氨儲罐、液化石油氣儲罐等。

在一臺化工容器中，如同時具備兩個以上的工藝作用原理時，應按工藝過程的主要作用來劃分品種。

3.按相對壁厚分

按容器的壁厚可分為薄壁容器和厚壁容器，當筒體外徑與內徑之比小于或等于1.2時稱為薄壁容器，大于1.2時稱厚壁容器。

4.按支承形式分

當容器采用立式支座支承時叫立式容器，用臥式支座支承時叫臥式容器。

5.按材料分

當容器由金屬材料制成時叫金屬容器；用非金屬材料制成時，叫非金屬容器。

6.按幾何形狀分

按容器幾何形狀，可分為圓柱形、球形、橢圓形、錐形、矩形等容器。

7.按安全技術管理分

上面所述的幾種分類方法僅僅考慮了壓力容器的某個設計參數或使用狀況，還不能綜合反映壓力容器發生故障時產生的危害程度。例如儲存易燃或毒性程度中度以及上危害介質的壓力容器，其危害性要比相同幾何尺寸、儲存毒性程序輕度或非易燃介質的壓力容器大得多。壓力容器的危害性還與其設計壓力p和全容積V的乘積有關，pV值愈大，則容器破裂時爆炸能量愈大，危害性也愈大，對容器的設計、制造、檢驗、使用和管理的要求愈高。為此，《壓力容器安全技術監察規程》采用既考慮容器壓力與容積乘積大小，又考慮介質危害程度以及容器品種的綜合分類方法，有利于安全技術監督和管理。該方法將壓力容器分為三類。

（1）第三類壓力容器

具有下列情況之一的為第三類壓力容器。

①高壓容器；

②中壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）；

③中壓儲存容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，且pV乘積大于等于10MPa·m³）；

④中壓反應容器（僅限易燃或毒性程度為中度危害介質，且pV乘積大于等于0.5MPa·m³）；

⑤低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質，且pV乘積大于等于0.2MPa·m³）；

⑥高壓、中壓管殼式余熱鍋爐；

⑦中壓搪玻璃壓力容器；

⑧使用強度級別較高（指相應標準中抗拉強度規定值下限大于等于540MPa）的材料制造的壓力容器；

⑨移動式壓力容器，包括鐵路罐車（介質為液化氣體、低溫液體）、罐式汽車［液化氣體運輸（半掛）車、低溫液體運輸（半掛）車、永久氣體運輸（半掛）車］和罐式集裝箱（介質為液化氣體、低溫液體）等；

球形儲罐（容積大于等于50m³）；

低溫液體儲存容器（容積大于5m³）。

（2）第二類壓力容器

具有下列情況之一的為第二類壓力容器。

①中壓容器；

②低壓容器（僅限毒性程度為極度和高度危害介質）；

③低壓反應容器和低壓儲存容器（僅限易燃介質或毒性程度為中度危害介質）；

④低壓管殼式余熱鍋爐；

⑤低壓搪玻璃壓力容器。

（3）第一類壓力容器

除上述規定以外的低壓容器為第一類壓力容器。

上述壓力容器分類方法綜合考慮了設計壓力、幾何容積、材料強度、應用場合和介質危害程度等影響因素，分類方法比較科學合理。