第二节 化工容器的结构与分类
一、化工容器的基本结构
在化工类工厂使用的设备中，有的用来储存物料，如各种储罐、计量罐、高位槽；有的用来对物料进行物理处理，如换热器、精馏塔等；有的用于进行化学反应，如聚合釜，反应器，合成塔等。尽管这些设备作用各不相同，形状结构差异很大，尺寸大小千差万别，内部构件更是多种多样，但它们都有一个外壳，这个外壳就叫化工容器。所以化工容器是化工设备外部壳体的总称。由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，故化工容器通常为压力容器。
化工容器一般由筒体、封头、支座、密封装置、安全附件法兰及各种开孔与接管所组成，见图1-1。
图1-1 化工容器的总体结构
1—接管法兰；2—支座；3—封头拼接焊缝；4—封头；5—环焊缝；6—补强圈；7—人孔；8—纵焊缝；9—筒体；10—压力表；11—安全阀；12—液面计
1.筒体
筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间，是化工容器最主要的受压元件之一，其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体（即圆筒）和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。
2.封头
根据几何形状的不同，封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中以椭圆形封头应用最多。封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接（焊接）两种，可拆连接一般采用法兰连接方式。
3.密封装置
化工容器上需要有许多密封装置，如封头和筒体间的可拆式连接，容器接管与外管道间的可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等，可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。
4.开孔与接管
化工容器中，由于工艺要求和检修及监测的需要，常在筒体或封头上开设各种大小的孔或安装接管，如人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。
5.支座
化工容器靠支座支承并固定在基础上。随安装位置不同，化工容器支座分立式容器支座和卧式容器支座两类，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种。大型容器一般采用裙式支座。卧式容器支座有支承式、鞍式和圈式支座三种，以鞍式支座应用最多。而球形容器则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点及其内部介质的化学工艺特性，往往需要在容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。
化工容器的安全装置主要有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测温仪表等。
上述筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座及安全附件等即构成了一台化工设备的外壳。对于储存用的容器，这一外壳即为容器本身。对用于化学反应、传热、分离等工艺过程的容器而言，则须在外壳内装入工艺所要求的内件，才能构成一台完整的设备。
二、化工容器与设备的分类
从不同的角度对化工容器及设备有各种不同的分类方法，常用的分类方法有以下几种。
1.按压力等级分
按承压方式分类，化工容器可分为内压容器与外压容器。内压容器又可按设计压力大小分为四个压力等级，具体划分如下：
低压（代号L）容器 0.1MPa≤p<1.6MPa；
中压（代号M）容器 1.6MPa≤p<10.0MPa；
高压（代号H）容器 10MPa≤p<100MPa；
超高压（代号U）容器 p≥100MPa。
外压容器中，当容器的内压小于一个绝对大气压（约0.1MPa）时又称为真空容器。
2.按原理与作用分
根据化工容器在生产工艺过程中的作用，可分为反应容器、换热容器、分离容器、储存容器。
①反应容器（代号R）主要是用于完成介质的物理、化学反应的容器，如反应器、反应釜、聚合釜、合成塔、蒸压釜、煤气发生炉等。
②换热容器（代号E）主要是用于完成介质热量交换的容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器等。
③分离容器（代号S）主要是用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。如分离器、过滤器、蒸发器、集油器、缓冲器、干燥塔等。
④储存容器（代号C，其中球罐代号B）主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。如液氨储罐、液化石油气储罐等。
在一台化工容器中，如同时具备两个以上的工艺作用原理时，应按工艺过程的主要作用来划分品种。
3.按相对壁厚分
按容器的壁厚可分为薄壁容器和厚壁容器，当筒体外径与内径之比小于或等于1.2时称为薄壁容器，大于1.2时称厚壁容器。
4.按支承形式分
当容器采用立式支座支承时叫立式容器，用卧式支座支承时叫卧式容器。
5.按材料分
当容器由金属材料制成时叫金属容器；用非金属材料制成时，叫非金属容器。
6.按几何形状分
按容器几何形状，可分为圆柱形、球形、椭圆形、锥形、矩形等容器。
7.按安全技术管理分
上面所述的几种分类方法仅仅考虑了压力容器的某个设计参数或使用状况，还不能综合反映压力容器发生故障时产生的危害程度。例如储存易燃或毒性程度中度以及上危害介质的压力容器，其危害性要比相同几何尺寸、储存毒性程序轻度或非易燃介质的压力容器大得多。压力容器的危害性还与其设计压力p和全容积V的乘积有关，pV值愈大，则容器破裂时爆炸能量愈大，危害性也愈大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。为此，《压力容器安全技术监察规程》采用既考虑容器压力与容积乘积大小，又考虑介质危害程度以及容器品种的综合分类方法，有利于安全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类。
（1）第三类压力容器
具有下列情况之一的为第三类压力容器。
①高压容器；
②中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；
③中压储存容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于10MPa·m3）；
④中压反应容器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且pV乘积大于等于0.5MPa·m3）；
⑤低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且pV乘积大于等于0.2MPa·m3）；
⑥高压、中压管壳式余热锅炉；
⑦中压搪玻璃压力容器；
⑧使用强度级别较高（指相应标准中抗拉强度规定值下限大于等于540MPa）的材料制造的压力容器；
⑨移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车［液化气体运输（半挂）车、低温液体运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车］和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体）等；
球形储罐（容积大于等于50m3）；
低温液体储存容器（容积大于5m3）。
（2）第二类压力容器
具有下列情况之一的为第二类压力容器。
①中压容器；
②低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）；
③低压反应容器和低压储存容器（仅限易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；
④低压管壳式余热锅炉；
⑤低压搪玻璃压力容器。
（3）第一类压力容器
除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器。
上述压力容器分类方法综合考虑了设计压力、几何容积、材料强度、应用场合和介质危害程度等影响因素，分类方法比较科学合理。