壓力容器封頭壁厚的合理設計.pdf

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1、452化工機械2013年壓力容器封頭壁厚的合理設計劉發(fā)安‘1劉海寧1楊建剛2(1．中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司；2．中國石油冀東油田公司油氣集輸公司)摘要通過分析壓力容器各種厚度之同的關系，介紹了其最小成形厚度的計算方法，同時根據最小成形厚度確定材料厚度，保證封頭成品最小厚度滿足強度和使用壽命要求，節(jié)省了材料，降低了投資。關■詞壓力容器封頭曩小成形厚度材料厚度安全合理設計中圈分類號TQ053．2文獻標識碼A文章編號0254-6094(2013)04-0452-03壓力容器封頭設計過程中需要計算的厚度包括計算厚度、設計厚度、名義厚度、有效厚度和最小成形厚度；

2、制造過程中控制的厚度包括材料厚度和成品最小厚度。壓力容器封頭的成品最小厚度只要不小于設計規(guī)定的最小成形厚度即可。但在壓力容器設計過程中，有些設計單位的設計圖紙常常只標注名義厚度，沒有注明最小成形厚度要求，封頭制造廠只能把名義厚度當作最小成形厚度考慮，因此制造封頭的投料厚度就要增加，這樣既增加了封頭的成本，設計上也不經濟合理。新的標準中給出了有關厚度的規(guī)定¨’21，分析清楚設計、制造過程中各種厚度的關系，可以設計出合理的壓力容器封頭壁厚，達到安全、經濟、合理的目的。1GB150-20”中封頭厚度要求1．1壁厚定義文獻[1]中給出了不同厚度定義：計算厚度艿，按本標準相應公式

3、計算得到的厚度，需要時，尚應計人其他載荷所需厚度；設計厚度艿。，計算厚度艿與腐蝕裕量C：之和；名義厚度6。，設計厚度氐加上材料厚度負偏差C。后向上圓整至材料規(guī)格的厚度；有效厚度艿。，名義厚度艿。減去腐蝕裕量C：和材料厚度負偏差C。；最小成形厚度6幽，受壓元件成形后的最小厚度。GBl50．1-2011與GBl50—1998相比，給出了最小成形厚度定義，明確了壓力容器最小成形厚度要求。1．2成形要求文獻[1]中第6．I．I條規(guī)定：制造單位應根據制造工藝確定加工余量，以確保受壓元件成形后的實際厚度不小于設計圖樣標注的最小成形厚度。1．3標注要求通過成形要求可以看出，GBl50

4、．1-2011與GBl50．1998相比，明確提出設計圖樣上應標注出最小成形厚度要求。2GB／T25198．2010封頭厚度要求2．1壁厚定義封頭材料厚度艿．指制作封頭時材料的投料厚度，即材料質量證明書中的規(guī)格厚度；成品最小厚度6’晌為成品封頭實測厚度的最小值阻1。2．2成形要求根據文獻[2]中6．2．1和6．3．13的‘規(guī)定，封頭的毛坯厚度應考慮工藝減薄量，以確保封頭成形后的實測成品最小厚度不小于設計要求的最小成形厚度。2．3標注要求文獻[2]與文獻[3]相比，第4．3．1條明確規(guī)定了封頭標記中必須注明設計規(guī)定的最小成形厚度。3封頭各種厚度關系封頭在設計、制造過程中各

5、種厚度關系如圖1所示?！l(fā)安，男，1970年7月生，工程師。河北省任丘市，062552。第40卷第4期化工機械453●名．最成刁i材鐾馥鴦度羆C2G卜聃尷．．度計義效6“-占。^艿·腐蝕裕量I厚6d度厚占。度一次嘎整量A。艿。二次圜整量山．加工減薄量C，圖1各種厚度相互關系設計過程中的厚度有：厚度附加量C=C．+C：；設計厚度氏=6+C2；名義厚度艿。=6d+CI+△l=6+cl+c2+△I；有效厚度6。=6。一C。一C：=6+△。；最小成形厚度6。i。=艿。一Cl=6+C2+厶I6制造過程中的厚度有：成品最小厚度艿’Ⅲ{n=6。一C-+△2=艿+C2+△l+△2；封

6、頭材料厚度艿。=艿。+厶2+C3=6+C1+C2+厶l+△2+C3o根據標準要求，由以上公式可以看出，封頭制造廠為了滿足封頭成品最小厚度不小于設計要求的最小成形厚度要求，就要在名義厚度的基礎上加上加工減薄量，并向上圓整至規(guī)格鋼板的厚度，即材料厚度。在設計、制造過程中，引入的加工減薄量C，是制造工藝要求不可忽略的；引入的兩次圓整厚度△。、厶：并沒有計人強度計算中，其中△。在封頭有開孔時，會計人開口補強，無開口時，是多余的金屬材料，因此造成了材料浪費，同時也可能由于增加△。、厶：，造成因板厚的增加而產生板厚的跳檔現(xiàn)象，設計和經濟上都是不合理的。分析清楚設計、制造過程中封頭各

7、厚度的關系，考慮最小成形厚度要求，結合制造工藝，科學合理的確定封頭成形最小厚度是十分必要的。4封頭最小成形厚度的計算壓力容器用封頭有橢圓形封頭、碟形封頭及球冠形封頭等，筆者以內徑為基準的標準橢圓形封頭為例，介紹封頭壁厚的合理設計。4．1無開孔的標準橢圓形封頭的計算厚度根據文獻[1]中5．3．2條規(guī)定，計算厚度艿=DD．豇孑了÷蒜，最小成形厚度艿晌=6+c：。4．2有開孔補強的標準橢圓形封頭的計算厚度根據文獻[1]中6．3．3．2中c)條規(guī)定，若開孔位于橢圓形封頭中心80％的直徑范圍內時，封頭的計算厚度艿號玎蒜，最小成形厚度艿響=6+C：+