压力容器封头最小厚度确定及影响因素VIP

第2 期 一 2 7 一 压力容器封头最小厚度确定及影响因素 李继峰 ( 大连派思燃气系统 股份有限公司 ， 辽宁 大连 1 1 6 6 0 0 ) 摘 要 常规方法用于确定压力容器封头最小厚度的方法欠妥 本文从刚度、内 压失稳、开孔补强、接管处局部应力、水 压试验应力校核、封头起加强作用时及处于材料厚度 临界值时等因素对确定封头最小厚度的影响。 关键词压力容器；G B 1 5 O ；封头；最小厚度；影响因素 GB1 5 0 1 1 5 0 4 2 0 1 1 压力容器是我 国压力 容器设计方面的权威性 设计标准 。如何按照该标 准恰当选 取压 力容器 的厚度 ，以满足设备 的强度 要求，在压力 容器 安全运行方面具有重要意义 。 由于封头等受压元件在成型过程 中存在一定的加 工减 薄量 ，因此 ，GB1 5 0 规定 ，容器元件的名义 厚度和最小成形厚度 一般应标注在设计 图样上。 l 确定封头最小厚度的常规方法 通常 ，确定封头最小厚度 的常规方法是直接 等于 设计 厚度 ，即 ，计 算 厚度+ 腐蚀 裕量=设计 厚度 ，但这种 方法 只考虑 了压力载荷对封头 的影 响，并未考虑其它载荷及 限制条件 的影响 ，致使 封 头最小厚度达不到设计： 【况要求 ，压力容器的 运行存在着安全隐患。 2 影响确定封头最小厚度的因素 2 1 刚度的影响 封 头在 承受压力的同时本身应具备一定的刚 度 ，以免发生变形破坏 。因此 ，GB1 5 0 规定 ，对 碳素钢 、低合金钢制容器不包括腐蚀裕 量的最小 厚度应不小于3 mm；对高合金钢制容器不包括腐 蚀裕量的最小厚度不小 于2 mm。 2 2压力载荷 的影响 封 头是 承受一定压 力的受压元件 ，首先必须 满足 的条件是压力载荷 ，无论承受 内压 或者外压 载荷的封头都可通过G B1 5 0 第3 章有关计算公式得 到封头 汁算厚度 ，其 中，计算厚度+ 腐蚀裕量= 设 计厚度 ，这个设 汁厚度是单从压力载荷 方面得 到 的封头需要的最小厚度。 2 - 3内压失稳的影响 内压作用下 ，标准椭 圆封头 的应力分布如 图 1 。由应力分布图可 以看 出，在封头底边处产生周 向压缩应力，此 处封头容 易发生周 向失稳。为防 止椭 圆封 头在 内压作用下失稳 ，GB1 5 0 规 定，对 于D i 2 h i 2 的椭圆形封头 的有 效厚度应不小于封头内直径的0 3 0 。上述虽然限 制 的是有效厚度 ，但其实也间接 限制 了封头成形 的最小厚度 。 图1 标准椭圆封头应力分布图 其中：D i 一封头内径；h i 一凸形封头内曲面深 度 2 4开孔补强的影响 压力 容器 常 见 的开孔 补 强方 式有 ：锻 管 补 强 、补强 圈补强 、整体 补强。所谓整体补强就是 增加壳体厚度， 以补 强容器开孔后壳体被削弱的 强度 。当封头上开孔采用整体补强结构时 ，封 头 的最小厚度就是满足开孔补强需要的厚度。 作者简介：李继峰 ( 1 9 8 O 一)，男，内蒙古人，本科，工程师。 主耍从事天然气发申 系统设备设计审核工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 一 论文广场 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 4 年第1 7 卷 2 5由接管载荷而产应局部应力的影响 在压力容器设计 中，封头上有些重要工艺 管 口需要校核 由接管外载而产生的壳体局部应力 ， 当接管外载 比较 苛刻 时，会增加封头厚度来 降低 接管载荷应力的影 响，以达到校核通过的 目的， 这时封头 的最小厚度就是满足局部应力校核合格 时的厚度 。 2 6卧式容器封头起加强作用时的影响 在 卧式容器设计 中，容器支座反力与鞍座接 触 的筒体上产生周 向压缩应力，在 支座截面筒体 最低 处，周 向压缩应力最大，在没有加强 圈的情 况下，此 处筒体容 易发生失稳，同时筒体截面处 的切向剪力在简体径向截面产生周向弯距。在鞍 座设计 中，应尽量使鞍座底板中心距封头切线距 离A 0 5 R a ，使封头对筒体起加强作用 ，用于平衡 简体的周 向压缩力及弯距 ，此时封头的最小厚度 就是满足鞍座应力校核合格时的厚度。 其中：R a 一筒体的平均半径 2 7压力试验应力校核时的影响 GB1 5 O 规 定，如果采 用大于4 6 2 2 、4 6 2 3 所规定 的试验压力进行压力试验时 ，在耐压试验 前 ，应校 核各 受压 元件 在试 验条 件 下 的应 力水 平 ，满足校核条件 。当压力容器需提高试验压力 而进行压力试验应力校核 时，封头试验工况应 力 可能超过允许的应 力值 ，这时会增加封头有效厚 度来满足试验应力校核条件 ，此时封头的最小厚 度就是满足压力试验应力校核合格时的厚度 。 2 8处于材料厚度临界值时的影响 GB1 5 O 规定 ，计算厚度是指按各章公式计算 得 到的厚度 ；设计厚度是指计算厚度与腐蚀裕量 之和 的厚度 ；名义厚度是指设计 厚度加上钢板厚 度负偏 差后 向上 圆整至钢材标准规格 的厚度 ，即 标注在 图样上 的厚度 ；有效厚度 是指名义厚度减 去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差的厚度。 对 于封 头而 言，其毛坯 厚度 等于设计 厚度+ 成形减薄量+ 圆整量至材料标准规格厚度，其成形 后最小厚度不得小于设计厚度 。其中，设计厚度= 计算厚度+ 腐蚀裕量 。当圆整至材料标准规格后的 封头毛坯厚度与计算封头计算厚度时 ，选取的许 用应力厚度不在GB1 5 0 中材料许用应力 表 同一厚 度档时 ( 跳档 )，如用封 头毛坯厚度所在档的许 用应力计算封头的厚度 会增加 ，因为根据GB1 5 0 中各材料许用应力表 的规定，同一材料不 同厚度 的许用应力不 同，并且 随着板厚 的增加 ，许用应 力 随之 降低 。这时封 头最小厚度就是根据跳档后 ( 封头毛坯所在厚度档 )许用应力值计算所得到 的设计厚度 。 3结语 封头最小厚度不能单纯取设计厚度 ，应根据 具体设计条件，结合本文所述的各个影响因素， 并 取各 个影 响 因素 中的最 大值 作为 封头 最小 厚 度 ，才能保障压力容器的安全运行。 参考文献 【 1 G B1 5 0 1 - 1 5 0 4 2 0 1 1 ，压力容器【 S 】 【 2 】 李继峰 在材料厚度临界值时封头设计厚度的选取 J 压 力 容器 ，2 0 0 8 ，f 4 1 ：5 3 5 5 3 李业勤 压力容器新型封头分析设计 J 石油和化工设备， 2 0 1 0 ，1 3 ( 5 ) ：2 6 2 9 4 孙兴梅，蔡广新，刘云鹤 封头材料厚度与最小成形厚度 的关系 J 】 石油和化工设备，2 0 1 3 ，1 6 ( 5 ) ：2 8 - 2 9 收稿 日期：2 0 1 3 1 0 3 1 ；修回日期：2 0 1 3 1 2 1 I 2 0 1 4 年中国石化市场将呈现恢复性增长 据 中国化工报报道，中国石化经济技术研究院近日发布了 石油石化市场年度分析报告。报告认 为2 0 1 4 年中国经济仍然会保持平稳态势，预计增速基本与2 0 1 3 年持平或略低 。全年中国整体石油消费约5 _ 3 亿 吨，同比增长4 ，增速L 2 o 1 3 年小幅提高；成品油需求增速预计为5 左右。 从供应方来看，2 0 1 4 年全国炼油新增一次加工能力3 5 0 0 万吨左右，包括四川石化、泉 1 1 石化等大型炼油企