压力容器管嘴受力校核方法

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1、吴海军压力容器管嘴受力校核方法29压力容器管嘴受力校核方法吴海军天津津滨石化设备有限公司天津300271摘要介绍压力容器管嘴的受力校验方法，主要从压力容器管嘴的连接形式和常见失效方式人手，有针对性地提出管嘴受力校验方法，并剖析各种方法的适用范围和可靠性，提出改善管嘴承载能力的有效措施。关键词压力容器管嘴受力校核方法措施态下，承受内压及较大的外载荷，可能会造成法1概述兰及其螺栓、垫片组成件所构成的密封副泄漏。当外部连接管道对压力容器的管嘴作用力过3．2设备变形及局部开裂大时，可能会造成设备变形，局部应力过大会引起生根处开裂，以及连接处法兰泄漏等情况。因当设备管嘴受力

2、过大时，可能引起容器局部此，应当严格控制管嘴受力，将其限制在允许范变形，甚至由于容器与管道连接开孔处的局部应围内。力过高，造成管嘴生根处开裂。对于一些特殊的压力容器，制造厂可能会提供设备的允许受力范围。但是，对于普通的压力4管嘴受力校核的常用方法容器而言，其管嘴受力往往需要具体分析。本文结合管嘴的主要失效形式，我们可以了解到主要介绍常见压力容器的管嘴受力校核方法，并对于管嘴的受力校核重点集中于两方面：一是对提出改善管嘴承载能力的有效措施。法兰泄漏的校核；二是对容器开孔处应力的校2管嘴的连接形式核。2．1法兰连接在多数情况下，容器与管道的法兰连接只要由法兰、垫片、螺

3、栓三者组成一整套可拆卸满足防止泄漏的校核，容器开孔处的应力便能够的连接结构，在石油和化工装置中的应用十分广满足要求。因此，对于法兰式管嘴，重点在于法泛。其优点是拆卸方便，便于设备检修和安装，兰泄漏的校核；而对于焊接型管嘴，重点在于校但缺点是如果连接密封不好，很容易造成介质的泄漏，引起污染甚至引发火灾等。核管嘴开孔处的应力。2．2对焊连接4．1法兰泄漏的校核对焊连接方式在自身强度足够的情况下，不对于防止法兰泄漏有一些经验性的做法，例存在泄漏的问题。常用于高压设备、对防止泄漏如一般认为法兰连接处的应力不大于70MPa便要求比较高，以及无需经常拆卸的管嘴。可以接受。实际

4、分析表明，该方法在管径不大时3管嘴的主要失效形式基本适用，当管径较大时可能偏于保守，因此需3．1法兰泄漏要借助更为精确的校核方法。为了便于分析说当压力容器管嘴采用法兰连接时，在工作状明，法兰管口坐标见图1。十吴海军：工程师。1998年毕业于抚顺石油学院化工设备与机械专业。一直从事设备制造和安装工作。联系电话：(022)63805782。CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2008，18(6)用于松式法兰。实际工程设计中，可以借助CAESARII程序先计算出管道作用于管嘴法兰的力和力矩，折合z‘——_1为当量压力，并与管道设计压力相加作为法兰的

5、Ix设计压力。通过法兰的强度校核后，再确定法兰等级，或特殊设计法兰。图1法兰管口坐标4．1．2法兰的强度计算方法4．1．1ASMENC一3658的校核方法对法兰的精确验算侧重于强度计算，主要是此方法较为简便而被广泛采用，但一般认为按照弹性理论进行的。目前国内外多采用的是该方法较为保守。具体计算公式为：Waters法，基本上是按照国家标准《钢制压力容P一+竺仃D。仃D器》(GB150—1998)的规定进行计算。P≥Pl+法兰的刚度、密封面型式、螺栓预紧力、垫片性能都直接影响到法兰的密封效果。因此，在式中，P。。为当量压力，MPa；P为法兰设计压精确验算时，都需要考虑

6、到。通过法兰强度计算力，MPa；P为管道设计压力，MPa；F为法兰承受的轴向拉力(不包括内压产生的拉力)，N；的程序，可分别计算出其轴向应力、径向应力、环向应力和综合应力，与对应的许用应力比较，D为垫片压紧力作用中心圆直径，mm，近似等于垫片接触面的平均直径。详细定义可参见即可判断法兰的强度是否满足受力要求。如果采《钢制压力容器》(GB150—1998)的9．5．1．2用CAESARII程序时，就可以直接运用附带的Flange程序，直接计算出法兰密封副的整体强节；M为法兰承受的合成弯矩，N·m。度。M=、为了强化计算，Waters首先对一些条件进行法兰设计压力P主

7、要是针对标准法兰而言，假设：①假定法兰并不产生塑性变形和蠕变，只与法兰的材质、法兰等级以及使用温度有关，可发生弹性变形；②假定螺栓给予法兰的外力矩被以从相应的标准中查得。认为是均匀作用在法兰外圆周上的力偶；③略去对于如图2所示的斜法兰管口，法兰承受的法兰螺栓孔对法兰强度的影响；④略去操作压力合成弯矩M需要将力和力矩分解到x轴和z。的引起的膜应力。轴后再合成，即：ML=MsJnot—M：COSO／作出这样的假设后，得到的计算结果在直径DN≤1500mm的情况下，还是比较满意的。故目M=、F：FCOSO~F：sins前法兰计算都采用此类方法。4．1．3有限元分析法采用

8、Water