压力容器封头壁厚的合理设计.pdf

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1、452化工机械2013年压力容器封头壁厚的合理设计刘发安‘1刘海宁1杨建刚2(1．中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司；2．中国石油冀东油田公司油气集输公司)摘要通过分析压力容器各种厚度之同的关系，介绍了其最小成形厚度的计算方法，同时根据最小成形厚度确定材料厚度，保证封头成品最小厚度满足强度和使用寿命要求，节省了材料，降低了投资。关■词压力容器封头曩小成形厚度材料厚度安全合理设计中圈分类号TQ053．2文献标识码A文章编号0254-6094(2013)04-0452-03压力容器封头设计过程中需要计算的厚度包括计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度和最小成形厚度；

2、制造过程中控制的厚度包括材料厚度和成品最小厚度。压力容器封头的成品最小厚度只要不小于设计规定的最小成形厚度即可。但在压力容器设计过程中，有些设计单位的设计图纸常常只标注名义厚度，没有注明最小成形厚度要求，封头制造厂只能把名义厚度当作最小成形厚度考虑，因此制造封头的投料厚度就要增加，这样既增加了封头的成本，设计上也不经济合理。新的标准中给出了有关厚度的规定¨’21，分析清楚设计、制造过程中各种厚度的关系，可以设计出合理的压力容器封头壁厚，达到安全、经济、合理的目的。1GB150-20”中封头厚度要求1．1壁厚定义文献[1]中给出了不同厚度定义：计算厚度艿，按本标准相应公式

3、计算得到的厚度，需要时，尚应计人其他载荷所需厚度；设计厚度艿。，计算厚度艿与腐蚀裕量C：之和；名义厚度6。，设计厚度氐加上材料厚度负偏差C。后向上圆整至材料规格的厚度；有效厚度艿。，名义厚度艿。减去腐蚀裕量C：和材料厚度负偏差C。；最小成形厚度6幽，受压元件成形后的最小厚度。GBl50．1-2011与GBl50—1998相比，给出了最小成形厚度定义，明确了压力容器最小成形厚度要求。1．2成形要求文献[1]中第6．I．I条规定：制造单位应根据制造工艺确定加工余量，以确保受压元件成形后的实际厚度不小于设计图样标注的最小成形厚度。1．3标注要求通过成形要求可以看出，GBl50

4、．1-2011与GBl50．1998相比，明确提出设计图样上应标注出最小成形厚度要求。2GB／T25198．2010封头厚度要求2．1壁厚定义封头材料厚度艿．指制作封头时材料的投料厚度，即材料质量证明书中的规格厚度；成品最小厚度6’晌为成品封头实测厚度的最小值阻1。2．2成形要求根据文献[2]中6．2．1和6．3．13的‘规定，封头的毛坯厚度应考虑工艺减薄量，以确保封头成形后的实测成品最小厚度不小于设计要求的最小成形厚度。2．3标注要求文献[2]与文献[3]相比，第4．3．1条明确规定了封头标记中必须注明设计规定的最小成形厚度。3封头各种厚度关系封头在设计、制造过程中各

5、种厚度关系如图1所示。·刘发安，男，1970年7月生，工程师。河北省任丘市，062552。第40卷第4期化工机械453●名．最成刁i材鐾馥鸯度罴C2G卜聃尴．．度计义效6“-占。^艿·腐蚀裕量I厚6d度厚占。度一次嘎整量A。艿。二次圜整量山．加工减薄量C，图1各种厚度相互关系设计过程中的厚度有：厚度附加量C=C．+C：；设计厚度氏=6+C2；名义厚度艿。=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制造过程中的厚度有：成品最小厚度艿’Ⅲ{n=6。一C-+△2=艿+C2+△l+△2；封

6、头材料厚度艿。=艿。+厶2+C3=6+C1+C2+厶l+△2+C3o根据标准要求，由以上公式可以看出，封头制造厂为了满足封头成品最小厚度不小于设计要求的最小成形厚度要求，就要在名义厚度的基础上加上加工减薄量，并向上圆整至规格钢板的厚度，即材料厚度。在设计、制造过程中，引入的加工减薄量C，是制造工艺要求不可忽略的；引入的两次圆整厚度△。、厶：并没有计人强度计算中，其中△。在封头有开孔时，会计人开口补强，无开口时，是多余的金属材料，因此造成了材料浪费，同时也可能由于增加△。、厶：，造成因板厚的增加而产生板厚的跳档现象，设计和经济上都是不合理的。分析清楚设计、制造过程中封头各

7、厚度的关系，考虑最小成形厚度要求，结合制造工艺，科学合理的确定封头成形最小厚度是十分必要的。4封头最小成形厚度的计算压力容器用封头有椭圆形封头、碟形封头及球冠形封头等，笔者以内径为基准的标准椭圆形封头为例，介绍封头壁厚的合理设计。4．1无开孔的标准椭圆形封头的计算厚度根据文献[1]中5．3．2条规定，计算厚度艿=DD．豇孑了÷蒜，最小成形厚度艿晌=6+c：。4．2有开孔补强的标准椭圆形封头的计算厚度根据文献[1]中6．3．3．2中c)条规定，若开孔位于椭圆形封头中心80％的直径范围内时，封头的计算厚度艿号玎蒜，最小成形厚度艿响=6+C：+