压力容器大型端盖法兰设计的计算误差分析.pdf

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1、TANSUOYANJIU/探索研究压力容器大型端盖法兰设计的计算误差分析邵鹏飞孙学亮中海油山东化学工程有限责任公司山东济南250100在压力容器大型端盖法兰设计时，如果采用GB150.3-2011进行计算，得到的应力值可能会比实际值要小。如果压力容器的大型端盖是由容器法兰和封头直接相焊的结构，其用GB150.3来进行计算，计算值与实际值之间的误差有可能会更大。由此可以看出，这都是由法兰计算来决定的，本文对压力容器大型端盖法兰设计的计算误差进行了分析。“压力容器；大型端盖；法兰设计；计算误差；某些压力容器端部，通常

2、是由压力容器法兰与椭圆2.1计算模型的创建封头相焊的形式构成整个部件。GB150.3中，法兰设该大学5MW低温核供热试验堆，其紧贴式金属计方法为Waters法，就是将压力容器拆分为多个形状安全壳结构的内径为2800mm，设计内压1.5MPa，相似的单元，并且对每个单元的强度、应力以及结构尺设计温度180℃，材质为Zr一4合金。设计标准寸等进行计算和分析，之后将每个单元整合在一起。在GB150.1～150.4-2011。具体结构如图1所示。从这种计算方法中，对由于每个单元连接处变形造成的弯图中可以看出，安全壳制造完

3、成后进行水压试验时，对矩增加以及剪力增加等现象没有充分考虑，只考虑了法于法兰锥颈小端外表面上的M点来说，采用电阻应变兰和压力容器筒体连接带来的影响。因此，这种计算方片测量的轴向应力要大于采用GB150.3计算出的应力。法会产生相应的误差。压力容器行业以某大学5MW低因此，利用有限元应力计算的方法对安全壳进行了分析，温核供热堆试验堆工程的安全壳设计为例，创建了和法并根据ASME-III-1-NE的需求安全壳进行了新的强兰结构相同的三维有限元模型，减弱了Waters法带来度评价。另外，在安全壳顶盖结构设计中，椭圆封头

4、和的影响，提高了压力容器法兰应力计算的有效性。法兰之间存在着一小段的直筒节，如果这段直筒节的长度与Waters法的计算条件相似，那么在计算安全壳顶1法兰设计Waters法中存在的问题盖结构时，有限元法和Waters法的结果大致相同。但1.1计算模型比较简便，导致计算应力偏小是如果直筒节比较短，两者之间的计算结果可能会存在采用Waters法进行压力容器法兰设计时，其计算很大的误差。方法作了假设简化，认为法兰的受力分为以下三部分：第一，组成法兰的三部分（筒体、锥颈和法兰环）内表面的一次薄膜应力；第二，法兰组成部分受压

5、力作用导致变形而产生边界力并引起边缘应力；第三，法兰力矩作用下，法兰三部分上的弯曲应力。Waters法认为第一、二部分应力比第三部分要小的多，可以忽略，因此法兰应力计算只考虑了法兰力矩产生的应力。一般情况下，法兰颈部和壳体连接处的纵向弯曲应力跟压力产生的纵向直接应力应该大致相同，Waters法却认为这些应力远没有法兰力矩引起的应力大，故对其忽略，但其没有考虑压力带来的其他影响，从而使计算的应力偏小。1.2垫片系数m实验的限制性图1安全壳顶盖结构及设计载荷示意图压力容器法兰设计时，为防止出现泄漏，要对其进2.2有效

6、划分有限元网格行密封，使法兰密封面和垫片接触面之间的阻力足够大，在本次试验中，处理安全壳顶盖封头法兰结构的有并且要大于法兰内外的压力差。垫片和法兰密封面之间限元分析时，采用的是MSC.PATRAN软件，它能够的阻力主要是依靠它们之间的压紧力产生，压紧力越大，通过建立轴对称模型的方式来分析有限元的应力，在模两者之间的阻力就越大，法兰的密封性也就越好。在实型中单元的类型一6节点三角形的形式存在，对应力值际的工作状态中，法兰是否泄漏与工作介质存在着很大进行有效的分析。的关系，介质的温度越高，渗透性就会越强，密封所需2.

7、3Waters法和有限元法应力计算的对比要的压紧力也就越大，垫片系数也会相应变大。因此，在采用有限元法进行法兰设计的分析时，如果安全垫片所处介质不同，垫片系数也会不同。ASME标准壳顶盖的法兰和封头之间的直筒节选取不同的长度，那中对垫片系数有明确规定：在特殊的使用环境中，垫片么法兰锥颈小端M、N的轴向应力值如表1所示。系数通常由经验值来确定。但因为垫片系数缺少相应的通过对图1进行分析，可以得知锥颈小端横截面实验数据，所以在实际的操作过程中要增大螺栓预紧载的轴向应力应为42.4MPa。再对表1进行分析，锥颈荷来减小

8、垫片系数带来的影响。因对垫片系数进行限制，小端外表面上的M、N点分别为拉应力和压应力，因此，这也就导致垫片系数存在着一定的限制性。锥颈小端的外表面上应该具有很大的弯曲应力。另外，因为锥颈小端是结构中不连续的地方，所以在该处应该2压力容器大型端盖法兰设计中Waters法和有会存在一定程度的峰值应力。通过分析承压设备的应力限元法应力计算的对比分类准则，可以准确计算出锥颈小端表