压力容器液压试验压力探析

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1、压力容器液压试验压力探析　　摘要：GB150《压力容器》给出了液压试验压力计算公式，并规定液压试验压力的最低值按该公式选取。通过理论和实例推导，得出液压试验过程中，厚度附加量越大，受压元件内的应力值越低，反之亦然。同时，提出压力容器液压试验压力值应充分考虑厚度附加量的影响，探讨提高液压试验压力的方法和可行性。关键词：压力容器试验；压力受压元件；厚度附加量许用应力中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198（2013）15-0188-011概述GB150.1～150.4-2011《压力容器》（以下简称GB150

2、）4.6条中规定，压力容器制成后应经液压试验，其中液压试验压力，按以下公式：PT=1.25P〔σ〕/〔σ〕t（1）5同时，明确规定液压试验压力的最低值按上述公式。实际中，按公式（1）确定液压试验压力时，没有考虑厚度附加量的影响，压力容器使用后厚度附加量减少，直到为零，受压元件所承受的应力值逐渐提高。可见，压力容器在出厂前的厚度附加量最大，受压元件实际所承受应力值最低，相当于宏观强度方面的检验要求最为宽松。本文提出应充分考虑厚度附加量对液压试验的影响，适当提高新制压力容器的液压试验压力。首先以内压圆筒为例，探讨采用实际壁厚替

3、代有效厚度来确定压力容器的液压试验压力。圆筒壁内达到材料的许用应力〔σ〕时的压力为：Pm=2δm〔σ〕Φ/（δm+Di）（2）代入公式（1）有PT=1.25Pm〔σ〕/〔σ〕t（3）Pm─圆筒壁内达到材料的许用应力时的压力，MPaδm─圆筒液压试验时的实际壁厚，mm同时，按GB150中4.6.3规定，进行液压试验应力校核。当厚度附加量为0时，公式（2）与公式（1）是一致的。实际壁厚普遍大于有效厚度，尤其是新制压力容器，用公式（2）计算的液压试验压力较公式（1）提高了，下文对此进行了实例推导和具体分析。2压力容器进行液压试验

4、的原因和目的（GB150标准释义）（1）原因：压力容器在制造过程中，必然有材料缺陷和制造工艺缺陷存在，进行液压试验，这是一种直观性的综合检验。5（2）目的：检查容器在超工作压力下的宏观强度，包括检查材料的缺陷、容器各部分的变形、焊接接管的强度和容器法兰连接的泄漏检查等。3液压试验公式的分析按GB150标准释义，耐压试验公式（1）中的系数1.25是为了让压力容器在超工作压力下进行压力试验。温度修正系数〔σ〕/〔σ〕t是考虑到了温度对材料许用应力值的影响，液压试验在常温下进行，〔σ〕/〔σ〕t≤1。从公式（1）可以看出，该公式

5、未考虑厚度附加量的影响，即液压试验的压力与厚度附加量无关。4试验压力PT下圆筒壁内的应力分析4.1圆筒壁内应力分析按“无力矩理论”（也叫“薄膜理论”），圆筒壁内的应力为典型的二向应力状态，即周向薄膜应力和径向薄膜应力，其中，周向薄膜应力是径向薄膜应力的二倍，周向承受内压的圆柱壳膜应力为：σθ=P（Di+t）/（2t）（5）σθ─圆筒周向薄膜应力，MPat─圆筒壁厚，mmGB150采用的是第一强度理论，即σ1≤〔σ〕t，对于薄壁内压圆筒，σθ为最大主应力，即：σ1=σθ。4.2内压筒体壁厚公式的推导5由公式（5）第一强度理论

6、σ1≤〔σ〕t及σ1=σθ有：P（Di+t）/（2t）≤〔σ〕t圆筒由钢板卷焊时，〔σ〕t应乘以焊接接头系数Φ，Φ≤1。此外，考虑到容器内部介质腐蚀（冲蚀）等因素作用，以及供货钢板厚度负偏差等，设计厚度比计算厚度大，故上式中t要加上附加厚度C。所以内压筒体壁厚计算公式为：δ=PcDi/（2〔σ〕tΦ-Pc）以上即为公式（4）的推导过程，大家知道，圆筒名义厚度由计算壁厚、厚度附加量、向上圆整值构成。设计时，充分考虑了厚度附加量（介质和设计寿命决定），而液压试验公式（1）中没有考虑厚度附加量。5液压试验时，圆筒壁内的应力分析实

7、例（1）例1：某20m3液氯储槽，筒体主体材料为Q345R，筒体内径1804mm，筒体壁厚14mm。其中设计参数：设计压力为1.6MPa/设计温度为50℃/腐蚀裕量为6mm/焊接接头系数为1.0mm/充装介质为液氯/容积为20m3/容器类别为Ⅲ类/液压试验压力为2.0MPa。（2）圆筒计算厚度为：δ=PcDi/（2〔σ〕tΦ-Pc）=7.67mm（3）出厂前液压试验时圆筒壁内的最大主应力为：σt1=PT（Di+t）/（2t）5=2.0×（1804+14）/（2×14）=129.86MPa（　　检修过程的液压试验中，σt/〔

8、σ〕=236.2/189=1.25，圆筒壁内的最大主应力达到了许用应力值的1.25倍，即，圆筒内的应力值远大于出厂前液压试验时的应力值，出厂前未显现的缺陷可能会显现甚至被放大，压力容器寿命降低或失效。6公式（2）在实例中的应用分析例1中，筒体实际壁厚δm=δn=14mm（忽略负偏差），由公式（3）：Pm