壓力容器厚度計(jì)算

1、目前，我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)依據(jù)GB150-98鋼制壓力容器，是國(guó)內(nèi)普遍遵循的原則。一般情況下，板厚增加，元件強(qiáng)度會(huì)提高，但有時(shí)板厚增加強(qiáng)度反而降低。如何按照該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行厚度的恰當(dāng)選取，更好地滿足強(qiáng)度需求，對(duì)壓力容器設(shè)計(jì)具有重要意義。 GB150-98規(guī)定，計(jì)算厚度是指按各章公式計(jì)算得到的厚度；設(shè)計(jì)厚度是指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和；名義厚度指設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度，即標(biāo)注在圖樣上的厚度；有效厚度指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼板厚度負(fù)偏差。我們這里討論的厚度是名義厚度。從定義中可以看出，名義厚度不包括加工減薄量，元件的加工減薄量由制造單位根據(jù)各自的加工工藝和加工能力自行選取，只

2、要保證產(chǎn)品的實(shí)際厚度不小于名義厚度減去鋼材厚度負(fù)偏差就可以。這樣可以使制造單位根據(jù)自身?xiàng)l件調(diào)節(jié)加工減薄量，從而更能主動(dòng)地保證產(chǎn)品強(qiáng)度所要求的厚度，更切合實(shí)際地符合制造要求。 按照GB150-98等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的原則，制造工藝人員要根據(jù)圖樣厚度考慮加工減薄量而增加制造元件的毛坯厚度。在我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)中，鋼板厚度范圍變化，鋼板的b、s也有變化，一般是板厚增加，b、s有所降低。我國(guó)壓力容器用鋼板許用應(yīng)力隨板厚厚度范圍增厚而有所降低，因而可能出現(xiàn)雖然有時(shí)板厚增加，強(qiáng)度反而降低的現(xiàn)象，尤其是封頭，這種現(xiàn)象更明顯。 2 實(shí)例 為了證明上述現(xiàn)象存在，舉例如下：首先我們給出常用鋼板在不同狀態(tài)下的強(qiáng)度指標(biāo)，如下表所示

3、： 常用鋼板在不同狀態(tài)下的強(qiáng)度指標(biāo)表 2.1 例1 某臺(tái)儲(chǔ)氣罐，其封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，材質(zhì)15MnVR，設(shè)計(jì)內(nèi)徑Di=2000mm，腐蝕裕度C2=1mm，焊縫系數(shù)=1，設(shè)計(jì)壓力P=2.6MPa，設(shè)計(jì)溫度t=20，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭形狀系數(shù)K=1，側(cè)十圖樣上封頭名義厚度n=16mm.制造廠選用18mm厚度鋼板壓制封頭，該制造廠壓制封頭時(shí)最大成型減薄量為x10%，即18x10%=1.8(包含鋼板厚度負(fù)偏差在內(nèi))。 (1)選用18mm厚度鋼板壓制封頭，滿足GB150-98設(shè)計(jì)要求。15MnVR鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.25mm，封頭成型后最小厚度min=18-1.8=16.2mm，圖樣厚度一鋼板厚度負(fù)偏差=1

4、6-0.25=15.75mm，即滿足GB150-98的要求。 (2)16mm圖樣厚度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。對(duì)圖樣封頭厚度16mm進(jìn)行強(qiáng)度校核，由GB150-98(7-1)橢圓封頭厚度計(jì)算公式(標(biāo)準(zhǔn)橢圓K=1)： 式中，由GB150-98表4-1，16mm厚度的15MnVR=177MPa，則封頭計(jì)算厚度： 考慮腐蝕裕量C2=1MM，封頭設(shè)計(jì)厚度a=+C2=14.74+1=15.74mm，再考慮鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.25mm，a+C1=15.74+0.25=15.99mm，現(xiàn)圖樣厚度B.=16mm>15.99rmn，即滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。 (3)板厚增加，強(qiáng)度反而不符合要求。雖然制造時(shí)考慮加工成

5、型減薄量，增加了壓制封頭鋼板厚度，滿足GB150-98封頭最小厚度圖樣厚度-鋼板厚度負(fù)偏差的要求，但由GB150-98表2-1查18mm厚度的15MnVR封頭材料的許用應(yīng)力=170MPa，此時(shí)，封頭計(jì)算厚度： 考慮腐蝕裕度C2=1mm，則封頭設(shè)計(jì)厚度b=15.35+1=16.35mm，現(xiàn)封頭成型后最小厚度(包含鋼板厚度負(fù)偏差在內(nèi))為：18-1.8=16.2mm<封頭設(shè)計(jì)厚度16.35mm，即不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。 2.2 例2 某低溫反應(yīng)容器(t=25)的球形封頭材質(zhì)為15MnNiDR，圖樣厚度20mm，設(shè)計(jì)壓力P=7.65MPa，設(shè)計(jì)內(nèi)徑Di=1500mm，腐蝕裕度C2=1mm。制造廠選

6、用22mm鋼板壓制球形封頭，該制造廠壓制封頭時(shí)最大成型減薄量(包含鋼板厚度負(fù)偏差在內(nèi))為x 12%=22x12%=2.64mm。 (1)選用22mm厚度鋼板壓制球形封頭，滿足GB150-98要求。22mm厚度的15MnNiDR鋼板厚度負(fù)偏差為0.8mm，封頭成型后最小厚度(包含鋼板厚度負(fù)偏差在內(nèi))min=22-2.64=19.36mm>圖樣厚度-鋼板厚度負(fù)偏差=20-0.8=19.2mm，即選用22mm厚度鋼板壓制球形封頭，滿足GB150-98要求。 (2)20mm圖樣厚度滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)圖樣球形封頭厚度進(jìn)行強(qiáng)度校核，由GB150-98(5-5)： 考慮腐蝕裕度C2=1MM，則封頭設(shè)計(jì)厚

7、度b=17.8+1=18.8mm，再考慮鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.8mm,a+C1=18.8+0.8=19.6mm<20mm圖樣厚度，即圖樣厚度20mm滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。 (3)板厚增加，強(qiáng)度反而不符合要求。雖然制造時(shí)考慮加工成型減薄量，增加了壓制封頭鋼板厚度，滿足了GB150-98封頭最小厚度圖樣厚度-鋼板厚度負(fù)偏差的要求，但由于鋼板厚度增加后由163MPa降至157MPa，此時(shí)，球型封頭計(jì)算厚度： 再考慮腐蝕裕度C2=1MM，則球形封頭設(shè)計(jì)厚度a=+C2=18.5+1=19.5mm，現(xiàn)封頭成型后最小厚度min=22-2.64=19.36mm<19.5mm，故不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。 3 結(jié)語 由以上實(shí)例說明，若不考慮板厚增加，材料力學(xué)性能降低這一因素，將可能制造出強(qiáng)度不夠的不合格受壓元件。除了上述兩例材質(zhì)外，還有其它多種鋼種，如 16MnR,16MnD