壓 力 容 器 的 厚 度 設(shè) 計(jì)

1、壓力容器的厚度設(shè)計(jì)王齊麗竇迎軍（哈爾濱天源石化設(shè)計(jì)院150086）摘 要：討論了壓力容器厚度的選取，以及厚度變化對(duì)強(qiáng)度的影響。闡述了當(dāng) 圖樣設(shè)計(jì)厚度處于相應(yīng)材料厚度范圍臨界值時(shí)，材料許用應(yīng)力隨板厚變化而 變化的問題。并舉例說明當(dāng)制造工藝人員考慮加工成型減薄量而增加板厚時(shí)， 材料強(qiáng)度會(huì)降低，設(shè)計(jì)人員必須增加最小厚度值以保證受壓元件成型后的最小厚度仍能滿足強(qiáng)度要求。Mu 二鍵關(guān)鍵詞:壓力容器;設(shè)計(jì)；厚度；強(qiáng)度；標(biāo)準(zhǔn)前言目前，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，

2、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

3、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，鋼板仃”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。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：幣川綱段n 叩狀態(tài)用的明度指標(biāo)表碰|、.-川向力瀏叫鋼版迎用度指標(biāo)麻準(zhǔn)狀擊而m(Thj翌0 100 150 2)0 項(xiàng) 300 350 JOO如1如1旬390E E E 1、； 1、；1-9 1 ：

4、6-16踽瑚I、I L I，1 1、119 1 -1加：1正火16-36咽3用170 110 170 110 110 IcJ HO E期珊IcJ 度 IcJ IcJ 1 乾閂 IH 131正虬6-161 罔 163lnXiDR閔 ilEli16-36伽踴1ST 157域火3c-c0K0 190IM I：；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)同，|設(shè)計(jì)內(nèi)徑D=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=20C， 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭形狀系數(shù)K=1，設(shè)計(jì)圖樣上封頭名義厚度6 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

5、大成型減薄量為6 X10%：，即18X10%=1.8mm（包含鋼板厚度負(fù)偏差在內(nèi)）。（1）選用!8 mm厚度鋼板壓制封頭，滿足GB150-98設(shè)計(jì)要求。*,頃. 鋼板厚度負(fù)偏差Ci=0.25mm，封頭成型后最小厚度6 min=18-1.8=16.2mm圖 樣厚度-鋼板厚度負(fù)偏差16-0.25=15.75，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1.1仃一心II、，則2.6x2000封頭的計(jì)算厚度：& =、=14.

6、74 CtLttL2x177x1-0.5x2.6考慮腐蝕裕量c2=1 mm，封頭設(shè)計(jì)厚度6 n=6 + C2=14.74+1=15.74mm，在考慮鋼板厚度負(fù)偏差C=0.25mm，6 + C2=15.74+0.25=15.99mm,現(xiàn)圖樣厚度6 n=16mm 15.99mm,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*, 11 .封頭材料的許 用應(yīng)力l-rMl，此時(shí)，封頭計(jì)算厚度：=I 5.35 CtLEtL2.hx

7、2(HM2xl70 xl-(.5x2.h考慮腐蝕裕度C2=1mm，則封頭設(shè)計(jì)厚度6 n=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=25C )的球形封頭材質(zhì)為卜,圖樣厚度20mm, 設(shè)計(jì)壓力P=7.65MPa，設(shè)計(jì)內(nèi)徑D=15000mm，腐蝕裕度C2=1mm。制造廠 選用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。X12%=22X12%=2.64mm選用22mm厚度鋼板壓制球形封頭，滿足GB150-98要

8、求。22mm厚 度的一叫：|1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))5 . =22-2.64=19.36mm圖樣厚度-鋼板厚度負(fù)偏min=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。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)：*1).7.h5x1v占=4區(qū)1旺1-7如 EM”考慮腐蝕裕度C2=1mm，則封頭設(shè)計(jì)厚度5 n=17.8+1=18.8mm，再考慮鋼板厚 度負(fù)偏差 C=0.8mm，5 n+ C1=18.8+0.8=19.6V20mm圖樣厚度，即圖樣厚度

9、20mm滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。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：白=4x157x1-7.min再考慮腐蝕裕度C2=1mm，則球形封頭設(shè)計(jì)厚度5 n=5 + C2=18.5+1=19.5mm現(xiàn)封頭成型后最小厚度5 . =22-2.64=19.36V 19.5mm故不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要min求。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、16MnDR等的力學(xué)性能均隨厚度范圍變化。因此，設(shè)計(jì) 人員在選用