压力容器封头最小成形厚度标注探讨

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中图分类号：TH 49；TQ 050.2 文献标志码 ：B doi：10.3969/j.issrL 1000-7466.2013.03.011Discussion Dimensioning of M inimum Required Fabrication Thickness of theForm ed Head of Pressure VesselZHANG Zhi-hui(Hubei Research and Design Institute of Chemical Industry，W uhan 430073，China)Abstract：The head is one of the main pressure parts of pressure vessel and its quality plays a vi-ta1 role on the safe operation of pressure vesse1.Thickness is the main structure parameters of thehead，it guarantees the structure strength and the structure stiffness and the service lire underprescribed loading conditions.The minimum required fabrication thickness of the head specifiedby GB 15O.1～GB 150.4- 2O11Pressure Vessels”discussed and several different cases to markthe minimum thickness of the head iS analyzed.M arked method of the minimum required fabrica-tion thickness of the head iS discussed through the example。

Key words：pressure vessel；head；minimum required fabrication thickness；dimensioning封头计算厚度 ，mm设计厚度 ，mm符 号 说 明Tanksl，S3.)1，83 卢峰，赵石军.大型球罐有 限元应力分析设计技术FJ].-重技术，2010(2)：17-20。

(LU Feng。ZHA0 Shi-jun. Large-Sized SphericalTankS Design by FEA Stress Analysis[J].CfhiTechnology，2010(2)：17-20.)[9] 步琼.15 000 m。大型球罐设计与支柱应力分析I-D]。

封头有效厚度 ，mm接管计算厚度，mm抚顺 ：东北石油大学 ，2012。

(BU Qiong.1 5 000 m Large-scale Spherical TankSDesign and PillarS Stress Analysis[D].Fushun：Northeast Petroleum University，2012.)Elo]GB 12337-1998，钢制球形储罐Fs]。

(GB 12337-1998，Steel Spherical Tanksl，S].)(张编 )收稿 日期 ：2012-11-29作者简介：张志辉(1984-)，男，河北邢台人 ，助理工程师，硕士，主要从事压力容器设计工作。

石 油 化 工 设 备 2013年 第 42卷- - 接管有效厚度 ，mm- - 壳体开孔处计算厚度 ，mm[ ] --设计温度下壳体材料的许用应力，MPa[ ] 设计温度下接管材料的许用应力，MPaP --计算压力 ，MPaD， --封头 内径 ，mmd 开孔直径 ，mmK --椭 圆形封 头形状 系数凸形封头是压力容器中经常采用的受压零件 ，它的安全性能对压力容器 的安全运行十分重要 。

GB 150-1998钢制压力容器 》中规定制造单位 根据制造工艺确定加工裕量，以确保凸形封头的厚度不小于该部件 的名义厚度减去钢板 负偏差 ]。因此 ，制造单位往往选购厚度规格大于名义厚度 的钢板 ，即第二次圆整，在很 多情况下导致 了材料 的浪费。新版压力容器设计标准 GB 150-2011《压力容器》同样要求设计 图样注明封头的最旭度 。]，但对封头最小成形厚度进行了修正，为制造单位根据自身经验选购投料的厚度规格提供了便利，某些情况下可以减小投料的钢材厚度 ，节约材料。然而 ，相 比前版压力容器和封头标准 ]，文献[3]和 GB/T25198-2010《压力容器封头 》 均未对设计文件 中该如何标注最小成形厚度做出详细的解释和规定，设计者对标准理解得不够充分 ，对最小成形厚度 的标注仍然存在争议，就会造成许多安全隐患。笔者以椭圆形封头为例 ，对不同情况下设计文件 中如何标注最小成形厚度进行讨论 ，供设计者参考。

1 内压封头无开孔受内压封头上没有开孔时，先按式(1)计算封头计算厚度 ：-- . !望! 2[ -0.5P封头设计厚度 等于计算厚度与腐蚀余量之和 。此时，设计文件 中最小成形厚度 可 以是设计厚度 、给定名义厚度条件下制造中可以达到的最大厚度或名义厚度减钢板负偏差 (相当于有效厚度加腐蚀余量)，三者中认小值应该更为合理。

焊接接头 系数C：--腐蚀余量 ，mmB --补 强有 效宽度 ，mmh --外 伸接 管有效补强高度 ，mmh。 内伸接管有效补强高度 ，mm， --强度削弱系数t -- 设计温度 ，。C假设封头名义厚度 中用于开孔补强部分的厚度为 △ ，则按文献[3]式(6-10)，封头中用于开孔补强的金属面积 A 为l6]：A -(B-d。。)△ -2△淞 (1-f ) (3)接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积按文献[3]式(6-11)进行计算：A2-2h1( 。 - )f 2h2( -C2)f (4)假设有效补强范围内焊缝金属面积为 A。，补强范围另加的补强面积为 A ，则根据等面积补强法可以得到 ：A-A1 A2A。A (5)联合式(2)～式(5)，有 ：㈦ 由此得到保证强度、刚度 以及使用寿命的封头最旭度 ：8hi. - △ C2 (7)此时 ，设计文件 中的最小成形 厚度 可 以是 。 在保证不小于 时 ，文件 中的最 小成形厚度 i 也可以是设计厚度 、给定名义厚 度条件下制造 中可 以达到的最大厚度或名义厚度减钢板负偏差(相当于有效厚度加腐蚀余量)。

3 卧式容器 封头对卧式 容器 都是 采 用有 效 厚度 进 行 核算的 ]。如果没有进-步核算并给出相应 的结果 ，则当卧式容器 的封头对简体起加强作用 ，即支座形心至封头切线的距离小于等于圆筒平均半径的 1/2时，所标注的封头最小成形厚度应该是封头的有效厚度加腐蚀余量之和，即艿- C。。

2 内压封头有开孔 4 带搅拌的反应容器封头由文献[3]中式(6-1)和式(6-2)可知，凸形封头因开孑L所需补强面积为：A-d。。 288 (1-f ) (2)带搅拌的反应容器上封头带有减速机、电动机等附件，此时封头将会承受-定的额外载荷，标注这类设备封头最小成形厚度时，应考虑这些额外载荷第 3期 张志辉：压力容器封头最小成形厚度标注探讨的影响 ，要准确计算封头能否承受这些 载荷就需要采用应力分析方法 ，建立有限元模型进行求解。

5 外压封 头外压封头的计算厚度应当是设计外压敲等于许用外压时所对应的壳体厚度。从目前大部分工程实际考虑 ，外压容器和卧式容器 的各部件都是采用有效厚度 进行核算 ，如果没有进-步核算并 给出相应的结果，则外压封头的计算厚度就应该取其有效厚度。若进行反复迭代计算，可能得不偿失 ，因此，建议受外压封头最小成形厚度按其有效厚度加腐蚀余量之和进行标注，即 - 十C 。

6 实例某公 司设计 的 l台储 罐 的设 计参 数 为 P 2.16 MPa、t- 50 。C 、D。- 800 mm、 - 1.0、C2-2 mm。筒 体及封 头材料均 为 Q345R，其 [ ] -189 MPa。封头选用的是标准椭圆形封头，按式 (1)得封头计算厚度 -4.58 mm，设计时取封头厚度和筒体名义厚度均为 10 mm。在封头中心有-与封头内壁平齐的开孔 ，接管为 38 mlTl×4.0 mm 的20无缝钢管，其[ ]：-147 MPa-孔未另行补强。

按文献[3]开孔补强方法进行计算，开孔直径d。-302(24×0.125)：35(mm)，外伸接管有效补强高度 h -11.8 mm，内伸接管有效补强高度h。-0，f -0.777，有效宽度 B-70 Film，接管名义厚度 -4 mm，接 管厚 度 附加量 C-C C。-2.75 1Tim，接管计算厚度 -0.222 mm。由式(2)和式 (4)可 以分 别 求 得 A- 163.37 mm 、A -3O.16 mm ，雀脚高度 为 6 mm，则焊缝金属面积A。-36 mm ，另加 的补强面积 A -0。

将 以上各值 代人式 (6)和式 (7)得 9.5 mm，可见该封头 的最小成形厚度 应该写成9.5 mm，而不是 C2-6.58 mm。

7 结语文中关于封头最小成形厚度的讨论都是在满足标准中对壳体加工成形后不包括腐蚀余量的最旭度要求的前提下进行的。另外，当设计文件上注明了设备的最大允许工作压力时，应以最大允许工作压力来校核所标注的封头的最旭度是否满足相关要求[ ]。

在设计图样中标注封头的最小成形厚度，可以避免制造时重复考虑圆整量而在封头下料时增加钢板的厚度，如果对最旭度 理解有偏差就可能造成安全隐患。设计时要根据具体情况进行分析，综合考虑各种 因素 ，确保设计 出的封头满足强度 、刚度和使用寿命的要求。