實(shí)際應(yīng)用中給定條件下鋼質(zhì)壓力容器材料厚度設(shè)計(jì)

劉 敏

（淮南師范學(xué)院 電子工程學(xué)院，安徽 淮南 232038）

鋼質(zhì)壓力容器由于其用途廣泛，在軍事、化學(xué)工業(yè)、民用以及其他領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位，生產(chǎn)鋼質(zhì)壓力容器的企業(yè)也遍地開花，但是鋼質(zhì)壓力容器由于特殊的功能性使其在使用過程中危險(xiǎn)系數(shù)也比較高，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)對于材料厚度既要考慮產(chǎn)品的生產(chǎn)成本又要滿足安全可靠性，在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行全面而充分的考慮將會(huì)避免很多問題的發(fā)生。因此，如何在鋼質(zhì)壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)確定材料厚度，提高安全可靠性降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)被很多鋼質(zhì)壓力容器生產(chǎn)企業(yè)和使用企業(yè)所關(guān)注。

1 實(shí)際應(yīng)用中壓力容給定設(shè)計(jì)參數(shù)

工作中承接鍋爐的分汽缸產(chǎn)品設(shè)計(jì)，分汽缸是鍋爐的主要配套設(shè)備，主要功能是用于把鍋爐運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽分配到各路管道中去。工作壓力≥0.1Mpa，直徑≥0.15m，容積≥0.025立方米，盛裝介質(zhì)是氣體、液體、介質(zhì)最高溫度≥標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，同時(shí)滿足以上幾點(diǎn)的容器稱之為鋼質(zhì)壓力容器，分汽缸系承壓設(shè)備屬鋼質(zhì)壓力容器。

如表1所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求分汽缸的封頭采用橢圓形封頭，中華人民共和國和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，鋼質(zhì)壓力容器封頭GB/T 25198-2010封頭的選擇，EHA封頭是以內(nèi)徑為基準(zhǔn)，EHB是以外徑為基準(zhǔn)，直徑不同選EHA封頭和EHB封頭對接的圓筒有關(guān)，如果圓筒是鋼管制作的最好選EHB，如果筒體是鋼板卷制用EHA封頭。給定設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中分汽缸的筒體外徑是273mm，封頭的選擇型號(hào)應(yīng)確定為EHB273。

表1 分汽缸設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

如圖1所示，分汽缸的主要功能是分配蒸汽，因此分汽缸上有多個(gè)閥座連接鍋爐主汽閥及配汽閥門，以便將分汽缸中蒸汽分至各需要之處。分汽缸主要受壓元件為：配汽閥座、主汽閥座、安全門閥座、疏水閥座、溫度表座，如何正確設(shè)計(jì)分汽缸首先壓力符合要求，其次是分汽缸選材符合要求。條件是設(shè)計(jì)材料已經(jīng)確定，我們現(xiàn)在所需要的做的就是確定材料Q345R的厚度。鋼質(zhì)壓力容器材料Q345R厚度確定時(shí)，既要充分考慮分汽缸強(qiáng)度會(huì)受材料厚度變化影響，因?yàn)椴牧系脑S用應(yīng)力會(huì)隨板厚變化而變化，也要清楚并不是板厚增加分汽缸的強(qiáng)度會(huì)提高。鋼板許用應(yīng)力隨板厚厚度增厚而有所降低，因而可能出現(xiàn)雖然板厚增加強(qiáng)度反而降低的現(xiàn)象，尤其是封頭現(xiàn)象更明顯。

圖1 分汽缸簡圖

2 鋼質(zhì)壓力容器材料厚度選取

介質(zhì)為蒸汽時(shí)，應(yīng)按《壓力容器規(guī)程》規(guī)定設(shè)計(jì)，并確定筒體直徑、材質(zhì)及厚度，目前我國壓力容器設(shè)計(jì)依據(jù)GB150-2011《鋼制壓力容器》。

3 鋼質(zhì)壓力容器材料厚度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

在確定分汽缸材料和鋼板厚度后，應(yīng)對筒體和封頭進(jìn)行壓力試驗(yàn)并對應(yīng)力進(jìn)行校核。

3.1 筒體壓力試驗(yàn)及應(yīng)力校核

表2所示，對筒體數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并計(jì)算試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力，如壓力試驗(yàn)類型采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力值pT，pT = 1.25p= 1.2776 MPa (或由用戶輸入)。

表2 內(nèi)壓圓筒相關(guān)數(shù)據(jù)

最大允許工作壓力，[pw]== 5.30119MPa。設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力，= 25.25MPa。。當(dāng)t≥t時(shí)，校驗(yàn)結(jié)果為合格。

3.2 封頭壓力試驗(yàn)及應(yīng)力校核

表3所示，對封頭數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并計(jì)算試驗(yàn)壓力下封頭的應(yīng)力，如壓力試驗(yàn)類型采用液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力值pT，pT = 1.25p = 1.2776MPa(或由用戶輸入)。

表3 橢圓封頭相關(guān)數(shù)據(jù)

最大允許工作壓力，[pw]==6.74974MPa。設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力，= 25.25MPa。校驗(yàn)結(jié)果為合格。

4 結(jié)語

研究壓力容器材料厚度是了解鋼質(zhì)壓力容器的基礎(chǔ)，本文是在廠家給定條件下為鍋爐分汽缸設(shè)計(jì)確定材料厚度，通過按照國標(biāo)要求進(jìn)行計(jì)算，在保證分汽缸的安全可靠性要求的基礎(chǔ)上，對實(shí)際使用條件分析后確定材料厚度。在鋼質(zhì)材料及厚度確定后，又論證了方案的可實(shí)施性，通過全面考慮既避免生產(chǎn)制造過程中“以厚代薄”增加鋼質(zhì)壓力容器強(qiáng)度的問題，又為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，對鋼質(zhì)壓力容器產(chǎn)品的發(fā)展具有十分重要的意義。