姜 明 趙麗瓊 徐 清

（華北電力設(shè)計院工程有限公司)

GB 150.3—2011中內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼壁厚的計算

姜 明*趙麗瓊 徐 清

（華北電力設(shè)計院工程有限公司)

對GB 150.3—2011中內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼壁厚計算的兩種公式進行分析比較，總結(jié)了不同場合采用不同計算公式所得結(jié)果的差別。

內(nèi)壓圓筒 內(nèi)壓球殼 壁厚計算 壓力容器

GB 150—2011《壓力容器》修訂版已于2012年3月1日起替代GB 150—1998正式實施。新版GB 150是為了與TSG R0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》協(xié)調(diào)一致而修訂的。新版GB 150較舊版有了很大的變化，其中GB 150.3—2011的內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼部分增加了按外徑進行壁厚計算的相應(yīng)公式。針對這一變化，本文對GB 150.3—2011中內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼壁厚計算的兩種公式進行了推導(dǎo)和比較分析。

1 內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼的壁厚計算公式

GB 150.3—2011中給出了內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼分別按內(nèi)徑和按外徑進行壁厚設(shè)計計算的相應(yīng)公式。

按內(nèi)徑計算：

式中 δ——圓筒或球殼的計算厚度，mm；

pc——計算壓力，MPa；

Di——圓筒或球殼的內(nèi)直徑，mm；

Do——圓筒或球殼的外直徑，mm；

[σ]t——設(shè)計溫度下圓筒或球殼材料的許

用應(yīng)力，MPa；

φ——焊接接頭系數(shù)。

2 兩種壁厚計算公式的比較

筆者發(fā)現(xiàn)，按內(nèi)徑進行壁厚計算和按外徑進行壁厚計算所得到的壁厚計算值不一樣。為了區(qū)別按內(nèi)徑計算和按外徑計算的壁厚，定義按內(nèi)徑計算的壁厚為δi，按外徑計算的壁厚為δo。圓筒壁厚的兩種計算公式關(guān)系如下：

球殼壁厚的兩種計算公式關(guān)系如下：

式中 δn——圓筒或球殼的名義厚度，mm；

C——名義厚度與計算厚度的差值，即材料負偏差、腐蝕裕量和厚度圓整量之和（GB 150.3—2011），mm。

從上面的公式推導(dǎo)結(jié)果得到，按內(nèi)徑計算公式計算的圓筒壁厚與按外徑計算公式計算的圓筒壁厚結(jié)果相差2pcC/(2[σ]t+pc)，按內(nèi)徑計算公式計算的球殼壁厚與按外徑計算公式計算的球殼壁厚結(jié)果相差2pcC/(4[σ]t+pc)。即相同設(shè)計條件下，按圓筒、球殼內(nèi)徑計算公式計算的壁厚小于按外徑計算公式計算的壁厚。

3 結(jié)果分析

按內(nèi)徑計算和按外徑計算所得到的壁厚差值的影響因素有下述幾項：容器的計算壓力、腐蝕裕量、設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力和焊接接頭系數(shù)等。對于壓力較低、非高溫且介質(zhì)腐蝕性弱的場合，兩種計算結(jié)果差別不大，在實際設(shè)計計算中可以忽略。但對于高溫、高壓且介質(zhì)腐蝕強的場合，特別是對一些用管材作筒體的高溫高壓容器或者容器的接管，其兩種計算結(jié)果的差別則不可忽略，有些情況可能會導(dǎo)致選用不合適的管子規(guī)格。

針對上述分析，以我單位設(shè)計的某發(fā)電工程亞臨界機組的蒸汽集箱為例，分別按兩個壁厚計算公式計算集箱壁厚，可得到如下不同的結(jié)果。

蒸汽集箱的設(shè)計壓力為16.8 MPa，設(shè)計溫度為 546℃，以鋼管作為筒體， 選用的材料為12Cr1MoVG，鋼管規(guī)格（GB/T 17395—2008）為500 mm×65 mm （外徑管）。按內(nèi)徑計算公式計算的壁厚為：

腐蝕裕量取 1 mm，管子厚度負偏差按 GB 5310—2008中規(guī)定為6.5 mm，則所得到的管子的規(guī)格厚度為：

δn=57.26+1+6.5=64.76 mm

圓整后取δn=65 mm。

如果按外徑計算公式計算，則壁厚為：

管子的規(guī)格厚度為：

δn=59.09+1+6.5=66.59 mm

圓整后取δn=67 mm。

因此，選用500 mm×65 mm規(guī)格的管子不能滿足要求，需要選用500 mm×70 mm規(guī)格的管子。

兩種壁厚計算公式得到的計算結(jié)果不同。

綜合上述分析，筆者建議，在實際容器設(shè)計中，當設(shè)計參數(shù)為高溫、高壓時，特別是采用管材做容器殼體或接管進行壁厚計算時，宜以外徑計算公式進行壁厚計算，其結(jié)果將比按內(nèi)徑計算公式進行計算更加安全。

4 結(jié)語

長期以來，壓力容器設(shè)計由于其工況復(fù)雜多變、影響因素多，一直是業(yè)內(nèi)人士研究和探討的課題。本文通過比較內(nèi)壓圓筒和內(nèi)壓球殼兩種壁厚計算公式的差別，意在結(jié)合設(shè)計實踐深入學(xué)習(xí)2011版GB 150，對設(shè)計技術(shù)進行深入研究和探討，以確保壓力容器設(shè)計的安全可靠性。

Wall Thickness Calculation of Internal Pressure Cylinder and Internal Pressure Spherical Shell in GB 150.3-2011

Jiang Ming Zhao Liqiong Xu Qing

An analysis and comparison is presented for two formulas of wall thickness calculation of internal pressure cylinder and internal pressure spherical shell in GB 150.3-2011,the difference of results calculated with the two formulas under different situation is summarized.

Internal pressure cylinder;Internal pressure spherical shell;Wall thickness calculation;Pressure vessel

TQ 050.2

2013-04-12）

*姜明，男，1983年生，碩士，工程師。北京市，100120。