李春光 關(guān)慶賀（中國石油遼陽石油化纖公司機(jī)械廠 遼陽 111003）

封頭最小成形厚度的施工圖標(biāo)注與計(jì)算書輸入

李春光 關(guān)慶賀
（中國石油遼陽石油化纖公司機(jī)械廠 遼陽 111003）

在壓力容器設(shè)計(jì)換證審查時，對施工圖中封頭的名義厚度和最小成形厚度標(biāo)注及計(jì)算書的輸入提出了質(zhì)疑。對此以實(shí)例從封頭的名義厚度影響許用應(yīng)力及技術(shù)條件和最小成形厚度影響有效厚度及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)而關(guān)系容器建造的安全可靠性進(jìn)行了討論，認(rèn)為施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)限定封頭的名義厚度，最小成形厚度以標(biāo)注為宜，而SW6數(shù)據(jù)輸入應(yīng)增加“成形減薄量C3”項(xiàng)。建議GB150的術(shù)語符號引入C3，GB/T25198應(yīng)完善封頭成形厚度減薄率，《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》應(yīng)監(jiān)督封頭制造的成形厚度減薄率，以為容器設(shè)計(jì)提供支撐。

封頭 最小成形厚度 標(biāo)注 加工減薄量 輸入

鑒于壓力容器建造體制的不完善，設(shè)計(jì)與制造分離，制造廠大多是根據(jù)工程公司的外來圖施工。故此，GB150-1998規(guī)定[1]：制造廠應(yīng)“根據(jù)制造工藝確定加工裕量,以確保凸形封頭和熱卷筒節(jié)成形后的厚度不小于該部件的名義厚度減去鋼板負(fù)偏差”。致使實(shí)際執(zhí)行中出現(xiàn)安全可靠性的偏離：即使是制造廠（大多外委封頭制造廠）制作封頭，由于施工圖只標(biāo)注封頭的名義厚度，制造工藝為保證“封頭成形后的厚度不小于封頭名義厚度減去鋼板負(fù)偏差”要求，不得不在原設(shè)計(jì)厚度圓整的基礎(chǔ)上考慮加工裕量后再二次向上圓整至鋼板規(guī)格厚度，一般至少增加2mm。由此不僅造成材料的浪費(fèi)及不利與圓筒對接的焊接質(zhì)量，更會產(chǎn)生因制造一味地增加封頭的加工減薄量而使封頭的鋼材厚度增大后與原設(shè)計(jì)提出的技術(shù)條件偏離，諸如因封頭的鋼材厚度增大后“跨檔”（即超越臨界厚度門檻值：如Q245R鋼板許用應(yīng)力的臨界厚度門檻值為16mm，若鋼材厚度＞16mm，則其許用應(yīng)力下降；Q245R鋼板用于殼體的正火狀態(tài)臨界厚度門檻值為36mm，即鋼材厚度＞36mm，則要求鋼板的供貨狀態(tài)為正火板等）所造成的許用應(yīng)力降低導(dǎo)致強(qiáng)度冒進(jìn)或引起鋼板供貨狀態(tài)要求的提高（由熱軋板變?yōu)檎鸢澹⑸行柽M(jìn)行鋼板的UT檢測、拼板后成形封頭的對接接頭須100%RT-Ⅱ或100%UT-Ⅰ及焊后熱處理等高要求。但由于封頭鋼材厚度增大的信息沒有反饋給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員也就不能對所引起的高要求進(jìn)行完善修改，由此影響容器制造的安全可靠性。對此，GB 150-2011修訂[2]為“制造單位應(yīng)根據(jù)制造工藝確定加工余量，以確保受壓元件成形后的實(shí)際厚度不小于設(shè)計(jì)圖樣標(biāo)注的最小成形厚度”，即要求施工圖標(biāo)注“名義厚度（最小成形厚度）即遺憾的是GB 150-2011未有引入“成形減薄量C3”，這給封頭厚度標(biāo)注與計(jì)算書輸入帶來了麻煩，為此筆者對以下實(shí)例進(jìn)行討論。

一臺立式容器，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1，上封頭EHA1200×18(15.5)-Q245R(GB/T 25198《壓力容器封頭》)中心處開設(shè)168×8-20 (GB9948《石油裂化用無縫鋼管》)接管，外伸200mm，插入與內(nèi)壁齊平。

表1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

1 封頭最小成形厚度的施工圖標(biāo)注

封頭最小成形厚度是設(shè)計(jì)要求封頭成形后應(yīng)保證的最小厚度，以滿足封頭的強(qiáng)度、剛度及使用壽命的安全性要求。按GB150，封頭設(shè)計(jì)要求的最小厚。這就是有的施工圖封頭最小厚度為，而有的施工圖封頭最小厚度卻以標(biāo)注。兩種標(biāo)注還是后者較為合理。因?yàn)?，這可避免因計(jì)算厚度考慮的不全面，諸如未計(jì)及開孔補(bǔ)強(qiáng)所用去的厚度、吊耳或支座局部應(yīng)力所需厚度等因素，而使封頭最小厚度不足。事實(shí)上，無論是開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還是封頭內(nèi)壓或外壓穩(wěn)定性、吊耳或支座局部應(yīng)力及臥式容器的切向剪應(yīng)力等校核計(jì)算，都用封頭的有效厚度。在校核計(jì)算時，只要使封頭處于滿應(yīng)力狀態(tài)：考慮開孔補(bǔ)強(qiáng)所用去的厚度；外壓穩(wěn)定性校核使計(jì)算外壓等于許用外壓；選用吊耳或支座時，應(yīng)使封頭的有效厚度等于滿足吊耳或支座局部應(yīng)力所需的最小厚度；臥式容器使封頭的切向剪應(yīng)力等于許用切向剪應(yīng)力，即可取封頭的有效厚度作為計(jì)算厚度，則封頭的最小厚度為。

上例考慮“成形減薄量C3”后通過SW6計(jì)算[3]（將在下面討論），結(jié)果為：封頭的名義厚度，對應(yīng)的封頭最小成形厚度δmin=15.5mm。而在施工圖中則將封頭厚度尺寸標(biāo)注為18（15.5），并注明“封頭成形厚度減薄率按GB/T 25198附錄J”[4]。值得說明的是，封頭“成形減薄量C3”按封頭的名義厚度δn（即取鋼材厚度與GB150鋼板許用應(yīng)力表中的名義厚度一致）計(jì)算。

可見，“封頭成形厚度減薄率”至關(guān)重要，GB/T 25198應(yīng)針對封頭的成形方法完善并給出符合國情的成形厚度減薄率，《容規(guī)》[5]在監(jiān)督封頭制造時，應(yīng)將封頭的質(zhì)量計(jì)劃和成形厚度減薄率作為許可考核的指標(biāo)，以為容器設(shè)計(jì)提供支撐。

2 封頭最小成形厚度的計(jì)算書輸入

由于GB 150-2011未有引入“成形減薄量C3”，而SW6-2011計(jì)算程序中封頭數(shù)據(jù)輸入也就沒有“成形減薄量C3”項(xiàng)值要求，這的確給設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)輸入帶來了麻煩。

輸入1：文獻(xiàn)為保證施工圖所標(biāo)注的最小成形厚度通過SW6計(jì)算，則采取從封頭“名義厚度項(xiàng)”輸入，即δn=δmin+C1進(jìn)而使SW6得到正確的有效厚度，以完成后續(xù)計(jì)算。

輸入2：為施工圖標(biāo)注封頭的 并使SW6計(jì)算“合法化”，則在計(jì)算過程中不作考慮最小形成厚度輸入，而采取在設(shè)計(jì)厚度向上圓整至鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度時人為地增加C3值，“名義厚度項(xiàng)”輸入含C3的名義厚度。

這2種作法實(shí)不可取，因?yàn)?，前者會出現(xiàn)因輸入的所謂“名義厚度”低于“跳檔”值而使許用應(yīng)力提高導(dǎo)致強(qiáng)度計(jì)算“冒進(jìn)”（表面上強(qiáng)度計(jì)算通過，但實(shí)際上卻因其許用應(yīng)力小于提高值而可能強(qiáng)度不足）；后者則會因“夸大名義厚度”輸入使有效厚度由于未減去C3值而“虛大”（較實(shí)際值偏大），可能導(dǎo)致強(qiáng)度不足。所以，為實(shí)現(xiàn)SW6計(jì)算的正確性，只能采取從“腐蝕裕量項(xiàng)”輸入的“合理不合法”的作法即輸入方案3。

輸入3：從“腐蝕裕量C2項(xiàng)”輸入，將“成形減薄量C3”值加入，然后在計(jì)算書形成時注明。上例的SW6“腐蝕裕量項(xiàng)”輸入5.2，而在計(jì)算書中“腐蝕裕量C2項(xiàng)”編輯為3+2.2（2.2為成形減薄量）。

這3種輸入方法所產(chǎn)生的輸出可從SW6計(jì)算結(jié)果（見表2）中體現(xiàn)合理性。

表2 3種輸入產(chǎn)生的輸出SW6結(jié)果

表2中開孔補(bǔ)強(qiáng)建議方案是需要加設(shè)與封頭同材料的補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑×厚度。從表中可以看出：輸入3與輸入2雖然δn、[δ]t、δ、A相同，但由于輸入2的δe值“虛大”，導(dǎo)致A1也“虛大”而使補(bǔ)強(qiáng)圈厚度偏?。欢斎?由于δn比封頭的實(shí)際鋼材厚度偏小，導(dǎo)致[δ]t值偏大，致使δ及A值偏小，雖然保證了δe值正確，但卻因A1值偏大及A值偏小造成與輸入3開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)果相同的假象，而這種假象背后的安全可靠性隱患會隨設(shè)計(jì)壓力和溫度等增大而愈加明顯。

3 結(jié)束語

綜上討論，提出以下建議：

1）施工圖設(shè)計(jì)應(yīng)限定封頭的名義厚度，最小成形厚度以標(biāo)注為宜，而SW6數(shù)據(jù)輸入應(yīng)增加“成形減薄量C3”項(xiàng)；

2）為使輸入方案3“合法化”，GB 150的術(shù)語符號應(yīng)引入“成形減薄量C3”，而GB/T 25198更應(yīng)完善封頭成形厚度減薄率；

3）《壓力容器定期檢查規(guī)則》應(yīng)監(jiān)督封頭制造的質(zhì)量計(jì)劃與成形厚度減薄率，以支撐容器設(shè)計(jì)保證建造的安全可靠性。

1 GB 150-1998鋼制壓力容器[S].

2 GB 150-2011壓力容器器[S].

3 GB/T 25198-2010 壓力容器封頭[S].

4 TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程及釋義[S].

5 龔國榮.封頭成形減薄量與設(shè)計(jì)計(jì)算一致性的探討[J].中國制藥裝備, 2011,9 :42～45.

Construction Drawing Marked and Calculation Input of the Minimum Thickness of Head

Li Chunguang Guang Qinghe
(CNPC Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Factory Liaoyang 111003)

In the review of pressure vessel design certificate renewal, the nominal thickness and the minimum thickness of head labeled in the construction drawing and the calculation input are questioned. This paper discusses the influence of the nominal thickness on the allowable stress and technical conditions, the infl uence of the minimum forming thickness on effective thickness and the accuracy of the calculation results, and other safe reliability related questions in pressure vessel building. The construction drawing design should limit the nominal thickness of head; and the small thickness to annotation is appropriate, while the SW6 data input increase the “forming thinning C3”. The term symbol GB150 into C3, GB/T25198 should improve the head forming thickness reduction ratio, “content regulation” should supervise the manufacturing forming thickness thinning rate, that design support for vessel.

head minimum thickness annotation Working thickness reductio Input

X933.4

B

1673－257X(2014)07－39－03

李春光（1979～),男，工程師，從事壓力容器建造工作。

2014－01－24）