劉奇（化工部長沙設(shè)計研究院，湖南 長沙 410116）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，壓力容器也經(jīng)歷著巨大的改革和更新，出現(xiàn)大量使用條件極其苛刻的壓力容器，例如：大型熱壁容器等。這類嚴(yán)要求的容器不能按照規(guī)則展開設(shè)計，導(dǎo)致分析設(shè)計規(guī)范的形成。JB4732是通過盈利數(shù)值計算法、應(yīng)力分析法對容器展開細(xì)致的應(yīng)力分析，根據(jù)應(yīng)力對容器失去效應(yīng)產(chǎn)生的危害情況，把應(yīng)力合理分類并對不同的應(yīng)力設(shè)置各自限制值展開控制。

1 不同類型壓力容器的適用范圍

壓力容器進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計者對其容器類型、材質(zhì)、尺寸等必須進(jìn)行合理調(diào)整，確保容器的各項(xiàng)設(shè)計滿足規(guī)定要求。GB 150和JB/T4735這兩類根據(jù)第一強(qiáng)度理論和彈性失效原則展開設(shè)計，把最大的主應(yīng)力設(shè)置在材料允許的范圍之內(nèi)。對局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置的應(yīng)力，則根據(jù)JB4732容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開設(shè)計，確定元件的尺寸范圍并引入各個系數(shù)達(dá)到限制其形狀的目的。因?qū)毫θ萜髡归_精細(xì)化的應(yīng)力分析，同時提升容器制造、材料。驗(yàn)收等標(biāo)準(zhǔn)，所以JB4732使用比GB150小的安全系數(shù)。JB4732、GB150和JB/T4735三種設(shè)計并沒有相互覆蓋的范圍，選用更加方便，但JB4732、GB150覆蓋范圍更加廣泛，選擇時要綜合考慮不同容器的設(shè)計壓力、溫度、設(shè)計資格和制造資格等各類因素的影響。同GB150比較可知，JB4732能夠使用較高的應(yīng)力強(qiáng)度，在相同的設(shè)計環(huán)境下，能夠合理減薄容器的厚度和重量。但因設(shè)計計算工作量極大，且整個設(shè)計的制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)有更高更嚴(yán)的要求，所以其經(jīng)濟(jì)效益并非很高，采用GB150無法進(jìn)行常規(guī)設(shè)計計算的結(jié)構(gòu)才根據(jù)JB/T4732進(jìn)行設(shè)計。

2 合理設(shè)置容器的壓力

2.1 計算壓力注意的問題

GB150中增設(shè)科學(xué)計算壓力的內(nèi)容，就是基于相應(yīng)的設(shè)計溫度環(huán)境下，明確元件厚度的壓力，所有容器的厚度計算必須通過壓力計算完成，如此更加明確容器的厚度及元件所處的壓力關(guān)系。允許相同容器各個位置的受壓元件使用不同的計算壓力，簡言之就是各不相同的計算厚度，這與JB4732設(shè)計要求相一致。GB150的載荷主要包括基本載荷和選擇性載荷，在元件厚度計算中應(yīng)用的載荷是基本載荷，例如：外壓、內(nèi)壓、靜壓力等等。并未出現(xiàn)在元件厚度計算式子中，但有些情況必須考慮的載荷成為選擇性載荷，例如：容器附屬構(gòu)件重量、地震力。管道推理、容器自重等等。如果計算時需要把選擇性載荷考慮其中，必須引入其它標(biāo)準(zhǔn)的計算辦法，如：NB/T47041-2014《塔式容器》規(guī)范中地震力。偏心質(zhì)量等引起的應(yīng)力計算公式或使用有限元法對應(yīng)力進(jìn)行分析和評定。

2.2 容器最大允許的工作壓力

因鋼板厚度的圓整，容器的殼體厚度并不比計算厚度小。所以，基于設(shè)定的溫度和壓力環(huán)境下，容器殼體的應(yīng)力并未實(shí)現(xiàn)材料在設(shè)定溫度下的允許使用應(yīng)力，也就是說容器能夠承受的高于設(shè)計的壓力。如果壓力增加至某一數(shù)值，容器殼體的應(yīng)力滿足材料在設(shè)定溫度下的允許壓力，用這一壓力減去液柱靜壓力，從而獲得殼體最大允許的壓力。如果殼體各個位置或元件的有效厚度及材料有所差異，根據(jù)以上方法能夠求解容器最大允許的工作壓力。所以，容器銘牌內(nèi)設(shè)置的最大允許工作壓力就是在設(shè)定的溫度環(huán)境下，容器頂部能夠承受的最大表壓力。

2.3 開展耐壓實(shí)現(xiàn)

2.3.1 容器進(jìn)行壓力試驗(yàn)的目的

對內(nèi)壓容器進(jìn)行試驗(yàn)，重點(diǎn)在于測試容器存在的不足（是指因材料或制造中產(chǎn)生的缺陷）是否滿足設(shè)計壓力，在試驗(yàn)壓力下出現(xiàn)快速擴(kuò)展導(dǎo)致容器開裂或滲漏的情況，并能有效考察容器的密封性。外壓容器出現(xiàn)失穩(wěn)壓力的因素包括：容器的尺寸、制造偏差，通常不需要進(jìn)行外壓試驗(yàn)，一般采用內(nèi)壓試驗(yàn)對容器的密封性能進(jìn)行考核，并觀察容器是否存在穿透性缺陷。耐壓試驗(yàn)容器的試驗(yàn)壓力不能小于表示試驗(yàn)的壓力系數(shù)，在對鋼制壓力容器進(jìn)行試驗(yàn)時，若液壓試驗(yàn)η取值為1.25，如果展開氣壓、液壓組合試驗(yàn)時η取值1.1，GB150相關(guān)要求指出，內(nèi)壓容器展開液壓試驗(yàn)過程中如果實(shí)施氣壓試驗(yàn)時對外壓或真空容器展開液壓試驗(yàn)時，Pr=1.25p,若進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，Pr=1.1P。η作為壓力系數(shù)與容器材料的安全系數(shù)有必然聯(lián)系。

2.3.2 最大允許工作壓力

容器最大允許工作壓力就是在設(shè)計溫度下，容器頂部能夠承擔(dān)的最大表壓力。這里所說的壓力是由容器各個部分殼體的有效厚度計算得到并選取最小值。容器的最大允許壓力必須以容器內(nèi)所有受壓元件的設(shè)計條件和結(jié)構(gòu)尺寸確定，原則上通過各個受壓元件的厚度計算得到，其最大允許工作壓力公式如下依次是容器的圓筒、封頭、法蘭、開孔強(qiáng)度等受壓元件依照自身的設(shè)計條件和尺寸計算獲取該容器最大允許工作壓力。從設(shè)計者的角度來說，是否需提升容器的超壓限度，是判定能否使用最大允許工作壓力展開壓力試驗(yàn)的必要條件。

3 結(jié)語

總之，根據(jù)正確的壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，合理利用容器的遠(yuǎn)征厚度，盡量拉大工作壓力與安全閥之間的壓力差，能確保壓力容器更加平穩(wěn)的工作。

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