是我國壓力容器設計方面具有權威性的設計標準,如何按照該標準進行厚度的恰當選取,更好地滿設備強度要求,在壓力容器安全運行方面具有重要意義。由于封頭等受壓元件在成型過程中會有一定的加工減薄量,因此,文獻[1]中規定,容器元件的名義厚度和最小成形厚度一般應標注在設計圖樣上。
2.確定封頭最小厚度的常規方法
一般而言,確定封頭最小厚度的常規方法就是直接等于設計厚度,即,計算厚度 腐蝕裕量,而這種確定方法只是考慮壓力載荷對封頭的影響,并未考慮其它載荷及限制條件的影響,致使封頭最小厚度達不到設計工況要求,壓力容器的運行將存在安全隱患。
3.影響確定封頭最小厚度的因素
①剛度的影響
封頭在承受壓力的同時本身應具備一定的剛度,以免發生變形破壞。因此,文獻[1]中規定,對碳素鋼、低合金鋼制容器不包括腐蝕裕量的最小厚度不小于3mm;對高合金鋼制容器不包括腐蝕裕量的最小厚度不小于2mm。
②壓力載荷的影響
封頭是承受一定壓力的受壓元件,首先必須滿足的是壓力載荷,無論是承受內壓或外壓載荷的封頭都可通過文獻[1]中第3章有關計算公式得到封頭計算厚度,其中,計算厚度 腐蝕裕量=設計厚度,這個設計厚度是單從壓力載荷方面考慮而得到的封頭需要的最小厚度。
③內壓失穩的影響
內壓作用下標準橢圓封頭的應力分布如圖1,由應力分布圖可以看出在封頭底邊處產生周向壓縮應力,此處封頭容易發生周向失穩。為防橢圓封頭內壓作用下矢穩,文獻[1]中規定,對于Di/2hi≤2的橢圓形封頭的有效厚度應不小于封頭內直徑的0.15%,對于Di/2hi>2的橢圓形封頭的有效厚度應不小于封頭內直徑的0.30%。上述雖然限制的是有效厚度,但其實也是間接限制封頭成形的最小厚度。
④開孔補強的影響
壓力容器常見的開孔補強方式有:鍛管補強 、補強圈補強、整體補強。所謂整體補強就是增加殼體厚度,以補強開孔后對殼體的削弱。當封頭上開孔采用整體補強結構時,封頭的最小厚度就是滿足開孔補強需要的厚度。
⑤由接管載荷而產應局部應力的影響
在壓力容器設計中,封頭上有些重要工藝管口需要校核由接管外載而產生的殼體局部應力,當接管外載比較苛刻時會增加封頭厚度來降低接管載荷應力的影響,以達到校核通過的目的,這時封頭的最小厚度就是滿足局部應力校核合格時的厚度。
⑥臥式容器封頭起加強作用時影響
在臥式容器設計中,容器支座反力與鞍座接觸的筒體上產生周向壓縮應力,在支座截面筒體最低處,周向壓縮應力最大,在沒有加強圈的情況下,此處筒體容易發生矢穩,同時筒體截面處的切向剪力在筒體徑向截面產生周向彎距。在鞍座設計中,應盡量使鞍座底板中心距封頭切線距離A≤0.5Ra,使封頭對筒體起加強作用,用于平衡筒體的周向壓縮力及彎距,此時封頭的最小厚度就是滿足鞍座應力校核合格時的厚度。
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