大口径盲板厚度的确定

2011-12-08尹俊杰北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司兰州730050

化工设计 2011年6期

关键词：盲板附图剪应力

尹俊杰北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司兰州 730050

李克海神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司银川 750011

大口径盲板厚度的确定

尹俊杰*北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司兰州 730050

李克海神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司银川 750011

介绍大口径盲板厚度的3种计算方法，并讨论各种方法的安全性、经济性以及可行性。

大口径盲板厚度

盲板设置在要求管道或设备需要切断的部位，如设备接管口切断阀前后或两法兰之间，主要作用是将工艺介质完全隔断，防止由于切断阀关闭不严影响生产和造成事故。从外观看，一般分为8字盲板、盲板以及垫环(盲板和垫环互为盲通)。通常DN600及以下的8字盲板、盲板和垫环的厚度可通过查阅国外工程公司，如Shell和TEC的标准附图或《管道用钢制插板、垫环、8字盲板》HG 21547－93来取得。DN600以上的大口径盲板和垫环厚度在Shell和TEC标准附图以及HG 21547中并未给出，但在实际工程设计中又不可避免会遇到，因此必须设法确定大口径盲板厚度。

1 厚度确定

某壳牌煤气化工程中，高温高压过滤器的粗合成气进口设置DN1000的大口径盲板和垫环，该盲板厚度在Shell提供的DEP标准附图中未给出。以这块DN1000/PN10.0的盲板为例说明大口径盲板厚度的确定方法。

该管道的操作温度为340℃，设计温度为380℃，操作压力为3.96 MPa(G)，设计压力为4.40 MPa(G)，管道材料为0Cr18NiTi，法兰为DN1000/600lb。

(1)《工业金属管道设计规范》GB 50316－2008第6.7.2条给出了夹在两法兰之间的盲板厚度计算公式，夹在两法兰之间的盲板见图1。

其计算厚度可按式(1)确定;对于永久性盲板应按式(2)增加厚度附加量。

式中，tm为盲板计算厚度，mm;dG为凹面或平面法兰垫片的内径或环槽式垫片平均直径，mm;P为设计压力，MPa;［σ］t为在设计温度下材料的许用应力，MPa;Ej为焊接接头系数;tpd为盲板设计厚度，mm;C2为磨蚀或腐蚀附加量，mm;C1为厚度减薄附加量，mm。

图1 夹在法兰间的盲板

查得该法兰处垫片内径dG为956 mm;380℃下0Cr18NiTi钢板的［σ］t为80.8 MPa;焊接接头系数Ej取1.0;磨蚀或腐蚀附加量C2取0 mm;厚度减薄附加量C1取0.15倍盲板设计厚度。

该DN1000/PN10.0的盲板厚度可取114 mm。

(2)根据剪应力的定义来计算:

式中，τ为剪切面上的工作剪应力;Q为剪切面上的内力，即剪力;AQ为剪切面面积。

剪切面上的工作剪应力不得超过材料的许用剪应力［τ］即:

因此，盲板厚度tpd≥P dG/(4［τ］)，若查得钢板的许用剪切力［τ］，根据工艺参数可求得该盲板所需的最小厚度。

(3)对剪应力的定义公式进行推导，受力分析见图2。

图2 受力分析

根据剪切强度条件，剪切面上的工作剪应力不得超过材料的许用剪应力［τ］，即盲板厚度取最小值时，τ=［τ］得:

dG/tpd=4［τ］/P

对不同材质用在不同场合的管线，设计压力P和许用剪切力［τ］是不同的，假设dG/tpd为常数，通过表1、表2和表3验证其能否成立。

表1 Shell提供的DEP标准附图参数(PN10.0/D2222)

表2 TEC提供的盲板厚度图参数(PN10.0/D2222)

表3 HG 21547提供的盲板厚度表参数(PN10.0/D2222)

通过以上表格，以PN10.0的不锈钢材质盲板为研究对象，计算Shell，TEC和HG 21547的dG/ tpd，发现其基本是定值，且有缓慢增大的趋势。因此，可根据DEP标准附图中DN600/PN10.0的dG/ tpd值来计算DN1000/PN10.0盲板厚度，即:

2 分析讨论

下面分析讨论这三种方法计算出的盲板厚度的安全性、经济性以及可行性。

(1)第一种方法计算出的盲板厚度不但安全可靠，而且非常经济，但由于设计者受设计经验和设计资料的限制，计算公式中Ej、C1和C2参数的确定会因人而异或无法查到，因此计算结果也就不完全一致。另外特殊材质的盲板无法用该方法进行计算。

(2)第二种方法从盲板的受力原理进行受力分析计算，计算结果的安全性和经济性也毋庸置疑，但由于材料的许用剪应力［τ］查找较困难，因此，该方法的可行性较差。

(3)第三种方法是第二种计算方法的推导，避免了查找材料许用剪应力［τ］，对于钢板设计温度下许用应力［σ］t等数据无法查到而用第一种方法无法计算的特种钢材盲板，可用该方法进行计算。由于Shell提供的DEP标准附图以及HG 21547的盲板厚度较权威和安全，dG/tpd是定值且有缓慢增大的趋势，以DN600推算出DN1000的厚度是安全的，因此该方法计算出的盲板厚度也是安全可靠的。Shell提供的盲板厚度对碳钢和不锈钢是通用的，因此该方法计算出的大口径盲板厚度对碳钢和不锈钢也是通用的，就上述计算结果而言，DN1000/PN10.0的盲板厚度均可采用123 mm。该方法没有第一种计算方法经济，特别对大口径盲板而言更明显。