与球罐凸缘连接弯管的设计及计算

王艳艳 大庆油田设计院

与球罐凸缘连接弯管的设计及计算

王艳艳 大庆油田设计院

球罐整体凸缘补强结构是最普遍采用的补强结构，其焊接接头为对接接头，相对于其他接头类型，其受力状况好，应力集中程度小，且便于射线检测，从而保证焊缝质量。为使工艺配管不产生附加应力，且便于管道的安装，法兰密封面应保持水平。凸缘中心线应垂直于开孔处球壳的法线（即球罐开孔处补强凸缘中心线是通过球心的），这样可避免焊缝的咬边、未焊透、椭圆孔和打磨困难等缺陷，确保焊缝的质量。凸缘中心线与球罐的竖直中心线有一夹角，管法兰与凸缘之间需通过一段弯管连接，凸缘的位置及弯管的弯曲半径可由公式求得。

球罐；凸缘；安装位置；弯曲半径

1 球罐开孔补强结构的选择

球罐接管的补强结构有以下3种类型：①补强圈补强结构；②厚壁管补强结构；③整体凸缘补强结构[1]。当采用补强圈补强结构时，焊接接头为角接接头，没有可靠的检测手段，焊缝质量不易保证；当接管公称直径小于50mm时，一般采用厚壁管整体补强结构，这种补强结构的焊接接头亦为角接接头，存在焊缝质量不易保证的缺陷，可在法兰颈一侧焊一大小头，使其颈部尺寸扩展到DN50mm，然后再选取标准凸缘进行球壳的开孔补强[2]；整体凸缘补强结构是最普遍采用的补强结构，其焊接接头为对接接头，相对于其他接头类型，其受力状况好，应力集中程度小，且便于射线检测，从而保证焊缝质量。因此球罐接管补强应尽量采用凸缘补强结构。

为使工艺配管不产生附加应力，且便于管道的安装，法兰密封面应保持水平。凸缘中心线应垂直于开孔处球壳的法线（即球罐开孔处补强凸缘中心线是通过球心的），这样可避免焊缝的咬边、未焊透、椭圆孔和打磨困难等缺陷，确保焊缝的质量。凸缘中心线与球罐的竖直中心线有一夹角，管法兰与凸缘之间需通过一段弯管连接，为了减小流体流动阻力，弯管弯曲半径应尽量大，弯管两端不应留有直边，且弯管两端的中心线必须与管法兰和凸缘的中心线相切，由此才能达到防止发生角形连接结构、降低连接部位的变形协调应力，并提高设备安全性的目的。

2 弯管弯曲半径的计算

整体凸缘补强结构示意图见图1。

图1 整体凸缘补强结构

由图1可以看出，当已知R、L、H时，凸缘的位置及弯管的弯曲半径可由以下公式求得

综合上述各式可得

3 法兰安装高度的计算

当已知R、L、R1时，凸缘的位置及法兰密封面距球罐中心的距离可由公式（1）～（6）求得

利用上述公式，可以顺利地求解弯管的弯曲半径，法兰密封面的位置及凸缘在球壳上的安装位置等。

符号说明：

R为球罐内径（mm）；R1为弯管的弯曲半径（mm）；为弯管中心线弧长（mm）；φ为凸缘底面直径（mm）；H2为凸缘高度（mm）；H为法兰密封面到球罐中心之间的垂直距离（mm）；L为法兰中心线到球罐中心之间的垂直距离(mm)；α为凸缘中心线与球罐中心线之间的夹角（°）；H1为法兰高度（有大小头时为法兰与大小头高度之和，mm）。

[1]徐英，杨一凡、朱萍．球罐和大型储罐[M]．北京：化学工艺出版社，2005.

[2]燕利斌，吴亚辉．球罐接管设计及计算[J]．石油化工设备，2009，38（增刊）：4-6.

（栏目主持 张秀丽）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.020