压力容器封头的有效厚度

翟英明 邓香中 李春光

（中国石油辽阳石化分公司 辽阳 111003）

压力容器封头的有效厚度

翟英明 邓香中 李春光

（中国石油辽阳石化分公司 辽阳 111003）

压力容器封头的有效厚度能否满足强度要求是压力容器安全运行的关键。压力容器计算中通常采用封头的名义厚度减去腐蚀裕量与钢板厚度负偏差来计算封头的有效厚度。当图样上标有封头最小成形厚度时，采用这种方法进行容器的最大允许工作压力与开孔补强计算时，结果偏大，而卧式容器封头的应力计算结果偏小，应采用设计所需的最小成形厚度减去腐蚀裕量作为封头的有效厚度，才能保证压力容器的使用安全。

压力容器封头 有效厚度 最小成形厚度

1 问题的提出

压力容器封头是压力容器的主要受压元件，其有效厚度能否满足强度要求是压力容器安全运行的关键。压力容器通常采用封头的名义厚度减去腐蚀裕量与钢板厚度负偏差来计算封头的有效厚度［1］。近几年对压力容器设计单位进行检查发现，其计算书均采用这种方法确定封头的有效厚度，因此是带有共性的问题。GB/T 25198—2010《压力容器封头》规定［2］，设计图样上应标注封头的名义厚度和最小成形厚度。当图样上标有封头最小成形厚度时，仍按上述方法确定封头的有效厚度，结果偏大。用此结果进行容器的校核计算时，存在一定的安全隐患。

2 封头的有效厚度

2.1 封头的最小成形厚度

封头的最小成形厚度是封头成形后保证设计要求的最小厚度，应不小于封头的设计厚度。制造时，成品封头实测的最小厚度必须大于设计所需的最小成形厚度。

以DN800，名义厚度10mm，最小成形厚度8.5mm的标准椭圆形封头为例，其图样标注为EHA800×10（8.5）。意味成品封头实测的最小厚度可以是8.5mm。

2.2 封头的有效厚度

压力容器设计中，封头的有效厚度计算如下（符号意义同GB 150—2011 《钢制压力容器》，下同）：

式中：

δeh—— 封头的有效厚度，mm；

δnh—— 封头的名义厚度，mm；

C1—— 材料厚度负偏差，mm；

C2—— 腐蚀裕量，mm。

以2.1条所述封头为例，当腐蚀裕量为2mm，钢板负偏差为0.3mm时，封头有效厚度的计算值为7.7mm。但当图样规定最小成形厚度，也就是允许成品封头实测的最小厚度是8.5mm时，实际封头的有效厚度应为：

式中：

δnc——封头的最小成形厚度，mm。

即：实际封头的有效厚度为6.5mm。两者形成1.2mm的厚度差。

因此，按式（1）计算的结果偏大。

3 封头计算的安全隐患

3.1 封头的最大允许工作压力

封头的最大允许工作压力按GB 150.3—2011 《压力容器第3部分：设计》中式（5-3）计算，即：

式中：

［σ］t—— 设计温度下封头材料的许用应力，MPa；

φ —— 焊接接头系数；

K —— 封头的形状系数；

Di—— 封头内径，mm。

设封头材料在设计温度下的许用应力为170MPa，焊接接头系数为0.85，封头的形状系数和内径分别为1和800mm，则按式（1）与式（2）计算封头的最大允许工作压力分别为：2.77MPa，2.34MPa，差值为0.43MPa。因此，按式（1）计算封头的最大允许工作压力偏高。当容器按最大允许工作压力操作时，存在安全隐患。

3.2 封头的开孔补强

在封头的开孔补强计算中，封头的有效厚度主要影响封头的多余面积的大小。其按GB 150.3—2011 中式（6-10）计算，即：

式中：B —— 补强有效宽度，mm；

dop—— 开孔直径，mm；

δh—— 封头的计算厚度，

mm；δet—— 接管有效宽度，

mm；fr—— 强度削弱系数。

假设接管与封头材料的许用应力相同，即：fr=1；开孔有效范围为B=2dop，则上式可简化为：

为便于比较，将式（1）与式（2）的有效厚度分别代入式（3）并相减，则有：

因δeh＞ δ，故 ∆A ＞0。所以，按式（1）计算的封头多余金属面积偏大，在判断需不需要另加补强金属时，有可能得出相反的结论。因此，补强计算的结果是不可靠的。

3.3 卧式容器封头的应力计算

对于椭圆形封头内压在封头中引起的应力按NB/T 47042—2014式（13）计算［3］，即：

式中：

Pc—— 封头的计算压力，MPa；

圆筒被封头加强时，封头的最大应力按NB/T 47042—2014 《卧式容器》式（11）计算，即：

式中：

K4—— 系数；

F —— 每个支座的反力，MPa；

Ra—— 与封头相连接的圆筒的平均半径mm。

上述公式均包含有封头的有效厚度，且计算应力与封头的名义厚度成反比。因此，其应力的计算结果偏小，存在不安全因素。

4 封头软件计算中的处理

目前，国内的压力容器设计计算一般采用“SW6” 计算软件，封头的名义厚度输入值应作调整。因为封头的最小成形厚度不应包含钢板负偏差，所以封头的名义厚度输入值应为封头的最小成形厚度加上钢板负偏差，即：

The Effective Thickness of Heads for Pressure Vessels

Zhai Yingming Deng Xiangzhong Li Chunguang
（Petrochina Liaoyang Petrochemical Company Liaoyang 111003）

The effective thickness of heads for pressure vessel what can meet the strength requirements is the key for safe operation of pressure vessel. It is often used to calculate the effective thickness of head in pressure vessel calculation that the nominal thickness minus the corrosion allowance and the thickness of the steel plate negative deviation. When the head's thickness minimum forming was marked， the maximum allowable working pressure and opening reinforcement for pressure vessels calculated by this method were relatively large， while the head's stress is relatively small for the horizontal vessel. It should used the minimum forming thickness minus the corrosion allowance as effective thickness of the head， to ensure the safe use of pressure vessels.

Pressure vessel head Effective thickness Minimum forming thickness

X933.4

B

1673-257X（2016）10-0025-02

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.10.005

翟英明（1962～），男，本科，高级工程师，从事压力容器设计审核和新产品开发工作。

2016-06-02）