钢制压力容器分析设计与其管道应力分析的比较

曾文静

（广西工联工业工程咨询设计有限公司，广西南宁 530003）

钢制压力容器分析设计与其管道应力分析的比较

曾文静

（广西工联工业工程咨询设计有限公司，广西南宁 530003）

近年来，我国社会经济和科学技术实现了快速的发展，在这个过程中工艺装置的多样化和大型化不断凸显，压力管道的压力和温度有了一定程度的提高；同时，其直径和壁厚也加大了，对于钢制压力容器分析设计和管道应力的分析比较越来越重视。因此，对钢制压力容器分析设计与其管道应力分析进行了比较，对钢制压力容器及其管道的应力进行了分类。

钢制压力容器；钢制压力管道；应力分析；比较

钢制压力容器分析设计及其管道应力分析的方法有很大相似性，其中有一些是可以等同的，不过差异性也是存在的，需要对其进行详细的分析和研究，从而看清其内部和外部各方面的相同和不同。

1 钢制压力容器分析设计

与常规设计相比，钢制压力容器分析设计有着很大的差异，需要将详细的应力分析报告作为设计的依据，将选材和工艺质量的检验作为重要的保证，同时，将近代的分析计算工具和实验技术作为重要的手段。分析设计的发展需要和数值分析方法、板壳理论等进行相应的结合。压力容器这个行业经过了很多年的实践，对于容器失效本质有着非常深刻的认识，在这样的基础之上，可以有效处理性质不同的应力，同时在安全系数的降低方面可作为重要的依据。钢制压力容器分析设计涉及多种可能失效模式中一些主要的失效模式。通过对各种要素进行综合考虑，对其应力强度提出合理的限制条件，可在一定程度上避免失效模式的产生。

2 压力容器设计与其应力分析的比较

在科学技术不断发展的过程中，工艺装置的大型化成为了全世界范围内的一个发展方向，也就是朝着大尺寸、高压、高温等的方向发展。对于大型化的钢制压力容器需要采用有效的方法，应力分析设计法在其中的应用是非常有效的，有利于经济效益的获取。比如，一个加氢反应器的单重是1 000 t，采用分析方法设计，可以比常规方法设计减轻设备重量大约20%，节省的资金数量是非常可观的，大约在1 000～1 200万。应力分析方法设计在钢制压力容器及其管道中的应用范围越来越广、应用次数越来越多。当下，在我国，压力容器有了相关的标准，但是压力管道还没有，压力容器的标准是《钢制压力容器——分析设计标准》。管道应力的分析有一定的局限性，只能实现对于局部用力的分析，但是，对应力管道的各个部分进行有效的分析是必须要实现的。管道应力可以分成两个部分，分别是静力分析和动力分析。

静力分析包括三部分的内容：第一，管道一次应力的计算是在压力、重力等载荷作用下实现的，能够在一定程度上避免塑性变形现象的出现。第二，二次应力的计算是在热胀冷缩和端点附加位移等载荷作用下实现的，能够避免疲劳破坏现象的出现。第三，管道对机器和设备作用力的计算，为机器的正常运行提供有力的保障。

动力分析包括了三部分的内容：第一，对往复压缩机管道气柱固有频率进行一定的分析，可以有效避免气柱共振状况的出现。第二，对往复压缩机管道压力脉动进行相应的分析，能够控制压力脉动值。第三，对管道固有频率进行相应的分析，防止管道系统共振。

3 钢制压力容器和管道应力的分类

钢制压力容器应力的分布做了相应的假设，主张应力是沿壁厚均匀分布的，忽略了弯曲应力，而且这种方法在压力容器的常规设计中也被采用。壁厚也做了一定的假设，认为各种应力沿着壁厚是可以变化的，并未否定弯曲应力的存在。所以，将壁厚作为假设的基础是比较科学的，所得出的结论也更为准确。应力分类校核方法的出现是有一定的条件的，之所以出现这种方法是因为不同类型的应力对于损伤破坏的影响是不同的。钢制压力容器分析设计及其管道应力分析都需要遵循一个原则，那就是安全裕度原则。在压力容器的分析设计中对于不同的应力有着不同的定义。

一次应力的目的非常明确，为了平衡压力和其他机械载荷所必需的法向应力或者剪应力。一次应力还可以进行相应的分类，可以分成三种类型，分别是一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力和一次弯曲应力。二次用力的出现是为了满足外部约束条件要求必需的法向应力或者剪应力，主要分成了两个部分，分别是边缘应力和温度应力。峰值应力是附加在一次应力加二次应力之上的应力增量，它的出现是因为局部结构不连续或者局部热应力的影响。

压力容器分析设计中将应力进行了细化分类，可将其分成5种，分别是一次总体薄膜应力、一次局部薄膜应力、一次弯曲应力、二次应力、峰值应力。压力管道的分析中将其分成了两大类，分别是一次应力和二次应力。两种分类中的概念是相同的，只是不存在峰值应力的概念。

最大剪应力理论在压力容器分析设计中进行了相应的应用，这种应力的当量应力是第一主应力和第三主应力的差，在压力容器的分析设计中需要对此当量应力做出相应的定义，将其定义为应力强度。

4 结束语

在理论上，与压力管道应力分析标准相比，压力容器分析设计更加严密，两者中的重点不同。压力容器的重点在局部，而压力管道应力分析的重点是整个管系的应力和柔性。压力增大系数方法在其中实现了有效的应用，有着非常鲜明的优势，操作简单，符合实际，效率高。

[1] 郑明训.自适应设计法在连续钢梁桥上的应用[J].重庆交通学院学报，2001，20（2）：13-20.

[2] 苏文献，郑津洋，陈志平.欧盟压力容器分析设计标准简介[J].压力容器，2002，19（7）：1-4.

Comparison of Analysis and Design of Steel Pressure Vessel and Its Pipeline Stress Analysis

Zeng Wen-jing

In recent years，the social economy and science and technology of our country have achieved rapid development.In this process，the diversification and large-scale technology of the process have been highlighted，and the pressure and temperature of the pressure pipeline have been improved to a certain extent.At the same time，Its diameter and wall thickness also increased，for the analysis of steel pressure vessel design and analysis of pipeline stress more and more attention.In this paper，the steel pressure vessel analysis and design and pipeline stress analysis were compared，the steel pressure vessel and its pipeline stress were classified.

steel pressure vessel；steel pressure pipe；stress analysis；coMParison

TH49

B

1003-6490（2017）01-0056-02