柱壳接管外载荷局部应力计算方法对比分析

2017-10-12马大永

化工设计通讯 2017年9期

关键词：校核计算方法壳体

马大永

（吉林工业职业技术学院，吉林吉林 132000）

柱壳接管外载荷局部应力计算方法对比分析

马大永

（吉林工业职业技术学院，吉林吉林 132000）

在压力容器的教学和工程实际中，由外载荷在柱壳接管上产生的局部高应力是容器安全的一个重要影响因素。总结了实际工作中的心得体会，对采用不同计算方法的特点进行了简述，并且通过实例对比说明了不同计算方法各自的特点，为教学和工程实际提供了参考。

壳体接管；外载荷；局部应力；校核

Abstract：In the teaching and engineering practice of pressure vessels，the local high stress produced by the external load on the shell shell is an important factor affecting the safety of the container.In this paper，the characteristics of the two methods are summarized，and the characteristics of the two methods are illustrated by examples，which provide a reference for teaching and engineering practice.

Key words：shell takeover；external load；local stress；check

在炼油与化工工程中，为满足工艺要求，压力容器通常需要若干开孔接管，而这些接管除承受介质的压力外，接管本身通常还要承受力、力矩和扭矩的外部载荷。前者的计算在GB/T 150—2011《压力容器》中已经有便捷、可靠的计算方法[1]，而后者因其载荷的多样性，且在壳体与接管相贯处存在应力集中，目前还没有形成完善统一的计算方法。国际上应用较为普遍的为美国焊接协会的第107号和第297号公报，但并未给出校核依据。我国HG/T 20582—2011《钢制化工容器强度计算规定》（第26章和第28章）[2]，在汲取上述两计算方法的基础上，考虑了介质压力对接管应力的影响，并给出了接管外载荷局部应力校核的参考依据。笔者在实际工作中使用了HG/T 20582—2011中的计算方法，现就使用心得进行简单论述。

1 适用范围及结果校核

WRC107（即第107号公报）和WRC297（即第297号公报）的适用范围及校核方式见表1。

表1 WRC107与WRC297对比

在WRC107及WRC297两公报中仅给出了局部应力的计算方法，并未提到校核的条件，HG/T 20582—2011中分别对最大表面应力和最大膜应力进行了校核，校核依据分别见式（1）和式（2）。但上述校核应以接管本身满足介质压力为前提条件，即满足GB/T 150—2011中的开孔补强计算。

其中：Smax为最大表面应力，MPa；Sm为最大膜应力，MPa；Sa为许用应力，MPa。

2 计算实例

以某石化公司柴油加氢裂化工程实际为例，对柱壳接管局部应力计算结果进行对比分析。该容器的设计压力为0.7MPa，温度为280℃，筒体内径为4 600mm，选取柱壳上ND800接管为研究对象，壳体及接管的材质均为Q245R，焊接接头系数为1。根据管道专业提供的接管端部外载荷条件：即一个轴向力、两个水平力和两个弯矩、一个扭矩为输入条件，分别采用WRC107和WRC297两种计算方法进行计算，计算及评定及评定结果见表2。

表2 筒体接管外载荷计算及评定结果

由表2可见：在该工况下，接管根部柱壳应力WRC107评定结果为合格，而WRC297评定结果为不合格，其中Sm略大于许用值。WRC107计算所得的最大表面应力Smax及最大膜应力Sm均略小于WRC297的计算结果，即WRC107计算所得应力值偏低。WRC107计算结果中补强圈边缘应力结合虽然合格，但Smax和Sm均接近许用应力，且这两个数值都比壳体本身的应力值高，因此补强圈边缘局部应力的影响不可忽略。WRC297计算结果中，接管上的Smax值远大于其许用值，且远大于接管根部壳体的最大表面应力。由此可见，接管根部接管的局部应力同样不可忽视。由此可见，使用WRC297方法对接管外载荷进行局部应力计算及校核较为保守。