实际应用中给定条件下钢质压力容器材料厚度设计

刘 敏

（淮南师范学院 电子工程学院，安徽 淮南 232038）

钢质压力容器由于其用途广泛，在军事、化学工业、民用以及其他领域占据举足轻重的地位，生产钢质压力容器的企业也遍地开花，但是钢质压力容器由于特殊的功能性使其在使用过程中危险系数也比较高，工程师在设计时对于材料厚度既要考虑产品的生产成本又要满足安全可靠性，在设计过程中进行全面而充分的考虑将会避免很多问题的发生。因此，如何在钢质压力容器设计时确定材料厚度，提高安全可靠性降低生产成本，已经被很多钢质压力容器生产企业和使用企业所关注。

1 实际应用中压力容给定设计参数

工作中承接锅炉的分汽缸产品设计，分汽缸是锅炉的主要配套设备，主要功能是用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去。工作压力≥0.1Mpa，直径≥0.15m，容积≥0.025立方米，盛装介质是气体、液体、介质最高温度≥标准沸点的液体，同时满足以上几点的容器称之为钢质压力容器，分汽缸系承压设备属钢质压力容器。

如表1所示，根据设计要求分汽缸的封头采用椭圆形封头，中华人民共和国和国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会，钢质压力容器封头GB/T 25198-2010封头的选择，EHA封头是以内径为基准，EHB是以外径为基准，直径不同选EHA封头和EHB封头对接的圆筒有关，如果圆筒是钢管制作的最好选EHB，如果筒体是钢板卷制用EHA封头。给定设计数据中分汽缸的筒体外径是273mm，封头的选择型号应确定为EHB273。

表1 分汽缸设计数据

如图1所示，分汽缸的主要功能是分配蒸汽，因此分汽缸上有多个阀座连接锅炉主汽阀及配汽阀门，以便将分汽缸中蒸汽分至各需要之处。分汽缸主要受压元件为：配汽阀座、主汽阀座、安全门阀座、疏水阀座、温度表座，如何正确设计分汽缸首先压力符合要求，其次是分汽缸选材符合要求。条件是设计材料已经确定，我们现在所需要的做的就是确定材料Q345R的厚度。钢质压力容器材料Q345R厚度确定时，既要充分考虑分汽缸强度会受材料厚度变化影响，因为材料的许用应力会随板厚变化而变化，也要清楚并不是板厚增加分汽缸的强度会提高。钢板许用应力随板厚厚度增厚而有所降低，因而可能出现虽然板厚增加强度反而降低的现象，尤其是封头现象更明显。

图1 分汽缸简图

2 钢质压力容器材料厚度选取

介质为蒸汽时，应按《压力容器规程》规定设计，并确定筒体直径、材质及厚度，目前我国压力容器设计依据GB150-2011《钢制压力容器》。

3 钢质压力容器材料厚度设计数据验证

在确定分汽缸材料和钢板厚度后，应对筒体和封头进行压力试验并对应力进行校核。

3.1 筒体压力试验及应力校核

表2所示，对筒体数据进行整理并计算试验压力下圆筒的应力，如压力试验类型采用液压试验，试验压力值pT，pT = 1.25p= 1.2776 MPa (或由用户输入)。

表2 内压圆筒相关数据

最大允许工作压力，[pw]== 5.30119MPa。设计温度下计算应力，= 25.25MPa。。当t≥t时，校验结果为合格。

3.2 封头压力试验及应力校核

表3所示，对封头数据进行整理并计算试验压力下封头的应力，如压力试验类型采用液压试验，试验压力值pT，pT = 1.25p = 1.2776MPa(或由用户输入)。

表3 椭圆封头相关数据

最大允许工作压力，[pw]==6.74974MPa。设计温度下计算应力，= 25.25MPa。校验结果为合格。

4 结语

研究压力容器材料厚度是了解钢质压力容器的基础，本文是在厂家给定条件下为锅炉分汽缸设计确定材料厚度，通过按照国标要求进行计算，在保证分汽缸的安全可靠性要求的基础上，对实际使用条件分析后确定材料厚度。在钢质材料及厚度确定后，又论证了方案的可实施性，通过全面考虑既避免生产制造过程中“以厚代薄”增加钢质压力容器强度的问题，又为企业降低生产成本，对钢质压力容器产品的发展具有十分重要的意义。