探讨钢制压力容器最大允许工作压力

2022-12-12

随着科学技术的快速发展, 压力容器也经历着巨大的改革和更新, 出现大量使用条件极其苛刻的压力容器, 例如:大型热壁容器等。这类严要求的容器不能按照规则展开设计, 导致分析设计规范的形成。JB 4732是通过盈利数值计算法、应力分析法对容器展开细致的应力分析, 根据应力对容器失去效应产生的危害情况, 把应力合理分类并对不同的应力设置各自限制值展开控制。

1 不同类型压力容器的适用范围

压力容器进行设计时, 设计者对其容器类型、材质、尺寸等必须进行合理调整, 确保容器的各项设计满足规定要求。GB150和JB/T 4735这两类根据第一强度理论和弹性失效原则展开设计, 把最大的主应力设置在材料允许的范围之内。对局部结构不连续位置的应力, 则根据JB 4732容器的相关标准展开设计, 确定元件的尺寸范围并引入各个系数达到限制其形状的目的。因对压力容器展开精细化的应力分析, 同时提升容器制造、材料。验收等标准, 所以JB 4732使用比GB 150小的安全系数。JB 4732、GB 150和JB/T 4735三种设计并没有相互覆盖的范围, 选用更加方便, 但JB 4732、GB 150覆盖范围更加广泛, 选择时要综合考虑不同容器的设计压力、温度、设计资格和制造资格等各类因素的影响。同GB 150比较可知, JB 4732能够使用较高的应力强度, 在相同的设计环境下, 能够合理减薄容器的厚度和重量。但因设计计算工作量极大, 且整个设计的制造、检验等环节有更高更严的要求, 所以其经济效益并非很高, 采用GB150无法进行常规设计计算的结构才根据JB/T 4732进行设计。

2 合理设置容器的压力

2.1 计算压力注意的问题

GB 150中增设科学计算压力的内容, 就是基于相应的设计温度环境下, 明确元件厚度的压力, 所有容器的厚度计算必须通过压力计算完成, 如此更加明确容器的厚度及元件所处的压力关系。允许相同容器各个位置的受压元件使用不同的计算压力, 简言之就是各不相同的计算厚度, 这与JB 4732设计要求相一致。GB150的载荷主要包括基本载荷和选择性载荷, 在元件厚度计算中应用的载荷是基本载荷, 例如:外压、内压、静压力等等。并未出现在元件厚度计算式子中, 但有些情况必须考虑的载荷成为选择性载荷, 例如:容器附属构件重量、地震力。管道推理、容器自重等等。如果计算时需要把选择性载荷考虑其中, 必须引入其它标准的计算办法, 如:NB/T 47041-2014《塔式容器》规范中地震力。偏心质量等引起的应力计算公式或使用有限元法对应力进行分析和评定。

2.2 容器最大允许的工作压力

因钢板厚度的圆整, 容器的壳体厚度并不比计算厚度小。所以, 基于设定的温度和压力环境下, 容器壳体的应力并未实现材料在设定温度下的允许使用应力, 也就是说容器能够承受的高于设计的压力。如果压力增加至某一数值, 容器壳体的应力满足材料在设定温度下的允许压力, 用这一压力减去液柱静压力, 从而获得壳体最大允许的压力。如果壳体各个位置或元件的有效厚度及材料有所差异, 根据以上方法能够求解容器最大允许的工作压力。所以, 容器铭牌内设置的最大允许工作压力就是在设定的温度环境下, 容器顶部能够承受的最大表压力。

2.3 开展耐压实现

2.3.1 容器进行压力试验的目的

对内压容器进行试验, 重点在于测试容器存在的不足 (是指因材料或制造中产生的缺陷) 是否满足设计压力, 在试验压力下出现快速扩展导致容器开裂或渗漏的情况, 并能有效考察容器的密封性。外压容器出现失稳压力的因素包括:容器的尺寸、制造偏差, 通常不需要进行外压试验, 一般采用内压试验对容器的密封性能进行考核, 并观察容器是否存在穿透性缺陷。耐压试验容器的试验压力不能小于, η表示试验的压力系数, 在对钢制压力容器进行试验时, 若液压试验η取值为1.25, 如果展开气压、液压组合试验时η取值1.1, GB 150相关要求指出, 内压容器展开液压试验过程中, 。如果实施气压试验时, , 对外压或真空容器展开液压试验时, Pr=1.25p, 若进行气压试验, Pr=1.1P。η作为压力系数与容器材料的安全系数有必然联系。

2.3.2 最大允许工作压力

容器最大允许工作压力就是在设计温度下, 容器顶部能够承担的最大表压力。这里所说的压力是由容器各个部分壳体的有效厚度计算得到并选取最小值。容器的最大允许压力必须以容器内所有受压元件的设计条件和结构尺寸确定, 原则上通过各个受压元件的厚度计算得到, 其最大允许工作压力公式如下:Pw=min{Pw1, Pw2, Pw3, Pw4}, Pw1、Pw2、Pw3、Pw4依次是容器的圆筒、封头、法兰、开孔强度等受压元件依照自身的设计条件和尺寸计算获取该容器最大允许工作压力。从设计者的角度来说, 是否需提升容器的超压限度, 是判定能否使用最大允许工作压力展开压力试验的必要条件。