高壓容器設計應注意的幾個問題

一、非標法蘭設計

NB/T47020~47027-2012標準適用於PN ≤ 6。4MPa,相應公稱直徑DN≤1200mm。 HG/T20592615-2009中大直徑法蘭適用於PN ≤ 15MPa,相應公稱直徑DN≤900mm。然而,在實際中經常遇到裝置直徑或設計壓力超出上述範圍的法蘭,這就需要設計法蘭的結構尺寸,並透過計算滿足強度要求。選用sw6軟體計算法蘭時往往出現法蘭強度計算通過了,但實際製造、 安裝時發現不合理,甚至無法滿足使用要求。例如在結構設計中忽視了重要尺寸LA、Le、L的調整,sw6軟體計算中LA、Le、L值不合理,程式並不提示螺母放不下,螺栓間距過小。扳手操作空間不足,難以上緊螺栓,螺栓間距過大,法蘭容易產生微變形,嚴重地影響法蘭密封效能。

因此非標法蘭計算時必須要注意4個問題。

1、。參照國家標準確定法蘭的LA、Le、L尺寸,保證扳手操作空間,高壓容器用螺栓較大,公稱直徑≥64mm時,應根據HG/T21573-95考慮液壓拉伸器的空間,以保證上緊螺栓。

2、法蘭計算時還應考慮腐蝕裕量,即法蘭內徑輸入值應為法蘭實際直徑加2倍的腐蝕裕量,大端、小端厚度應分別減腐蝕餘量。

3、法蘭直邊段長度不小於1。5小端名義厚度。

4、由於碳鋼、低合金鋼鍛件的許用應力一般較同種材料的板材許用應力偏低,故法蘭小端厚度應比與法蘭連線的筒體、封頭(板材)厚2~3mm。

二、高壓螺栓實際面積計算

由於高壓螺栓的結構特點是無螺紋部分的直徑尺寸小於螺栓螺紋部分的根徑尺寸,而sw6計算程式裡給出的是螺栓螺紋部分的根徑尺寸較大,如M64X4的高壓螺栓,程式裡給出的螺栓根徑是φ59。67,而實際高壓螺栓無螺紋部分的直徑尺寸(光桿部分)是φ56。由於該尺寸的錯誤輸入,造成計算書中螺栓實際面積大於所需螺栓面積的假象,誤導設計人員認為螺栓面積合格,而實際螺栓面積並不一定合格。鑑於上述情況,在計算中,應手動輸入螺栓根徑尺寸。

三、注意碳鋼、低合金鋼許用應力跳檔問題

高壓容器的筒體、封頭較厚,封頭的成型存在減薄量。筒體採用熱成形時也存在減薄量,有的設計者在作筒體或封頭設計計算時沒有考慮到減薄量,在製造時加成型減薄量,有時會存在板料厚度增加,材料許用應力反而降低,造成設計厚度不足的問題,故設計者要注意厚板許用應力跳檔的問題。處理辦法:用sw6程式計算時可把成形減薄量加在腐蝕餘量裡進行計算,即:如輸入C 2=腐蝕餘量+成形減薄量,這樣計算既不影響筒體、封頭的有效厚度,不影響筒體耐壓試驗的校核,也不影響後序的接管開孔補強計算。

四、水壓試驗壓力選取問題

水壓試驗壓力公式中,[σ]/[σ]t按GB150。1中4。6。2。2注2:取各元件中的最小值。高壓裝置一般操作溫度較高,各元件材料設計溫度下的許用應力較常溫下許用應力低,另外有些零件的計算不能同裝置一起計算,只能單獨用零件計算程式算,如人孔法蘭、人孔法蘭蓋及其螺栓的計算,用sw6程式進行裝置計算得出的水壓試驗壓力沒有考慮到人孔法蘭、人孔法蘭蓋及其螺栓材料的[σ]/[σ]t比值,故需設計者自己手算校核水壓試驗壓力值是否正確。

五、 高壓容器開孔補強

1、

高壓容器開孔補強特點。

(1)、不採用補強圈形式而採用接管補強或整體鍛件補強。

(2)、補強設計的強度準則仍可採用等面積法,除此以外更加重視採用極限分析準則和安定性設計準則。

2、

接管補強應力集中。容器開孔後,孔邊緣區域性區域的應力急劇增大現象叫應力集中。開孔處的應力分為區域性薄膜應力(殼體開孔邊緣最大,離開孔邊緣較遠處衰減為0) ;彎曲應力(分佈在殼體開孔邊緣及接管端部,屬二次應力);峰值應力(接管與殼體開孔邊緣連線處,分佈範圍小,數值高,由於應力集中現象造成的 )

等面積補強是以補償開孔區域性截面的拉伸強度作為補強準則的,為此其補強只涉及靜力問題。等面積補強法對開孔邊緣的二次應力的安定性問題是透過開孔形狀和開孔範圍(開孔率)間接加以考慮,使孔邊的區域性應力得到一定的控制。長期的使用經驗證明該方法在允許的使用範圍內,開孔邊緣的安定效能夠得到保障。等面積補強法對開孔邊緣的峰值應力問題未加以考慮,為此該方法不適用於疲勞容器的開孔補強。

等面積補強接管有效補強高度取:(dopδnt)0。5 和接管實際外伸高度中的較小值;(dopδnt)0。5的含義是接管端部區域性薄膜應力的衰減長度。接管法蘭也有直邊段長度要求(可參考NB/T47020-2012)。在高壓裝置設計時,應考慮法蘭小端的應力衰減區與接管端部區域性薄膜應力的衰減區不能重合。

高壓容器設計應注意的幾個問題

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