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        GB150.1~150.4-2011《壓力容器》是我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)方面的權(quán)威性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如何按照該標(biāo)準(zhǔn)恰當(dāng)選取壓力容器的厚度，以滿(mǎn)足設(shè)備的強(qiáng)度要求，在壓力容器安全運(yùn)行方面具有重要意義。由于封頭等受壓元件在成型過(guò)程中存在一定的加工減薄量，因此，GB150規(guī)定，容器元件的名義厚度和最小成形厚度一般應(yīng)標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖樣上。

1 、確定封頭最小厚度的常規(guī)方法

通常，確定封頭最小厚度的常規(guī)方法是直接等于設(shè)計(jì)厚度，即，計(jì)算厚度 腐蝕裕量=設(shè)計(jì)厚度，但這種方法只考慮了壓力載荷對(duì)封頭的影響，并未考慮其它載荷及限制條件的影響，致使封頭最小厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)工況要求，壓力容器的運(yùn)行存在著安全隱患。

2、影響確定封頭最小厚度的因素

2.1剛度的影響

封頭在承受壓力的同時(shí)本身應(yīng)具備一定的剛度，以免發(fā)生變形破壞。因此，GB150規(guī)定，對(duì)碳素鋼、低合金鋼制容器不包括腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于3 mm；對(duì)高合金鋼制容器不包括腐蝕裕量的最小厚度不小于2 mm。

2.2壓力載荷的影響

封頭是承受一定壓力的受壓元件，首先必須滿(mǎn)足的條件是壓力載荷，無(wú)論承受內(nèi)壓或者外壓載荷的封頭都可通過(guò)GB150第3章有關(guān)計(jì)算公式得到封頭計(jì)算厚度，其中，計(jì)算厚度 腐蝕裕量=設(shè)計(jì)厚度，這個(gè)設(shè)計(jì)厚度是單從壓力載荷方面得到的封頭需要的最小厚度。

2.3內(nèi)壓失穩(wěn)的影響

內(nèi)壓作用下，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的應(yīng)力分布如圖1。由應(yīng)力分布圖可以看出，在封頭底邊處產(chǎn)生周向壓縮應(yīng)力，此處封頭容易發(fā)生周向失穩(wěn)。為防止橢圓封頭在內(nèi)壓作用下失穩(wěn)，GB150規(guī)定，對(duì)于Di/2hi≤2的橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15%，對(duì)于Di/2hi＞2的橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.30%。上述雖然限制的是有效厚度，但其實(shí)也間接限制了封頭成形的最小厚度。

2.4開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的影響

壓力容器常見(jiàn)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方式有：鍛管補(bǔ)強(qiáng)、補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、整體補(bǔ)強(qiáng)。所謂整體補(bǔ)強(qiáng)就是增加殼體厚度，以補(bǔ)強(qiáng)容器開(kāi)孔后殼體被削弱的強(qiáng)度。當(dāng)封頭上開(kāi)孔采用整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)，封頭的最小厚度就是滿(mǎn)足開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)需要的厚度。

2.5由接管載荷而產(chǎn)應(yīng)局部應(yīng)力的影響

在壓力容器設(shè)計(jì)中，封頭上有些重要工藝管口需要校核由接管外載而產(chǎn)生的殼體局部應(yīng)力，當(dāng)接管外載比較苛刻時(shí)，會(huì)增加封頭厚度來(lái)降低接管載荷應(yīng)力的影響，以達(dá)到校核通過(guò)的目的，這時(shí)封頭的最小厚度就是滿(mǎn)足局部應(yīng)力校核合格時(shí)的厚度。

2.6臥式容器封頭起加強(qiáng)作用時(shí)的影響

在臥式容器設(shè)計(jì)中，容器支座反力與鞍座接觸的筒體上產(chǎn)生周向壓縮應(yīng)力，在支座截面筒體最低處，周向壓縮應(yīng)力最大，在沒(méi)有加強(qiáng)圈的情況下，此處筒體容易發(fā)生失穩(wěn)，同時(shí)筒體截面處的切向剪力在筒體徑向截面產(chǎn)生周向彎距。在鞍座設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量使鞍座底板中心距封頭切線距離A≤0.5Ra，使封頭對(duì)筒體起加強(qiáng)作用，用于平衡筒體的周向壓縮力及彎距，此時(shí)封頭的最小厚度就是滿(mǎn)足鞍座應(yīng)力校核合格時(shí)的厚度。

其中：Ra－筒體的平均半徑

2.7壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核時(shí)的影響

GB150規(guī)定，如果采用大于4.6.2.2、4.6.2.3所規(guī)定的試驗(yàn)壓力進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，在耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)校核各受壓元件在試驗(yàn)條件下的應(yīng)力水平，滿(mǎn)足校核條件。當(dāng)壓力容器需提高試驗(yàn)壓力而進(jìn)行壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核時(shí)，封頭試驗(yàn)工況應(yīng)力可能超過(guò)允許的應(yīng)力值，這時(shí)會(huì)增加封頭有效厚度來(lái)滿(mǎn)足試驗(yàn)應(yīng)力校核條件，此時(shí)封頭的最小厚度就是滿(mǎn)足壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核合格時(shí)的厚度。

2.8處于材料厚度臨界值時(shí)的影響

GB150規(guī)定，計(jì)算厚度是指按各章公式計(jì)算得到的厚度；設(shè)計(jì)厚度是指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和的厚度；名義厚度是指設(shè)計(jì)厚度加上鋼板厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在圖樣上的厚度；有效厚度是指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼板厚度負(fù)偏差的厚度。

對(duì)于封頭而言，其毛坯厚度等于設(shè)計(jì)厚度 成形減薄量 圓整量至材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度，其成形后最小厚度不得小于設(shè)計(jì)厚度。其中，設(shè)計(jì)厚度=計(jì)算厚度 腐蝕裕量。當(dāng)圓整至材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格后的封頭毛坯厚度與計(jì)算封頭計(jì)算厚度時(shí)，選取的許用應(yīng)力厚度不在GB150中材料許用應(yīng)力表同一厚度檔時(shí)（跳檔），如用封頭毛坯厚度所在檔的許用應(yīng)力計(jì)算封頭的厚度會(huì)增加，因?yàn)楦鶕?jù)GB150中各材料許用應(yīng)力表的規(guī)定，同一材料不同厚度的許用應(yīng)力不同，并且隨著板厚的增加，許用應(yīng)力隨之降低。這時(shí)封頭最小厚度就是根據(jù)跳檔后（封頭毛坯所在厚度檔）許用應(yīng)力值計(jì)算所得到的設(shè)計(jì)厚度。

3、結(jié)語(yǔ)

封頭最小厚度不能單純?nèi)≡O(shè)計(jì)厚度，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件，結(jié)合本文所述的各個(gè)影響因素，并取各個(gè)影響因素中的最大值作為封頭最小厚度，才能保障壓力容器的安全運(yùn)行。

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