压力容器设计中有关问题的探讨

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压力容器设计中有关问题的探讨王石

(大连派思燃气系统股份有限公司。辽宁大连 1 1 6 0 0 0)一

【摘

要】本文简要分析了压力容器设计中应注意的几个问题。

计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量”,也就是说腐蚀裕量等于年腐蚀速率乘以容器设计使用年限。在腐蚀速率中不仅包括介质对材料的腐蚀，也包括介质流动时对容器材料的冲蚀和磨蚀。 应该指出，压力容器的设计使用年限不一定等于实际使用年限， 它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，实际使用条件与预期使用条件的偏离和设计者对材料和生产工艺的了解会造成二者之间的差别。在设计图样上标注设计使用年限，其作用是提醒容器的最终使用者，当超过压力容器的设计使用年限时应采取必要的措施 (如：经常测量厚度和缩短检验周期等 )。压力容器的设计使用年限是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、

例如压力容器的设计条件的确定；使用年限的问题；焊接接头系数。

【关键词】压力容器；使用寿命；焊接接头系数G B 1 5 0 . 1~1 5 0 . 4—2 O 1 1《压力容器》实施以来，广大设计人员在标准使用过程中遇到了一些困难，提出了不少问题，尤其对标准中自的一些定性不定量的条文，由于对标准的理解不同，出现了一些问题，本文着重讨论了 G B 1 5 0 . 1~l 5 0 . 4—2 O l 1《压力容器》在

实施过程中几个典型的问题，提出了自己的见解，希望对大家有所帮助。 1设计条件的确定 ( 1 )设计温度：是指容器正常工作情况下，设定元件的金属温度。对于任何一个容器都存在一个最高的设计温度和一个最低的设计温度，最高的设计温度不得超过材料许用应力表中对应的最高温度值，也不得低于零件在操作状态下预期的平均金属温度。A S E M规范中要求的最低设计金属温度应在逐一确定容器各元件的最低金属温度的基础上确定整台容器的最低设计金属温度。它是判定容器受压元件所有材料是否需要进行冲击试验的条件之一，因此设计人员在运用 A S M E规范进行容器设计时需合理的确定容器的最低设计金属温度。A S M E规范主要是从材料性能，材料厚度和应力状态三个因素着手综合考虑最低操作温度，操作时出现的

异常情况，介质的自 动制冷，环境温度及其它致冷因素[对符合 U G - 2 0( f )要求的容器，( f )( 3 )允许的情况除外]。

结构设计、限制蠕变 (高温工况)或疲劳的可能性等、容器的建造费用、装量的更换周期等一系列设计因素，能否准确地预计，反映了

设计者的经验和水平。笔者认为，无论是按国际压力容器设计的惯例，还是为了提高设计的水平和权威性，都应在图纸上标注压力容器的设计使用年限。 3关于焊接接头系数选用问题

焊接接头系数是指对接焊接接头强度与母材强度之比值，用以反映由于焊接原因使焊接接头强度被削弱的程度，焊接接头系数的选取与接头的型式、无损检测比例和对容器的要求有关。主要有以下几个问题：

( i )纵向接头与环向接头的型式、无损检测比例不一致。如： 纵向接头采用双面焊、1 0 0%R T或U T,而环向接头为加垫板的单面焊且无法进行R T或u T检测，在容器的设计计算中应采用纵向接头的焊接接头系数还是环向接头的焊接接头系数。 内压圆筒厚度计算公式是根据圆筒中周向总体 (一次 )薄膜应力的强度导出，所以与之相对应的焊接接头系数应为圆筒的纵向接头焊接接头系数。圆筒环缝中虽也存在环向 (周向)薄膜应力，但它不属于总体薄膜应力，而是属于局部薄膜应力，它的许用应力与圆筒厚度计算中取的许用应力 (一倍[o])不同。所以不应将环向接头焊接接头系数与之混淆但为确保整个圆筒的强度与安全，一般尽量将环向接头的焊接接头系数取与纵向接头一致，若制造上确实存在困难，允许与纵缝不同，即可按G B I 5 0 . 4 - 2 0 1 1第 1 O . 3 . 4条执行。此时环向接头的焊接接头系数虽可能与纵向接头的焊接接头系数不同，但计算圆筒厚度时，仍取纵向接头的焊接接头系数。但此时设计者应规定对该焊接接头的技术要求，以提醒制造厂用焊接工艺来保证焊接质量。 ( 2 )封头拼接接头的焊接接头系数。G B I 5 0 . 4 - 2 0 1 l第l O . 3 . 4 条中规定封头拼接接头应进行 1 0 0%U T或R T检测，但未规定封头拼接接头的接头系数如何选取。封头拼接接头的无损检测要求主要是针对封头成形时变形较大，缺陷容易扩展而提出的，与封头厚度计算无关。因此，

尽管封头拼接接头要求 I O 0%U T或R T检测，其合格指标仍按照压力容器的合格指标而确定。因此，封头拼接接头的焊接

( 2 )设计压力是指设定容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为容器的基本设计载荷条件，是以容器在正常操作时压力和温度共同作用下所产生的最不利状况下考虑的。在这种条件下， 应考虑容器内外最大压差或者在组合单元任两个受压室所受的最大压差[见 U G一 9 8和 3— 2]。其目的是确定容器允许的最小厚度或不同区域的结构特征。需要时，应将静压头加到容器设计压力上，以确定容器任何具体区域的厚度。在设计压力确定时，还需要明确一下设计压力 P≤2 0 M P a,按照 A S M E规范第 V I I I卷第一分册中 U— l ( d ) 条的有关规定，如果超过了 2 0 M P a,为了满足较高压力设计压力原理和建造实践的要求，一般需要变更和增补上述规则，只有在采用

了这些增加设计原理和建造实践之后，容器仍能符合本册所有要求时，容器才允许打上适合的规范标志钢印。2压力容器的设计使用年限问题

设计使用年限系指容器预期达到的使用年限，因为压力容器在操作过程中各种操作参数的不确定性，所以对容器的设计使用年限难以给出精确的预期值。当容器的操作时间超过设计使用年限后， 没有相应的法规条文规定如何处理压力容器的检验和使用中其它的问题，因此，压力容器设计使用年限问题一直是我国设计单位避免涉及的问题。但由于以下的原因，压力容器的设计使用年限事实上是设计者所不能回避的：

( 1 )材料力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性； ( 2 )腐蚀裕量中的设计寿命因素；( 3 )载荷如周期性载荷等的时间性。 G B I 5 0 .卜2 0 1 1第4 . 3 . 6 . 2条明确给出了设计者应考虑容器设计寿命的条款：“对有均匀腐蚀或磨蚀的元件，应根据预期的容器设

接头系数一般取压力容器的纵向接头焊接接头系数。参考文献：[ I] GB 1 5 0 . 1~1 5 . 0 . 4— 2 0 1 1,压力容器.

[ 2】叶文邦，张建荣，曹文辉.压力容器设计指导手册【 M】 .昆明：云南科技出版社 . 2 0 0 6 .

2 0 1 3 . 0 3 l 4 0 3

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