高压容器设计要点

2020-08-19 09:42:35 510

一. 非标法兰设计

NB/T47020~47027-2012标准适用于PN ≤ 6.4MPa,相应公称直径DN≤1200mm。 HG/T20592615-2009中大直径法兰适用于PN ≤ 15MPa,相应公称直径DN≤900mm。

然而,在实际中经常遇到设备直径或设计压力超出上述范围的法兰,这就需要设计法兰的结构尺寸,并通过计算满足强度要求。选用sw6软件计算法兰时往往出现法兰强度计算通过了,但实际制造、 安装时发现不合理,甚至无法满足使用要求。

例如在结构设计中忽视了重要尺寸LA、Le、L的调整,sw6软件计算中LA、Le、L值不合理,程序并不提示螺母放不下,螺栓间距过小。扳手操作空间不足,难以上紧螺栓,螺栓间距过大,法兰容易产生微变形,严重地影响法兰密封性能。

因此非标法兰计算时必须要注意4个问题。

参照标准确定法兰的LA、Le、L尺寸,保证扳手操作空间,高压容器用螺栓较大,公称直径≥64mm时,应根据HG/T21573-95考虑液压拉伸器的空间,以保证上紧螺栓。

法兰计算时还应考虑腐蚀裕量,即法兰内径输入值应为法兰实际直径加2倍的腐蚀裕量,大端、小端厚度应分别减腐蚀余量。

法兰直边段长度不小于1.5小端名义厚度。

由于碳钢、低合金钢锻件的许用应力一般较同种材料的板材许用应力偏低,故法兰小端厚度应比与法兰连接的筒体、封头(板材)厚2~3mm。


二. 高压螺栓实际面积计算

由于高压螺栓的结构特点是无螺纹部分的直径尺寸小于螺栓螺纹部分的根径尺寸,而sw6计算程序里给出的是螺栓螺纹部分的根径尺寸较大,如M64X4的高压螺栓,程序里给出的螺栓根径是φ59.67,而实际高压螺栓无螺纹部分的直径尺寸(光杆部分)是φ56。

由于该尺寸的错误输入,造成计算书中螺栓实际面积大于所需螺栓面积的假象,误导设计人员认为螺栓面积合格,而实际螺栓面积并不一定合格。鉴于上述情况,在计算中,应手动输入螺栓根径尺寸。


三. 注意碳钢、低合金钢许用应力跳档问题

高压容器的筒体、封头较厚,封头的成型存在减薄量。筒体采用热成形时也存在减薄量,有的设计者在作筒体或封头设计计算时没有考虑到减薄量,在制造时加成型减薄量,有时会存在板料厚度增加,材料许用应力反而降低,造成设计厚度不足的问题,故设计者要注意厚板许用应力跳档的问题。

处理办法:用sw6程序计算时可把成形减薄量加在腐蚀余量里进行计算,即:如输入C 2=腐蚀余量+成形减薄量,这样计算既不影响筒体、封头的有效厚度,不影响筒体耐压试验的校核,也不影响后序的接管开孔补强计算。


四. 水压试验压力选取问题

水压试验压力公式中,[σ]/[σ]t按GB150.1中4.6.2.2注2:取各元件中的小值。高压设备一般操作温度较高,各元件材料设计温度下的许用应力较常温下许用应力低,另外有些零件的计算不能同设备一起计算,只能单独用零件计算程序算,

如人孔法兰、人孔法兰盖及其螺栓的计算,用sw6程序进行设备计算得出的水压试验压力没有考虑到人孔法兰、人孔法兰盖及其螺栓材料的[σ]/[σ]t比值,故需设计者自己手算校核水压试验压力值是否正确。

五. 高压容器开孔补强

1. 高压容器开孔补强特点。

a. 不采用补强圈形式而采用接管补强或整体锻件补强。

b. 补强设计的强度准则仍可采用等面积法,除此以外更加重视采用极限分析准则和安定性设计准则。

2. 接管补强应力集中。容器开孔后,孔边缘局部区域的应力急剧增大现象叫应力集中。开孔处的应力分为局部薄膜应力(壳体开孔边缘大,离开孔边缘较远处衰减为0) ;弯曲应力(分布在壳体开孔边缘及接管端部,属二次应力);峰值应力(接管与壳体开孔边缘连接处,分布范围小,数值高,由于应力集中现象造成的 )。

3. 等面积补强是以补偿开孔局部截面的拉伸强度作为补强准则的,为此其补强只涉及静力问题。等面积补强法对开孔边缘的二次应力的安定性问题是通过开孔形状和开孔范围(开孔率)间接加以考虑,使孔边的局部应力得到一定的控制。

长期的使用经验证明该方法在允许的使用范围内,开孔边缘的安定性能够得到保障。等面积补强法对开孔边缘的峰值应力问题未加以考虑,为此该方法不适用于疲劳容器的开孔补强。

4. 等面积补强接管有效补强高度取:(dopδnt)0.5 和接管实际外伸高度中的较小值;(dopδnt)0.5的含义是接管端部局部薄膜应力的衰减长度。接管法兰也有直边段长度要求(可参考NB/T47020-2012)。在高压设备设计时,应考虑法兰小端的应力衰减区与接管端部局部薄膜应力的衰减区不能重合。