合理确定压力容器壁厚

80合理确定压力容器壁厚王祥能(安徽锦邦化工股份有限公司，安徽合肥230011)摘要：确定压力容器壁厚不仅与强度有关，还要考虑刚度及材料的特性与加工能力，注意有的材料不一定厚度越大强度越高，本文就这一问题进行探讨。关键词：厚度；抗拉强度σb；屈服强度σs；加工减薄量某压力容器制造厂在给一台刚竣工的贮槽进行水压试验，打压至设计压力过一点时(未达到试验压力)出现破裂，筒体变形，容器报废，在分析事故原因时首先查看图纸及设计文件，那么原因究竟是什么呢？请看下面的分析。厚度是压力容器昀主要的结构参数，是在规定的载荷条件下，保证结构强度和结构刚度以及使用寿命的基本条件之一。合理确定压力容器壁厚是设计人员首先要确定的重要参数，一般情况下，增加壁厚壳体强度会提高。但有时壁厚增加强度反而会降低。如何按照GB150－98《钢制压力容器》进行强度计算，不是输入参数软件通过就万事大吉了，而是综合各方面因素，合理地确定壁厚，更好地满足强度、刚度及稳定性要求，对压力容器设计具有重要意义。那么对于壁厚，GB150有很多名词术语，下面我们来分别解释：（1）计算厚度，顾名思义，是按公式计算所得，不仅满足强度，还应满足刚度要求，是制造厂可以制造但不能使用的新产品；（2）设计厚度，计算厚度与腐蚀裕量之和，满足设计寿命，在现场可以使用的产品；（3）名义厚度，设计厚度与钢板负偏差之和后向上圆整得到的偶数板厚（较薄的高合金钢板除外）、即标注在图样上的厚度；（4）有效厚度，名义厚度减去钢板负偏差与腐蚀裕量之和，是应力计算与开孔补强计算时要考虑的。现在我们关注的是名义厚度，从上述定义中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量。容器的加工减薄量是由制造单位根据各自的加工工艺和加工能力自行确定，只要保证产品的昀小厚度不小于名义厚度减去钢材厚度负偏差就可以了。实践证明，考虑加工减薄量与设计厚度的比是可行的（详见下例），这样可以使制造单位根据自身条件调节加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度。在我国现行钢材材料标准中，随着钢板厚度的变化，钢板的抗拉强度σb屈服强度σs也有变化，一般是板厚增加，σb、σs有所降低，详见下表。常温强度指标MPa在下列温度（℃）下的许用应力MPa钢号钢板标准使用状态厚度mmσbσs≤201001502002503003506～16510345170170170170156144134＞16～16490325163163163159147134125Q345RGB6654热轧，正火＞36～604703051571571571501381251166～16490315163163163156144131122＞16～3647029515715715615614713412216MnDRGB3531正火＞36～60450275157150150147138125113（下转第76页）2010年第1期2010年1月化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment76陈明煌：浅析一效加热室失效的原因中，如果介质与工作条件已定，那么正确选材是防止应力腐蚀发生的重要步骤。合金成分和结构及表面膜与发生应力腐蚀有密切联系，结构又受热处理的影响，通常成分和结构的改变，不仅使合金的力学性能发生改变，而且还会影响化学和电化学性能。镍是昀佳耐碱材料，在蒸发工序，烧碱中少量氯酸盐的存在，对镍的耐腐蚀性无明显的影响。但含有周期第V类元素N、P、Ab、Sh、Bi是有害的。考虑到经济性，我们选择经过固溶处理的0Cr18Ni9Ti不锈钢。经济条件允许的企业可选316L、E-B26-1、高纯高铬铁素体钢，都具有很高的抗应力腐蚀性能，可根据具体情况合理使用。6.3时效加热室制造完工后，在两端封闭状态下（防止雨水浸入），自然时效一段时间，减少制造残余应力。6.4热应力蒸发器在开车时，应先送入物料，确认符合正常开车条件后，在慢慢打开蒸汽阀门，逐渐缓慢地升温。蒸发器在停车和洗罐时，应缓慢地降温，以减少热应力。7结论任何一种耐蚀材料的耐应力腐蚀性能都是有条件的，没有也不可能有在任何条件下均耐应力腐蚀的不锈钢和合金。加热室的工作环境如物料、物料浓度、温度是随工艺要求而定的，无法改变。本文通过对加热室换热管破裂断口的分析，在应力腐蚀断裂机理引导下阐述了合理选材，降低和消除工作应力，残余应力，热应力，结构应力的途径和方法，提高了加热室的制造质量，投产后的加热室，显著延长了有效工作时间。参考文献[1]陆世英．不锈钢应力腐蚀事故分析与耐应力腐蚀不锈钢．原子能出版社，[2]赵麦群．金属的腐蚀与防护．，国防工业出版社，[3]孙跃．金属腐蚀与控制．哈尔滨工业大学出版社，[4]陈鸿海．金属腐蚀学．北京理工大学出版社，[5]郑津洋．过程设备设计．化学工业出版社，[6]方度．氯碱工艺学．化学工业出版社，（上接第80页）压力容器用钢板出现许用应力随板材厚度增大而有所降低（钢厂轧制时生成的自然缺陷）的现象，下面请看实例：某贮槽，材料为Q345R，设计参数分别为容器内径Di＝2500mm,,腐蚀裕量C2＝1.0mm，焊接接头系数φ＝1.0，计算压力Pc＝2.0MPa,设计温度＝50℃，通常选标准椭圆形封头，按GB150-1998式（7－1）计算壁厚δ＝14.75mm,考虑腐蚀裕量并圆整取δn＝16mm,，既满足强度要求，又满足制造时对刚度的要求。相反，如不考虑本文的观点，对制造时的容器减薄量不闻不问，特别是封头，很自然将壁厚增加到18mm，则［σ］t=163MPa,,按GB150-98式（7－1）δ＝15.38mm,再加上腐蚀裕量C2＝1.0mm，则封头设计厚度＝δ＋C2＝16.38mm，然而封头成形后的昀小厚度为：18－1.8（含钢板负偏差在内的加工减薄量）＝16.2mm小于封头设计厚度16.38mm,,不满足强度设计要求，从而导致本文开头所发生的情况，对此必须引起设计人员的高度重视。因此，如果不考虑板厚增加材料力学性能降低这一因素，将可能制造出强度不够的压力容器，也就是说不是板材越厚强度越高，除Q345R、16MnDR外，还有15MnVR、15MnVNR等其它低合金高强度钢也有此类特性，据此要求压力容器设计人员在选材确定壁厚时注意这一问题，适当增加昀小壁厚，确保加工减薄量对容器的强度要求。参考文献[1]GB150-1998钢制压力容器．中国标准出版社，1998：[2]余国宗．化工容器及设备［M］．北京：化学工业出版社，1990：