關(guān)于設(shè)計考慮封頭工藝減薄量的必要性探討

于太安　劉愛玲　李富強

(1.張家口三北·拉法克鍋爐有限公司，河北 張家口 075000;2.張家口特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，河北 張家口 075000)

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關(guān)于設(shè)計考慮封頭工藝減薄量的必要性探討

于太安1劉愛玲1李富強2

(1.張家口三北·拉法克鍋爐有限公司，河北 張家口 075000;2.張家口特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，河北 張家口 075000)

以標準橢圓封頭為例，圍繞封頭工藝減薄量對壓力容器的設(shè)計制造帶來的不利影響，提出在設(shè)計時考慮封頭工藝減薄量的必要性進行了深入的探討.

壓力容器;標準橢圓封頭;工藝減薄量

1　前　言

標準橢圓封頭是壓力容器的主要受壓元件，其成形過程中，都會涉及局部厚度減薄的問題，由于考慮到制造單位的制造方法和技術(shù)水平有差異，對于工藝減薄量均由封頭制造廠來自己確定，封頭制造廠只考慮封頭的最小成型厚度滿足圖紙的設(shè)計要求即可，沒有考慮封頭投料厚度對封頭設(shè)計和制造過程中帶來的不利影響，從而給壓力容器的安全運行帶來許多隱患.

2　現(xiàn)有標準凸形封頭投料厚度的計算

根據(jù)HG/T20580-2011《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》，封頭各種厚度間的關(guān)系如下圖所示：

圖1

3　工藝減薄量C3由制造廠考慮帶來的問題

凸形封頭的成形加工制造方法有熱沖壓、冷沖壓、熱旋壓、冷旋壓等，由于不同尺寸，不同材料，不同加工方法有不同的減薄量C3，這在專業(yè)封頭廠有詳細的技術(shù)資料，由封頭制造廠考慮制造工藝減薄量C3合情合理，但是由制造廠考慮工藝減薄量C3將會帶來如下問題：

(1)可能出現(xiàn)封頭的強度不能滿足設(shè)計圖樣的要求.隨著鋼板厚度的增加，材料的許用應力逐漸下降，在某些規(guī)格的鋼板可能出現(xiàn)跳檔，如：Q245R,150 ℃時δ=16 mm時，其許用應力[σ]=140 MPa,而δ=18 mm時，其許用應力[σ]=133 MPa，詳見GB150.2-2011中表2.

(2)可能出現(xiàn)封頭的使用溫度下限不能滿足設(shè)計圖樣的要求.隨著鋼板厚度的增加，材料的使用溫度下限逐漸提高，在某些規(guī)格的鋼板可能會出現(xiàn)跳檔，如：Q245R,鋼板厚度δ=16 mm時，其使用溫度下限為-10 ℃，而δ=18 mm時，其使用溫度下限為0 ℃.詳見GB150.2-2011中表4.

(3)可能出現(xiàn)封頭鋼板的交貨狀態(tài)發(fā)生改變，例如，Q245R,厚度δ=36 mm時，鋼板的供貨狀態(tài)一般熱軋，而當厚度δ=38 mm時，鋼板的供貨狀態(tài)必須為正火，詳見GB150.2-2011中4.1.1條.

(4)可能出現(xiàn)封頭鋼板的超聲檢測要求發(fā)生改變，例如對于GB150.2-2011中第4.1.8條要求，容器介質(zhì)的毒性程度為極度或高度危害時，δ=10 mm的鋼板不要求超聲檢測，而δ≥12的鋼板要求超聲檢測.

(5)由于設(shè)計圖樣中，筒體與封頭的對接接頭形式是以封頭和筒體的名義厚度進行設(shè)計的，而封頭的投料厚度大于等于名義厚度，通常對于加厚的封頭要進行削邊處理，一方面增加制造成本，另一方面增加筒體與封頭的幾何不連續(xù)程度，從而引起應力集中.

(6)由于設(shè)計圖樣中，封頭上的接管與封頭的對接接頭型式是以封頭的名義厚度進行設(shè)計的，而封頭的投料厚度大于等于名義厚度，可能引起接頭型式不符合設(shè)計圖樣的要求.例如，封頭名義厚度δn=16 mm時，可適用GB 150.3-2011附錄D中，附圖D.4的；而δn=18 mm時，則附圖D.4的不符合要求.

本文針對航測法生產(chǎn)大比例尺地形圖時數(shù)學精度容易超限的現(xiàn)象，提出了把最終成果的精度分解為每個環(huán)節(jié)的精度，使質(zhì)量可控。事實證明，只要影像合格、作業(yè)規(guī)范、檢查到位，人為因素產(chǎn)生的誤差較小，該方法可行。

(7)由于設(shè)計圖紙上與封頭連接的零部件，如吊耳、支腿，均以封頭的名義厚度進行設(shè)計，而封頭的投料厚度大于等于名義厚度，一方面由于封頭厚度的增加，增加了容器的重量，從而影響吊耳、支腿的負荷，另一方面需要修改由于封頭尺寸的變化，而引起吊耳、支腿與封頭的局部尺寸的變化.

(8)由于封頭的投料厚度大于等于名義厚度，有時會涉及到焊接結(jié)構(gòu)的變化，從而引起焊接工藝、熱處理工藝、無損檢測工藝的變化，這些變化封頭廠均沒有詳細考慮.

(9)對具有傳熱的夾套容器，由于封頭的投料厚度大于等于名義厚度，從而影響傳熱效果.

4　工藝減薄量C3由設(shè)計者考慮的可行性

由于制造廠在考慮封頭的工藝減薄量時，一般不會考慮上述內(nèi)容對容器設(shè)計、制造帶來的不利影響.為了避免上述問題，因此必須由設(shè)計者來考慮，具體考慮過程如下：

(1)根據(jù)相關(guān)標準，首先計算封頭的最小成型厚度δn min,計算時要注意考慮，對于接管區(qū)除考慮殼體的設(shè)計厚度和腐蝕裕量外，還要考慮開孔補強所需要的厚度.

(2)參考封頭的最小成型厚度，初步估計封頭的投料厚度，然后根據(jù)封頭的直徑，查GB/T 25198-2010《壓力容器封頭》標準，可得封頭成型的最大減薄量B%.

(3)利用下式計算封頭鋼板的投料厚度δs:

δs=δn min/(1-B%)+C1+Δ

式中:δn min：封頭的最小成型厚度;

B：封頭成型的最大減薄量;

C1：鋼材的厚度負偏差;

Δ：圓整至材料標準規(guī)格的厚度圓整量;

(4)工藝減薄量C3按下式計算:

C3=(δs-C1)xB%

式中符號的含義同上.

(5)封頭的有效厚度δe的計算:

δe=δs-C1-C2-C3

式中符號的含義同上.

5　結(jié)束語

(1)通過以上分析可知，設(shè)計者考慮工藝減薄量C3是可行的.設(shè)計者在圖紙上分別標注封頭的名義厚度和最小成型厚度(加括號)，另外在技術(shù)要求中注明封頭的名義厚度就是封頭的投料厚度，就可避免由制造廠考慮工藝減薄量帶來的許多問題.

(2)由于GB/25198-2010《壓力容器封頭》標準中，給出的是封頭成形的最大減薄量，由于各個封頭制造廠的工藝水平不一樣，封頭的減薄量也不一樣，由設(shè)計者給出投料厚度對于水平高的封頭制造廠可能會導致材料的浪費，但是，作者認為，隨著封頭制造技術(shù)的進步，可以通過修改GB/25198-2010《壓力容器封頭》標準中的最大減薄量的值來減少材料的浪費.

[1]GB150-2011.壓力容器[S]

[2]GB/25198-2010.壓力容器封頭[S]

[3]HG/T20580-2011.鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定[S]

On the Necessity of Processing Reduction of Elliptical Head in Design

YU Tai-an1，LIU Ai-ling1，LI Fu-qiang2

(1.Zhangjiakou Sanbei·Rafako Boiler Co.Ltd，Zhangjiakou 075000,China；2.Zhangjiakou Special Equipment Supervision and Inspection Department,Zhangjiakou 075000,China)

Taking the elliptical head as an example,based on the negative influence of processing reduction in design on pressure vessel，the paper analyzes the necessity of processing reduction of elliptical head in design and how to eliminate the adverse impact by process reduction.

pressure vessel；elliptical head；process reduction

2015-12-05

于太安(1970-)，男，高級工程師，從事鍋爐壓力容器設(shè)計和制造工作.

TH 12

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