鋼制壓力容器分析設(shè)計與其管道應(yīng)力分析的比較

曾文靜

（廣西工聯(lián)工業(yè)工程咨詢設(shè)計有限公司，廣西南寧 530003）

鋼制壓力容器分析設(shè)計與其管道應(yīng)力分析的比較

曾文靜

（廣西工聯(lián)工業(yè)工程咨詢設(shè)計有限公司，廣西南寧 530003）

近年來，我國社會經(jīng)濟和科學技術(shù)實現(xiàn)了快速的發(fā)展，在這個過程中工藝裝置的多樣化和大型化不斷凸顯，壓力管道的壓力和溫度有了一定程度的提高；同時，其直徑和壁厚也加大了，對于鋼制壓力容器分析設(shè)計和管道應(yīng)力的分析比較越來越重視。因此，對鋼制壓力容器分析設(shè)計與其管道應(yīng)力分析進行了比較，對鋼制壓力容器及其管道的應(yīng)力進行了分類。

鋼制壓力容器；鋼制壓力管道；應(yīng)力分析；比較

鋼制壓力容器分析設(shè)計及其管道應(yīng)力分析的方法有很大相似性，其中有一些是可以等同的，不過差異性也是存在的，需要對其進行詳細的分析和研究，從而看清其內(nèi)部和外部各方面的相同和不同。

1 鋼制壓力容器分析設(shè)計

與常規(guī)設(shè)計相比，鋼制壓力容器分析設(shè)計有著很大的差異，需要將詳細的應(yīng)力分析報告作為設(shè)計的依據(jù)，將選材和工藝質(zhì)量的檢驗作為重要的保證，同時，將近代的分析計算工具和實驗技術(shù)作為重要的手段。分析設(shè)計的發(fā)展需要和數(shù)值分析方法、板殼理論等進行相應(yīng)的結(jié)合。壓力容器這個行業(yè)經(jīng)過了很多年的實踐，對于容器失效本質(zhì)有著非常深刻的認識，在這樣的基礎(chǔ)之上，可以有效處理性質(zhì)不同的應(yīng)力，同時在安全系數(shù)的降低方面可作為重要的依據(jù)。鋼制壓力容器分析設(shè)計涉及多種可能失效模式中一些主要的失效模式。通過對各種要素進行綜合考慮，對其應(yīng)力強度提出合理的限制條件，可在一定程度上避免失效模式的產(chǎn)生。

2 壓力容器設(shè)計與其應(yīng)力分析的比較

在科學技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，工藝裝置的大型化成為了全世界范圍內(nèi)的一個發(fā)展方向，也就是朝著大尺寸、高壓、高溫等的方向發(fā)展。對于大型化的鋼制壓力容器需要采用有效的方法，應(yīng)力分析設(shè)計法在其中的應(yīng)用是非常有效的，有利于經(jīng)濟效益的獲取。比如，一個加氫反應(yīng)器的單重是1 000 t，采用分析方法設(shè)計，可以比常規(guī)方法設(shè)計減輕設(shè)備重量大約20%，節(jié)省的資金數(shù)量是非?？捎^的，大約在1 000～1 200萬。應(yīng)力分析方法設(shè)計在鋼制壓力容器及其管道中的應(yīng)用范圍越來越廣、應(yīng)用次數(shù)越來越多。當下，在我國，壓力容器有了相關(guān)的標準，但是壓力管道還沒有，壓力容器的標準是《鋼制壓力容器——分析設(shè)計標準》。管道應(yīng)力的分析有一定的局限性，只能實現(xiàn)對于局部用力的分析，但是，對應(yīng)力管道的各個部分進行有效的分析是必須要實現(xiàn)的。管道應(yīng)力可以分成兩個部分，分別是靜力分析和動力分析。

靜力分析包括三部分的內(nèi)容：第一，管道一次應(yīng)力的計算是在壓力、重力等載荷作用下實現(xiàn)的，能夠在一定程度上避免塑性變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。第二，二次應(yīng)力的計算是在熱脹冷縮和端點附加位移等載荷作用下實現(xiàn)的，能夠避免疲勞破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)。第三，管道對機器和設(shè)備作用力的計算，為機器的正常運行提供有力的保障。

動力分析包括了三部分的內(nèi)容：第一，對往復壓縮機管道氣柱固有頻率進行一定的分析，可以有效避免氣柱共振狀況的出現(xiàn)。第二，對往復壓縮機管道壓力脈動進行相應(yīng)的分析，能夠控制壓力脈動值。第三，對管道固有頻率進行相應(yīng)的分析，防止管道系統(tǒng)共振。

3 鋼制壓力容器和管道應(yīng)力的分類

鋼制壓力容器應(yīng)力的分布做了相應(yīng)的假設(shè)，主張應(yīng)力是沿壁厚均勻分布的，忽略了彎曲應(yīng)力，而且這種方法在壓力容器的常規(guī)設(shè)計中也被采用。壁厚也做了一定的假設(shè)，認為各種應(yīng)力沿著壁厚是可以變化的，并未否定彎曲應(yīng)力的存在。所以，將壁厚作為假設(shè)的基礎(chǔ)是比較科學的，所得出的結(jié)論也更為準確。應(yīng)力分類校核方法的出現(xiàn)是有一定的條件的，之所以出現(xiàn)這種方法是因為不同類型的應(yīng)力對于損傷破壞的影響是不同的。鋼制壓力容器分析設(shè)計及其管道應(yīng)力分析都需要遵循一個原則，那就是安全裕度原則。在壓力容器的分析設(shè)計中對于不同的應(yīng)力有著不同的定義。

一次應(yīng)力的目的非常明確，為了平衡壓力和其他機械載荷所必需的法向應(yīng)力或者剪應(yīng)力。一次應(yīng)力還可以進行相應(yīng)的分類，可以分成三種類型，分別是一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力和一次彎曲應(yīng)力。二次用力的出現(xiàn)是為了滿足外部約束條件要求必需的法向應(yīng)力或者剪應(yīng)力，主要分成了兩個部分，分別是邊緣應(yīng)力和溫度應(yīng)力。峰值應(yīng)力是附加在一次應(yīng)力加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量，它的出現(xiàn)是因為局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或者局部熱應(yīng)力的影響。

壓力容器分析設(shè)計中將應(yīng)力進行了細化分類，可將其分成5種，分別是一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力、一次彎曲應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力。壓力管道的分析中將其分成了兩大類，分別是一次應(yīng)力和二次應(yīng)力。兩種分類中的概念是相同的，只是不存在峰值應(yīng)力的概念。

最大剪應(yīng)力理論在壓力容器分析設(shè)計中進行了相應(yīng)的應(yīng)用，這種應(yīng)力的當量應(yīng)力是第一主應(yīng)力和第三主應(yīng)力的差，在壓力容器的分析設(shè)計中需要對此當量應(yīng)力做出相應(yīng)的定義，將其定義為應(yīng)力強度。

4 結(jié)束語

在理論上，與壓力管道應(yīng)力分析標準相比，壓力容器分析設(shè)計更加嚴密，兩者中的重點不同。壓力容器的重點在局部，而壓力管道應(yīng)力分析的重點是整個管系的應(yīng)力和柔性。壓力增大系數(shù)方法在其中實現(xiàn)了有效的應(yīng)用，有著非常鮮明的優(yōu)勢，操作簡單，符合實際，效率高。

[1] 鄭明訓.自適應(yīng)設(shè)計法在連續(xù)鋼梁橋上的應(yīng)用[J].重慶交通學院學報，2001，20（2）：13-20.

[2] 蘇文獻，鄭津洋，陳志平.歐盟壓力容器分析設(shè)計標準簡介[J].壓力容器，2002，19（7）：1-4.

Comparison of Analysis and Design of Steel Pressure Vessel and Its Pipeline Stress Analysis

Zeng Wen-jing

In recent years，the social economy and science and technology of our country have achieved rapid development.In this process，the diversification and large-scale technology of the process have been highlighted，and the pressure and temperature of the pressure pipeline have been improved to a certain extent.At the same time，Its diameter and wall thickness also increased，for the analysis of steel pressure vessel design and analysis of pipeline stress more and more attention.In this paper，the steel pressure vessel analysis and design and pipeline stress analysis were compared，the steel pressure vessel and its pipeline stress were classified.

steel pressure vessel；steel pressure pipe；stress analysis；coMParison

TH49

B

1003-6490（2017）01-0056-02