不銹鋼烘筒封頭與筒體采用搭接連接形式的探討

楊海艷

摘 要：不銹鋼烘筒封頭和筒體搭接連接結(jié)構(gòu)的合理性，本文采用標準法規(guī)和邊緣效應角度來探討。分析表明是合理的。

關(guān)鍵詞：不銹鋼烘筒封頭與筒體;搭接連接;合理性

不銹鋼烘筒封頭和筒體連接形式有碟型、平板、S型和外鼓形。其中碟型、平板、S型占主流產(chǎn)品，原因是此種設備占地空間小。以上形式的烘筒與封頭連接方式有對接連接、角接連接和搭接連接。其中搭接連接方式占主流。我國烘筒行業(yè)采用搭接連接方式已經(jīng)有三十多年的使用歷史。實踐反饋這種連接方式是成熟的。

不銹鋼烘筒屬于特種設備管理的壓力容器，采用搭接連接的不銹鋼烘筒出廠首次定期檢驗就被判定監(jiān)控使用或不得使用。（判定依據(jù)TSG 21-2016中第8.5.3中（2）條，“封頭與筒體的連接，如果采用搭接結(jié)構(gòu)。可以定為4級或者5級?！保┻@種判定是否合理？下面本文采用標準法規(guī)和邊緣效應角度來探討這種連接方式的合理性。

1 封頭與筒體采用搭接連接形式，結(jié)構(gòu)的合理性。

TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱大容規(guī)）的第10.1條，“滿足本規(guī)程基本安全要求的標準稱為本規(guī)程的協(xié)調(diào)標準。本規(guī)程的主要協(xié)調(diào)標準如下：（1）GB150《壓力容器》……”也就是說，滿足GB150相關(guān)設計、制造、檢驗和驗收要求的壓力容器，同時就滿足了大容規(guī)的基本安全要求。

本文探討的封頭與筒體的連接形式為搭接連接，符合GB150.3附錄D.5，所以結(jié)構(gòu)是合理的。至于大容規(guī)的8.5.3條第（2）款中，“如果采用搭接結(jié)構(gòu)，可以定為4級或5級”。筆者的理解是，大容規(guī)第8章定期檢驗部分，是由TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規(guī)則》合并進來的，該規(guī)范包括其前身，90版的《在用壓力容器檢驗規(guī)程》，這句話一字未改。所以，筆者認為這里的搭接結(jié)構(gòu)，應該是指90版的《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》中的圖3-1所示的結(jié)構(gòu)（詳見下圖），不包括GB150.3附錄D.5的結(jié)構(gòu)。圖3-1所示接頭型式不允許采用。圖a為不銹鋼烘筒封頭與筒體搭接連接方式（GB150.3附錄D.5）

2 邊緣效應

一般壓力容器都是由圓柱殼（筒體）和端部封頭（橢圓封頭、球形封頭、平封頭等）連接而成。壓力容器正常工作時不允許在連接處或截面形狀有變化的地方出現(xiàn)變形異常，如凸起、凹陷或開裂等變形不連續(xù)的情況。以筒體和標準橢圓封頭或球形封頭相連接為例，在端部邊緣處它們的薄膜位移值均不相同，筒體與標準橢圓封頭二者薄膜位移差值為2，筒體與球形封頭的薄膜位移差值0.5，因此，在連接處出現(xiàn)了位移值的不連續(xù)，但實際上容器上并沒有出現(xiàn)變形異常情況，原因是在工作壓力下降了有整體的薄膜應力外，在邊緣處還有其他的應力存在，使得筒體與封頭連接處的變形連續(xù)條件得以滿足。這種應力就叫作“邊緣應力”，這種應力對筒體或封頭的影響稱為邊緣效應。邊緣效應具有很強的局部性質(zhì)。

由《壓力容器設計的力學基礎及其標準應用》文獻的式（7-21）和式（7-22），取泊松比μ=0.3時，在承受均勻內(nèi)壓的情況下，圓柱殼（筒體）和標準橢圓封頭的端部邊緣處它們的薄膜位移分別為：

可見筒體與標準橢圓封頭搭接連接比對接連接時，由于變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的邊緣應力要小很多。

3 結(jié)束語

由此可見，不銹鋼烘筒封頭與筒體采用搭接連接無論從設計角度考慮的邊緣效應，還是標準法規(guī)角度都有充分的依據(jù)，并且?guī)资甑膶嵺`使用經(jīng)驗都證明確實是可行的。

參考文獻：

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