淺析大型設(shè)備試壓盲板的選型及計算

衛(wèi) 波

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西 楊凌 731100

康乃爾化學(xué)工業(yè)股份有限公司60 萬t/ a 甲醇制烯烴項目，共有7 臺設(shè)備由于超大、超長，必須現(xiàn)場組焊。以核心設(shè)備MTO 反應(yīng)器（R- 2001）為例，該設(shè)備凈重223.3t，最大直徑φ5700mm，全長38.39m，分六段到貨，現(xiàn)場組焊并進行水壓試驗，立式水壓試驗壓力0.98MPa。除去用人孔蓋封堵的人孔外，共有89 個管口需要封堵，管口大小從DN25 到DN1300 不等。為了保證水壓試驗安全，需要逐一對這89 個管口的封堵盲板進行強度計算。通過查閱相關(guān)規(guī)范及文獻，結(jié)合工程實際，對MTO 反應(yīng)器的試壓盲板選用分為四類，即法蘭配對法蘭蓋式、雙法蘭對夾盲板式、正交加筋式和橢圓封頭式。圖1 為MTO 反應(yīng)器簡圖，表1 為MTO 反應(yīng)器部分管口盲板選型表。

表1 MTO反應(yīng)器部分盲板選型表

圖1 MTO反應(yīng)器簡圖

1 法蘭配對法蘭蓋

設(shè)備試壓最經(jīng)濟有效的封堵方式是采用配對法蘭蓋封堵，此類方式適用于設(shè)備自帶法蘭蓋或者在施工現(xiàn)場能找到配對法蘭蓋的管口。由于配對法蘭蓋是標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計在法蘭選型時已經(jīng)考慮過其水壓試驗強度計算，故采用法蘭蓋封堵時，只需要保證法蘭蓋規(guī)格及壓力等級與法蘭相同即可。

2 雙法蘭對夾盲板式

雙法蘭對夾式盲板是工程中最常用的管口封堵方式，適用于有配對法蘭的管口，具體型式見圖2。

圖2 雙法蘭對夾盲板圖

雙法蘭對夾式盲板的計算參照GB20801.3- 2020《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第3 部分：設(shè)計和計算》第6.5.2 條式14，其最小盲板厚度計算見式（1）。

式中：tm——盲板計算厚度，mm；

dg——盲板計算直徑，取墊片內(nèi)徑，mm；

P——設(shè)計壓力，MPa；

S——設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；

W——焊接接頭高溫強度降低系數(shù)；

φ——焊接接頭系數(shù)。

以MTO 反應(yīng)器（R- 2001）A05 管口為例，設(shè)備總高40850mm，A05 管口距離設(shè)備底部38850mm，管口公稱直徑DN150，公稱壓力CL300，水壓試驗壓力0.98MPa，盲板選用Q235B（按GB150 常溫許用應(yīng)力116MPa）。A05管口水壓試驗所承受的壓力為水壓試驗壓力加由于高差引起的液柱靜壓力，合計為1MPa。則，

考慮到板材負(fù)偏差，故選用厚度為8mm 的Q235B 鋼板。

3 正交加筋式盲板

在現(xiàn)場組焊設(shè)備試壓過程中，往往會碰到一些無法蘭且直徑較大的管口需要封堵，這時就需要采用焊接平蓋的方式封堵。如果按照GB150.3- 2011 第5.9.3 條式5- 33焊接式平蓋公式來計算，計算的板厚結(jié)果往往過大，既浪費材料，又增加施工難度。為此，在現(xiàn)場施工中，常采用正交加筋式盲板，但盲板厚度選擇多少、加筋幾道，以及加筋板厚度多少多是根據(jù)經(jīng)驗估得。根據(jù)《正交加筋盲板的強度計算》中的計算分析，正交加筋盲板的在計算彎矩時，可近似地簡化成周邊固定受均布載荷的圓形平板，剖面圖如圖3 所示。

圖3 正交加筋式盲板示意圖

對加筋單元進行受力分析，得出公式（2）—（5）。

強度校核見式（6）。

式中：t1——加筋板厚度，mm；

t——平蓋厚度，mm；

P——平蓋所承受的壓力，MPa；

H——筋板高度，mm；

D——管口內(nèi)徑，mm；

［σ］t——設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。

以MTO 反應(yīng)器（R- 2001）A24 管口為例，其管內(nèi)徑為1300mm，水壓試驗壓力加高差產(chǎn)生的液柱靜壓力之和為1.195MPa，加筋板厚度t1取30mm，平蓋厚度t 取30mm，筋板高度h 取110mm，橫、縱各3 道加筋（d=1300/ 4=325mm），平蓋與筋板材質(zhì)選用Q235B，代入以上式中，得：

經(jīng)校核，采用Q235B 板材，加筋板厚度t1取30mm，平蓋厚度t 取30mm，筋板高度h 取110mm，橫、縱各3道加筋強度校核合格。考慮到鋼板負(fù)偏差，加筋板及平蓋都選用32mm 的Q235B 板材，經(jīng)現(xiàn)場水壓試驗驗證安全可靠。

4 橢圓封頭式盲板

對于直徑較大的管口也可采用焊接式橢圓封頭進行封堵，由于同等厚度的橢圓封頭受力比平板更出眾，因此在有現(xiàn)成試壓用橢圓封頭的情況下，采用焊接式橢圓封頭封堵管口更節(jié)約板材。本項目MTO 反應(yīng)器（R- 2001）最頂部的A04 管口采用橢圓封頭封堵，A04 管口內(nèi)直徑1250mm，試驗壓力0.98MPa，橢圓封頭厚度22mm，材質(zhì)Q235B。根據(jù)GB150.3- 2011 第5.3.2 條式5- 1，由公式（7）可得到橢圓封頭的最小厚度。

式中：K——橢圓封頭形狀系數(shù)，取值見GB150.1 表5- 1；

Pc——設(shè)計壓力，取水壓試驗壓力，MPa；

Di——橢圓封頭內(nèi)直徑，mm；

［σ］t——設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；

φ——焊接接頭系數(shù)。

因此，22mm 厚試壓封頭滿足要求。

5 結(jié)語

按照以上試壓盲板選型及計算，本項目核心設(shè)備MTO 反應(yīng)器（R- 2001）水壓試驗工作順利完成。所提及的四種試壓封堵盲板方案各有優(yōu)劣，其中法蘭配對法蘭蓋是最簡便的封堵方式；雙法蘭對夾盲板式應(yīng)用最為廣泛，但需配備更長的螺栓；橢圓封頭式和正交加筋式均需要焊接，正交加筋式焊接量比較大，但可現(xiàn)場取材，現(xiàn)場制作；而橢圓封頭式雖然同等厚度受力比平板更出眾，但需要提前考慮訂做。在實際施工中，應(yīng)根據(jù)實際情況，靈活選用盲板型式，保證現(xiàn)場組焊設(shè)備試壓的經(jīng)濟性和安全性。