封头成形厚度_顾才生

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5 结语
( 1) 用设计厚度 ( D+ C2 ) 比用名义厚度 ( Dn ) 减钢板负偏差 ( C 1 ) 作为封头成形最小保证 厚度是在满足安全要求的前提下, 既合理也是最经 济的。
( 2) 问题在于设计图样上需明确标注出设计厚
度 ( D+ C 2 ) , 而设计 厚度中 主要是 计算厚 度 D, 因 C2 一般在总图上均有标注, 否则尽管 5容 规6 和 GB150 等法规标准规定包括打磨后的厚度等不 小于设计厚度, 但对制造者来说仍是不可知且无法 操作的。
致谢: 中石化北京院、 兰州院、 北钢院 和通 用所在 本失 效 分析中做了大量 工作。李蓉 蓉、艾 志斌、李 平瑾等 做了 很 多试验和分析, 此稿 成文后经 李平 瑾高工 的审 改, 在此 一 并表示感谢!
作者简介: 吕 运容, 男, 1969 年 生, 工 程 师, 通 讯地 址: 茂名石化公司炼油厂机动处, 邮编: 525011
( 5) 为了保证封头成形厚度不小于名义厚度减 钢板厚度负偏差, 现行做法不得不在名义厚度 Dn 加上减薄量 C 3 ( 一般取 2mm) , 再圆整 $2 至钢板 标准规格的厚度确定投 料 ( 毛坯) 厚度 Ds 。这不 仅浪费而且导致有时封头直边部因压制后的增厚,
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第 17 卷第 3 期
标 准规 范
封头安全经济合理的成形厚度
T he Safe, E conomic and Reasonable Forming T hickness of Head Plate
宜兴北海封头有限公司 顾才生 江始兵 邓建德 江苏省化工设备制造安装公司 梅燕平 钱金元 孙国荣 约克 ( 无锡) 空调冷冻设备有限公司 杜娟 江苏石油化工学院 巢建伟 常州市锅炉压力容器检验所 陆燕
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压力容器
主 要 文 章摘 要
2000 年第 3 期
p 对 GB150 ) 1998 中关于压力试验一些规定的讨论
本文对压力容器耐 压试验 的目的、试 验压力 的确 定及 试验时筒壁应力的校核 等几个 问题进 行了讨 论, 在综 合分 析不同观点的基础上, 阐述了笔者的个人观点。
形后的最 小厚度为 615mm 、且大于有 效厚度 De 、 更大于设计厚度 Dd 和计算厚度 D。
从以上可看出, 两种不同要求, 使该封头的投 料厚度有 2m m 之差, 而重量相差有 300kg 之多。
3 GB150 及有关封头标准的厚度定义不甚合 理
GB150 及有关封头标准的厚度定义不甚合理, 主要体现在容器和封头成形后的厚度要求上, 对凸 形封头和热卷圆筒的成形厚度要求不得小于名义厚 度减钢板负偏差 ( Dn - C1 ) , 由此可能导致设计和
4 用设计厚度界定封头最小成形厚度符合安 全经济的原则
( 1) 上述已说明封头成形厚度不小于名义厚 度减钢板负偏 ( Dn - C 1 ) 的规定可能导致设计和 制造 两 次在 设 计 厚度 ( Dd ) 的基 础 上 增 加厚 度 ( $1 + $2 ) 造成不必要的浪费及解决的途径。
( 2) 实际上 GB150 ) 89 5标准释义6 早已说明 / 成形封头的最小厚度应能满足强度 ( 即计算厚度 D) 与使用寿命 ( 即腐蚀裕量 C 2) 的要求0, 且是 大多数专家的共识。
制造两次在设计厚度的基础上增加厚度以保证成形 厚度。为此, 曾经 提出 了最 小成 形厚 度的 概念: / 热卷圆筒或凸形封头加工成形后 需保证的厚度, 其值 不小 于设计 厚 度0 。 也 就 是 说设 计 者 应 在 图 纸 上标 注名 义 厚度 和 最小 成 形厚 度 ( 即设 计 厚 度 Dd ) , 这样使得制造单位可根据制造工艺和原设计
( 3) 为了安全经济合理地确定封头成形厚度, 需要压力容器的标准、设计、制造、封头用户、专 业封头制造厂之间的合作并统一对标准的理解。
参考文献
11 质技监局锅发 [ 1999] 154 号 5 压力 容器 安全技 术监 察 规程6
21 GB150) 98 5 钢制压力容器6 和释义 ( 含 1989 版 本) 31 JB4732 ) 95 5 钢制压力容器 ) ) ) 分析设计标准6 41 寿比南. GB150) 1998 5 钢制压力容器6 修订 要点综述.
( 3) JB4732 ) 95 5钢制压力容器 ) 分析设计标 准6 111211 明确规定: / 根据制造工艺条件, 确定 加工裕量, 以确保成品各部位的实际厚度不小于该 部 位设 计厚 度0 。
( 4) 新 5容规6 第 69 条第 2 款中 / 临时吊耳 和拉筋的垫板割除后留下的焊疤必须打磨平滑 ,, 打磨后的 厚度不应 小于该部 位的设 计厚度 ( D+ C2 ) 。0 也就是说整个容器可用设计厚度 ( D+ C 2) 来界定其各部位所需的最小安全厚度。
T his paper based on the analysis of concerned standards at home and abroad and t he ex perience of factories, t ook t he broadly - used norm al - ellipt ical head plate as an exam ple, summarized on t he safe, economic and reasonable forming t hickness of head plate.
压 力容器
总第 99 期
( 2) 母材上穿透性的裂纹是由多裂纹源的共同 作用,Байду номын сангаас由内壁启裂, 沿周向呈锯齿状扩展。
金相观察: 母材上的裂纹, 无论是穿透或未穿 透的微裂纹均呈沿晶扩展。
( 3) 裂纹的断口表面凹凸不平并有台阶特征, 属脆性断裂。电镜还显示, 在一些晶粒的晶面上, 有明显的疲劳辉纹, 局部存在二次裂纹。
计算厚度 D=
2
[
R]
Kp tª
D -
i
01 5 p
c
=
417 3m m
计算厚度 Dd = D+ C 2= 4173+ 1= 5173m m
考虑标准椭圆封头有效厚度 De 应不小于封头
内径 D i 的 0115% , 有效厚度 De = 0115%D i = 6mm
De > Dd 、C 1 = 0、 C2 = 1、名义厚度 Dn = De +
如要求封头成形厚度不得小于名义厚度 Dn 减 钢板负偏差 C1, 则投料厚度:
Ds = Dn + C1 + C3 + $2 = 8+ 0+ 115+ 015 = 10mm, 而成形后的最小厚度为 815mm。如采用封 头成形厚度不小于设计厚度 Dd ( 应取 De 值) , 则 投料厚度: Ds = Dd ( De ) + C 3 + $2 = 8m m, 而成
关键词: 封头 安全经济合理 成形厚度
1 GB150 ) 1998 标准有关厚度的定义
( 1) 计算厚度 D 是按各章公式计算得到的厚度。需要时, 尚应 计入其他载荷所需厚度。 ( 2) 设计厚度 Dd 是计算厚度 D与腐蚀裕量 C2 之和。 ( 3) 名义厚度 Dn 是设计厚度 Dd 加上钢材厚度负偏差C 1 后向上 圆整至钢材标准规格的厚度。即标注在图样上的厚 度。 ( 4) 有效厚度 De 是名义厚度 Dn 减去腐蚀裕量 C2 和钢材厚度负 偏差 C 1 的厚度。 ( 5) 各种厚度的关系如图 1 所示。 ( 6) 投料厚度 Ds ( 即毛坯厚度)
( 上接第 5 页) 发生与筒体组装的错边量超差而不 得不增加对直边部的削薄处理。有时还会发生因投 料厚度 Ds 的增加, 使厚度跳档造成强度指标 ( Rb 、 Rs ) 和许用应力 [ R] t 的降低而需重新进行强度校 核。
( 6) 封头的成形加工方法有热冲压和冷冲压、 冷旋压和热旋压等, 不同尺寸、不同材料、不同加 工方法有不同的减薄量, 这在专业封头制造厂有详 细的技术数据资料, 只要提供设计厚度 ( D+ C2 ) 加上封头制造厂的实际减薄量并圆整至钢板标准规 格的厚度, 即可 避免设计、制造二次圆整 ( $1 + $2) 造成的浪费, 从而得到安全经济合理 的封头 成形厚度, 这也是当今国外同行之所以采用最小保 证厚度 ( 即 D+ C 2 的设计厚度) 的原因。
( 4) 由于结构设计许用应力过高、变形补偿不 足以及焊接质量等原因导致试车过程中, 在应力集 中和附加弯曲应力高的焊接接头区域开裂。
多次开停车过程中温度升降和压力波动, 使附 加应力具有一定的交变载荷性质, 裂纹断口显示出 大应力低周疲劳的特征。
7 结语
针对以上分析, 我们采取增加下支尾管的变形 协调能力, 降低应力水平, 以及提高焊接接头可靠 性的一系列改造措施:
( 1) 改变尾管的形状, 由图 1 所示的形状 ( 一 个 90b转弯) , 改为新增加了三个 180b转角。使下
支尾管长度由 1602m m 增至 5432mm, 从而大大增 加了变形补偿能力;
( 2) 与炉管的焊接由角焊缝改为对接焊缝, 一 方面增强了焊接接头的强 度, 另一方 面可对焊缝 100% 射线和渗透检查。同时, 加强施焊过程中的 焊接工艺控制, 确保焊接质量;
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根据 GB150 ) 1998 第 10 章 和各 种 厚度 关系 图:
Ds = D+ C 1 + C2 + $1 ( 厚度第一次设计圆整 值) + C 3 ( 加工减薄量) + $2 ( 厚度第二次制造 圆整值) 。
图1
2 封头设计计算案例 容器 内 径 D i = 4000mm、 计 算 压 力 Pc = 014MPa、设计温 度 t = 50 e 、封头为 标准椭圆形
( 2) 关于开孔补强计算 开孔补强计算中所用为有效厚度 De ( Dn - C1 - C 2 ) , 将设计者取用的圆整量 $1 用掉了, 制造 上若再用设计圆整量 $1 可能造成强度不足。 开孔补强仅是局部的结构计算方法, 最常用的 等面积法也只是经验和保守的, 故有可能在补强面 积中不考虑圆整量, 而以设计厚度 ( D+ C2 ) 为基 础进行补强计算。
压力容器, 1998; ( 3) 51 JIS B8247 ) 1997 5 压力容器用封头6 61 化工装备行业第一期压 力容器设计审批人员考试题
作者简介: 顾才生, 男, 1963 年 生, 助理 工程 师, 促销 科 长。通讯地址: 江苏宜兴 市万石 镇工业 区扬 祥路宜 兴北 海 封头有限公司, 邮编: 214212
( 3) 增设下集合管外壁喷淋装置, 用冷却水降 低集合管外壁温度, 减小集合管的变形。
通过改造试车成功。投用至今整个系统安全运 行, 说明上述分析是正确的, 改造措施是有效的。
参考文献
11 吴志海等. 制氢装置试 车过程中泄 漏的研 究 ( 一) 下 集 合管外接管的开裂. 压力容器, 2000; 2
的设计圆整量决定是否再加制造减薄量。这种厚度 的定义和标注是目前国际压力容器界的流行方法, 有其合理性, 但在我国现行标准中有以下两个问题 需解决。
( 1) 关于封头标准中直边高度随厚度变化的问 题
封头直边高度是 由封头直径和厚度控制的变 量, 确 无 必 要 且 使 封 头 尺 寸 系 列 复 杂 化。 JIS B8247 标准无论 1992 版还是最新的 1997 版, 直边 高度为厚度的 3 倍, 但最小不小于 20mm, 最大不 超过 38mm, 较简明。该问题可在修订标准时予以 解决。
第 17 卷第 3 期
压 力容器
总第 99 期
封头、材料为 16MnR ( 设计温度下材料许用应力 为 170MP a) 、钢材负偏差不大于 0125mm 且不超
过名义厚度的 6% 、腐蚀裕量 C2 = 1mm、封头拼 焊的焊接接 头系数 ª = 1。求椭 圆封头 的计算 厚 度、设计厚度和名义厚度。
C 1 + C2 = 6+ 0+ 1= 7mm 考虑钢材标准规格厚度作了上浮 1mm 的厚度
第一次设计圆整值 $1 = 1, 故取 Dn = 8mm。 根据专业封头制造厂技术资料 D i = 4000、 Dn
= 8 封头的加工减薄量 C3 = 115mm , 经厚 度第二 次圆整值 $2 = 015。
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