管口载荷对压力容器设计计算影响

《压力容器设备管口的许用载荷问题》

摘要论述了设定压力容器设备管口许用载荷数值的必要性及原则。

对于一般的压力容器，根据以往的工程实践经验，推荐了接管许用载荷，包括力和弯矩系列数值，并对设备管口载荷引起的壳体局部应力的核算问题进行了讨论。

关键词压力容器;接管;许用载荷;法兰;应力前言近年来，随着石化装置规模的大型化，大口径、操作条件苛刻及走向复杂的压力管线逐渐增多。

这些管线作用在与其连接的压力容器设备接管上的载荷，包括力、弯矩及扭矩，对设备本体及其接管产生的影响越来越受到压力容器设计者的重视。

本文从几个方面来分析和探讨在压力容器设计时，如何考虑压力管道对设备本体及接管产生的载荷作用，以及如何设定较为合理的设备管口许用载荷数值，以保证压力容器设计的经济性、安全性及合理性。

本文提到的设备管口许用载荷，均指所有与管线相连接的接管及其补强板、接管所在处的壳体能够承受来自管线直接作用的力和弯矩数值。

1设备管口许用载荷确定的必要性及原则设备管口许用载荷的确定，主要涉及负责压力容器设计的设备专业和负责压力管道设计的管道专业。

设备专业作为管道专业的上游专业，一般先行开展工程设计，然后将初步的工程图作为设计输入条件提供给管道专业。

管道专业根据设备图纸，结合设备布置图、工艺管线压力等级划分及管道走向布置图等，提出设备管口的实际载荷条件，反馈给设备专业，以便进行设备管口载荷的最终核算。

从设备专业的角度考虑，作为先行开展设计的上游专业，如果选择较大的设备管口许用载荷进行设计，而将来若管道实际载荷较小，就会造成设备壳体厚度及相关接管壁厚的设计裕量较大，造成材料浪费。

如果设定较小的设备管口许用载荷，而将来若管道实际载荷比设定的管口许用载荷增加较多，设备专业就需要重新进行与管口载荷相关的应力校核计算。

这样，一方面增加了设计工作量，甚至可能造成设计返工，另一方面又可能为了满足过大的管口载荷条件而不得不增加设备壳体厚度及接管壁厚等。

如果设备主材已经订货，还会对工程项目的费用及进度产生一定的影响。

如何确定压力容器的设计压力和计算压力

如何确定压力容器的设计压力和计算压力压力容器的设计压力压力容器是一种负责储存和运输高压或低温气体或液体物质的容器。

由于受到高压力或低温的影响，压力容器设计必须十分严谨，才能够避免发生意外事故。

在压力容器的设计和制造过程中，确定设计压力是非常重要的一步。

设计压力指的是压力容器在使用过程中所能承受的最大压力，通常以内压为基础。

确定设计压力可以确保压力容器不会在使用过程中超负荷工作，保证其安全性能。

一般而言，压力容器的设计压力需要考虑以下因素：1.内容物的特性及储放状态；2.工作温度及压力温度范围；3.容器的材料及制造工艺；4.容器的设计参数。

其中容器的设计参数包括设计温度，容器材料，容器结构形式等。

这些参数都会影响到设计压力的大小。

因此，在确定设计压力时一定要考虑这些综合因素，并参考国家相关标准来进行设计计算。

压力容器的计算压力压力容器的计算压力也是非常重要的一部分，它是指储存于压力容器内液体或气体之间的压力。

确定计算压力可以帮助设计方确定容器的最大使用压力，从而更好地满足用户的需求。

对于确定压力容器的计算压力，一般采用双向压力法和单向压力法两种方法。

双向压力法在双向压力法中，设计人员需要综合考虑容器的外压力和内压力，以便计算出容器的可承受压力。

使用双向压力法时，设计人员需要将所有可能产生压力的因素纳入计算，通常有以下几个因素：1.内压力2.外压力3.风载荷4.地震力5.液位高度设计人员需要计算这些因素的总和，从而确定容器最大的承受压力。

单向压力法在单向压力法中，设计人员只考虑容器的内压力以及容器在稳定状态下的承受能力。

而忽略其他来源的压力，设计人员会按照以下步骤来进行计算:1.根据使用需求，确定容器的工作温度和工作压力；2.选择合适的材料，计算出容器的瞬时强度；3.通过成形过程的分析和测试，确定容器壁的厚度；4.确定容器的容积，计算出容器的有效长度；5.根据容器的有效长度，计算容器的允许使用最大工作压力。

浅谈压力容器设备管口许用载荷问题

与管线相连接的接管及其补强板、接管所在处的壳体能够承受来自管线直接作用的力和弯矩数值。
而将来若 பைடு நூலகம்道实际载荷较小，就会造成设备壳体厚
度及相关接管壁厚的设计裕量较大。造成材料浪
张驰群，男，１９７６年生，硕士，高级工程师。北京市，１０００１２。
合设备布置图、工艺管线压力等级划分及管道走向
布置图等，提出设备管口的实际载荷条件，反馈给设备专业。以便进行设备管口载荷的最终核算。从
设备专业的角度考虑．作为先行开展设计的上游专
业，如果选择较大的设备管口许用载荷进行设计，
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＰｉｐｉｎｇＮｏｚｚｌｅＡｌｌｏｗａｂｌｅＬｏａｄｓｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ
ＺｈａｎｇＣｈｉｑａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙａｎｄｐｉｎｒｃｉｐｌｅｏｆｓｅｔｔｉｎｇｔｈｅｐｉｐｉｎｇｎｏｚｚｌｅａｌｌｏｗａｂｌｅｌｏａｄｖａｌｕｅａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｏｒｇｅｎｅｒａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐａｓｔｅｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇｅｘｐｅｉｒｅｎｃｅ，ｔｈｅａｌｌｏｗａｂｌｅｌｏａｄｏｆｔｈｅｎｏｚｚｌｅｉｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｍｏｍｅｎｔｓｅｉｒｅｓｖａｌｕｅｓ．Ｔｈｅｌｏｃａｌｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｈｏｕｓｉｎｇｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｐｉｐｉｎｇｎｏｚｚｌｅｌｏａｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ；Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｐｉｐｅ；Ａｌｌｏｗａｂｌｅｌｏａｄ；Ｆｌａｎｇｅ；Ｓｔｒｅｓｓ

压力容器常见结构的设计计算方法

压力容器常见结构的设计计算方法一、静态强度计算方法：静态强度计算方法主要针对压力容器在正常工作状态下的静载荷进行计算，其主要目标是确保容器在最大工作压力下不发生破坏。

静态强度计算方法一般包括以下几个步骤：1.基本假设和假设条件：在进行静态强度计算时，需要基于一定的假设和假设条件来简化实际工作状态，如假设容器时刚体、内外压力均匀分布、材料具有均匀强度等。

2.最大应力计算：通过应力分析计算出压力容器各部位的最大应力。

一般情况下，最大应力发生在容器支座、法兰连接处、沟槽和焊接缺陷等处。

3.材料强度计算：根据容器所使用的材料及其强度参数，计算出材料的强度。

根据所处环境不同，一般会对容器进行分析、判断和选择不同材料。

4.安全裕度计算：根据最大应力和材料强度的计算结果，计算出安全裕度。

安全裕度可以通过破坏条件下材料的强度与容器内外压力之比来衡量。

二、疲劳强度计算方法：疲劳强度计算方法主要用于疲劳载荷下的压力容器设计。

工作过程中，容器可能会受到频繁的循环应力作用，从而导致疲劳破坏。

疲劳强度计算方法的主要步骤如下：1.循环载荷分析：通过实测数据或估算，分析容器在工作循环过程中所受到的应力载荷情况。

考虑到载荷的方向、大小、频率和载荷历史等因素。

2.应力集中分析：针对容器中的主要应力集中部位进行应力集中分析，计算出特定位置的应力集中系数。

3.疲劳寿命计算：基于极限疲劳荷载下的循环应力进行计算。

通过应力循环次数和材料疲劳寿命曲线，计算出容器的疲劳寿命。

4.安全裕度计算：根据疲劳寿命与容器使用寿命的比值，得出安全裕度的计算结果。

三、稳定性计算方法：稳定性计算方法用于分析压力容器在压力作用下的稳定性问题，即容器是否会发生屈曲或侧翻。

稳定性计算方法的主要步骤如下：1.稳定性分析模型：根据压力容器的几何形状和支撑方式，构建相应的稳定性模型。

常见的模型有圆筒形、球形、圆锥形等。

2.屈曲载荷计算：通过对应力分析，计算出容器发生屈曲时的承载力。

管口载荷对压力容器设计计算影响

管口载荷对压力容器设计计算影响摘要：压力容器是工业生产中应用广泛的一种容器，在压力容器设计计算时，常常采用 Relief、 Belief或 Theoretical等准则，这些准则中的计算方法主要是针对容器设计中的压力分析、强度计算、稳定性计算等，这些计算方法都有一定的适用范围和局限性，并且在某些情况下还可能会出现错误，但是对于管口载荷作用下的压力容器，其设计方法与上述的不同。

本文首先对压力容器的结构形式进行了介绍，然后对管口载荷对压力容器设计计算的影响进行分析，希望可以为相关工作的开展提供参考。

关键词：管口荷载；局部应力；法兰密封在压力容器设计中，很多情况下，由于压力容器内部管道与外部环境的交接处存在一定的间隙，需要进行管道密封处理，或者在连接法兰、螺栓等部件时，需要进行密封处理。

管口载荷是指压力容器壳体与管道连接时，由于存在结构、尺寸和安装等因素的影响，使得连接处管口部位载荷变化，从而导致管口与壳体之间的接触面积发生变化，管口载荷将直接影响到压力容器设计。

根据相关规范规定，对于管口载荷作用下的压力容器，设计人员需要根据具体情况，采用适当的方法处理连接处管口载荷对压力容器设计计算的影响。

1压力容器的结构形式压力容器是一种用于盛装气体或液体的压力容器，按照结构形式可分为：筒体、封头、接管和法兰，在设计中需要对所盛装介质进行压力分析，然后按照应力分类进行强度校核和稳定性校核。

由于压力容器的设计中一般都需要考虑介质的压力作用，因此对于需要进行强度校核的筒体、封头、接管等容器部件，其设计计算中通常都会考虑介质的压力。

然而对于接管和法兰等部件，在实际使用时还受到管口载荷的作用，因此为了保证压力容器设计计算结果的可靠性和准确性，在进行管口载荷作用下的压力容器设计计算时，需要采用一定的计算方法。

关于管口载荷对压力容器设计计算影响的研究，最早可以追溯到上世纪40年代初。

在国外，许多学者进行了相关研究，由于在容器设计中还存在许多其他因素，例如应力分析、强度校核、稳定性校核等，因此对于管口载荷作用下的压力容器设计计算方法也是多种多样[1]。

管口载荷校核

12管口允许受力12.1非标压力容器包括塔器管口许用荷载表表12.1.1Class150（PN10/PN16bar）法兰管口载荷表表12.1.2Class300（PN25/PN40bar）法兰管口载荷表表12.1.3Class600（PN64/PN100bar）法兰管口载荷表图12.1.1管口受力示意图（作用于管口与壳体连接处）表12.1.1Class150（PN10/PN16bar）法兰管口载荷表NOZZLE 管口尺寸FORCE(kN)±力(kN)MOMENTS(kN·m)±力矩(kN·m)NPS DN FC FL FA MC ML MT 2"500.90.9 1.20.20.20.3 3"80 1.7 1.7 2.40.60.60.8 4"100 2.3 2.3 3.2 1.1 1.1 1.5 6"150 3.4 3.4 4.8 2.4 2.4 3.4 8"200 4.7 4.7 6.6 4.2 4.2 5.9 10"250 6.2 6.28.7 6.4 6.49.1 12"3007.77.710.99.49.413.3 14"3509.39.313.212.512.517.6 16"40011.111.115.716.716.723.6 18"45012.812.818.121.121.129.8 20"50014.514.520.525.225.235.6 22"55016.216.222.929.629.641.8 24"60017.917.925.333.833.847.7 26"65019.719.727.937.837.853.4 28"70021.521.530.442.142.159.5 30"75023.023.032.546.146.165.2注：1.容器的设计压力小于等于7Bar（G），表中的数值乘以0.8的系数。

压力容器接管许用外荷载值的探讨

N)、最大允许平面内力
矩 M Y,max(
Nm)和最大允许平面外力矩 M X,max
(
Nm);
３)分别计算管道应力专业提供的实际的
接管外荷载值与上一步计算的最大允许外荷载
值的比值,并将这些荷载比值限制在一定范围
作者简介:张军文,男,
２００８年毕业于北京化工大学化工机
械专业,工学硕士,主要从事管道设计和管道应力分析工作,
高级工程师,已发表论文７篇.
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２
石油化工设备技术
３)对于国外项目,业主给定的接管外荷载值
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１０．
３９６９/
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１００６－８８０５．
２０２１．
０３．
００１
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在石化装置中,压力容器通过管道相连接.
管道与容器接管相互影响,相互作用,产生相互作
设备设计及降低设备的成本,但是配管难度较大,
用力和力矩.这种力和力矩将在容器接管的连接
的要求,如果反复计算及相互确认始终无法通过,
之内;
４)计算轴向力 FZ (
N)、压力 P (MPa),平面
内力矩 M Y 以及平面外力矩 M X 共同作用下壳体
和接管连接部位的最大应力,将总应力控制在３
倍的许用应力值之内;

EJ_322_1994反应堆压力容器设计准则

Pp+(Tp)
表中：
3
D：重量载荷； P：压力； M：机械载荷； T：温度； M（1）：运行基准地震载荷与该工况的机械载荷的组合； M（2）：安全停堆地震载荷与该工况机械载荷的组合； L：假想事故工况下动态系统载荷。脚码： d：设计工况； n：正常运行工况； u：异常运行工况； em：紧急运行工况； p：试验工况。 6 结构材料准则 6.1 用于反应堆压力容器的材料通常应为锰-镍-钼系列的细晶粒低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金及其制品，并参照 GB/T 15443 执行。 6.2 应按材料预定的用途、运行状态承受的应力、应变、温度、化学腐蚀及中子辐照损伤等使用条件，以及制造工艺要求选择结构材料。 6.3 对选用的结构材料应根据使用条件及工艺要求对材料特性进行评价。这种评价应由主管部门组织进行，并以文件形式提供评价或认可的充分依据。若进行焊接，则必须对焊接性进行评价和验证，并以文件形式对评价或认可提供充分依据。 6.4 采用在原评价中没有考虑的新工艺时，则对这些新工艺与原评价中包含的工艺的等效性必须予以证实，这种证实应由原主管部门或部门授权或认可的组织或专家提供的补充评价文件为依据。 6.5 焊接材料和焊接消耗品必须由主管部门组织评价，并以文件形式提供评价或认可的充分依据。 6.6 用于反应堆容器堆芯段筒体的铁素体低合金钢材料的参考温度（RTNDT）一般应低于-12 ℃，RTNDT 按 GB/T 15443 附录 A 确定。 6.7 对铁素体低合金钢材料的快中子辐照脆化敏感性，当没有足够的快中子辐照脆化效应的辐照数据时，应按附录 A（补充件）进行预测和限制。 7 结构设计准则 7.1 总则反应堆压力容器除应满足功能要求外，其结构应满足： a．规定的应力及变形； b．材料、制造和试验合理； c．检验、维护方便。 7.2 连接结构要素 7.2.1 各构件的连接应尽可能设计成在纵向截面上有相同厚度和曲率的同轴旋转壳体连接。 7.2.2 对构件的不等厚连接应使两构件的旋转轴线重合，或中面无突变或弯折过渡。 7.2.3 不等厚构件的连接应采用适当的斜度或圆角半径过渡，以使两构件变形尽量协调。 7.3 连接焊接 7.3.1 尽可能采用大型构件以减少焊缝。 7.3.2 压力边界承压焊缝应为全焊透焊缝。

压力容器管口局部应力校核方法对比分析

图１参数化分析模型

图２开口接管外载荷方向（ＳＨ／Ｔ３０７４）
收稿日期：２０２３０７２０作者简介：胡峰源（１９９５－），男，中级工程师，研究方向为压力管道应力分析。Ｅｍａｉｌ：２７７１７４３０７＠ｑｑｃｏｍ
２０２４，３４（２）
胡峰源等压力容器管口局部应力校核方法对比分析
ＦＧ／Ｎ－５９３２１１２３８１２９６６１０８００２００．６％３４８２６９２０７０３２７２００９７．７％
ＦＬ／Ｎ６４９６１０２３３１１００３１４４００７６．４％－８８２７２００－８６５０９６００９０．１％
ＭＴ／Ｎ·ｍ８８６４２３０９１－７８２０１２９６０
入开孔外接管和压力容器自身的外径、壁厚、弹性
模量、泊松比和腐蚀余量等参数，设置真实存在的
操作、设计和持续工况以及可能发生的地震、风载
等偶然工况，如图３所示。根据开孔外接管荷载计
算出一次薄膜应力和二次应力，根据总应力和合成应力可计算出其他应力强度，分析开孔外接管处的局部应力是否小于许用应力。
图３ＷＲＣ２９７柔性管口参数设置
荷载持续工况操作工况偶然工况许用荷载９０．９％持续工况操作工况偶然工况许用荷载最大比值
表２不同工况下Ｎ１、Ｎ２管口校核结果（ＷＲＣ１０７模拟）
ＦＡ／Ｎ
ＦＧ／Ｎ
ＦＬ／Ｎ
ＭＴ／Ｎ·ｍ
ＭＧ／Ｎ·ｍ
１９３３
－２７３４
８９６
８０３
－１３１１
９０９７
１２０４３
８４３０
２４０１５
４０２２
２０
ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＥＳＩＧＮ

浅探压力容器设计的几个问题

浅探压力容器设计的几个问题摘要：压力容器在设计、制造、检验等环节都必须采取有效的控制手段。

本文对压力容器的设计、制造、检验及管理等诸方面进行了研究并提出了相应的处理意见。

本文对设计中的问题和改进措施进行探讨，使业内人员在压力容器设计、制造、检验等环节上能够正确运用，提高工作效率。

说明了压力容器的设计必须遵循有现行设计规范，对设计压力容器有指导意义。

关键词：压力容器设计问题及措施一、压力容器设计涉及到的几个问题1.压力容器的设计使用寿命问题受技术条件、管理体制和人员观念等因素的制约，压力容器的设计使用寿命问题一直没有得到应有的重视。

事实上，压力容器的设计使用寿命应该由设计者在图样上标注，设计者在设计时应考虑到影响容器使用寿命的因素，主要有：材料的力学性能如高温蠕变和高温断裂对时间的依赖性；腐蚀裕量中包含的设计寿命因素；载荷如周期性载荷等的时间性；违规操作或恶劣环境等非正常因素。

因此，正确的设计途径应是：设计者在确定容器设计使用寿命的基础上，充分地考虑以上四个因素的影响，合理地选择材料、确定腐蚀裕度、提出制造、检验和操作要求等等。

GB150-2011《压力容器》和新版《压力容器安全技术监察规程》都明确了设计单位在确定压力容器设计使用寿命上的责任。

应该指出，压力容器的设计寿命不一定等于实际使用寿命，它仅仅是设计者根据容器预期的使用条件而给出的估计，其作用是提醒使用者，当超过压力容器的设计寿命时应采取必要的措施如：经常测量厚度和缩短检验周期等。

压力容器的设计寿命是一个复杂的问题，涉及到材料选用、腐蚀基础数据、结构设计等一系列设计因素，能否准确地预计，反映了设计者的经验和水平。

应在图纸上标注压力容器的设计使用寿命，这样做才能真正体现对用户和对设备安全高度负责的精神。

2.压力试验的免除问题压力试验免除的后果是减少了压力容器制造过程中的一个检验环节，当然需要采取相应的补救措施以保证压力容器的质量和安全。

所采取的措施取决于使用者和设计者对容器的要求，一般性的措施如下：提高对压力容器材料的要求：即提高其化学成分、力学性能和检验的要求；提高结构设计的要求：即尽量采用全焊透接头、避免出现严重的几何不连续现象；提高无损检测的比例和级别；提高容器的超压泻放的能力。

浅谈压力容器设计应注意的几个问题

浅谈压力容器设计应注意的几个问题【摘要】在许多行业中都会用到压力容器，因此压力容器的设计至关重要。

压力容器的工作环境大多具有高温、高压、易燃、易爆、易中毒等特点，压力容器设计不仅仅关系到企业的经济效益，更与操作人员的安全息息相关。

因此，压力容器设计要严格执行有关标准、规范要求，从根本上避免安全隐患。

优秀的设计，加以制造过程中严格的技术检验，才能制作出经济、安全、高效的压力容器。

【关键词】压力容器；设计；问题一、压力容器的主要设计要求1、压力容器的设计应当确保运行过程中的安全可靠化工生产过程中的大部分工作介质都具有一定的毒性和腐蚀性，其中部分工作介质还具有一定的易燃性，极易造成火灾、爆炸。

压力容器在使用过程中都必须具有十分稳定的操作，假如外力对压力容器产生破坏，致使其内部工作介质泄露，这些泄露的工作介质聚集的能量将会在一瞬间发生爆炸并产生十分严重的后果。

除此以外，由于生产的连续性，对压力容器造成的损坏，也会对其他设备安全造成威胁，致使引起连锁性反应。

因此，压力容器设计必须充分考虑压力容器使用过程中的安全性、抗腐蚀性、耐高低温以及疲劳作业等。

2、压力容器设计应正确控制其设计使用寿命由于腐蚀的工作介质对压力容器内部材料造成的腐蚀，特别是在化工行业生产中使用的压力容器，存在着比较多的带腐蚀的工作介质，使用这些压力容器进行生产时，就会造成容器壁厚的减小。

因此，压力容器设计时应当考虑一定的腐蚀裕量。

二、压力容器设计的方法1、常规设计常规设计又称“按规则设计”，设计中考虑单一的最大载荷工况，按一次施加静载处理，不考虑交变载荷，也不区分短期和永久载荷，也不涉及疲劳寿命的问题，以简化的材料力学公式和板壳理论中的无力矩理论公式为主，按弹性失效准则，以最大主应力强度理论为基础来确定主要受压元件的尺寸。

我国常规设计的规范是GB150。

2、非常规设计非常规设计中主要的方法是分析设计。

针对常规设计保守致使设计的结构承载能力不足和压力容器的要求提高，以及弹力失效观念的局限性等情况，压力容器的设计就应该采取新的失效观点来解决存在的问题。

压力容器设计的常见问题与解决措施

压力容器设计的常见问题与解决措施******************摘要：随着我国高端化工新材料的发展需要，高端化工装备需求不断加大，非标压力容器的应用越来越广泛，压力容器的设计是制造压力容器的重要环节，它的安全性、合理性及经济性关系到压力容器的整体质量。

当前对于压力容器的要求越来越高，越来越多的有色金属材料被用来承受各种高温、高压及耐腐蚀环境，压力容器设计工作显得愈发重要，为了能够更好地保证压力容器设计工作的顺利进行，需要对其设计过程中出现的常见问题以及解决措施进行研究。

关键词：压力容器设计；常见问题；解决措施1 引言在现代工业生产中，压力容器是必不可少的一种设备。

压力容器一般用于有一定压力温度的流体的储存、换热、分离、反应的密闭容器。

随着新型化工产品生产的不断需求，以有色金属为主体的压力容器需求也愈发迫切。

这些压力容器所处的环境一般较为复杂与恶劣，在使用过程中存在一定风险，如果使用不当或者设计不当会造成危险隐患。

如果发生了事故，不但对人身安全有威胁，还会产生严重后果，所以必须要重视压力容器设计过程，确保压力容器设计质量。

2 压力容器设计中的常见问题2.1 管口载荷计算问题近年来,随着规范的不断完善及工程经验的积累，压力管道作用在与其连接的压力容器设备接管上的载荷,包括轴向力P与扭矩M T及横剪力V1，V2与弯矩M1，M2,作用于设备工艺进出管口，承受管道外载荷力及力矩的多半是接管及其补强圈、接管根部的筒体、封头或平盖。

在压力容器强度计算阶段,一般需根据WRC297、WRC107（537）或相关规范考虑压力管道对设备本体及接管产生的载荷作用, 有色金属压力容器一般壁厚较薄，对与管口载荷比较敏感，一旦考虑不当就会造成壁厚不足导致容器局部失稳的情况，尤其部分结构如平盖上接管外载荷无模型可以计算，需要设计者相应考虑。

另外，因一般工程规范规定的载荷数据都是标准载荷数据，而不是实际管线承载的载荷数据,一般都偏大，有色金属容器设计时需要综合考虑，确保压力容器设计的安全性、合理性及经济性。

压力容器和热交换器管口的许用载荷

压力容器和热交换器管口的许用载荷表29.3 压力容器和热交换器管口的许用载荷项目管口位于筒体侧管口位于封头侧轴向拉伸或压缩力 P/kN 2bD 2bD轴向剪切力V L/kN 2bD周向剪切力V C/kN 1.5bD合成剪切力V R/kN 2.5bD 2.5bD扭矩 MT/kN·m 0.15bD2 0.15bD2轴向弯矩M L/kN·m 0.13bD2周向弯矩M C/kN·m 0.1bD2合成弯矩 MR/kN·m 0.164bD2 0.164bD2注：b值按表29-4选取，D为管道的公称直径，in。

表 29-4 b值法兰等级容器热交换器150# 0.6 0.75300# 0.7 0.75600# 0.8 1.25900# 1.8 31500# 3 42500# 3.3 5.6 表29-3中各许用力和许用力矩方向见图29-17。

V R = (V L2+V C2)1/2，MR = (M L2+M C2)1/2(29-25)设备管口许用载荷适用于化工装置中管道作用于静设备(包括塔器、压力容器、储槽、换热器等)接口处(包括筒体或壳体)的许用载荷(力和力矩)的限定。

不适用成套设备的内部接管口对许用载荷的限定。

表13.2.2-1 许用载荷接管口尺寸力(kgf/℃) 力矩(kgf·m/℃)DN(mm) Fx Fy Fz Mx My Mz1.42.01.41.01.050(2’’) 1.42.12.13.01.580(3’’) 2.11.52.82.84.0100(4’’) 3.22.32.34.14.16.03.53.5150(6’’) 5.08.28.211.64.5200(8’’) 6.44.512.412.417.5250(10’’) 8.56.06.016.616.623.57.0300(12’’) 10.07.020.820.829.58.5350(14’’) 12.08.525.125.135.5400(16’’) 14.010.010.029.329.341.511.0450(18’’) 16.011.038.038.054.012.512.5500(20’’) 18.049.049.069.0550(22’’) 20.014.014.061.061.086.015.015.0600(24’’) 21.0注：①使用本表时，应将表中数据乘上设备设计温度与环境温度(20℃)的差值(当温度小于100℃时，按100℃考虑)，作为许用载荷的判断值。

浅谈管道应力分析中管口刚度的算法

浅谈管道应力分析中管口刚度的算法唐麒【摘要】通过对管道应力分析中管口刚度各种计算方法的介绍和分析,结合设备管口刚度计算的工程实例,总结如何科学合理的计算管口刚度.【期刊名称】《化工设计》【年(卷),期】2018(028)002【总页数】4页(P22-25)【关键词】管口刚度;应力分析;管道;有限元【作者】唐麒【作者单位】中薪油武汉化工工程技术有限公司武汉 430000【正文语种】中文管道应力分析工作的主要内容除了要保证管道系统的一次应力和二次应力在标准许用范围之内外，还要保证管道对设备的作用力和力矩大小在许用范围以内。

通常管道的两端都连接在设备管口处，在计算管口受力的时候必须先计算出管口的热位移和刚度值。

其中管口的热位移可以通过设备的外形尺寸、设备的操作温度和线膨胀系数等参数来确定，也可以直接建立应力模型通过管道应力分析软件计算得出。

热位移容易计算得到，而管口刚度的计算方法却存在多种方式，不容易选择。

可用完全刚性这种非常保守的简化办法，也可以通过管道应力分析软件CAESAR II中自带的WRC297、API650和PD5500这些公报和规范来模拟计算，还可用FEATools、NozzlePro和ANSYS等更加精确的有限元分析软件计算。

如此之多的算法也给工程设计带来了一定的风险和麻烦，因为最终选择哪种计算方法由设计人员来定，可见在进行管道应力分析时，选择管口刚度的计算方法需要慎重的考虑和分析。

1 管口刚度的计算方法将管口刚度模拟成完全刚性是最简单的办法，这是将管口刚度值模拟成无穷大，而忽略设备管口的微小变形，在计算管口受力时会导致非常保守的结果，一般用在操作温度不高或管道柔性较好的情况下，计算出来的力和力矩如果在许用载荷范围内即满足要求；如果超过许可范围就需要考虑设备管口的柔性，对管口刚度进行计算以获得更加准确的管口受力，下面就工程设计中常用的几种管口刚度的计算方法做如下分析。

1.1 Sam Kannappan计算法该方法是通过经验公式来计算设备管口的平面内和平面外两个弯曲刚度，Sam Kannappan公式[1]认为这两个方向的弯矩最容易使设备壁产生变形进而影响管口刚度值，计算公式：Kw=1.745×10-5 EI/D0k式中，Kw为平面内或平面外的弯曲刚度，N·m/度；E为安装状态的弹性模量，MPa；I为管道截面惯性矩，mm4；D0为管道外径，mm；k为柔性因子。

压力管道与设备连接处管口推力计算的对比和讨论

压力管道与设备连接处管口推力计算的对比和讨论潘建华;谢中友;艾志斌;宗宁生【摘要】以某化工厂一条管道及其连接设备为案例,分别采用实体单元和管道单元进行详细分析,并对计算结果进行对比和讨论.计算结果显示使用管道单元计算得到的设备管口推力基本都高于实体单元(轴向力除外),表明管道单元计算得到管口推力结果整体偏保守.管道单元有限元模型的两种管口边界条件计算得到的设备管口推力结果对比表明,管道与设备相连处约束设置不宜过于保守.实体单元与管道单元的计算结果最大值位置和应力均值基本吻合.【期刊名称】《化工机械》【年(卷),期】2015(042)006【总页数】5页(P802-806)【关键词】压力管道;有限元;实体单元;管道单元;管口推力【作者】潘建华;谢中友;艾志斌;宗宁生【作者单位】合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心;铜陵学院建筑工程学院;合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心;中国石油天然气股份有限公司宁夏石化分公司【正文语种】中文【中图分类】TQ055.8+120世纪70年代以来，随着各种工艺装置的不断大型化和新工艺、新装置的不断出现，管道压力和温度的不断提高，管径和壁厚的不断加大，管道应力分析也受到越来越多的重视。

由于理论公式计算结果只能表明管道本身安全，并不能计算管道与设备相连的作用力，因此在实际应用中存在较大的局限性。

随着计算机的不断普及，国际上出现了一些管道应力分析计算机程序，以ABAQUS、ANSYS为代表的大型通用有限元软件也提供了专门的管道单元用以承压管道应力分析，这些都是以梁单元为基础的有限元分析程序。

一些标准(如GB 50316-2000、GB/T 20801-2006、ASME31.3)在压力管道应力计算的某些方面规定了大的原则[1～3]，对于细节并未做出具体规定，因此如何确定管道应力需要制订详细的规则，其细节问题则由分析人员自行把握。

一些文献对于基于梁单元的管道应力计算精度进行了研究。