压力容器设计过程中的一些案例分析

压力容器设计过程中的一些案例分析

发表时间：2019-09-18T09:58:24.160Z 来源：《防护工程》2019年11期作者：黄阳林1 陈翠2

[导读] 主要从设计、制造的角度提出在平时的设计工作中易出错的点，供同行借鉴参考。

1.上海森松有限公司上海 201323；

2.上海华谊工程有限公司上海 200241

摘要：本文主要结合笔者做过的项目，主要从设计、制造的角度提出在平时的设计工作中易出错的点，供同行借鉴参考。

关键词：接管拉筋；膨胀节加强环；拉杆设置；裙座设计温度的选取

在从事压力容器设计过程中，笔者和同事或多或少会犯下一些设计错误。以下是笔者平时工作中收集的一些案例，总结分析，吸取教训，避免在今后的设计中犯下同样的错误。

1接管拉筋问题

压力容器上的一些小直径接管为避免弯曲应予加强。具体可以按照HG/T 20583钢制化工容器结构设计规定中的9.3.6条要求去设计。在设计带弯头且长度较长的小直径接管，如果直接套用标准去设置筋板，在图纸上看不出来有何不妥。但到现场会发现接管支撑拉筋非常细长（见下图），稍触及拉筋就迅速震动。出于设计最优化考虑，建议改为角钢或其它刚性大的支撑。

2膨胀节加强环不能使用碳钢

国外的某项目中一台低温换热器膨胀节为不锈钢。由于膨胀节上的加强环等部件不和介质相接触，仅起到加强的作用。所以膨胀节的加强环和其它零件采用碳钢，膨胀节制造完毕放置一段时间后，膨胀节上加强环等碳钢材料锈迹斑斑。最终只能将加强环切割，换上不锈钢材料。以后在设计膨胀节时需注意选材问题，用碳钢材料不仅没节约成本，反而会造成质量和工期延长的问题。

3虾米弯头最好有直边段

在进行虾米弯头设计时如没有直边段，在制造时因有多道焊缝，法兰密封面到中心的尺寸很难保证，车间需花费大量时间来调整尺寸。如设有直边段，其制造误差可以通过调节直边段的长度来保证。

4接管定位最好选用同一基准线，比如切线（T.L.）或焊缝线（W.L.）

我们在标注接管定位尺寸时，有时会标注一个管口到T.L.的距离，在这个管口定位好后，下一个管口的定位就以这一个接管的中心线为基准。这种定位方法会导致后面的接管超差。因为下一个管口的定位是以接管中心为基准，这个中心本身就很难找准，加上误差累加，最终误差就会更大。所以所有的管口都应以切线（T.L.）或焊缝线（W.L.）为基准来定位，有利于控制误差。

5锆材防冲板因焊接原因修改尺寸

国外某项目中有一台锆材换热器。一般材料的换热器的防冲板多是焊在壳体或定距管上，但此设备的壳程为锆材，定距管厚度只有1.245mm，焊接很容易氧化，故将防冲板加长，两侧同折流板焊接，能确保焊接质量。

6立式换热器的排净和放空口的问题

在国内某项目中，一台低压立式固定管板换热器设计时，工艺要求在壳程高低点设置放空排净口，管口大小为2”。在设计过程中忽视了干涉的检查。当设备制造时发现管板和设备法兰的螺栓无法安装。

跟工艺沟通，工艺只要求达到放空放净的速度即可，最终将排净和放空口改为3/4”。我们在碰到此类问题时，需从整个设备的设计，制造，检验，安装，运行等方面出发，对工艺提出设计条件进行可行性评估。

7管板上拉杆设置需要注意的问题

国内某项目中的一台换热器设备，在设备制造过程中发现拉杆（带螺纹）在两个换热管中间，距离太近，使定距管无法穿入。于是检查图纸，图纸上拉杆两侧换热管没有画出管孔，只是用孔的中心连线来表示，所以在设计过程难以发现问题。最后取消定距管和拉杆螺母，拉杆同折流板直接焊接。

所以，在今后的设计中关于管板上拉杆的设置，拉杆附近处的换热管最好按比例画出来，带螺纹的拉杆孔最好也能画出来，避免出现没有空间来穿如定距管的问题。

8内回流式冷凝器的塔器计算问题

国外某以项目中某台带内回流式冷凝器的塔器（换热器壳程为塔器中的一段），在进行塔器的强度计算时，塔体高度仅到设备法兰密封面，未考虑塔顶换热器段的重量、风弯矩、地震弯矩对塔器的影响，设计中将塔中换热器等效为塔器的一部分，将换热器段引起的各种载荷综合考虑进了塔器的计算中。

首先，通过调整附件质量系数，将换热器质量计入塔器，以考虑其质量对塔器的影响。然后，将换热器质量当作一个轴向集中载荷施加在塔器与换热器连接的设备法兰上，以校核法兰强度，单独计算。

以上常规做法，虽然考虑了换热器的质量对塔器的影响，但是换热器作为塔器的一部分，塔器设计时并未计入换热器段受风和地震引起的风载荷和地震载荷，考虑不周全。

综合考虑塔顶换热器对塔器强度设计的影响，可将换热器当做塔器的一段筒体，筒节长度为换热器总长，将其操作质量折算成填料重量，填料高度为换热器的壳程长度。既考虑了换热器质量对塔器各个危险截面的影响，又兼顾了换热器段引起的风载荷和地震载荷对塔器设计的影响，使设计合理、准确。

进行塔器设计时，应尽可能的还原整个塔器，无论是附塔管线，还是作为塔器一部分的换热器，其对塔器的影响均应体现在强度计算中，如此才能更全面的考虑各种危险因素，保证设备安全。

9 316和316L的外压曲线不一样

国外某项目中某台夹套设备，夹套设计温度为400°C。此设备在国外有一样的设备正在运行使用，材料为SA-240 316/316L（双牌号材料）。但是目前的这台设备的材料为SA-240 316L，其它设计条件和原来的一样。算下来的厚度却相差很多。

作为常识，316和316L的许用应力在高温下差别很明显，超低碳钢材料在高温下许用应力下降的很快。实际上，这两种材料的外压曲线也是大不一样，SA-240 316 的外压曲线为HA-2，而SA-240 316L的外压曲线为HA-4。特别是高温的情况下，差异越明显。在今后的设计中应当注意。

10裙座设计温度的选取

在某项目中，有一台塔器，设计温度280℃，月平均最低气温最低值-2.3℃，壳体材料Q345R，裙座材料也是Q345R。

塔器裙座计算中，对于裙座的设计温度，标准规定是月平均最低气温最低值加20℃。对于上面的设备来说，裙座设计温度按照标准应该是17.7℃。但是裙座的计算中考虑裙座与封头的连接焊缝校核，由于热传导，裙座与封头连接局部位置温度会达到塔釜介质的温度。如果裙座设计温度取设备设计温度17.7℃，则连接部位设计就冒进，不安全；如果裙座设计温度取设备设计温度280℃，则检查孔面、底截面及相关零部件设计非常偏于保守。

计算的时候将裙座设为分段考虑，上段取500mm，设计温度为设计温度280℃，下段设计温度为17.7℃，设计将会是合理的。

所以，在塔器的设计计算过程中，裙座设计温度取280℃或17.7℃都是不合理的。裙座支撑的设备，裙座计算都应该分段考虑，保证安全，节约成本。

结束语

以上为笔者在工作中遇到的一些问题，一些案例，笔者进行总结分析，避免以后出现类似的问题。由于笔者接触面有限，可能描述或总结的不够全面，理解不够透彻。随着今后的逐步深入学习以及工程经验的积累，可能会有更进一步的理解。

参考文献：

[1]GB150-2011《压力容器》.

[2]GB-T 151-2014《热交换器》.

[3]HG/T20580~5-2011.

[4]ASME，SECT. VIII DIV.1，2017ED.

[5]TEMA，NINTH EDITION.

[6]API 660 2015 9th Shell-and-Tube Heat Exchangers.