探討鋼制壓力容器最大允許工作壓力

劉奇（化工部長沙設計研究院，湖南 長沙 410116）

隨著科學技術的快速發展，壓力容器也經歷著巨大的改革和更新，出現大量使用條件極其苛刻的壓力容器，例如：大型熱壁容器等。這類嚴要求的容器不能按照規則展開設計，導致分析設計規范的形成。JB4732是通過盈利數值計算法、應力分析法對容器展開細致的應力分析，根據應力對容器失去效應產生的危害情況，把應力合理分類并對不同的應力設置各自限制值展開控制。

1 不同類型壓力容器的適用范圍

壓力容器進行設計時，設計者對其容器類型、材質、尺寸等必須進行合理調整，確保容器的各項設計滿足規定要求。GB 150和JB/T4735這兩類根據第一強度理論和彈性失效原則展開設計，把最大的主應力設置在材料允許的范圍之內。對局部結構不連續位置的應力，則根據JB4732容器的相關標準展開設計，確定元件的尺寸范圍并引入各個系數達到限制其形狀的目的。因對壓力容器展開精細化的應力分析，同時提升容器制造、材料。驗收等標準，所以JB4732使用比GB150小的安全系數。JB4732、GB150和JB/T4735三種設計并沒有相互覆蓋的范圍，選用更加方便，但JB4732、GB150覆蓋范圍更加廣泛，選擇時要綜合考慮不同容器的設計壓力、溫度、設計資格和制造資格等各類因素的影響。同GB150比較可知，JB4732能夠使用較高的應力強度，在相同的設計環境下，能夠合理減薄容器的厚度和重量。但因設計計算工作量極大，且整個設計的制造、檢驗等環節有更高更嚴的要求，所以其經濟效益并非很高，采用GB150無法進行常規設計計算的結構才根據JB/T4732進行設計。

2 合理設置容器的壓力

2.1 計算壓力注意的問題

GB150中增設科學計算壓力的內容，就是基于相應的設計溫度環境下，明確元件厚度的壓力，所有容器的厚度計算必須通過壓力計算完成，如此更加明確容器的厚度及元件所處的壓力關系。允許相同容器各個位置的受壓元件使用不同的計算壓力，簡言之就是各不相同的計算厚度，這與JB4732設計要求相一致。GB150的載荷主要包括基本載荷和選擇性載荷，在元件厚度計算中應用的載荷是基本載荷，例如：外壓、內壓、靜壓力等等。并未出現在元件厚度計算式子中，但有些情況必須考慮的載荷成為選擇性載荷，例如：容器附屬構件重量、地震力。管道推理、容器自重等等。如果計算時需要把選擇性載荷考慮其中，必須引入其它標準的計算辦法，如：NB/T47041-2014《塔式容器》規范中地震力。偏心質量等引起的應力計算公式或使用有限元法對應力進行分析和評定。

2.2 容器最大允許的工作壓力

因鋼板厚度的圓整，容器的殼體厚度并不比計算厚度小。所以，基于設定的溫度和壓力環境下，容器殼體的應力并未實現材料在設定溫度下的允許使用應力，也就是說容器能夠承受的高于設計的壓力。如果壓力增加至某一數值，容器殼體的應力滿足材料在設定溫度下的允許壓力，用這一壓力減去液柱靜壓力，從而獲得殼體最大允許的壓力。如果殼體各個位置或元件的有效厚度及材料有所差異，根據以上方法能夠求解容器最大允許的工作壓力。所以，容器銘牌內設置的最大允許工作壓力就是在設定的溫度環境下，容器頂部能夠承受的最大表壓力。

2.3 開展耐壓實現

2.3.1 容器進行壓力試驗的目的

對內壓容器進行試驗，重點在于測試容器存在的不足（是指因材料或制造中產生的缺陷）是否滿足設計壓力，在試驗壓力下出現快速擴展導致容器開裂或滲漏的情況，并能有效考察容器的密封性。外壓容器出現失穩壓力的因素包括：容器的尺寸、制造偏差，通常不需要進行外壓試驗，一般采用內壓試驗對容器的密封性能進行考核，并觀察容器是否存在穿透性缺陷。耐壓試驗容器的試驗壓力不能小于表示試驗的壓力系數，在對鋼制壓力容器進行試驗時，若液壓試驗η取值為1.25，如果展開氣壓、液壓組合試驗時η取值1.1，GB150相關要求指出，內壓容器展開液壓試驗過程中如果實施氣壓試驗時對外壓或真空容器展開液壓試驗時，Pr=1.25p,若進行氣壓試驗，Pr=1.1P。η作為壓力系數與容器材料的安全系數有必然聯系。

2.3.2 最大允許工作壓力

容器最大允許工作壓力就是在設計溫度下，容器頂部能夠承擔的最大表壓力。這里所說的壓力是由容器各個部分殼體的有效厚度計算得到并選取最小值。容器的最大允許壓力必須以容器內所有受壓元件的設計條件和結構尺寸確定，原則上通過各個受壓元件的厚度計算得到，其最大允許工作壓力公式如下依次是容器的圓筒、封頭、法蘭、開孔強度等受壓元件依照自身的設計條件和尺寸計算獲取該容器最大允許工作壓力。從設計者的角度來說，是否需提升容器的超壓限度，是判定能否使用最大允許工作壓力展開壓力試驗的必要條件。

3 結語

總之，根據正確的壓力容器設計標準和參數進行設計，合理利用容器的遠征厚度，盡量拉大工作壓力與安全閥之間的壓力差，能確保壓力容器更加平穩的工作。

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