柱殼接管外載荷局部應力計算方法對比分析

馬大永

（吉林工業職業技術學院，吉林吉林 132000）

柱殼接管外載荷局部應力計算方法對比分析

馬大永

（吉林工業職業技術學院，吉林吉林 132000）

在壓力容器的教學和工程實際中，由外載荷在柱殼接管上產生的局部高應力是容器安全的一個重要影響因素。總結了實際工作中的心得體會，對采用不同計算方法的特點進行了簡述，并且通過實例對比說明了不同計算方法各自的特點，為教學和工程實際提供了參考。

殼體接管；外載荷；局部應力；校核

Abstract：In the teaching and engineering practice of pressure vessels，the local high stress produced by the external load on the shell shell is an important factor affecting the safety of the container.In this paper，the characteristics of the two methods are summarized，and the characteristics of the two methods are illustrated by examples，which provide a reference for teaching and engineering practice.

Key words：shell takeover；external load；local stress；check

在煉油與化工工程中，為滿足工藝要求，壓力容器通常需要若干開孔接管，而這些接管除承受介質的壓力外，接管本身通常還要承受力、力矩和扭矩的外部載荷。前者的計算在GB/T 150—2011《壓力容器》中已經有便捷、可靠的計算方法[1]，而后者因其載荷的多樣性，且在殼體與接管相貫處存在應力集中，目前還沒有形成完善統一的計算方法。國際上應用較為普遍的為美國焊接協會的第107號和第297號公報，但并未給出校核依據。我國HG/T 20582—2011《鋼制化工容器強度計算規定》（第26章和第28章）[2]，在汲取上述兩計算方法的基礎上，考慮了介質壓力對接管應力的影響，并給出了接管外載荷局部應力校核的參考依據。筆者在實際工作中使用了HG/T 20582—2011中的計算方法，現就使用心得進行簡單論述。

1 適用范圍及結果校核

WRC107（即第107號公報）和WRC297（即第297號公報）的適用范圍及校核方式見表1。

表1 WRC107與WRC297對比

在WRC107及WRC297兩公報中僅給出了局部應力的計算方法，并未提到校核的條件，HG/T 20582—2011中分別對最大表面應力和最大膜應力進行了校核，校核依據分別見式（1）和式（2）。但上述校核應以接管本身滿足介質壓力為前提條件，即滿足GB/T 150—2011中的開孔補強計算。

其中：Smax為最大表面應力，MPa；Sm為最大膜應力，MPa；Sa為許用應力，MPa。

2 計算實例

以某石化公司柴油加氫裂化工程實際為例，對柱殼接管局部應力計算結果進行對比分析。該容器的設計壓力為0.7MPa，溫度為280℃，筒體內徑為4 600mm，選取柱殼上ND800接管為研究對象，殼體及接管的材質均為Q245R，焊接接頭系數為1。根據管道專業提供的接管端部外載荷條件：即一個軸向力、兩個水平力和兩個彎矩、一個扭矩為輸入條件，分別采用WRC107和WRC297兩種計算方法進行計算，計算及評定及評定結果見表2。

表2 筒體接管外載荷計算及評定結果

由表2可見：在該工況下，接管根部柱殼應力WRC107評定結果為合格，而WRC297評定結果為不合格，其中Sm略大于許用值。WRC107計算所得的最大表面應力Smax及最大膜應力Sm均略小于WRC297的計算結果，即WRC107計算所得應力值偏低。WRC107計算結果中補強圈邊緣應力結合雖然合格，但Smax和Sm均接近許用應力，且這兩個數值都比殼體本身的應力值高，因此補強圈邊緣局部應力的影響不可忽略。WRC297計算結果中，接管上的Smax值遠大于其許用值，且遠大于接管根部殼體的最大表面應力。由此可見，接管根部接管的局部應力同樣不可忽視。由此可見，使用WRC297方法對接管外載荷進行局部應力計算及校核較為保守。

3 結論

1）從壓力容器對安全要求較高的角度考慮，在接管受外載荷的局部應力計算中應優先選擇WRC297。

2）局部應力計算中不應忽視接管根部殼體、補強圈邊緣及接管根部接管自身應力中的任意處。

[1] GB/T 150.1-150.4—2011，壓力容器[S].

[2] HG/T 20582—2011，鋼制化工容器強度計算規定[S].

[3] 段瑞.壓力容器殼體局部應力計算方法分析[J].壓力容器，2001，（60）：28-35.

Contrastive Analysis of Local Stress Calculation Method for External Load of Cylindrical Shell

Ma Da-yong

TQ051.3

B

1003–6490（2017）09–0099–01

2017–06–30

馬大永（1989—），男，吉林德惠人，助教，主要研究方向為石油化工設備的腐蝕與防護。