高压容器设计的常见问题及解决方法

炼油与化工

ＲＥＦＩＮＩＮＧＡＮＤＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ第１９卷

随着石化工业的迅速发展，高温、高压容器得到越来越广泛的应用。这类容器要承受较高的压力、温度和介质的腐蚀，操作条件比较苛刻。所以高压容器设计时的材料选择、强度计算、结构的合理性等要求都比较高［１］。

目前的常规设计是计算电算化，画图电脑化，设计者常常充分依赖电算，对国家标准的理解不深，对数据的推敲、理解不够，只看结果，忽视计算过程，容易产生错误结论和安全隐患。另外对一些特殊结构的设备在设计时，易忽视其特殊性，这将直接影响设备的安全可靠性，文中对此进行了详尽的论述。

１开孔补强

在使用ＳＷ６程序进行开孔补强计算［２］时，选择接管实际外伸长度时常出现３个问题（见图１）。

（１）将包括管法兰高度的长度Ｈ值作为实际外伸长度。

（２）将厚壁管的外伸总长度ｈ２作为实际外伸长度。

（３）输入厚壁管的实际总长度（ｈ２＋δｎ），即接管实际外伸总长与壳体厚度之和。因为接管实际外伸长度应为能等效提供补强面积的那部分接管的长度，而不是包括密封功能的法兰高度，也不能计入接管与法兰连接处的直边部分和削薄部分以及壳体厚度部分的长度，由于输入了错误的接管实际外伸长度，造成表面上计算强度足够，而实际上补强面积不够，带来难以发现的错误结果和安全隐患。

当使用ＳＷ６程序进行开孔补强计算时，即简单又保守的取值办法是输入ｈ１值，只要正确地输入接管有效外伸长度即可满足补强面积要求，ｈ１值的量取见图１。

２非标准法兰设计

ＪＢ／Ｔ４７００～４７０７－２０００《压力容器法兰》标准适用于公称压力ＰＮ≤６．４ＭＰａ，相应公称直径ＤＮ≤８００ｍｍ［３］；ＨＧ２０５９２～２０６３５－９７《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准中大直径管法兰适用公称压力ＰＮ≤１５ＭＰａ，相应公称直径ＤＮ≤９００ｍｍ［４］。然而，在实际中经常遇到设备直径或设计压力超出上述范围的法兰，这就需要设计法兰的结构尺寸，并通过计算满足强度要求。选用ＳＷ６软件计算法兰时往往出现法兰强度计算通过了，但实际制造、安装时发现不合理，甚至无法满足使用要求。例如在结构设计中忽视了重要尺寸ＬＡ、Ｌｅ、Ｌ的调整，ＳＷ６软件计算中ＬＡ、Ｌｅ、Ｌ值不合理，程序并不提示螺母放不下，螺栓间距过小。扳手操作空间不足，难以上紧螺栓，螺栓间距过大，法兰容易产生微变形，严重地影响法兰密封性能。

因此非标准法兰计算时必须要注意４个问题。（１）参照国家标准确定法兰的ＬＡ、Ｌｅ、Ｌ尺寸，保证扳手操作空间；高压容器用螺栓较大，公称直径≥６４ｍｍ时，应根据ＨＧ／Ｔ２１５７３－９５＜标准［５］考虑液压拉伸器的空间，以保证上紧螺栓。（２）法兰计

高压容器设计的常见问题及解决方法

聂杰，宿徽

（锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁锦西１２５３００）

摘要：文中阐述了高压容器开孔补强计算时接管实际外伸长度如何正确选取，非标准法兰的设

计，高压容器螺栓计算时如何计算实际螺栓面积，以及如何正确的运用ＳＷ６软件进行高压容

器的设计。

关键词：高压容器；ＳＷ６；螺栓；开孔补强

中图分类号：ＴＱ０５１．３文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１－４９６２（２００８）０３－００３６－０２

图１容器接管局部结构３６

２００８年第３期

算时还应考虑腐蚀裕量，即法兰内径输入值应为法兰实际内径加２倍的腐蚀裕量，大端、小端厚度应分别减腐蚀裕量。（３）图２法兰直边段长度不小于１．５δ。（４）由于碳钢、低合金钢锻件的许用应力一般较同种材料的板材许用应力偏低，故法兰小端厚度应比与法兰连接的筒体、封头（板材）厚２￣３ｍｍ。法兰的实际结构见图２。

３高压容器螺栓的设计

由于高压螺栓的结构特点是无螺纹部分的直径尺寸小于螺栓螺纹部分的根径尺寸，而ＳＷ６计算程序里给出的是螺栓螺纹部分的根径尺寸较大，如Ｍ６４×４的高压螺栓，程序里给出的螺栓根径是"５９．６７，而实际高压螺栓无螺纹部分的直径尺寸（光杆部分）是"５６．００；Ｍ８０×４的高压螺栓，程序里给出的螺栓根径是"７５．６７，而实际高压螺栓无螺纹部分的直径尺寸（光杆部分）是"７２．００。由于该尺寸的错误输入，造成计算书中螺栓实际面积大于所需螺栓面积的假象，误导设计人员认为螺栓面积合格，而实际螺栓面积并不一定合格。鉴于上述情况，提醒设计者在作高压螺栓计算时应正确输入螺栓根径尺寸，即人为用手输入，更改程序中原有尺寸。故用ＳＷ６程序计算高压螺栓时设计者不应完全依靠软件，而应根据ＨＧ／Ｔ２１５７３．２－９５标准查得实际的无螺纹部分的最小直径输入程序中，以得到真实的实际螺栓面积。

４水压试验压力取值的问题

水压试验压力ＰＴ＝１．２５Ｐ［σ］／［σ］ｔ，［σ］／［σ］ｔ应取各受压元件（圆筒、封头、接管、法兰及紧固件等）材料中［σ］／［σ］ｔ比值中最小者。高压设备一般

操作温度较高，各元件材料设计温度下的许用应力较常温下许用应力低，另外有些零件的计算不能同设备一起计算，只能单独用零件计算程序算，如人孔法兰、人孔法兰盖及其螺栓的计算，用ＳＷ６程序进行设备计算得出的水压试验压力没有考虑到人孔法兰、人孔法兰盖及其螺栓材料的［σ］／［σ］ｔ比值，故需设计者自己手算校核水压试验压力值是否正确。

５碳钢、低合金钢厚钢板许用应力跳档的问题高压容器的筒体、封头较厚，封头的成型存在减薄量。筒体采用热成型时也存在减薄量，有的设计者在作筒体或封头设计计算时没有考虑到减薄量，在制造时加成型减薄量，有时会存在板料厚度增加，材料许用应力反而降低，造成设计厚度不足的问题，故设计者要注意厚板许用应力跳档的问题。

处理办法是：用ＳＷ６程序计算时可把成型减薄量加在腐蚀裕量里进行计算，即：输入Ｃ２＝腐蚀裕量＋成形减薄量，这样计算既不影响筒体、封头的有效厚度，不影响筒体耐压试验的校核，也不影响后序的接管开孔补强计算。

６结束语

高压容器设计的目的是为了制造出合理、安全可靠的产品，必须灵活掌握和应用国家标准。设计人员应理解设计输入的每一个数据的真正含义，确切选择输入的数据，正确判断设计输出的结果是否正确，以及结构是否合理，同时应熟悉掌握有关的规程、标准等技术规范，以保证设计的产品符合实际需求。

参考文献：

［１］国家技术监督局．ＧＢ１５０－１９９８钢制压力容器［Ｓ］．北京：化学工业出版社，１９９８．

［２］国家机械工业局，国家石油和化学工业局．ＪＢ／Ｔ４７００～４７０７－２０００压力容器法兰［Ｓ］．北京：机械工业出版社，２０００．

［３］中华人民共和国化学工业部．ＨＧ２０５９２～２０６３５－９７管法兰、垫片、紧固件［Ｓ］．北京：化学工业出版社，１９９７．

［４］中华人民共和国化学工业部．ＨＧ／Ｔ２１５７３－９５高压螺栓和螺栓液压上紧装置［Ｓ］．北京：化学工业出版社，１９９５．

收稿日期：２００８－０７－２２

作者简介：聂杰，女，高级工程师，１９８４年毕业于沈阳化工学院化工机械系，现从事压力容器设计和制造工作。

图２法兰的实际结构

聂杰，等．高压容器设计的常见问题及解决方法

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２００８年第３期ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ａｆｔｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｒｙｇａｓｓｅａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｄｅａｌｓｅａｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｔｈｅｇｏａｌｏｆｓｅａｌｌｉｆｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｔｏ３ｙｅａｒｓｈａｖｅｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ，ａｎｄｉｎｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｓｅａｌｉｎｇｈａｓｂｅｅｎａｖｏｉｄｅｄａｎｄｔｈｉｓｐｕｒｉｆｉｅｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｉｒｒｅｒ；ｄｒｙｇａｓｓｅａｌ；ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ

ｉｎｔｅｒｓｔａｇｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｆｃｒａｃｋｅｒｇａｓｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ／２００８，１９（３）：３４－３５

ＢａｉＴｉａｎｘｉａｎｇ

（Ｎｏ．１ＣｈｅｍｉｃａｌＰｌａｎｔｏｆＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｄａｑｉｎｇ１６３７１４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｓｔａｇｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｏｆｃｒａｃｋｅｒｇａｓｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｈａｓｂｅｅｎａｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｒｏｍｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｅｄ：ａｆｔｅｒｔｈｅａｄｏｐｔｉｏｎｏｆｃａｔｈｏｄｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｕｂｅｂｕｎｄｌｅａｎｄｔｕｂｅｓｈｅｅｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃａｎｂｅｉｎｈｉｂｉｔｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉｎｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｓｃａｌｅｄｅｐｏｓｉｔｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｉｓｐｒｏｌｏｎｇｅｄ，ａｎｄｉｔｓｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｅｆｆｅｃｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｃａｔｈｏｄｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｓｃａｌｅｄｅｐｏｓｉｔ

Ｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｆｏｕｎｄｉｎｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ／２００８，１９（３）：３６－３７

ＮｉｅＪｉｅ，ＳｕＨｕｉ

（ＪｉｎｘｉＣｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎｘｉ１２５３００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｅｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｎｏｚｚｌｅｅｘｔｅｎｄｉｎｇｌｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｎｏｎ－ｓｔａｎｄａｒｄｆｌａｎｇｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅａｌａｒｅａｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ’ｓｂｏｌｔｓ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳＷ６ｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｄｅｓｉｇｎｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ；ＳＷ６；ｂｏｌｔ；ｏｐｅｎｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙｉｎ

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｄｅｆｅｃｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ／２００８，１９（３）：３８－３９

ＹａｎｇＣｈｕｎ

（ＤａｑｉｎｇＯｉｌＲｅｆｉｎｉｎｇ＆ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｄａｑｉｎｇ１６３４５３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓａｂｕｒｇｅｏｎｉｎｇＮＤＴｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙｐｌａｙｓａｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌｉｎｉｎｇ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒａｒｅｄｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｌｉｎｉｎｇ；ｄｅｆｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

Ａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｕｎｉｔ／２００８，１９（３）：４０－４２

ＪｉｎＪｉｎｇｙｕｎ

（ＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙＴｒａｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｄａｑｉｎｇ１６３７１１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｍａｄｅａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎＩＴＣＣａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｉｔｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄｗｉｔｈａｖｉｅｗｔｏｉｔｓａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＤａｑｉｎｇＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｅｘｐｏｕｎｄｅｄｉｔｓａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ，ｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｇｒａｍ，ｓｕｒｇｅｒｅｃｏｖｅｒｙｐｒｏｇｒａｍａｎｄｓｕｒｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍａｎｄｍｅｔｈｏｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅ；ｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｇｒａｍ；ｒｅｃｏｖｅｒｙｐｒｏｇｒａｍ

炼油与化工

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