压 力 容 器 的 厚 度 设 计

1、压力容器的厚度设计王齐丽窦迎军（哈尔滨天源石化设计院150086）摘 要：讨论了压力容器厚度的选取，以及厚度变化对强度的影响。阐述了当 图样设计厚度处于相应材料厚度范围临界值时，材料许用应力随板厚变化而 变化的问题。并举例说明当制造工艺人员考虑加工成型减薄量而增加板厚时， 材料强度会降低，设计人员必须增加最小厚度值以保证受压元件成型后的最小厚度仍能满足强度要求。Mu 二键关键词:压力容器;设计；厚度；强度；标准前言目前，我国压力容器设计依据GB150-98钢制压力容器，是国内普遍 遵循的原则。一般情况下，板厚增加，元件强度会提高，但有时板厚增加强 度反而降低。如何按照该标准进行厚度的恰当选取，

2、更好地满足强度需求， 对压力容器设计具有重要意义。GB150-98规定，计算厚度是指按各章公式计算得到的厚度；设计厚度是 指计算厚度与腐蚀裕量之和；名义厚度指设计厚度加上钢板厚度负偏差后向 上圆整至钢材标准规格厚度，即标注在图样上的厚度；有效厚度指名义厚度 减去腐蚀裕量和钢板厚度负偏差。我们这里讨论的厚度是名义厚度。从定义 中可以看出，名义厚度不包括加工减薄量，元件的加工减薄量由制造单位根 据各自的加工工艺和加工能力自行选取，只要保证产品的实际厚度不小于名 义厚度减去钢材厚度负偏差就可以。这样可以使制造单位根据自身条件调节 加工减薄量，从而更能主动地保证产品强度所要求的厚度，更切合实际地符 合

3、制造要求。按照GB150-98等国家标准的原则，制造工艺人员要根据图样厚度考虑 加工减薄量而增加制造元件的毛坯厚度。在我国材料标准中，钢板厚度范围 变化，钢板仃”有所降低。我国压力容器用钢板许用应力随板厚厚度范围 增厚而有所降低，因而可能出现虽然有时板厚增加，强度反而降低的现象， 尤其是封头，这种现象更明显。实例为了证明上述现象存在，举例如下：首先我们给出常用钢板在不同状态下的强度指标，如下表所示：币川纲段n 叩状态用的明度指标表碰|、.-川向力浏叫钢版迎用度指标麻准状击而m(Thj翌0 100 150 2)0 项 300 350 JOO如1如1旬390E E E 1、； 1、；1-9 1 ：

4、6-16踽瑚I、I L I，1 1、119 1 -1加：1正火16-36咽3用170 110 170 110 110 IcJ HO E期珊IcJ 度 IcJ IcJ 1 乾闩 IH 131正虬6-161 罔 163lnXiDR闵 ilEli16-36伽踊1ST 157域火3c-c0K0 190IM I：；2.1 例 1某台储气罐，其封头为标准椭圆形，材质同，|设计内径D=2000mm, 腐蚀裕度C2=1mm，焊缝系数=1，设计压力P=2.6MPa，设计温度t=20C， 标准椭圆封头形状系数K=1，设计图样上封头名义厚度6 n=16mm。制造厂选 用18mm厚度钢板压制封头，该制造厂压制封头时最

5、大成型减薄量为6 X10%：，即18X10%=1.8mm（包含钢板厚度负偏差在内）。（1）选用!8 mm厚度钢板压制封头，满足GB150-98设计要求。*,顷. 钢板厚度负偏差Ci=0.25mm，封头成型后最小厚度6 min=18-1.8=16.2mm图 样厚度-钢板厚度负偏差16-0.25=15.75，即满足GB150-98的要求。（2）16mm图样厚度满足设计强度要求。对图样封头厚度16mm进行强 度校核，由GB150-98（7-1）椭圆封头厚度计算公式（标准椭圆k=1）：式中，由GB150-98表4-1 16mm厚度的1.1仃一心II、，则2.6x2000封头的计算厚度：& =、=14.

6、74 CtLttL2x177x1-0.5x2.6考虑腐蚀裕量c2=1 mm，封头设计厚度6 n=6 + C2=14.74+1=15.74mm，在考虑钢板厚度负偏差C=0.25mm，6 + C2=15.74+0.25=15.99mm,现图样厚度6 n=16mm 15.99mm,即满足设计强度要求。（3）板厚增加，强度反而不符合要求。虽然制造时考虑加工成型减薄量，增加了压制封头钢板厚度，满足GB150-98封头最小厚度，图样厚度-钢板厚 度负偏差的要求，但由GB150-98表2-1查18mm厚度的*, 11 .封头材料的许 用应力l-rMl，此时，封头计算厚度：=I 5.35 CtLEtL2.hx

7、2(HM2xl70 xl-(.5x2.h考虑腐蚀裕度C2=1mm，则封头设计厚度6 n=15.35+1=16.35mm现封头成型后最小厚度（包含钢板厚度负偏差在内）为：18-1.8=16.2mm封头设计厚度16.35mm，即不满足设计强度要求。2.2 例 2某低温反应容器(t=25C )的球形封头材质为卜,图样厚度20mm, 设计压力P=7.65MPa，设计内径D=15000mm，腐蚀裕度C2=1mm。制造厂 选用22MM钢板压制球形封头，该制造厂压制封头时最大成型减薄量(包含 钢板厚度负偏差在内)为。X12%=22X12%=2.64mm选用22mm厚度钢板压制球形封头，满足GB150-98要

8、求。22mm厚 度的一叫：|1钢板厚度负偏差为0.8mm，封头成型后最小厚度(包含钢板厚 度负偏差在内)5 . =22-2.64=19.36mm图样厚度-钢板厚度负偏min=20.0.8=19.2mm，即选用22mm厚度钢板压制球形封头，满足GB150-98要 求。20MM图样厚度满足设计要求。对图样球形封头厚度进行强度校核，由 GB150-98(5-5)：*1).7.h5x1v占=4区1旺1-7如 EM”考虑腐蚀裕度C2=1mm，则封头设计厚度5 n=17.8+1=18.8mm，再考虑钢板厚 度负偏差 C=0.8mm，5 n+ C1=18.8+0.8=19.6V20mm图样厚度，即图样厚度

9、20mm满足设计强度要求。板厚增加，强度反而不符合要求。虽然制造时考虑加工成型减薄量，增加了压制封头钢板厚度，满足了 GB150-98封头最小厚度，图样厚度-钢板厚度负偏差的要求，但由于钢板厚度增加后由163MPa降至157MPa，此时， 球型封头计算厚度：白=4x157x1-7.min再考虑腐蚀裕度C2=1mm，则球形封头设计厚度5 n=5 + C2=18.5+1=19.5mm现封头成型后最小厚度5 . =22-2.64=19.36V 19.5mm故不能满足设计强度要min求。结语由以上实例说明，若不考虑板厚增加，材料力学性能降低这一因素，将 可能制造出强度不够的不合格受压元件。除了上述两例材质外，还有其它多 种钢种，如16MnR、16MnDR等的力学性能均随厚度范围变化。因此，设计 人员在选用