徐智明(中石化勝利油建工程有限公司 山東 東營 257000)

壓力容器的失效往往使國家和人民的生命財產遭受巨大損失，而壓力容器的失效除了制造和使用方面的因素外，設計質量起著決定性的作用。差之毫厘，謬之千里。設計文件中任何微小的錯誤都可能導致壓力容器發(fā)生災難性的事故。壓力容器結構形式比較多，壓力容器的設計涉及材料、焊接、無損檢測、熱處理等多學科、多專業(yè)的知識；計算方法包括理論計算（材料力學、彈塑性力學、斷裂力學等）、數值分析、實驗應力分析等。

清管器收、發(fā)球筒是油氣集輸管線清管掃線作業(yè)時發(fā)送和接收清管設備的重要工藝裝備，對于提高集輸能力，確保安全生產起到重要作用。清管器收、發(fā)球筒主要由：快開盲板、筒體、錐體大小頭、鞍式支座等部分組成。下面介紹一下發(fā)球筒的設計過程。

管口名稱a b c d用途進氣口壓力表口放空口發(fā)球口規(guī)格尺寸80 15 80 800

技術特性表的確定。

一、首先，我們根據用戶提出的、在壓力容器規(guī)范范圍內雙方簽署的具有法律約束力的設計技術協(xié)議書（該協(xié)議書也可以經雙方同意共同修改、完善，以期達到產品使用最優(yōu)化）中提出的這些基本設計要求，分析容器的工作條件，確定設計參數，結構分析，初步選材確定容器的技術特性。一般容器的技術特性包括：容器類別、設計壓力、設計溫度、介質、幾何容積、腐蝕裕度、焊縫系數、主要受壓元件材質等項。

二、確定設計壓力

我們知道該容器的最高工作壓力為2.3MPa，設計壓力一般取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍。至于是取1.05還是取1.10，就取決于介質的危害性和容器所附帶的安全裝置。介質無害或裝有安全閥等就可以取下限1.05，否則就取上限1.10。本例介質為無害的壓縮空氣，符合取下限的條件，則得到設計壓力為

1.05 x2.3=2.415Mpa，取設計壓力為2.5 Mpa。

三、確定設計溫度

一般是在用戶提供的工作溫度的基礎上，再考慮容器環(huán)境溫度而得。本例取設計溫度為50℃即可。

四、確定幾何容積

按結構設計完成后的實際容積填寫即可。

五、確定腐蝕裕量

由所選定受壓元件的材質、工作介質對受壓元件的腐蝕率、容器使用環(huán)境和用戶期待的使用壽命來確定，實際上應先選定受壓元件的材質，再確定腐蝕裕量。

六、確定焊接接頭系數

焊接接頭系數，GB150的3.7節(jié)（p6）對其取值與焊縫檢測百分比進行了規(guī)定。新《容規(guī)》第3.15條（p15）也有所規(guī)定。其焊縫系數取1，即焊接接頭應進行100%的無損檢測，其他情況一般選焊縫系數為0.85。本例選焊縫系數為0.85。

七、主要受壓元件材質的確定

材質的確定在滿足安全和使用條件的前提下，還要考慮工藝性和經濟性。必須考慮設備的操作條件、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結構等。GB150第8頁材料的使用有嚴格的規(guī)定，對這些規(guī)定的掌握是非常必要的。比較常用的材料有Q235-B（Q235-C）、Q245R、Q345R這幾種材料。一般情況下，所需鋼板厚度小于8時，應盡量采用碳素鋼鋼板。在剛度或結構設計為主的場合，應盡量選用普通碳素鋼。在強度設計為主的場合，應根據壓力、溫度、介質等使用限制，依次選用Q235-B、Q245R、Q345R等鋼板。Q235-B使用最廣也最經濟，GB150第9頁對其使用條件作了詳細規(guī)定：

● 規(guī)定設計壓力≤1.6MPa；

● 鋼板使用溫度0℃～350℃；

● 用于殼體時厚度不得大于20mm，且不得用于毒性程度為高度或極度危害的介質。

就本例來說，其設計壓力為2.5Mpa，不符合Q235-B的使用條件，因此選用Q245R。

完成了技術特性表，下一步就是容器計算了。

一、首先是產品結構、盲板的選用，產品結構、盲板直接關系到產品的性能和安全。收發(fā)球筒

的端蓋采用插扣式快開盲板，具有結構簡單、開關迅速、密封性好、操作輕便、耐腐蝕性好、安全可靠等優(yōu)點。用于油氣管線，可提高清管作業(yè)的工作效率?？扉_盲板選用KSH-1000/2.5。

錐體大小頭的計算。

=8.94，確定筒體的名義厚度為dn=12.00mm。

三、按用戶要求和《容規(guī)》的規(guī)定配置各管口的法蘭和接管。容器上開孔要符合GB150第8.2節(jié)（p75）的規(guī)定，一般都要進行補強計算，除非滿足GB150第8.3節(jié)（p75）的條件，則可不必再計算補強。選擇接管時應盡量滿足GB150第8.3節(jié)的條件，其安全性和經濟性都最好，避免增加補強圈。本例要求的管口直徑都不在GB150第8.3節(jié)的范圍內，因此進氣口接管選擇φ114x5的無縫鋼管，放空口接管選擇φ159x6的無縫鋼管，都必須增加補強圈，進行補強計算。補強的計算按GB150 8.5節(jié)。

法蘭按HG/T20592進行選擇。法蘭及其密封面型式一般由設計委托書中要求，其壓力等級應根據系統(tǒng)的設計條件，可高于容器設計壓力或適當提高壓力等級。在本例法蘭選用2.5MPa的突面(RF)對焊法蘭(WN)。其材質一般與筒體相同；確定管口在殼體上的位置時，在空間較為緊張的情況下，一般也應保持焊縫與焊縫間的距離不小于50mm，以避免焊接熱影響區(qū)的相互疊加。

總之，壓力容器設計的基本要求為安全、經濟，設計過程中要綜合考慮各方面的因素，要做到合理選取結構、材料、參數、設計方法等，根據標準規(guī)范正確地進行強度計算，從設計方面保證壓力容器的本質安全，確保壓力容器的安全使用。