压力容器设计中接管载荷施加方向的确定方法

压力容器设计中接管载荷施加方向的确定方法

衡明军

江苏金诺化工装备有限公司

摘要：压力容器的接管符合一方面会对接管区域的局部应力产生一定程度的影响，另一方面还会对土建结构设计造成一定程度的影响。若接管数量相对较多所有载荷施加方向将会对支撑还有土建载荷造成极大程度的影响。本文主要是根据确定危险工况的原则，同时在此条件下进行对单个接管还有多个接管在危险工况下的合理的有效推导，采用该种措施能够便于尾箱工况情况下各接管载荷的施加方向的确定，从而为支撑还有土建设计提供有效的载荷输入。

关键词：压力容器；设计；接管载荷；施加方向

前言

化工、石油等行业内，存在较多的管道系统与管道设备设计，极限接管载荷经常被确定用于解耦管系还有设备设计。在现实活动过程中，关于接管载荷对于支撑设计还有土建载荷的影响往往会得不到有效的重视。然而设备各个接管载荷所产生的合力均会通过支撑传递至土建结构。在作用力传递的过程中，设备还有支撑的连接位置，还有支撑与土建的连接区域以及土建结构的设计，均应当考虑接管载荷合力的具体影响。然而一般情况下由于每一个接管的极限接管载荷方向无法有效的确定，从而造成了接管载荷合力情况无法具体了解，以至于使得后续分析的难度相应增加。

1. 关于压力容器的定义

压力容器与常规性的常压容器存在一定程度的区别，主要是需要达到三个条件，分别为工作压力超过0.1MPa的容器以及容器的内直径需要在大于等于15mm的容器，同时其运行介质主要为气体物质、液体物质或者温度高于标准沸点的相关液体。

压力容器的具体使用范围相对较为广泛，其现阶段通常情况下主要是在石化领域，还有科研领域以及军工等领域得到了相对较为广泛的应用。压力容器通常情况下其构成本分能够分为六大部分，分别为筒体、封头、法兰、密封元件以及开孔还有接管与支座。压力容器还配备科学合理的安全装置以及压力检测的相关表计以及进行不同类项生产的相关内部构件。因为压力容器的密封性相对较高并且在运行的过程中需要承受一定的物理压力以及介质的特性等方面的因素的影响，很容易使得压力容器在实际的运行过程中极易出现爆炸以及燃烧等情况的出现，以至于对人们的生命安全还有财产安全造成了严重的影响，甚至会造成环境大范围污染的情况。现阶段，压力容器属于国家极为重视的检测产品，并且国家建立专门的机构，根据相关规定与标准进行监督检查以及技术方面的检验。

2. 压力容器的设计要求

石油化工领域的生产复杂程度相对较高，在具体的生产过程中，设备方面一旦出现一定程度的故障将会对产品的质量产生一定程度的影响，同时设备的故障对于生产活动也会造成一定的影响。随着生产工艺的不断发展，从而使得高温、高压容器需要在压力较大以及高温还有腐蚀性较高的介质的环境下运行，面对该环境，在进行压力容器的设计过程中对于制作容器的相关材料以及容器的结构等方面的要求也相对较高。压力容器在运行的过程中需要达到压力方面还有温度方面以及工艺方面的具体要求。压力容器在运行的过程中容器中存储着一定的能量，因此若是遭到破坏所产生的危害相对较大。同时在具体生产过程中，由于压力容器的介质具有相对较强的腐蚀性，从而使得压力容器的使用周期受到严重的影响，介质的高腐蚀性将会导致压力容器内部的器壁的厚度受到影响。所以在展开对压力容器的具体设计过程中应当充分的考虑到介质的高腐蚀性，从而使得压力容器能够有效满足使用周期方面的要求。除此之外，在设计的过程中需要建立在安全的基础上进行设计，并且在设计的过程中需要保证压力容器的结构简单以及有利于实际制造还有探伤。如此一方面能够有效地控制压力容器的制造成本，另一方面还能够实现经济效益的提升。

3. 关于压力容器的设计方法

压力容器属于特殊设备，在其运行过程中需要确保其稳定性，因此在进行设计还有制造的过程中应当根据国家所实施的相关标准进行相关工作的开展。现阶段压力容器较为经常采用的设计方法有两种分别为：根据相关规范展开设计的一般性设计和根据应力分析设计的分析设计。一般性设计属于现阶段最为常用的设计方法，同时该种方式的设计方法制造相对较为简单并且可行性相对较高。一般性设计的理论基础主要是弹性失效准则。在应力分析方法下，一般性设计主要是以材料力学还有板壳薄膜理论的简化计算作为前提条件，并且在设计的过程中仅仅需要对最危工况的考虑，根据一次施加的静力载荷处理。分析设计方法与一般性设计防范存在着较大的差异，其主要是根据以弹性应力分析还有塑性失效准则等理论作为基础，从而展开了容器的不同类型的应力的较为详细的计算，然后在进行有效地分类以及实施有效地控制。尽管分析设计方法复杂性相对较高且所需要的时间相对较大，然而此类型的设计方法安全性相对较高并且具有较高的科学性。

四、接管载荷合理的确定原则

在进行设备设计的过程中对于接管载荷合理方面的设计应当注重以下几点原则的分析，并且确定最危险工况：第一，最为基本的需要进行对水平面内两个相互垂直方向还有一个竖直方向接管载荷作用合力拥有极值的情况。第二，应当最为率先进行沿主轴方向的作用力最大，再者需要对沿主轴方向的力矩最大的研究。第三，对于容器是卧式外形的容器，其两个垂直方向比较适合取设备轴线方向还有与轴线垂直的方向。第四，对于容器类型属于立式形态的容器比较适合选取设备中心还有最大接管或者轴向具有若干个接管的连线作为其中一个水平方向，另一个水平方向则是与其向垂直的方向。

五、单个接管载荷对合力的影响

对于单个接管载荷对合力的影响主要归为两种情况，一种情况属于接管沿着设备的其中一个主轴的方向，另一种情况则是接管沿着任意一个方向其中不涵盖沿设备主轴方向。单个接管的接管载荷主要涉及到轴向力，沿着接管轴向，仅仅有正负两个方向，还有切向力，其主要是垂直于接管轴向，在接管断面内的任何一个方向，以及弯矩出至于接管轴向，扭矩则沿接管轴向。单个接管沿任意方向时，周行李还有扭矩沿接管轴线的方向仅有正负方向的区别，横向力还有弯矩的方向时接管端面的任意方向，该种情况下便要求接管载荷在某个主轴方向的作用力达到极值，因此需要横向力在此主轴方向的投影取值达到最大极值。

6. 多个接管合力的计算

多个接管能够展开对载荷向参考点的分别简化，再利用线型叠加进行对设备合理还有和力矩的有效计算，在该阶段应当进行作用力的有效调节还有力矩的正负号的合理调节，从而令其参考点具有最大的合理或者合力矩的绝对值。

结束语

本文主要提出了接管载荷合理危险工况的确定原则，并且在该原则的基础上进行对单个接管载荷向参考点的简化的还有多个接管载荷合理作用的计算方法。

参考文献：

[1] 秦叔经，王琦. 局部应力计算方法的对比研究（上）[J].化工设备与管道，2018，45(4)：7-15.

[2] 秦叔经，王琦. 局部应力计算方法的对比研究（下）[J].化工设备与管道，2018，45(5)：7-12.