封头最小成形厚度的施工图标注与计算书输入

李春光 关庆贺（中国石油辽阳石油化纤公司机械厂 辽阳 111003）

封头最小成形厚度的施工图标注与计算书输入

李春光 关庆贺
（中国石油辽阳石油化纤公司机械厂 辽阳 111003）

在压力容器设计换证审查时，对施工图中封头的名义厚度和最小成形厚度标注及计算书的输入提出了质疑。对此以实例从封头的名义厚度影响许用应力及技术条件和最小成形厚度影响有效厚度及计算结果的准确性进而关系容器建造的安全可靠性进行了讨论，认为施工图设计应限定封头的名义厚度，最小成形厚度以标注为宜，而SW6数据输入应增加“成形减薄量C3”项。建议GB150的术语符号引入C3，GB/T25198应完善封头成形厚度减薄率，《压力容器定期检验规则》应监督封头制造的成形厚度减薄率，以为容器设计提供支撑。

封头 最小成形厚度 标注 加工减薄量 输入

鉴于压力容器建造体制的不完善，设计与制造分离，制造厂大多是根据工程公司的外来图施工。故此，GB150-1998规定[1]：制造厂应“根据制造工艺确定加工裕量,以确保凸形封头和热卷筒节成形后的厚度不小于该部件的名义厚度减去钢板负偏差”。致使实际执行中出现安全可靠性的偏离：即使是制造厂（大多外委封头制造厂）制作封头，由于施工图只标注封头的名义厚度，制造工艺为保证“封头成形后的厚度不小于封头名义厚度减去钢板负偏差”要求，不得不在原设计厚度圆整的基础上考虑加工裕量后再二次向上圆整至钢板规格厚度，一般至少增加2mm。由此不仅造成材料的浪费及不利与圆筒对接的焊接质量，更会产生因制造一味地增加封头的加工减薄量而使封头的钢材厚度增大后与原设计提出的技术条件偏离，诸如因封头的钢材厚度增大后“跨档”（即超越临界厚度门槛值：如Q245R钢板许用应力的临界厚度门槛值为16mm，若钢材厚度＞16mm，则其许用应力下降；Q245R钢板用于壳体的正火状态临界厚度门槛值为36mm，即钢材厚度＞36mm，则要求钢板的供货状态为正火板等）所造成的许用应力降低导致强度冒进或引起钢板供货状态要求的提高（由热轧板变为正火板）、尚需进行钢板的UT检测、拼板后成形封头的对接接头须100%RT-Ⅱ或100%UT-Ⅰ及焊后热处理等高要求。但由于封头钢材厚度增大的信息没有反馈给设计人员，设计人员也就不能对所引起的高要求进行完善修改，由此影响容器制造的安全可靠性。对此，GB 150-2011修订[2]为“制造单位应根据制造工艺确定加工余量，以确保受压元件成形后的实际厚度不小于设计图样标注的最小成形厚度”，即要求施工图标注“名义厚度（最小成形厚度）即遗憾的是GB 150-2011未有引入“成形减薄量C3”，这给封头厚度标注与计算书输入带来了麻烦，为此笔者对以下实例进行讨论。

一台立式容器，设计数据见表1，上封头EHA1200×18(15.5)-Q245R(GB/T 25198《压力容器封头》)中心处开设168×8-20 (GB9948《石油裂化用无缝钢管》)接管，外伸200mm，插入与内壁齐平。

表1 设计数据

1 封头最小成形厚度的施工图标注

封头最小成形厚度是设计要求封头成形后应保证的最小厚度，以满足封头的强度、刚度及使用寿命的安全性要求。按GB150，封头设计要求的最小厚。这就是有的施工图封头最小厚度为，而有的施工图封头最小厚度却以标注。两种标注还是后者较为合理。因为，这可避免因计算厚度考虑的不全面，诸如未计及开孔补强所用去的厚度、吊耳或支座局部应力所需厚度等因素，而使封头最小厚度不足。事实上，无论是开孔补强计算，还是封头内压或外压稳定性、吊耳或支座局部应力及卧式容器的切向剪应力等校核计算，都用封头的有效厚度。在校核计算时，只要使封头处于满应力状态：考虑开孔补强所用去的厚度；外压稳定性校核使计算外压等于许用外压；选用吊耳或支座时，应使封头的有效厚度等于满足吊耳或支座局部应力所需的最小厚度；卧式容器使封头的切向剪应力等于许用切向剪应力，即可取封头的有效厚度作为计算厚度，则封头的最小厚度为。

上例考虑“成形减薄量C3”后通过SW6计算[3]（将在下面讨论），结果为：封头的名义厚度，对应的封头最小成形厚度δmin=15.5mm。而在施工图中则将封头厚度尺寸标注为18（15.5），并注明“封头成形厚度减薄率按GB/T 25198附录J”[4]。值得说明的是，封头“成形减薄量C3”按封头的名义厚度δn（即取钢材厚度与GB150钢板许用应力表中的名义厚度一致）计算。

可见，“封头成形厚度减薄率”至关重要，GB/T 25198应针对封头的成形方法完善并给出符合国情的成形厚度减薄率，《容规》[5]在监督封头制造时，应将封头的质量计划和成形厚度减薄率作为许可考核的指标，以为容器设计提供支撑。

2 封头最小成形厚度的计算书输入

由于GB 150-2011未有引入“成形减薄量C3”，而SW6-2011计算程序中封头数据输入也就没有“成形减薄量C3”项值要求，这的确给设计计算数据输入带来了麻烦。

输入1：文献为保证施工图所标注的最小成形厚度通过SW6计算，则采取从封头“名义厚度项”输入，即δn=δmin+C1进而使SW6得到正确的有效厚度，以完成后续计算。

输入2：为施工图标注封头的 并使SW6计算“合法化”，则在计算过程中不作考虑最小形成厚度输入，而采取在设计厚度向上圆整至钢板标准规格厚度时人为地增加C3值，“名义厚度项”输入含C3的名义厚度。

这2种作法实不可取，因为，前者会出现因输入的所谓“名义厚度”低于“跳档”值而使许用应力提高导致强度计算“冒进”（表面上强度计算通过，但实际上却因其许用应力小于提高值而可能强度不足）；后者则会因“夸大名义厚度”输入使有效厚度由于未减去C3值而“虚大”（较实际值偏大），可能导致强度不足。所以，为实现SW6计算的正确性，只能采取从“腐蚀裕量项”输入的“合理不合法”的作法即输入方案3。

输入3：从“腐蚀裕量C2项”输入，将“成形减薄量C3”值加入，然后在计算书形成时注明。上例的SW6“腐蚀裕量项”输入5.2，而在计算书中“腐蚀裕量C2项”编辑为3+2.2（2.2为成形减薄量）。

这3种输入方法所产生的输出可从SW6计算结果（见表2）中体现合理性。

表2 3种输入产生的输出SW6结果

表2中开孔补强建议方案是需要加设与封头同材料的补强圈的外径×厚度。从表中可以看出：输入3与输入2虽然δn、[δ]t、δ、A相同，但由于输入2的δe值“虚大”，导致A1也“虚大”而使补强圈厚度偏薄；而输入1由于δn比封头的实际钢材厚度偏小，导致[δ]t值偏大，致使δ及A值偏小，虽然保证了δe值正确，但却因A1值偏大及A值偏小造成与输入3开孔补强结果相同的假象，而这种假象背后的安全可靠性隐患会随设计压力和温度等增大而愈加明显。

3 结束语

综上讨论，提出以下建议：

1）施工图设计应限定封头的名义厚度，最小成形厚度以标注为宜，而SW6数据输入应增加“成形减薄量C3”项；

2）为使输入方案3“合法化”，GB 150的术语符号应引入“成形减薄量C3”，而GB/T 25198更应完善封头成形厚度减薄率；

3）《压力容器定期检查规则》应监督封头制造的质量计划与成形厚度减薄率，以支撑容器设计保证建造的安全可靠性。

1 GB 150-1998钢制压力容器[S].

2 GB 150-2011压力容器器[S].

3 GB/T 25198-2010 压力容器封头[S].

4 TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程及释义[S].

5 龚国荣.封头成形减薄量与设计计算一致性的探讨[J].中国制药装备, 2011,9 :42～45.

Construction Drawing Marked and Calculation Input of the Minimum Thickness of Head

Li Chunguang Guang Qinghe
(CNPC Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Factory Liaoyang 111003)

In the review of pressure vessel design certificate renewal, the nominal thickness and the minimum thickness of head labeled in the construction drawing and the calculation input are questioned. This paper discusses the influence of the nominal thickness on the allowable stress and technical conditions, the infl uence of the minimum forming thickness on effective thickness and the accuracy of the calculation results, and other safe reliability related questions in pressure vessel building. The construction drawing design should limit the nominal thickness of head; and the small thickness to annotation is appropriate, while the SW6 data input increase the “forming thinning C3”. The term symbol GB150 into C3, GB/T25198 should improve the head forming thickness reduction ratio, “content regulation” should supervise the manufacturing forming thickness thinning rate, that design support for vessel.

head minimum thickness annotation Working thickness reductio Input

X933.4

B

1673－257X(2014)07－39－03

李春光（1979～),男，工程师，从事压力容器建造工作。

2014－01－24）