压力容器的强度及安全评定分析

柴永祥

摘要：由于负荷、介质等原因，加之压力容器的使用条件越来越苛刻等原因的存在使得压力容器断裂而造成的破坏事故越来越多，所以压力容器的安全与否受到了较大的关注。所以，对压力容器的安全及强度进行评定，了解压力容器的性能状况，对于提升压力容器的安全性能，防止事故发生有着重要的意义。

关键词：压力容器;强度;安全

随着现代工业技术的快速发展，压力容器已经被广泛的应用到了轻工、纺织、电力、石油化工，以及冶金、机械和医药等行业。在压力容器被得到广泛应用的同时，也正朝着复杂化、大型化等方向发展，越来越多的具有强大功率、复杂结构的压力容器都被投入运行。

尽管在设计压力容器时，大量使用高强度钢，焊接技术也得到了普遍应用，但是因为设计压力的提升，导致无法避免的会出现一些缺陷。因为负荷、介质等原因带来了很多新的缺陷，加之压力容器的使用条件越来越苛刻等原因的存在使得压力容器断裂而造成的破坏事故越来越多，所以压力容器的安全与否受到了较大的关注。因此，准确快速的找到压力容器失效的原因及规律是减少事故发生的有效办法，对于提升压力容器的安全性能，防止事故发生有着重要的意义。

1.压力容器的强度分析

压力容器强度计算的基本准则之一是：在承载时容器整体（壳体等）应控制不得产生明显的塑性变形，因而将Rp0.2当作材料强度的指标是比较合适的。而关于容器卸载后压力容器整个所残留的塑性变形量并不能成为压力容器必须要控制的因素，因此将Rr0.2当作是材料强度的控制指标明显不如将Rp0.2当作是材料强度的控制指标更为合适。

Rp0.2是很一个比较容易被准确的测定出的数值值。以拉伸曲线的坐标原点作为起点，在变形轴线上获取标距长度为0.2%长度位置获取一点，从这个点当作是弹性直线段的平行线，并和拉伸曲线相交，这该交点标示的应力值就是Rp0.2.然而Rr0.2则是不能被准确测定出来的数值。如果拉伸试样被加载在某一个载荷点后卸载的话，那么残余塑性变形量就正好相当于试样标距长度的0.2%，但是想要非常准确的确定这一个载荷点几乎上不可能存在的，并且这个策略的方法和过程非常的复杂，而且只能获得近似值。

2.压力容器的安全评定分析

本文以某钢厂从俄罗斯引进的制氧工程设备中经锅检部门按GB150-98标准检验检测不合格的压力容器为例。为不影响钢厂投产工程进度和确保安全使用，对这批容器进行强度分析和安全评定。对压力容器进行应力分析和强度评定，并以分离器为例说明评定计算过程。

2.1分离器的应力计算

应力分析采用有限元分析方法，分析中采用高级结构分析程度SuperSAP - 91进行，该软件具有强大的前后处理功能，计算效率高、精度好。

2.1.1计算依据

容器筒内径D i：500mm

容器设计压力p：0. 9MPa

碟形封头设计厚度S 1：3mm

筒体设计厚度S 2：3mm

容器材料：12X18H10T（俄罗斯牌号）

材料屈服强度σy：240MPa

材料抗拉强度σu：540MPa

封头和筒体连接处环焊缝最大错边量3mm

2.1.2有错边时分离器的计算模型

分离器筒体与封头连接处环焊缝有错边量，主要是由于封头在制造时尺寸偏大造成的。致使封头与筒体组对焊接后产生较大的错边量。考虑到容器的实际情况，我们提出了计算模型。

0°位没有错边量， 180°位错边量最大（3mm） ，在0°～180°之间错边量逐渐增加。由于错边使结构产生非轴对称性，本文采用板壳单元进行有限元应力分析。计算模型共分2700个板壳单元和2701个节点，计算是在Pentium586/ 75机器上进行的。

2.1.3分离器应力计算结果

计算结果表明：在筒体，封头与筒连接处（约离连接线1mm）存在最高应力，其值达159. 08MPa ;在封头上，碟形封头经线大小圆相接处存在最高应力，其值达198. 46MPa。分离器总体应力分布、分离器封头与筒连接处应力分布和分离器碟形封头经线大小圆相接处应力分布图略。

2.2超标缺陷容器的强度评定

超标缺陷容器的强度评定是依据GB150 - 98和JB4732 - 95进行的。

GB150 - 98以弹性失效为设计准则，要求保证容器在工作时完全处于弹性状态，即容器上任一点的应力达到屈服就认为该容器已经失效，其应力强度判据为：σ≤<σ>强度理论采用最大剪应力理论。

JB4732 - 95以弹性分析为基础，根据不同应力对容器的不同危害对应力加以分类，并分别加以限制。如果结构是稳定与安定的，则允许结构出现局部塑性区。各类应力及其组合都应满足以下应力强度控制条件。

SⅠ= P m≤KS m SⅡ= P m + P L≤1. 5 KS m SⅢ= P m + P L + P b≤1. 5 KS m SⅣ= P m + P L + P b + Q≤3S m SⅤ= P m + P L + P b + Q + F≤S a其中： P m为总体一次薄膜应力， P L为局部一次薄膜应力， P b为一次弯曲应力， Q为二次应力， F为峰值应力， S m为应力强度许用极限， S a为允许交变应力强度幅， K为载荷组合系数。

按GB150 - 98计算，封头与筒体连接处的应力均小于许用应力<σ> = 160MPa ，强度合格;碟形封头经线大小圆相接处的内壁有34. 85mm区域的应力超过160MPa ，强度不合格。

按JB4732 - 95的应力分类，碟形封头经线大小圆相接处存在一次弯曲应力P b，此时的应力由总体薄膜应力P m和一次弯曲应力P b组成，其应力强度许用极限为1. 5<σ> = 240MPa ，分离器封头经线大小圆相接处最高应力为198. 46MPa ，小于应力强度许用极限，强度合格。对于环焊缝连接区域存在二次应力Q ，此时的应力由总体薄膜应力P m、一次弯曲应力P b和二次应力Q组成，其应力强度许用极限为3 <σ> = 480MPa ，而封头与筒体连接处应力最高值为159. 08 ，小于应力强度许用极限，强度合格。

参考文献：

[1]张自斌.压力容器的强度分析与安全评定[D].兰州理工大学，2012.

[2]郭东，翟振东.存在裂纹的压力容器疲劳断裂分析[J].建筑科学与工程学报，2007，（3）.

? ? ? ?z? ?? lang=EN-US>AMT技术和产品实现商品化和产业化主要取决于以下3个方面。

4.1可靠性。在不同的使用环境下AMT可靠、安全的工作是AMT技术和产品实现商品化和产业化首要条件。通过软件的完善，降低对电控系统硬件的要求，利用总线控制技术减少电缆数目，提高系统的可靠性，降低故障率。

4.2适应性。AMT产品对环境（不同道路和路面条件）和驾驶员的适应性直接影响其使用。对驾驶员的适应性主要指适应不同类型和个性的驾驶员的驾驶需求，这直接影响驾驶人员的最终产品选择。适应性主要在控制方法和控制策略中，通过使用模糊技术和神经网络技术，使AMT产品具有一定的智能性。

4.3舒适性。AMT产品舒适性直接影响工作人员的工作状态和工作效率。AMT产品舒适性取决于换挡品质的控制。采用发动机和自动变速箱一体化控制，可以有效控制车辆起步、制动、换挡的舒适性。同时完善AMT执行操作机构有利于提高驾驶员的驾驶舒适性。

参考文献：

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