发球筒的设计

徐智明(中石化胜利油建工程有限公司 山东 东营 257000)

压力容器的失效往往使国家和人民的生命财产遭受巨大损失，而压力容器的失效除了制造和使用方面的因素外，设计质量起着决定性的作用。差之毫厘，谬之千里。设计文件中任何微小的错误都可能导致压力容器发生灾难性的事故。压力容器结构形式比较多，压力容器的设计涉及材料、焊接、无损检测、热处理等多学科、多专业的知识；计算方法包括理论计算（材料力学、弹塑性力学、断裂力学等）、数值分析、实验应力分析等。

清管器收、发球筒是油气集输管线清管扫线作业时发送和接收清管设备的重要工艺装备，对于提高集输能力，确保安全生产起到重要作用。清管器收、发球筒主要由：快开盲板、筒体、锥体大小头、鞍式支座等部分组成。下面介绍一下发球筒的设计过程。

管口名称a b c d用途进气口压力表口放空口发球口规格尺寸80 15 80 800

技术特性表的确定。

一、首先，我们根据用户提出的、在压力容器规范范围内双方签署的具有法律约束力的设计技术协议书（该协议书也可以经双方同意共同修改、完善，以期达到产品使用最优化）中提出的这些基本设计要求，分析容器的工作条件，确定设计参数，结构分析，初步选材确定容器的技术特性。一般容器的技术特性包括：容器类别、设计压力、设计温度、介质、几何容积、腐蚀裕度、焊缝系数、主要受压元件材质等项。

二、确定设计压力

我们知道该容器的最高工作压力为2.3MPa，设计压力一般取值为最高工作压力的1.05～1.10倍。至于是取1.05还是取1.10，就取决于介质的危害性和容器所附带的安全装置。介质无害或装有安全阀等就可以取下限1.05，否则就取上限1.10。本例介质为无害的压缩空气，符合取下限的条件，则得到设计压力为

1.05 x2.3=2.415Mpa，取设计压力为2.5 Mpa。

三、确定设计温度

一般是在用户提供的工作温度的基础上，再考虑容器环境温度而得。本例取设计温度为50℃即可。

四、确定几何容积

按结构设计完成后的实际容积填写即可。

五、确定腐蚀裕量

由所选定受压元件的材质、工作介质对受压元件的腐蚀率、容器使用环境和用户期待的使用寿命来确定，实际上应先选定受压元件的材质，再确定腐蚀裕量。

六、确定焊接接头系数

焊接接头系数，GB150的3.7节（p6）对其取值与焊缝检测百分比进行了规定。新《容规》第3.15条（p15）也有所规定。其焊缝系数取1，即焊接接头应进行100%的无损检测，其他情况一般选焊缝系数为0.85。本例选焊缝系数为0.85。

七、主要受压元件材质的确定

材质的确定在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性。必须考虑设备的操作条件、材料的焊接性能、冷热加工性能、热处理以及容器的结构等。GB150第8页材料的使用有严格的规定，对这些规定的掌握是非常必要的。比较常用的材料有Q235-B（Q235-C）、Q245R、Q345R这几种材料。一般情况下，所需钢板厚度小于8时，应尽量采用碳素钢钢板。在刚度或结构设计为主的场合，应尽量选用普通碳素钢。在强度设计为主的场合，应根据压力、温度、介质等使用限制，依次选用Q235-B、Q245R、Q345R等钢板。Q235-B使用最广也最经济，GB150第9页对其使用条件作了详细规定：

● 规定设计压力≤1.6MPa；

● 钢板使用温度0℃～350℃；

● 用于壳体时厚度不得大于20mm，且不得用于毒性程度为高度或极度危害的介质。

就本例来说，其设计压力为2.5Mpa，不符合Q235-B的使用条件，因此选用Q245R。

完成了技术特性表，下一步就是容器计算了。

一、首先是产品结构、盲板的选用，产品结构、盲板直接关系到产品的性能和安全。收发球筒

的端盖采用插扣式快开盲板，具有结构简单、开关迅速、密封性好、操作轻便、耐腐蚀性好、安全可靠等优点。用于油气管线，可提高清管作业的工作效率。快开盲板选用KSH-1000/2.5。

锥体大小头的计算。

=8.94，确定筒体的名义厚度为dn=12.00mm。

三、按用户要求和《容规》的规定配置各管口的法兰和接管。容器上开孔要符合GB150第8.2节（p75）的规定，一般都要进行补强计算，除非满足GB150第8.3节（p75）的条件，则可不必再计算补强。选择接管时应尽量满足GB150第8.3节的条件，其安全性和经济性都最好，避免增加补强圈。本例要求的管口直径都不在GB150第8.3节的范围内，因此进气口接管选择φ114x5的无缝钢管，放空口接管选择φ159x6的无缝钢管，都必须增加补强圈，进行补强计算。补强的计算按GB150 8.5节。

法兰按HG/T20592进行选择。法兰及其密封面型式一般由设计委托书中要求，其压力等级应根据系统的设计条件，可高于容器设计压力或适当提高压力等级。在本例法兰选用2.5MPa的突面(RF)对焊法兰(WN)。其材质一般与筒体相同；确定管口在壳体上的位置时，在空间较为紧张的情况下，一般也应保持焊缝与焊缝间的距离不小于50mm，以避免焊接热影响区的相互叠加。

总之，压力容器设计的基本要求为安全、经济，设计过程中要综合考虑各方面的因素，要做到合理选取结构、材料、参数、设计方法等，根据标准规范正确地进行强度计算，从设计方面保证压力容器的本质安全，确保压力容器的安全使用。