压力容器用焊接材料选用原则

摘要：汇气管是天然气管道工程中重要的设备之一，但是，关于汇气管的设计到底是按照管件还是按照压力容器对待，各单位意见不统一，存在很大的分歧。如果将汇气管按照管件来进行设计，那么其制造也就应该按照管件来进行制造。然而，《输气管道工程设计规范》GB50251-2015又规定其制造按照压力容器规范来进行制造。所以，本文通过详细的论述，认为将汇气管纳入压力容器来对待是有利的。另外，汇气管的开口多采用拔制。本文将对拔制开口的设计进行探讨。

关键词：汇气管;拔制管件;压力容器

一、概述

汇气管是天然气管道工程中的重要设备之一，它多放置在战场，用于汇集和分配气体，平稳气流，起缓冲器的作用。它跟天然气管道一样，均承受很高的压力。一旦汇气管发生泄漏或者发生事故，其危害非常大，所以，汇气管的设计、制造、检验和验收就显的尤为重要。汇气管的开口多采用拔制，拔制开口的最危险部位是开口的肩部，对于汇气管，拔制开口的设计是一个非常重要的环节。本文将对拔制开口的设计进行论述，提出一些可供工程设计参考的建议。

二、拔制开口的设计

汇气管的开口多采用拔制，本文将重点讨论拔制开口的设计。对于拔制开口，最关键的就是尺寸的确定，尺寸的确定主要包括：拔制开口接管厚度的确定、拔制开口接管的圆弧过渡区的曲率半径的确定和拔制开口接管的拔出高度的确定。

拔出接管部分的体积实际上是开口直径的范围内的容器壳体的体积，拔出的接管厚度壁厚与开口大小有关，一般地，拔出的接管厚度比容器壳体的厚度要小。接管越小拔出的接管壁厚越小，开口越大拔出的接管壁厚越大，但最大为0.75倍的壳体厚度。

尽管文献中对于拔制开口的一些数据从制造工艺上有一些经验的数值，但是，笔者也经过采用ANSYS软件通过对拔制开口进行了应力分析，通过分析，认为拔制开口的应力最大点出现在拔制开口的肩部内壁。对开口应力影响最大的是拔制开口的圆弧过渡区的曲率半径R。通过分析，圆弧过渡区的曲率半径越大，应力值越小，相反，圆弧过渡区的曲率半径越小，应力值越大。经过分析，圆弧过渡区的曲率半径可取最大值。拔制接管厚度可不必取最大0.75倍的壳体厚度，可适当降低拔制接管的厚度，以保证圆弧过渡区的曲率半径。拔制接管厚度可取0.7倍的壳体厚度。采用0.7倍的壳体厚度和采用0.75倍的壳体厚度，其应力值相差不大。下面通过一个实例进行说明。一台DN500的汇气管需要开DN450的口，设计压力为10MPa，温度为常温，经过应力分析，筒体厚度为34mm（材质Q345R）。笔者通过了采用三种模型对其进行应力分析。这三种模型分别是：模型一，拔出接管的尺寸为Φ475*24且R为60mm的模型;模型二，拔出接管的尺寸为Φ475*24且R为30mm的模型;模型三，拔出接管的尺寸为Φ475*25.5且R为60mm的模型.

通过模型的应力分布图可以看出，模型一与模型二相比，模型一的受力明显好于模型二，模型一与模型三相比二者的应力相差不大。所以，这也就能说明上面的结论。

拔出的接管高度H跟开口的大小有关，对于晓得开口可取50mm，这主要是基于拔出的接管要与管线焊接，以便于现场焊接考虑的。对于大的开口，高度也可适当提高，但是由于考虑到圆弧过渡区的曲率半径R对开口部分应力的影响较大，增大拔出的接管高度H是以减少拔出的接管壁厚及减少圆弧过渡区的曲率半径为代价的，为了能使开口部分的补强效果更好，建议拔出的接管高度H不要超过圆弧过渡区的曲率半径R，这样既可保证圆弧过渡区的曲率半径R又不至于减少太多的接管壁厚。

通过分析，笔者认为，对拔制开口的应力影响最大的是圆弧过渡区的曲率半径R，圆弧过渡区的曲率半径R可取最大值，拔出的接管高度H，当开口较小时可取50mm，开口较大时，H取不大于圆弧过渡区的曲率半径R，接管壁厚可取0.7倍的壳体厚度。

三、结束语

汇气管是天然气管道工程中重要的设备之一，将其按照压力容器来进行设计无论对业主选择制造商还是对工程的安全来说都是可行的。通过分析认为，拔制开口的危险部位是拔制开口的肩部，对开口的应力影响最大的是圆弧过渡区的曲率半径，在保证接管厚度的前提下尽量提高圆弧过渡区的曲率半径对于拔制开口的安全是很重要的。

參考文献：

[1].TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布2016年2月22日

[2].GB50251-2015 《输气管道工程设计规范》

作者简介：

钱媛（1980-）女，汉，辽宁盘锦人，中油辽河工程有限公司，工程师，本科学历，现从事化工设备与机械设计工作。