浅析大型设备试压盲板的选型及计算

卫 波

陕西化建工程有限责任公司 陕西 杨凌 731100

康乃尔化学工业股份有限公司60 万t/ a 甲醇制烯烃项目，共有7 台设备由于超大、超长，必须现场组焊。以核心设备MTO 反应器（R- 2001）为例，该设备净重223.3t，最大直径φ5700mm，全长38.39m，分六段到货，现场组焊并进行水压试验，立式水压试验压力0.98MPa。除去用人孔盖封堵的人孔外，共有89 个管口需要封堵，管口大小从DN25 到DN1300 不等。为了保证水压试验安全，需要逐一对这89 个管口的封堵盲板进行强度计算。通过查阅相关规范及文献，结合工程实际，对MTO 反应器的试压盲板选用分为四类，即法兰配对法兰盖式、双法兰对夹盲板式、正交加筋式和椭圆封头式。图1 为MTO 反应器简图，表1 为MTO 反应器部分管口盲板选型表。

表1 MTO反应器部分盲板选型表

图1 MTO反应器简图

1 法兰配对法兰盖

设备试压最经济有效的封堵方式是采用配对法兰盖封堵，此类方式适用于设备自带法兰盖或者在施工现场能找到配对法兰盖的管口。由于配对法兰盖是标准件，设计在法兰选型时已经考虑过其水压试验强度计算，故采用法兰盖封堵时，只需要保证法兰盖规格及压力等级与法兰相同即可。

2 双法兰对夹盲板式

双法兰对夹式盲板是工程中最常用的管口封堵方式，适用于有配对法兰的管口，具体型式见图2。

图2 双法兰对夹盲板图

双法兰对夹式盲板的计算参照GB20801.3- 2020《压力管道规范工业管道第3 部分：设计和计算》第6.5.2 条式14，其最小盲板厚度计算见式（1）。

式中：tm——盲板计算厚度，mm；

dg——盲板计算直径，取垫片内径，mm；

P——设计压力，MPa；

S——设计温度下材料的许用应力，MPa；

W——焊接接头高温强度降低系数；

φ——焊接接头系数。

以MTO 反应器（R- 2001）A05 管口为例，设备总高40850mm，A05 管口距离设备底部38850mm，管口公称直径DN150，公称压力CL300，水压试验压力0.98MPa，盲板选用Q235B（按GB150 常温许用应力116MPa）。A05管口水压试验所承受的压力为水压试验压力加由于高差引起的液柱静压力，合计为1MPa。则，

考虑到板材负偏差，故选用厚度为8mm 的Q235B 钢板。

3 正交加筋式盲板

在现场组焊设备试压过程中，往往会碰到一些无法兰且直径较大的管口需要封堵，这时就需要采用焊接平盖的方式封堵。如果按照GB150.3- 2011 第5.9.3 条式5- 33焊接式平盖公式来计算，计算的板厚结果往往过大，既浪费材料，又增加施工难度。为此，在现场施工中，常采用正交加筋式盲板，但盲板厚度选择多少、加筋几道，以及加筋板厚度多少多是根据经验估得。根据《正交加筋盲板的强度计算》中的计算分析，正交加筋盲板的在计算弯矩时，可近似地简化成周边固定受均布载荷的圆形平板，剖面图如图3 所示。

图3 正交加筋式盲板示意图

对加筋单元进行受力分析，得出公式（2）—（5）。

强度校核见式（6）。

式中：t1——加筋板厚度，mm；

t——平盖厚度，mm；

P——平盖所承受的压力，MPa；

H——筋板高度，mm；

D——管口内径，mm；

［σ］t——设计温度下材料的许用应力，MPa。

以MTO 反应器（R- 2001）A24 管口为例，其管内径为1300mm，水压试验压力加高差产生的液柱静压力之和为1.195MPa，加筋板厚度t1取30mm，平盖厚度t 取30mm，筋板高度h 取110mm，横、纵各3 道加筋（d=1300/ 4=325mm），平盖与筋板材质选用Q235B，代入以上式中，得：

经校核，采用Q235B 板材，加筋板厚度t1取30mm，平盖厚度t 取30mm，筋板高度h 取110mm，横、纵各3道加筋强度校核合格。考虑到钢板负偏差，加筋板及平盖都选用32mm 的Q235B 板材，经现场水压试验验证安全可靠。

4 椭圆封头式盲板

对于直径较大的管口也可采用焊接式椭圆封头进行封堵，由于同等厚度的椭圆封头受力比平板更出众，因此在有现成试压用椭圆封头的情况下，采用焊接式椭圆封头封堵管口更节约板材。本项目MTO 反应器（R- 2001）最顶部的A04 管口采用椭圆封头封堵，A04 管口内直径1250mm，试验压力0.98MPa，椭圆封头厚度22mm，材质Q235B。根据GB150.3- 2011 第5.3.2 条式5- 1，由公式（7）可得到椭圆封头的最小厚度。

式中：K——椭圆封头形状系数，取值见GB150.1 表5- 1；

Pc——设计压力，取水压试验压力，MPa；

Di——椭圆封头内直径，mm；

［σ］t——设计温度下材料的许用应力，MPa；

φ——焊接接头系数。

因此，22mm 厚试压封头满足要求。

5 结语

按照以上试压盲板选型及计算，本项目核心设备MTO 反应器（R- 2001）水压试验工作顺利完成。所提及的四种试压封堵盲板方案各有优劣，其中法兰配对法兰盖是最简便的封堵方式；双法兰对夹盲板式应用最为广泛，但需配备更长的螺栓；椭圆封头式和正交加筋式均需要焊接，正交加筋式焊接量比较大，但可现场取材，现场制作；而椭圆封头式虽然同等厚度受力比平板更出众，但需要提前考虑订做。在实际施工中，应根据实际情况，灵活选用盲板型式，保证现场组焊设备试压的经济性和安全性。