管口载荷对压力容器设计计算影响

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《压力容器设备管口的许用载荷问题》

摘要论述了设定压力容器设备管口许用载荷数值的必要性及原则。

对于一般的压力容器，根据以往的工程实践经验，推荐了接管许用载荷，包括力和弯矩系列数值，并对设备管口载荷引起的壳体局部应力的核算问题进行了讨论。

关键词压力容器;接管;许用载荷;法兰;应力前言近年来，随着石化装置规模的大型化，大口径、操作条件苛刻及走向复杂的压力管线逐渐增多。

这些管线作用在与其连接的压力容器设备接管上的载荷，包括力、弯矩及扭矩，对设备本体及其接管产生的影响越来越受到压力容器设计者的重视。

本文从几个方面来分析和探讨在压力容器设计时，如何考虑压力管道对设备本体及接管产生的载荷作用，以及如何设定较为合理的设备管口许用载荷数值，以保证压力容器设计的经济性、安全性及合理性。

本文提到的设备管口许用载荷，均指所有与管线相连接的接管及其补强板、接管所在处的壳体能够承受来自管线直接作用的力和弯矩数值。

1设备管口许用载荷确定的必要性及原则设备管口许用载荷的确定，主要涉及负责压力容器设计的设备专业和负责压力管道设计的管道专业。

设备专业作为管道专业的上游专业，一般先行开展工程设计，然后将初步的工程图作为设计输入条件提供给管道专业。

管道专业根据设备图纸，结合设备布置图、工艺管线压力等级划分及管道走向布置图等，提出设备管口的实际载荷条件，反馈给设备专业，以便进行设备管口载荷的最终核算。

从设备专业的角度考虑，作为先行开展设计的上游专业，如果选择较大的设备管口许用载荷进行设计，而将来若管道实际载荷较小，就会造成设备壳体厚度及相关接管壁厚的设计裕量较大，造成材料浪费。

如果设定较小的设备管口许用载荷，而将来若管道实际载荷比设定的管口许用载荷增加较多，设备专业就需要重新进行与管口载荷相关的应力校核计算。

这样，一方面增加了设计工作量，甚至可能造成设计返工，另一方面又可能为了满足过大的管口载荷条件而不得不增加设备壳体厚度及接管壁厚等。

如果设备主材已经订货，还会对工程项目的费用及进度产生一定的影响。

如何确定压力容器的设计压力和计算压力

如何确定压力容器的设计压力和计算压力压力容器的设计压力压力容器是一种负责储存和运输高压或低温气体或液体物质的容器。

由于受到高压力或低温的影响，压力容器设计必须十分严谨，才能够避免发生意外事故。

在压力容器的设计和制造过程中，确定设计压力是非常重要的一步。

设计压力指的是压力容器在使用过程中所能承受的最大压力，通常以内压为基础。

确定设计压力可以确保压力容器不会在使用过程中超负荷工作，保证其安全性能。

一般而言，压力容器的设计压力需要考虑以下因素：1.内容物的特性及储放状态；2.工作温度及压力温度范围；3.容器的材料及制造工艺；4.容器的设计参数。

其中容器的设计参数包括设计温度，容器材料，容器结构形式等。

这些参数都会影响到设计压力的大小。

因此，在确定设计压力时一定要考虑这些综合因素，并参考国家相关标准来进行设计计算。

压力容器的计算压力压力容器的计算压力也是非常重要的一部分，它是指储存于压力容器内液体或气体之间的压力。

确定计算压力可以帮助设计方确定容器的最大使用压力，从而更好地满足用户的需求。

对于确定压力容器的计算压力，一般采用双向压力法和单向压力法两种方法。

双向压力法在双向压力法中，设计人员需要综合考虑容器的外压力和内压力，以便计算出容器的可承受压力。

使用双向压力法时，设计人员需要将所有可能产生压力的因素纳入计算，通常有以下几个因素：1.内压力2.外压力3.风载荷4.地震力5.液位高度设计人员需要计算这些因素的总和，从而确定容器最大的承受压力。

单向压力法在单向压力法中，设计人员只考虑容器的内压力以及容器在稳定状态下的承受能力。

而忽略其他来源的压力，设计人员会按照以下步骤来进行计算:1.根据使用需求，确定容器的工作温度和工作压力；2.选择合适的材料，计算出容器的瞬时强度；3.通过成形过程的分析和测试，确定容器壁的厚度；4.确定容器的容积，计算出容器的有效长度；5.根据容器的有效长度，计算容器的允许使用最大工作压力。

浅谈压力容器设备管口许用载荷问题

与管线相连接的接管及其补强板、接管所在处的壳体能够承受来自管线直接作用的力和弯矩数值。
而将来若 பைடு நூலகம்道实际载荷较小，就会造成设备壳体厚
度及相关接管壁厚的设计裕量较大。造成材料浪
张驰群，男，１９７６年生，硕士，高级工程师。北京市，１０００１２。
合设备布置图、工艺管线压力等级划分及管道走向
布置图等，提出设备管口的实际载荷条件，反馈给设备专业。以便进行设备管口载荷的最终核算。从
设备专业的角度考虑．作为先行开展设计的上游专
业，如果选择较大的设备管口许用载荷进行设计，
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压力容器常见结构的设计计算方法

压力容器常见结构的设计计算方法一、静态强度计算方法：静态强度计算方法主要针对压力容器在正常工作状态下的静载荷进行计算，其主要目标是确保容器在最大工作压力下不发生破坏。

静态强度计算方法一般包括以下几个步骤：1.基本假设和假设条件：在进行静态强度计算时，需要基于一定的假设和假设条件来简化实际工作状态，如假设容器时刚体、内外压力均匀分布、材料具有均匀强度等。

2.最大应力计算：通过应力分析计算出压力容器各部位的最大应力。

一般情况下，最大应力发生在容器支座、法兰连接处、沟槽和焊接缺陷等处。

3.材料强度计算：根据容器所使用的材料及其强度参数，计算出材料的强度。

根据所处环境不同，一般会对容器进行分析、判断和选择不同材料。

4.安全裕度计算：根据最大应力和材料强度的计算结果，计算出安全裕度。

安全裕度可以通过破坏条件下材料的强度与容器内外压力之比来衡量。

二、疲劳强度计算方法：疲劳强度计算方法主要用于疲劳载荷下的压力容器设计。

工作过程中，容器可能会受到频繁的循环应力作用，从而导致疲劳破坏。

疲劳强度计算方法的主要步骤如下：1.循环载荷分析：通过实测数据或估算，分析容器在工作循环过程中所受到的应力载荷情况。

考虑到载荷的方向、大小、频率和载荷历史等因素。

2.应力集中分析：针对容器中的主要应力集中部位进行应力集中分析，计算出特定位置的应力集中系数。

3.疲劳寿命计算：基于极限疲劳荷载下的循环应力进行计算。

通过应力循环次数和材料疲劳寿命曲线，计算出容器的疲劳寿命。

4.安全裕度计算：根据疲劳寿命与容器使用寿命的比值，得出安全裕度的计算结果。

三、稳定性计算方法：稳定性计算方法用于分析压力容器在压力作用下的稳定性问题，即容器是否会发生屈曲或侧翻。

稳定性计算方法的主要步骤如下：1.稳定性分析模型：根据压力容器的几何形状和支撑方式，构建相应的稳定性模型。

常见的模型有圆筒形、球形、圆锥形等。

2.屈曲载荷计算：通过对应力分析，计算出容器发生屈曲时的承载力。

管口载荷对压力容器设计计算影响

管口载荷对压力容器设计计算影响摘要：压力容器是工业生产中应用广泛的一种容器，在压力容器设计计算时，常常采用 Relief、 Belief或 Theoretical等准则，这些准则中的计算方法主要是针对容器设计中的压力分析、强度计算、稳定性计算等，这些计算方法都有一定的适用范围和局限性，并且在某些情况下还可能会出现错误，但是对于管口载荷作用下的压力容器，其设计方法与上述的不同。

本文首先对压力容器的结构形式进行了介绍，然后对管口载荷对压力容器设计计算的影响进行分析，希望可以为相关工作的开展提供参考。

关键词：管口荷载；局部应力；法兰密封在压力容器设计中，很多情况下，由于压力容器内部管道与外部环境的交接处存在一定的间隙，需要进行管道密封处理，或者在连接法兰、螺栓等部件时，需要进行密封处理。

管口载荷是指压力容器壳体与管道连接时，由于存在结构、尺寸和安装等因素的影响，使得连接处管口部位载荷变化，从而导致管口与壳体之间的接触面积发生变化，管口载荷将直接影响到压力容器设计。

根据相关规范规定，对于管口载荷作用下的压力容器，设计人员需要根据具体情况，采用适当的方法处理连接处管口载荷对压力容器设计计算的影响。

1压力容器的结构形式压力容器是一种用于盛装气体或液体的压力容器，按照结构形式可分为：筒体、封头、接管和法兰，在设计中需要对所盛装介质进行压力分析，然后按照应力分类进行强度校核和稳定性校核。

由于压力容器的设计中一般都需要考虑介质的压力作用，因此对于需要进行强度校核的筒体、封头、接管等容器部件，其设计计算中通常都会考虑介质的压力。

然而对于接管和法兰等部件，在实际使用时还受到管口载荷的作用，因此为了保证压力容器设计计算结果的可靠性和准确性，在进行管口载荷作用下的压力容器设计计算时，需要采用一定的计算方法。

关于管口载荷对压力容器设计计算影响的研究，最早可以追溯到上世纪40年代初。

在国外，许多学者进行了相关研究，由于在容器设计中还存在许多其他因素，例如应力分析、强度校核、稳定性校核等，因此对于管口载荷作用下的压力容器设计计算方法也是多种多样[1]。

管口载荷校核

12管口允许受力12.1非标压力容器包括塔器管口许用荷载表表12.1.1Class150（PN10/PN16bar）法兰管口载荷表表12.1.2Class300（PN25/PN40bar）法兰管口载荷表表12.1.3Class600（PN64/PN100bar）法兰管口载荷表图12.1.1管口受力示意图（作用于管口与壳体连接处）表12.1.1Class150（PN10/PN16bar）法兰管口载荷表NOZZLE 管口尺寸FORCE(kN)±力(kN)MOMENTS(kN·m)±力矩(kN·m)NPS DN FC FL FA MC ML MT 2"500.90.9 1.20.20.20.3 3"80 1.7 1.7 2.40.60.60.8 4"100 2.3 2.3 3.2 1.1 1.1 1.5 6"150 3.4 3.4 4.8 2.4 2.4 3.4 8"200 4.7 4.7 6.6 4.2 4.2 5.9 10"250 6.2 6.28.7 6.4 6.49.1 12"3007.77.710.99.49.413.3 14"3509.39.313.212.512.517.6 16"40011.111.115.716.716.723.6 18"45012.812.818.121.121.129.8 20"50014.514.520.525.225.235.6 22"55016.216.222.929.629.641.8 24"60017.917.925.333.833.847.7 26"65019.719.727.937.837.853.4 28"70021.521.530.442.142.159.5 30"75023.023.032.546.146.165.2注：1.容器的设计压力小于等于7Bar（G），表中的数值乘以0.8的系数。

压力容器接管许用外荷载值的探讨

N)、最大允许平面内力
矩 M Y,max(
Nm)和最大允许平面外力矩 M X,max
(
Nm);
３)分别计算管道应力专业提供的实际的
接管外荷载值与上一步计算的最大允许外荷载
值的比值,并将这些荷载比值限制在一定范围
作者简介:张军文,男,
２００８年毕业于北京化工大学化工机
械专业,工学硕士,主要从事管道设计和管道应力分析工作,
高级工程师,已发表论文７篇.
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２
石油化工设备技术
３)对于国外项目,业主给定的接管外荷载值
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１０．
３９６９/
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１００６－８８０５．
２０２１．
０３．
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在石化装置中,压力容器通过管道相连接.
管道与容器接管相互影响,相互作用,产生相互作
设备设计及降低设备的成本,但是配管难度较大,
用力和力矩.这种力和力矩将在容器接管的连接
的要求,如果反复计算及相互确认始终无法通过,
之内;
４)计算轴向力 FZ (
N)、压力 P (MPa),平面
内力矩 M Y 以及平面外力矩 M X 共同作用下壳体
和接管连接部位的最大应力,将总应力控制在３
倍的许用应力值之内;

EJ_322_1994反应堆压力容器设计准则

Pp+(Tp)
表中：
3
D：重量载荷； P：压力； M：机械载荷； T：温度； M（1）：运行基准地震载荷与该工况的机械载荷的组合； M（2）：安全停堆地震载荷与该工况机械载荷的组合； L：假想事故工况下动态系统载荷。脚码： d：设计工况； n：正常运行工况； u：异常运行工况； em：紧急运行工况； p：试验工况。 6 结构材料准则 6.1 用于反应堆压力容器的材料通常应为锰-镍-钼系列的细晶粒低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金及其制品，并参照 GB/T 15443 执行。 6.2 应按材料预定的用途、运行状态承受的应力、应变、温度、化学腐蚀及中子辐照损伤等使用条件，以及制造工艺要求选择结构材料。 6.3 对选用的结构材料应根据使用条件及工艺要求对材料特性进行评价。这种评价应由主管部门组织进行，并以文件形式提供评价或认可的充分依据。若进行焊接，则必须对焊接性进行评价和验证，并以文件形式对评价或认可提供充分依据。 6.4 采用在原评价中没有考虑的新工艺时，则对这些新工艺与原评价中包含的工艺的等效性必须予以证实，这种证实应由原主管部门或部门授权或认可的组织或专家提供的补充评价文件为依据。 6.5 焊接材料和焊接消耗品必须由主管部门组织评价，并以文件形式提供评价或认可的充分依据。 6.6 用于反应堆容器堆芯段筒体的铁素体低合金钢材料的参考温度（RTNDT）一般应低于-12 ℃，RTNDT 按 GB/T 15443 附录 A 确定。 6.7 对铁素体低合金钢材料的快中子辐照脆化敏感性，当没有足够的快中子辐照脆化效应的辐照数据时，应按附录 A（补充件）进行预测和限制。 7 结构设计准则 7.1 总则反应堆压力容器除应满足功能要求外，其结构应满足： a．规定的应力及变形； b．材料、制造和试验合理； c．检验、维护方便。 7.2 连接结构要素 7.2.1 各构件的连接应尽可能设计成在纵向截面上有相同厚度和曲率的同轴旋转壳体连接。 7.2.2 对构件的不等厚连接应使两构件的旋转轴线重合，或中面无突变或弯折过渡。 7.2.3 不等厚构件的连接应采用适当的斜度或圆角半径过渡，以使两构件变形尽量协调。 7.3 连接焊接 7.3.1 尽可能采用大型构件以减少焊缝。 7.3.2 压力边界承压焊缝应为全焊透焊缝。

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管口载荷对压力容器设计计算影响
田健
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2023(30)1
【摘要】压力容器设计计算过程中需考虑管口载荷影响,管口局部应力有多种计算方法,设计过程中应根据管口位置、补强形式、接管开孔率等选取。

管口载荷计算还需考虑其引起的法兰密封面失效,可通过外载荷等效为计算压力方法对管口法兰及螺栓校核。

当设备自重较小、管口载荷较大时,还应考虑管口载荷对设备支撑结构影响,可通过将管口载荷叠加到设备自重或折算成外部弯矩的方法进行计算。

【总页数】3页(P130-132)
【作者】田健
【作者单位】中海油石化工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH4
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