压力容器壳体壁厚设计要点_沈江涛

第 51 卷第 2 期2014 年 4 月化　工　设　备　与　管　道PROCESS EQUIPMENT & PIPINGVol. 51　No.2Apr. 2014

・压力容器・

压力容器壳体壁厚设计要点

沈江涛

（中石化上海工程有限公司，上海　200120）

摘　要　分析对比了GB 150—2011与GB 150—1998在压力容器壳体壁厚定义上的区别，论述了压力容器

壳体壁厚设计中应注意的几个要点。

关键词　压力容器；壳体壁厚；设计

中图分类号：TQ 050.2；TH 122　　　　文献标识码：A　　　　文章编号：1009-3281（2014）02-0001-003

压力容器主要尺寸的确定，取决于其在整个生产中的地位、所担负的生产任务、生产方法和生产过程的条件（压力、温度、介质等），还取决于所用材料的强度与刚度、制造与操作的方便、安全可靠性、技术经济性等一系列因素。在众多需确定的尺寸数据中，压力容器壳体壁厚的确定是非常重要的。

压力容器壳体的壁厚直接关系到压力容器的强度、刚度与稳定性，影响到压力容器的安全使用和经济合理性，因此在设计、制造、使用过程中尤为重要。GB 150—2011《压力容器》对压力容器壳体壁厚的各种厚度概念都给出了明确的定义。其与GB 150—1998《钢制压力容器》相比较，对压力容器厚度的定义做了局部的修改。这里，将GB 150—2011、GB 150—1998对压力容器各种厚度的定义作分析、比较，同时对压力容器壳体壁厚设计中应注意的几个要点进行探讨，以期在设计、制造、使用中更好地理解和应用[1-4]。

的是GB 150—2011增加了最小成形厚度（δmin）的定义，并在GB 150.1.4.3.8中规定：容器元件的名义厚度和最小成形厚度一般应标注在设计图样上。另外，对厚度附加量中C1的取值和使用也由于材料标准中有关内容的更新而有所不同。

2　压力容器壳体壁厚设计中应注意的几个要点

2.1　最小成形厚度

GB 150—2011的最小成形厚度，是压力容器保证强度、刚度及使用寿命的各类受压元件的最小厚度。引入最小成形厚度，可避免制造厂在制造过程中，为保证成形厚度而采取的二次圆整，从而避免钢材的浪费。

最小成形厚度是壳体成形以后满足设计要求的最小厚度。为了说明这个定义，需要首先进一步明确计算厚度的含义。按GB 150中的定义，计算厚度是“按本标准相应公式计算得到的厚度。需要时尚应计入其他载荷所需厚度”。这里，所谓“相应公式计算得到的厚度”并不仅仅是指筒体或封头的壁厚计算公式所得到的厚度，实际上还包含开孔补强、支座产生的局部应力计算等公式所得到的厚度。在所有应考虑载荷的强度或刚度计算公式得到的厚度中取最大值，即得到该壳体的计算厚度。因此，最小成形厚度实际上就是设计厚度，即等于计算厚度加腐蚀裕量。

收稿日期：2014-01-11

作者简介：沈江涛（1964—） ，浙江绍兴人，高级工程师。从事技

术质量管理工作。

1　GB 150—2011《压力容器》标准对压力容器壁厚规定的变化

GB 150—2011《压力容器》定义的与厚度有关的名词有：计算厚度（δ）、名、设计厚度（δd）义厚度（δn）有效厚度（δe）最小成形厚度（δmin）、、、厚度附加量（C：包括材料厚度负偏差C1、腐蚀裕量C2）、钢材厚度（δs）。为便于比较，表1列出了GB 150—2011、GB 150—1998对各种厚度的定义及其区别。

从表1的比较可以看出，GB 150—2011对GB 150—1998各种厚度的定义作了局部修改。变化较大

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2.2　成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度

GB 150中对壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度的规定，主要是对设计确定厚度时满足容器制造和运输过程对刚度的要求。GB 150对压力容器壁厚的最小厚度只是作了原则性的规定，并不是说对所有的碳钢、低合金钢设备取δmin≥3，对高合金钢设备取δmin≥2就可以满足要求了，而应由设计者综合考虑设备的直径、结构、制造、运输、安装等因素，决定最小厚度，以保证设备的刚度。

GB 150.3的第5章还规定了受内压作用的椭圆封头和碟形封头的最小厚度，该章所规定的封头的最小厚度是考虑到这两种封头在内压作用下，如壁厚过小，封头上的某些部位可能发生局部失稳。因此，在GB 150.3的条款5.3.2和5.4.2中，要求内压椭圆封头和碟形封头的有效厚度不小于相应的最小厚度。

由于换热器本身自重较大，其支座又往往采用卧式支座和耳座，为了避免支座处壳体中产生过大的局部应力，在GB 151中，对U形管换热器、浮头式换热器和固定管板换热器规定了壳体最小厚度的确

定方法。2.3　钢材负偏差

GB 150—2011对厚度附加量中材料厚度负偏差的取法进行了调整，取消了GB 150—1998对负偏差的规定：当C1≤0.25且C1≤6％δn，计算中可取C1=0。

GB 150.2所列的钢板标准GB 713《锅炉和压力容器用钢板》、GB 3531《低温压力容器用低合金钢钢板》、GB 19189《压力容器用调质高强度钢板》均规定厚度允许偏差按GB/T 709《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》中的B类偏差取值，供需双方协议也可按C类。其余标准的钢材可按其标准规定选取(表2)

。

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2.4　腐蚀裕量

GB 150—2011对腐蚀裕量C2的取法给出了三条原则性的要求，对标准中的预期容器设计使用年限和介质对金属材料的腐蚀速率的取法，由于各行业压力容器的情况不同，标准并未给出具体数据，而由设计人员根据具体情况来定。对石油化工压力容器，可参考SH/T 3074—20076.4、《石油化工钢制压力容器》6.5节要求来确定。

2.5　钢板厚度换挡引起许用应力变化情况的处理

压力容器设计图样上标注的是名义厚度δn及最小成形厚度δmin，而在实际制造时，制造厂使用的是钢材厚度（投料厚度）δs。虽然容器的设计图样上标注了确定的名义厚度δn及最小成形厚度δmin，但在不同的制造厂，因制造工艺及制造能力的区别，可能采用不同的钢材厚度（投料厚度）δs。当容器设计时的名义厚度接近钢板许用应力换挡的临界厚度时，如δs>δn，则可能会由于钢板材料许用应力值的下降而使得计算厚度反而增大的情况。以下算例可说明这种情况。

P设＝7.2 MPa，D内= 设某容器设计参数为：

1 200 mm，T设=350 oC，采用Q345R钢板，C1=0.3 mm，C2=2 mm，φ=1，试求其壁厚。

（1）设δn≤36 mm查GB 150.2—2011, Q345Rδ>16~36[σ]t=133 MPa圆筒计算厚度

δ＝PD/(2[σ]tФ-P)=33.38δ+C=35.68

圆整后取　δn＝36 mm（2）设δn>36 mm

当取钢材厚度δs=38 mm时，钢板的许用应力下降了。

查GB 150.2—2011, Q345Rδ>36~60[σ]t=123 MPa圆筒计算厚度

δ PD/(2[σ]tФ-P)=36.18δ+C=38.48

圆整后取　δn＝40 mm

从上面的计算可以看出，虽然投料厚度δs比名义厚度δn增加了2 mm，但容器的强度反而不够了。

因此，当制造厂所取钢板的投料厚度大于图纸所标名义厚度时，制造方应将该修改通报给设计方，请设计人员验算后予以确认，以确保设备的安全。

3　结束语

压力容器的壁厚是保证其强度、刚度的最重要因素之一，设计、制造、使用中应充分理解各种厚度的意义。对某些标准尚未做出明确规定，但可能会影响容器强度和刚度的因素，设计、制造中应事先做出防范，以保证压力容器的质量，使其能安全、高效地为生产服务。

参考文献：

[ 1 ] GB 150—2011标准释义[M].北京：新华出版社，《压力容器》

2012.

[ 2 ] 寿比南,谢铁军.GB 150的修订原则及其主要变化[J].化工

设备与管道,2012,40(2):1-7.

[ 3 ] 范志超，陈学东，崔军，等.我国重型压力容器轻量化设计

制造技术研究进展[J].压力容器， 2013，30(2):59-65. [ 4 ] 王志文,惠虎,关凯书,等.对中国压力容器分析设计标准

的发展展望[J].压力容器，2013,30(3): 37-44.

Highlights in Design of Shell Thickness for Pressure Vessels

SHEN Jiangtao

（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai　200120, China）

Abstract: The differences existed in GB150-2011 and GB150-1998 on the definitions of shell thicknesses were analyzed and compared in this article. Several key points in determining shell thicknesses of pressure vessels were also discussed.Key words: pressure vessel; shell thickness; design; highlight