發球筒的設計

徐智明(中石化勝利油建工程有限公司 山東 東營 257000)

壓力容器的失效往往使國家和人民的生命財產遭受巨大損失，而壓力容器的失效除了制造和使用方面的因素外，設計質量起著決定性的作用。差之毫厘，謬之千里。設計文件中任何微小的錯誤都可能導致壓力容器發生災難性的事故。壓力容器結構形式比較多，壓力容器的設計涉及材料、焊接、無損檢測、熱處理等多學科、多專業的知識；計算方法包括理論計算（材料力學、彈塑性力學、斷裂力學等）、數值分析、實驗應力分析等。

清管器收、發球筒是油氣集輸管線清管掃線作業時發送和接收清管設備的重要工藝裝備，對于提高集輸能力，確保安全生產起到重要作用。清管器收、發球筒主要由：快開盲板、筒體、錐體大小頭、鞍式支座等部分組成。下面介紹一下發球筒的設計過程。

管口名稱a b c d用途進氣口壓力表口放空口發球口規格尺寸80 15 80 800

技術特性表的確定。

一、首先，我們根據用戶提出的、在壓力容器規范范圍內雙方簽署的具有法律約束力的設計技術協議書（該協議書也可以經雙方同意共同修改、完善，以期達到產品使用最優化）中提出的這些基本設計要求，分析容器的工作條件，確定設計參數，結構分析，初步選材確定容器的技術特性。一般容器的技術特性包括：容器類別、設計壓力、設計溫度、介質、幾何容積、腐蝕裕度、焊縫系數、主要受壓元件材質等項。

二、確定設計壓力

我們知道該容器的最高工作壓力為2.3MPa，設計壓力一般取值為最高工作壓力的1.05～1.10倍。至于是取1.05還是取1.10，就取決于介質的危害性和容器所附帶的安全裝置。介質無害或裝有安全閥等就可以取下限1.05，否則就取上限1.10。本例介質為無害的壓縮空氣，符合取下限的條件，則得到設計壓力為

1.05 x2.3=2.415Mpa，取設計壓力為2.5 Mpa。

三、確定設計溫度

一般是在用戶提供的工作溫度的基礎上，再考慮容器環境溫度而得。本例取設計溫度為50℃即可。

四、確定幾何容積

按結構設計完成后的實際容積填寫即可。

五、確定腐蝕裕量

由所選定受壓元件的材質、工作介質對受壓元件的腐蝕率、容器使用環境和用戶期待的使用壽命來確定，實際上應先選定受壓元件的材質，再確定腐蝕裕量。

六、確定焊接接頭系數

焊接接頭系數，GB150的3.7節（p6）對其取值與焊縫檢測百分比進行了規定。新《容規》第3.15條（p15）也有所規定。其焊縫系數取1，即焊接接頭應進行100%的無損檢測，其他情況一般選焊縫系數為0.85。本例選焊縫系數為0.85。

七、主要受壓元件材質的確定

材質的確定在滿足安全和使用條件的前提下，還要考慮工藝性和經濟性。必須考慮設備的操作條件、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結構等。GB150第8頁材料的使用有嚴格的規定，對這些規定的掌握是非常必要的。比較常用的材料有Q235-B（Q235-C）、Q245R、Q345R這幾種材料。一般情況下，所需鋼板厚度小于8時，應盡量采用碳素鋼鋼板。在剛度或結構設計為主的場合，應盡量選用普通碳素鋼。在強度設計為主的場合，應根據壓力、溫度、介質等使用限制，依次選用Q235-B、Q245R、Q345R等鋼板。Q235-B使用最廣也最經濟，GB150第9頁對其使用條件作了詳細規定：

● 規定設計壓力≤1.6MPa；

● 鋼板使用溫度0℃～350℃；

● 用于殼體時厚度不得大于20mm，且不得用于毒性程度為高度或極度危害的介質。

就本例來說，其設計壓力為2.5Mpa，不符合Q235-B的使用條件，因此選用Q245R。

完成了技術特性表，下一步就是容器計算了。

一、首先是產品結構、盲板的選用，產品結構、盲板直接關系到產品的性能和安全。收發球筒

的端蓋采用插扣式快開盲板，具有結構簡單、開關迅速、密封性好、操作輕便、耐腐蝕性好、安全可靠等優點。用于油氣管線，可提高清管作業的工作效率?？扉_盲板選用KSH-1000/2.5。

錐體大小頭的計算。

=8.94，確定筒體的名義厚度為dn=12.00mm。

三、按用戶要求和《容規》的規定配置各管口的法蘭和接管。容器上開孔要符合GB150第8.2節（p75）的規定，一般都要進行補強計算，除非滿足GB150第8.3節（p75）的條件，則可不必再計算補強。選擇接管時應盡量滿足GB150第8.3節的條件，其安全性和經濟性都最好，避免增加補強圈。本例要求的管口直徑都不在GB150第8.3節的范圍內，因此進氣口接管選擇φ114x5的無縫鋼管，放空口接管選擇φ159x6的無縫鋼管，都必須增加補強圈，進行補強計算。補強的計算按GB150 8.5節。

法蘭按HG/T20592進行選擇。法蘭及其密封面型式一般由設計委托書中要求，其壓力等級應根據系統的設計條件，可高于容器設計壓力或適當提高壓力等級。在本例法蘭選用2.5MPa的突面(RF)對焊法蘭(WN)。其材質一般與筒體相同；確定管口在殼體上的位置時，在空間較為緊張的情況下，一般也應保持焊縫與焊縫間的距離不小于50mm，以避免焊接熱影響區的相互疊加。

總之，壓力容器設計的基本要求為安全、經濟，設計過程中要綜合考慮各方面的因素，要做到合理選取結構、材料、參數、設計方法等，根據標準規范正確地進行強度計算，從設計方面保證壓力容器的本質安全，確保壓力容器的安全使用。