壓力容器中具有斜度的切向接管的數值模擬和結構優化

趙晨光

（中國石化工程建設有限公司，北京 100101）

引言

在壓力容器設計中，接管是一種很常見結構。通常按照接管軸線的方向，一般分為徑向接管、斜接管以及切向接管。接管處的開孔往往導致較大的應力集中，而且整體強度亦收到削弱[1]，壓力容器設計人員應予以高度重視。

徑向和斜接管的開孔補強一般可以利用等面積法進行計算，而切向接管開孔的長短徑之比通常大于2.0，此時等面積法已經不再適用[2]；而且有時為了保證工藝方面的要求，切向接管的軸線方向還會與水平線成一定的角度，這更加劇了開孔處的應力集中問題，本文將其稱作切向斜接管。迄今為止，已經有很多學者對壓力容器的徑向和切向開孔接管進行了大量的研究[3-5]，但對切向斜接管的研究卻很少見文獻報道。目前，通過有限元模擬分析的方法能較好地計算這種接管的強度應力問題，然后根據JB 4732—1995《鋼制壓力容器—分析設計標準》進行應力評定；本文采用有限元軟件ANSYS Workbench 14.0 對具有不同傾斜角度的切向斜接管進行模擬分析，得到傾斜角度對開孔處應力的影響。

1 工程案例

現在某化工裝置中，一臺設備的筒體上開有切向斜接管，其設計參數及結構尺寸，如表1 所示。

表1 設計條件和結構尺寸

筒體內徑Φ4 400 mm，接管尺寸DN50，采用厚壁管結構，外徑D0=80 mm，內徑Di=43 mm，同時接管軸線方向與水平線方向成15°，由于開孔的長短徑之比大于2.0，等面積法不適用。根據項目統一規定，只能采用有限元方法，通過有限元分析，已經評定了此處的應力為合格。……