刘旭
（四川泸天化弘旭工程建设有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］ 椭圆形封头因受力较好、易加工制造，广泛用于石油化工设备中，是化工设备的重要部件之一。《压力容器封头》（GB/T 25198—2010）明确要求化工设备设计图样上应标注“封头最小成形厚度”，但本标准并没有给出确定封头最小成形厚度的计算方法，这就造成设计者、制造者以及使用者对椭圆形封头厚度的理解存在差异。基于计算厚度δc、设计厚度δs、名义厚度δn、最小成形厚度δmin、投料厚度δt的概念，从设计、制造角度分析椭圆形封头各厚度之间的关系，并遵照《压力容器》（GB/T 150—2011）的有关内容，列举椭圆形封头各厚度之手工计算公式；再结合椭圆形封头制造实践，指出如何正确应用SW6-2011软件对椭圆形封头之厚度进行设计计算。
［关键词］ 椭圆形封头；计算厚度；设计厚度；名义厚度；最小成形厚度；投料厚度；手工计算；SW6-2011软件计算
［中图分类号］ TQ050.2［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0055-03
0 引 言
椭圆形封头上的应力分布是连续均匀变化的，因其受力较好，且易加工制造，广泛用于石油化工设备中，是化工设备的重要部件之一。《压力容器封头》（GB/T 25198—2010）明确要求化工设备设计图样上应标注“封头最小成形厚度”［1］，但并没有给出确定封头最小成形厚度的计算方法，这就造成了设计者、制造者以及使用者对椭圆形封头厚度的理解存在差异。而封头最小成形厚度是保证封头强度的最小厚度，对化工设备的安全运行起着至关重要的作用［2］。
1 椭圆形封头厚度的概念
据《压力容器》（GB 150—2011）［3］和《压力容器封头》（GB/T 25198—2010）［1］，对椭圆形封头各厚度的理解如下。
1.1 各厚度概念
（1）计算厚度δc：为能承受计算压力（需要时还应计入其他载荷）所需的最小理论计算壁厚［4］。
（2）设计厚度δs：计算厚度δc与腐蚀裕量C2之和［3］。
（3）名义厚度δn：设计厚度δs加上材料厚度负偏差C1后向上圆整至材料标准规格的厚度［3］。
（4）最小成形厚度δmin：受压元件成形后保证设计要求的最小厚度［3］，即保证椭圆形封头强度的最小厚度。
（5）投料厚度δt：椭圆形封头制造时需满足制造工艺要求，据工程实践经验，选择制造椭圆形封头所用的钢板厚度。一般情况下，取投料厚度与名义厚度相同，封头制造单位也可根据自身制造工艺情况选用封头制造所用钢板厚度。
1.2 各厚度之间的关系
1.2.1 从设计角度分析各厚度之间的关系
计算厚度δc是进行椭圆形封头厚度设计的基础，是所需的最小理论厚度；以计算厚度δc为基础，其与腐蚀裕量C2之和便得到设计厚度δs，设计厚度δs是椭圆形封头满足安全生产所需的厚度；以设计厚度δs为基础，其加上材料厚度负偏差C1后向上圆整至材料标准厚度规格，便得到设计图样上标注的名义厚度δn。
1.2.2 从制造角度分析各厚度之间的关系
椭圆形封头的制造，是钢板发生双向拉伸而成，在成形过程中不可避免地会发生局部厚度减薄。实际封头在成形过程中各部位的厚度变化是不均匀的。一般认为，成形中椭圆形封头过渡区厚度减薄、球面区基本不变、直边段增厚［5］。以设计图样上的名义厚度δn为基准，据制造厂封头加工制造工艺水平，并结合实际生产能力估计加工裕量而得到投料厚度δt，再以投料厚度δt为基准，据生产实践中封头成形厚度减薄率可计算得出封头最小成形厚度δmin，如图1。简言之，为满足安全生产需要，椭圆形封头最小成形厚度δmin≥设计厚度δs。
1.3 对最小成形厚度δmin的理解
由于GB/T 25198—2010没有给出确定最小成形厚度δmin的计算方法，我们从GB/T 25198—2010规定设计图样应标注最小成形厚度δmin的原因来分析其计算方法。设计图样上标注封头最小成形厚度δmin的目的，是为了避免在制造时重复考虑材料圆整量，即避免材料的浪费，因为在设计图样上设计得到的名义厚度δn已经对椭圆形封头厚度进行了圆整，倘若按照原有标准《钢制压力容器用封头》（JB/T 4746—2002）中规定的“成形封头实测最小厚度不得小于封头名义厚度δn减去钢材厚度负偏差C1”［6］，当初椭圆形封头的投料厚度δt均要大于名义厚度δn才能达到上述这一技术要求，由此造成钢材的浪费。
更多内容详见《中氮肥》2019年第5期