好多朋友一直都想了解橢圓封頭的歷史知識(shí)，經(jīng)常用但是對(duì)于橢圓封頭的過去卻不得而知，接下來小編就帶大家回顧一下橢圓封頭開孔的歷史以及開孔后沒開好的后果，希望大家在安裝焊接的時(shí)候一定要注意。

 

一：橢圓封頭的歷史發(fā)展：

1989年以前，我國尚無壓力容器標(biāo)準(zhǔn) ，整個(gè)70年代直至80年代末，是以《設(shè)計(jì)規(guī)定》的形式出現(xiàn)的，它也具有強(qiáng)制性的法律意義。《設(shè)計(jì)規(guī)定》嚴(yán)格禁止在橢圓封頭的80%Di以外開孔。
　　
1989年我國建立了壓力容器的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB150，它同樣嚴(yán)格禁止在封頭的80%Di以外開孔。
　　
1998年執(zhí)行第二版GB150，此版有了一點(diǎn)變化：允許在封頭的80%Di以外開孔了，但要求開孔的中心線沿封頭表面的法線，以保證開孔為圓形，而不是長圓形，以使應(yīng)力集中的峰值不會(huì)太高。（說明：實(shí)際上橢圓是一條變曲率的曲線，不存在法線，尤其在封頭80%Di處，曲率急劇變化，連近似的法線都畫不出來。所以這一條實(shí)際無法執(zhí)行。）那個(gè)年代，一提到在橢圓封頭的80%Di以外的位置開孔，真是談虎色變，唯恐避之不及。勞動(dòng)局也特變關(guān)注這個(gè)問題，一旦有在這個(gè)禁忌位置開孔的，立即判廢，毫不留情

2011年執(zhí)行第三版GB150，此版對(duì)橢圓封頭上的開孔未提任何要求。    
 

二、2011版GB150的《標(biāo)準(zhǔn)釋義》對(duì)于這個(gè)問題的觀點(diǎn)，與該版GB150的正文大相徑庭。

2011版GB150的《標(biāo)準(zhǔn)釋義》（第142頁）明確指出：“出于安全考慮，建議開孔盡可能位于80Di%范圍內(nèi)。這是因?yàn)閷?duì)于80%Di范圍以外的封頭轉(zhuǎn)角部分曲率變化大，應(yīng)力水平高，封頭與接管間的相貫導(dǎo)致受力情況與等面積法基本假設(shè)偏差較大，因此需在實(shí)際工程中盡量避免。”等面積法是按在平板上開孔做為力學(xué)模型推導(dǎo)出來的（由于焊上接管后，受力更復(fù)雜，所以等面積法還包含一定的經(jīng)驗(yàn)成分，不過這不是本文所要討論的，這里不再贅述）。而橢圓封頭80%Di以外的轉(zhuǎn)角部分，沿經(jīng)向的近似曲率半徑很小，而周向的曲率半徑又非常大，所以此處不僅不是平面，而且不是經(jīng)向和周向曲率半徑相等的球面，也不是經(jīng)向曲率半徑無限大，而只存在周向曲率半徑的圓柱面。這使得此處的開孔遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離等面積法的力學(xué)模型，因此用GB150的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法算出的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)果與實(shí)際受力情況相差甚遠(yuǎn)，極不安全。   

 

三：2011版GB150的正文與它的《標(biāo)準(zhǔn)釋義》為什么互相矛盾？

　　
2011版GB150正文的主要編纂者就是2011版GB150《標(biāo)準(zhǔn)釋義》的編纂者；對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)釋義》與標(biāo)準(zhǔn)正文的這個(gè)矛盾，我們應(yīng)當(dāng)從正面去理解，即這個(gè)矛盾必有其存在的合理理由?，F(xiàn)實(shí)的問題是很復(fù)雜的，往往是不能僅靠畫一條線就能妥善解決的，工程技術(shù)問題既要符合安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，比如現(xiàn)在我們所討論的這個(gè)問題。對(duì)于這臺(tái)水解反應(yīng)器，如果安裝在橢圓封頭80%Di以外的不是加熱器，而僅僅是一個(gè)人孔，那么除了如上所訴述的由于開孔位置所造成的受力嚴(yán)重不合理外，不會(huì)再附加其他的不利因素了。這時(shí)情況還不是太惡劣，其安全度在某種程度上還是可以接受的。（說明：這僅僅是相對(duì)而言，也可能如果此處開孔的僅僅是一個(gè)DN50的小管，其安全性才能達(dá)到可接受的程度。這個(gè)度如何把握，本人現(xiàn)在也無從下手，估計(jì)既要考慮開孔的大小，接管的附加載荷，又要考慮介質(zhì)的危害程度。）。如果非要加大反應(yīng)器直徑，以使此人孔進(jìn)入封頭80%Di，當(dāng)設(shè)備非常大時(shí)，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)；反之，雖不加大設(shè)備直徑，卻非要將人孔移至封頭的80%Di以內(nèi)，又可能給使用帶來不便；這時(shí)，人孔安裝在封頭80%Di之外，則是合理選擇，即經(jīng)濟(jì)又適用，其安全度又可接受。尤其隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)備大型化的趨勢越演越烈，從經(jīng)濟(jì)上考慮，這種選擇是很有價(jià)值的。這就是2011版GB150沒有提出 限制在封頭80%Di以外開孔的道理所在。然而，本設(shè)備設(shè)置在此處的卻是一個(gè)加熱器。這時(shí)，除了由于在此處開孔造成的危險(xiǎn)因素外，至少還要附加兩條不利因素：

   
首先，雖然設(shè)置了管束支撐，但由于設(shè)計(jì)和制造安裝都不可避免地存在誤差，所以必然會(huì)對(duì)此開孔附加一個(gè)很大的彎矩，使開孔處的應(yīng)力集中峰值進(jìn)一步增加。一般開孔處此應(yīng)力峰值達(dá)到設(shè)備基本應(yīng)力的三倍（按變形量用彈性模量計(jì)算出的虛擬應(yīng)力，以下同。），有時(shí)甚至達(dá)到六倍以上。而在此封頭80%Di以外開大孔，又加上上述的附加彎矩，此處的峰值應(yīng)力會(huì)更大，這就會(huì)使疲勞斷裂很快發(fā)生。
　　
因?yàn)槠谇€的特點(diǎn)是：應(yīng)力越高，不產(chǎn)生疲勞失效所允許的循環(huán)次數(shù)越少。當(dāng)應(yīng)力高到一定程度，可能應(yīng)力循環(huán)十幾次，幾十次就會(huì)發(fā)生疲勞失效，一個(gè)壽命十幾年的設(shè)備正常開停車的次數(shù)就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于十幾次，幾十次，所以，此種狀況，發(fā)生疲勞失效的可能性還是較大的。
　　
其次，作為一個(gè)U形管換熱器，振動(dòng)也是不可避免的，震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力高循環(huán)疲勞失效。疲勞失效有兩種，一種是高應(yīng)力低循環(huán)疲勞，即上面所說的，開孔處峰值應(yīng)力極高時(shí)，應(yīng)力循環(huán)，十幾次，幾十次或幾百次就會(huì)發(fā)生疲勞失效。還有一種疲勞失效叫低應(yīng)力高循環(huán)疲勞，此時(shí)應(yīng)力極度低，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)達(dá)到一百萬次或以上是時(shí)，也會(huì)發(fā)生疲勞失效。而對(duì)于振動(dòng)，一百萬次循環(huán)是不需太長時(shí)間的。所以，本設(shè)備即使沒有發(fā)生高應(yīng)力低周期疲勞失效，由于存在振動(dòng)，也還有可能發(fā)生低應(yīng)力高周期疲勞失效。就是為什么2011版GB150的《標(biāo)準(zhǔn)釋義》要求我們“出于安全考慮，建議開孔盡可能位于封頭80%Di范圍內(nèi)“及這種開孔“需在實(shí)際工程中盡量避免”。 

 

橢圓封頭開孔后不合適的后果

壓力容器設(shè)計(jì)者首先要知道你所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)一旦失效，其后果是怎樣的，因?yàn)橹挥羞@樣你才能知道事情的輕重緩急，才能合理取舍。標(biāo)準(zhǔn)只告訴我們應(yīng)該怎么做，但不告訴我們?yōu)槭裁催@樣做。開孔失效的后果只能在壓力容器教科書中找到。在最具權(quán)威性的壓力容器教科書 ——天津大學(xué)于國崇編的《化工容器及設(shè)備》（此書幾十年來被大量的專著所引用，被大量的雜志上的專業(yè)論文所引用）告訴我們，接管補(bǔ)強(qiáng)不合理的失效形式是：疲勞和脆性斷裂。

　　脆性斷裂是一種災(zāi)難性的事故，它不同于設(shè)備的塑性失效斷裂，會(huì)有很多預(yù)警設(shè)施提示，還會(huì)有安全泄放裝置泄壓，；而脆性斷裂是在在介質(zhì)壓力還在設(shè)計(jì)壓力之內(nèi)，安全閥還未起跳的情況下，設(shè)備沒有任何幾何尺寸膨脹以供操作者發(fā)現(xiàn)的情況下，壓力表等儀表指示的數(shù)據(jù)沒有任何異常的情況下，爆炸突然發(fā)生。
　　疲勞，存在兩種情況。一種情況是首先出現(xiàn)疲勞裂紋，被人們發(fā)現(xiàn)后停車，這就避免了裂紋進(jìn)一步發(fā)展至斷裂。但設(shè)備只能改做他用，因如按原參數(shù)運(yùn)行，疲勞裂紋會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，直至發(fā)生脆性斷裂。另一種情況是，疲勞裂紋一旦發(fā)生還未來得及被人們發(fā)現(xiàn)，裂紋已經(jīng)失穩(wěn)，脆性斷裂也就是爆炸已經(jīng)發(fā)生。
　　一臺(tái)設(shè)備的疲勞失效，是按第一種情況，還是按第二種情況，決定于該設(shè)備的斷裂韌度。斷裂韌度小，裂紋剛一發(fā)生，還未被人們發(fā)現(xiàn)，就會(huì)發(fā)生脆性斷裂，造成嚴(yán)重后果。而如果斷裂韌度大，裂紋發(fā)展到一定長度，張開一定寬度后才會(huì)發(fā)生脆性斷裂，這就有可能使在脆性斷裂發(fā)生前，裂紋被我們發(fā)現(xiàn)，因而就給了我們一定的時(shí)間采取關(guān)車等措施，可以避免災(zāi)難性事故發(fā)生。
　　斷裂韌度與該設(shè)備的材料有關(guān)，也和該設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)，結(jié)構(gòu)的剛性越大，將使設(shè)備的斷裂韌度降低。鷹派克這幾臺(tái)《尿素水解反應(yīng)器》封頭的厚度相對(duì)于直徑還是較大的，也就是說，剛性較大，應(yīng)該引起注意。2011版GB150正文的主要編纂者就是2011版GB150《標(biāo)準(zhǔn)釋義》的編纂者；對(duì)《標(biāo)準(zhǔn)釋義》與標(biāo)準(zhǔn)正文的這個(gè)矛盾，我們應(yīng)當(dāng)從正面去理解，即這個(gè)矛盾必有其存在的合理理由。現(xiàn)實(shí)的問題是很復(fù)雜的，往往是不能僅靠畫一條線就能妥善解決的，工程技術(shù)問題既要符合安全性，又要考慮經(jīng)濟(jì)性，比如現(xiàn)在我們所討論的這個(gè)問題。對(duì)于這臺(tái)水解反應(yīng)器，如果安裝在橢圓封頭80%Di以外的不是加熱器，而僅僅是一個(gè)人孔，那么除了如上所訴述的由于開孔位置所造成的受力嚴(yán)重不合理外，不會(huì)再附加其他的不利因素了。這時(shí)情況還不是太惡劣，其安全度在某種程度上還是可以接受的。（說明：這僅僅是相對(duì)而言，也可能如果此處開孔的僅僅是一個(gè)DN50的小管，其安全性才能達(dá)到可接受的程度。這個(gè)度如何把握，本人現(xiàn)在也無從下手，估計(jì)既要考慮開孔的大小，接管的附加載荷，又要考慮介質(zhì)的危害程度。）。如果非要加大反應(yīng)器直徑，以使此人孔進(jìn)入封頭80%Di，當(dāng)設(shè)備非常大時(shí)，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)；反之，雖不加大設(shè)備直徑，卻非要將人孔移至封頭的80%Di以內(nèi)，又可能給使用帶來不便；這時(shí)，人孔安裝在封頭80%Di之外，則是合理選擇，即經(jīng)濟(jì)又適用，其安全度又可接受。尤其隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)備大型化的趨勢越演越烈，從經(jīng)濟(jì)上考慮，這種選擇是很有價(jià)值的。這就是2011版GB150沒有提出 限制在封頭80%Di以外開孔的道理所在。
 

　　然而，本設(shè)備設(shè)置在此處的卻是一個(gè)加熱器。這時(shí)，除了由于在此處開孔造成的危險(xiǎn)因素外，至少還要附加兩條不利因素：首先，雖然設(shè)置了管束支撐，但由于設(shè)計(jì)和制造安裝都不可避免地存在誤差，所以必然會(huì)對(duì)此開孔附加一個(gè)很大的彎矩，使開孔處的應(yīng)力集中峰值進(jìn)一步增加。一般開孔處此應(yīng)力峰值達(dá)到設(shè)備基本應(yīng)力的三倍（按變形量用彈性模量計(jì)算出的虛擬應(yīng)力，以下同。），有時(shí)甚至達(dá)到六倍以上。而在此封頭80%Di以外開大孔，又加上上述的附加彎矩，此處的峰值應(yīng)力會(huì)更大，這就會(huì)使疲勞斷裂很快發(fā)生。
　　因?yàn)槠谇€的特點(diǎn)是：應(yīng)力越高，不產(chǎn)生疲勞失效所允許的循環(huán)次數(shù)越少。當(dāng)應(yīng)力高到一定程度，可能應(yīng)力循環(huán)十幾次，幾十次就會(huì)發(fā)生疲勞失效，一個(gè)壽命十幾年的設(shè)備正常開停車的次數(shù)就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于十幾次，幾十次，所以，此種狀況，發(fā)生疲勞失效的可能性還是較大的。
　　其次，作為一個(gè)U形管換熱器，振動(dòng)也是不可避免的，震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生低應(yīng)力高循環(huán)疲勞失效。疲勞失效有兩種，一種是高應(yīng)力低循環(huán)疲勞，即上面所說的，開孔處峰值應(yīng)力極高時(shí)，應(yīng)力循環(huán)，十幾次，幾十次或幾百次就會(huì)發(fā)生疲勞失效。還有一種疲勞失效叫低應(yīng)力高循環(huán)疲勞，此時(shí)應(yīng)力極度低，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，循環(huán)次數(shù)達(dá)到一百萬次或以上是時(shí)，也會(huì)發(fā)生疲勞失效。而對(duì)于振動(dòng)，一百萬次循環(huán)是不需太長時(shí)間的。所以，本設(shè)備即使沒有發(fā)生高應(yīng)力低周期疲勞失效，由于存在振動(dòng)，也還有可能發(fā)生低應(yīng)力高周期疲勞失效。這就是為什么2011版GB150的《標(biāo)準(zhǔn)釋義》要求我們“出于安全考慮，建議開孔盡可能位于封頭80%Di范圍內(nèi)“及這種開孔“需在實(shí)際工程中盡量避免”。 

 

總結(jié)：

以上就是小編為您總結(jié)的橢圓封頭的歷史以及安裝 橢圓封頭時(shí)候應(yīng)該注意的點(diǎn)。歡迎大家隨時(shí)咨詢我和我談?wù)撘恍╆P(guān)于封頭的知識(shí)。
 

服務(wù)熱線：       13968809999