GB 150.3—2011中内压圆筒和内压球壳壁厚的计算

姜 明 赵丽琼 徐 清

（华北电力设计院工程有限公司)

GB 150.3—2011中内压圆筒和内压球壳壁厚的计算

姜 明*赵丽琼 徐 清

（华北电力设计院工程有限公司)

对GB 150.3—2011中内压圆筒和内压球壳壁厚计算的两种公式进行分析比较，总结了不同场合采用不同计算公式所得结果的差别。

内压圆筒 内压球壳 壁厚计算 压力容器

GB 150—2011《压力容器》修订版已于2012年3月1日起替代GB 150—1998正式实施。新版GB 150是为了与TSG R0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》协调一致而修订的。新版GB 150较旧版有了很大的变化，其中GB 150.3—2011的内压圆筒和内压球壳部分增加了按外径进行壁厚计算的相应公式。针对这一变化，本文对GB 150.3—2011中内压圆筒和内压球壳壁厚计算的两种公式进行了推导和比较分析。

1 内压圆筒和内压球壳的壁厚计算公式

GB 150.3—2011中给出了内压圆筒和内压球壳分别按内径和按外径进行壁厚设计计算的相应公式。

按内径计算：

式中 δ——圆筒或球壳的计算厚度，mm；

pc——计算压力，MPa；

Di——圆筒或球壳的内直径，mm；

Do——圆筒或球壳的外直径，mm；

[σ]t——设计温度下圆筒或球壳材料的许

用应力，MPa；

φ——焊接接头系数。

2 两种壁厚计算公式的比较

笔者发现，按内径进行壁厚计算和按外径进行壁厚计算所得到的壁厚计算值不一样。为了区别按内径计算和按外径计算的壁厚，定义按内径计算的壁厚为δi，按外径计算的壁厚为δo。圆筒壁厚的两种计算公式关系如下：

球壳壁厚的两种计算公式关系如下：

式中 δn——圆筒或球壳的名义厚度，mm；

C——名义厚度与计算厚度的差值，即材料负偏差、腐蚀裕量和厚度圆整量之和（GB 150.3—2011），mm。

从上面的公式推导结果得到，按内径计算公式计算的圆筒壁厚与按外径计算公式计算的圆筒壁厚结果相差2pcC/(2[σ]t+pc)，按内径计算公式计算的球壳壁厚与按外径计算公式计算的球壳壁厚结果相差2pcC/(4[σ]t+pc)。即相同设计条件下，按圆筒、球壳内径计算公式计算的壁厚小于按外径计算公式计算的壁厚。

3 结果分析

按内径计算和按外径计算所得到的壁厚差值的影响因素有下述几项：容器的计算压力、腐蚀裕量、设计温度下材料的许用应力和焊接接头系数等。对于压力较低、非高温且介质腐蚀性弱的场合，两种计算结果差别不大，在实际设计计算中可以忽略。但对于高温、高压且介质腐蚀强的场合，特别是对一些用管材作筒体的高温高压容器或者容器的接管，其两种计算结果的差别则不可忽略，有些情况可能会导致选用不合适的管子规格。

针对上述分析，以我单位设计的某发电工程亚临界机组的蒸汽集箱为例，分别按两个壁厚计算公式计算集箱壁厚，可得到如下不同的结果。

蒸汽集箱的设计压力为16.8 MPa，设计温度为 546℃，以钢管作为筒体， 选用的材料为12Cr1MoVG，钢管规格（GB/T 17395—2008）为500 mm×65 mm （外径管）。按内径计算公式计算的壁厚为：

腐蚀裕量取 1 mm，管子厚度负偏差按 GB 5310—2008中规定为6.5 mm，则所得到的管子的规格厚度为：

δn=57.26+1+6.5=64.76 mm

圆整后取δn=65 mm。

如果按外径计算公式计算，则壁厚为：

管子的规格厚度为：

δn=59.09+1+6.5=66.59 mm

圆整后取δn=67 mm。

因此，选用500 mm×65 mm规格的管子不能满足要求，需要选用500 mm×70 mm规格的管子。

两种壁厚计算公式得到的计算结果不同。

综合上述分析，笔者建议，在实际容器设计中，当设计参数为高温、高压时，特别是采用管材做容器壳体或接管进行壁厚计算时，宜以外径计算公式进行壁厚计算，其结果将比按内径计算公式进行计算更加安全。

4 结语

长期以来，压力容器设计由于其工况复杂多变、影响因素多，一直是业内人士研究和探讨的课题。本文通过比较内压圆筒和内压球壳两种壁厚计算公式的差别，意在结合设计实践深入学习2011版GB 150，对设计技术进行深入研究和探讨，以确保压力容器设计的安全可靠性。

Wall Thickness Calculation of Internal Pressure Cylinder and Internal Pressure Spherical Shell in GB 150.3-2011

Jiang Ming Zhao Liqiong Xu Qing

An analysis and comparison is presented for two formulas of wall thickness calculation of internal pressure cylinder and internal pressure spherical shell in GB 150.3-2011,the difference of results calculated with the two formulas under different situation is summarized.

Internal pressure cylinder;Internal pressure spherical shell;Wall thickness calculation;Pressure vessel

TQ 050.2

2013-04-12）

*姜明，男，1983年生，硕士，工程师。北京市，100120。