【摘 要】本文就卧式压力容器优化设计方法进行了探讨，结合了具体的实例，系统分析了卧式压力容器的优化设计方法，并对比了优化方案，以期能获得理想的结构设计方案。中国知网查重的检测重复率，不只是按照重复多少字来重复，依照某章节段落的重复百分比。
【关键词】卧式压力容器；壳体厚度；优化设计
0 引言
压力容器是专用的轻化工设备，其设计除了具有一般通用机械设计的共性之外，更要考虑生产和使用过程的安全性（如易燃、易爆、腐蚀等），使得优 化设计参数增加及难度增大。对于卧式压力容器来说，壳体的厚度并不是决定于内压强度的。本文就卧式压力容器优化设计方法进行了探讨，旨在为优化卧式压力容 器而提供参考借鉴。
1 容器概述
介质为油气、污油、h2s，最高工作压力为02mp，最高工作温度为200℃。该容器的设计标准和现场自然条件见表1，容器主要受压元件 标准椭圆形左、右封头，以及圆筒设计压力均为038mp，设计温度为220℃，材料为q245r（gb 7122008），腐蚀裕量为3，焊接接头参数为1。
2 问题的提出
查看容器的计算书可以发现，壳体的内压计算厚度仅为58，而原设计方案壳体的有效厚度为107，故壳体的最大允许工作压力 （070mp）远远高于设计压力（038mp），壳体总体应力水平很低。很明显，原设计方案中，壳体的厚度不是由内压，而是由容器某些位置（如支 座截面处或最大弯矩截面处）的局部应力（表2中符号说明见jbt47312005《钢制卧式容器》）决定的。问题由此产生，能否通过优化结构设计，达 到减薄壳体厚度的目的呢？
当壳体的轴向应力、周向应力或剪应力不满足许用值时，通常采用增加壳体厚度；改变鞍座型式；设置加强圈三种方法来解决：
原设计方案采用的是通过增加壳体厚度，降低壳体总的应力水平达到解决问题的目的，这也是目前大多数设计人员普遍采用的方法。采用这种方法虽然简单易行，但得到的壳体厚度往往较大，材料的性能得不到有效的发挥和利用，不是优化的设计方案。
21 结构设计优化
1）改变鞍座的型式
鞍座的型式通常选用行业标准jbt471212007《容器支座 第1部分：鞍式支座》，其中有轻型和重型两大类，轻型（a型）为焊制，120包角，有垫板；重型（b型）按型式（焊制或弯制）、包角（120或 150）及有无垫板分为bⅰ、bⅱ、bⅲ、bⅳ、bⅴ等五种。一般来说，卧式容器通常选用a型鞍座，换热器通常选用bⅰ型（焊制，120包角，有垫 板）鞍座。
可能是考虑到该设备是大直径的薄壁容器这一特点，原设计方案没有选用a型鞍座，而是选用了bⅰ型鞍座。但计算结果表明，选用a型鞍座与选用bⅰ型鞍座所得到的结果是相同的，即选用bⅰ型鞍座并未达到降低应力、减小壳体厚度的目的。
查看表3的数据可以发现，原设计方案中该容器最危险的部位位于鞍座垫板边缘处，在压力试验工况下，圆筒周向应力6为控制因素（应力值为16903mp，许用值为2205mp）。
影响6大小的系数k6与鞍座包角有关，包角越大，k6越小，6也随之减小。这也解释了选用a型鞍座与选用bⅰ型鞍座得到的壳体厚度是相同的原因，因为两种型式鞍座的包角相同。
故通过增大鞍座包角，采用bⅱ型（重型焊制，150包角，有垫板）支座重新计算，壳体的名义厚度可以从14降至12，此时支座截面处或最大弯矩截面处的应力见表3。
通过对比可以看出，虽然壳体的厚度减小了，但最危险的部位（仍位于鞍座垫板边缘处）在压力试验工况下，圆筒周向应力6却降到了15307mp。表明采用增大鞍座包角这一措施可有效地减小壳体厚度，并改善容器的受力情况。
2）设置加强圈
虽然采用增大鞍座包角这一措施可有效地减小壳体厚度，并改善容器的受力情况，但此时壳体的有效厚度仍有87，故壳体最大允许工作压力（057mp）仍远远高于设计压力，优化设计的效果并不太理想。如采用设置加强圈，能否有效改变这种情形呢？
加强圈的设置有三种不同型式，即在圆筒内鞍座平面上或靠近鞍座两侧设内部加强圈，或在圆筒外靠近鞍座两侧设外部加强圈。
通过计算，即使采用a型鞍座，如在圆筒内鞍座平面上设1个l18014的内部加强圈，或在圆筒内靠近鞍座两侧各设1个 l11014的内部加强圈，或在圆筒外靠近鞍座两侧各设1个l1258的外部加强圈，壳体的名义厚度均可降至10，相应的支座截 面处或最大弯矩截面处的应力。
此时，壳体的有效厚度仅为67，属于正常的规格圆整，没有其他额外的裕量。壳体的厚度可同时满足结构总体应力和局部应力的需要，材料的性能得到了有效的发挥和利用。
数据表明，无论是在圆筒内鞍座平面上或靠近鞍座两侧设内部加强圈，或在圆筒外靠近鞍座两侧设外部加强圈，压力试验工况均为危险工况，对应于三 种不同的型式，最危险的部位分别位于鞍座边角处圆筒（应力值7为2097mp，许用值为2205mp），加强圈横截面上靠近水平中心线处加强圈 內缘表面（应力值8为20471mp，许用值为2115mp），加强圈横截面上靠近水平中心线处圆筒（应力值7为21246mp，许用值 为2205mp）。
3 方案对比
从表4中的数据可以看出，无论是采用增大鞍座包角或设置加强圈中任一方法，与原方案相比，工程量都有明显的降低。尤其是采用设置加强圈，不仅 工程量能降低20%以上，更重要的是大大减薄了壳体厚度（从原方案的14降低至10），减少了压力容器用钢的重量，减少了焊接工作量，有效地降低 了设备成本，大大地提高了经济性。
4 结语
目前，卧式压力容器广泛应用在石油化工、医药、食品等工业领域。综上所述，卧式压力容器壳体的厚度并不决定于内压的强度，因此我们可以根据这一要点对容器进行优化调整。通过优化结构设计，可以明显减薄壳体厚度，从而达到降低设备成本，提高经济性的目的。
【参考文献】
[1]刘金纯压力容器分析设计的结构优化方法[j]当代化工，2006（06）
[2]高峰浅析压力容器的优化设计[j]科技与企业，2013（13）