壓力容器常用開孔補(bǔ)強(qiáng)方法對(duì)比分析

1、解決方案示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-420編號(hào)：_壓力容器常用開孔補(bǔ)強(qiáng)方法對(duì)比分析審核：_時(shí)間：_單位：_壓力容器常用開孔補(bǔ)強(qiáng)方法對(duì)比分析用戶指南：該解決方案資料適用于為完成某項(xiàng)目而進(jìn)行的活動(dòng)或努力工作過程的方案制定，通過完善工作思路，在正常運(yùn)行中起到指導(dǎo)作用，包括確定問題目標(biāo)和影響范圍、分析問題并提出解決方案和建議、成本計(jì)劃和可行性分析、實(shí)施和跟進(jìn)?？赏ㄟ^修改使用，也可以直接沿用本模板進(jìn)行快速編輯。壓力容器一旦發(fā)生事故，危害很大，因此壓力容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。對(duì)于壓力容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法一般有兩種：一是等面積法，二是分析法。本

2、文對(duì)這兩種方法作以比較和分析。在石油化工行業(yè)中，壓力容器上的開孔是不可避免的，如要開進(jìn)料口、出料口、人孔等。容器開孔后，一方面由于器壁承受載荷截面被削弱，引起局部應(yīng)力的增加和容器承載能力的減弱；另一方面，器壁開孔和接管也破壞了原有結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，在工藝操作條件下，接管處將產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，開孔邊緣會(huì)出現(xiàn)很高的應(yīng)力集中，形成了壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)。因此，設(shè)計(jì)上必須對(duì)開孔采取有效的補(bǔ)強(qiáng)措施，使被削弱的部分得以補(bǔ)償。開孔補(bǔ)強(qiáng)基本原理2.1.等面積法該法是以受拉伸的開孔大平板作為計(jì)算模型的，即僅考慮容器殼體中存在的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補(bǔ)強(qiáng)殼體的一次總體平均應(yīng)力作為補(bǔ)強(qiáng)原則。當(dāng)開孔較小時(shí)，開孔邊緣的局部應(yīng)力

3、是以薄膜性質(zhì)的應(yīng)力為主的，但隨著殼體開孔直徑增大，開孔邊緣不僅存在很大的薄膜應(yīng)力，而且還產(chǎn)生很高的彎曲應(yīng)力。等面積法的開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)所形成的應(yīng)力集中在某一區(qū)域內(nèi)，當(dāng)離孔邊緣的距離越大，越接近薄膜應(yīng)力。它的特點(diǎn)是：角焊縫，具有應(yīng)力突變，易產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)，受力狀態(tài)不好。2.2.分析法這種補(bǔ)強(qiáng)方法是以殼體極限分析為基礎(chǔ)的，相對(duì)等面積法合理得多，但須受開孔殼體和補(bǔ)強(qiáng)接管的尺寸限制。這種方法優(yōu)點(diǎn)是：克服等面積法的缺點(diǎn)，在轉(zhuǎn)角處采用圓滑過渡，減少結(jié)構(gòu)形狀的突變，減小應(yīng)力集中程度。將補(bǔ)強(qiáng)面積集中在應(yīng)力最高點(diǎn)，充分利用補(bǔ)強(qiáng)面積，使補(bǔ)強(qiáng)更經(jīng)濟(jì)、合理。對(duì)比分析3.1.等面積法等面積法顧名思義：殼體截面因開孔被削弱的

4、承受強(qiáng)度的面積，須有補(bǔ)強(qiáng)材料予以等面積補(bǔ)償，其實(shí)質(zhì)是殼體截面因開孔喪失的強(qiáng)度，即被削弱的“強(qiáng)度面積”A乘以殼體材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力t，即At，應(yīng)由補(bǔ)強(qiáng)材料予以補(bǔ)償，當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)材料與殼體材料相同時(shí)，則補(bǔ)強(qiáng)面積就等于削弱的面積，故稱等面積法。由于該方法僅從計(jì)算截面的一次平均應(yīng)力概念出發(fā)，只考慮殼體計(jì)算截面的承載能力與內(nèi)壓的平衡，因此是屬于滿足靜力強(qiáng)度的簡單方法。它對(duì)開孔結(jié)構(gòu)安定性的保障是通過雙向受拉伸的無限大平板開孔問題所導(dǎo)出的孔邊應(yīng)力集中系數(shù)3的模型近似加以考慮的，不過，此法由于長時(shí)間的使用，一般壓力容器使用條件也能滿足安定性要求，因此在工程設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。3.2.分析法該方法是基于較復(fù)

5、雜的殼體極限分析方法，即根據(jù)塑性失效的觀點(diǎn)，假定部件由彈性理想塑性材料構(gòu)成，認(rèn)為結(jié)構(gòu)在相當(dāng)多的部分發(fā)生屈服前不產(chǎn)生變形，且不考慮殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)加載時(shí)，最初材料呈彈性變形，隨著載荷的繼續(xù)增加，將在某處產(chǎn)生屈服。當(dāng)載荷進(jìn)一步增加時(shí)，屈服層便擴(kuò)展以至增加到足以引起恒定載荷作用下產(chǎn)生流動(dòng)，這時(shí)的載荷便稱作極限載荷，其分析方法也稱作極限分析法。由于該方法僅從開孔結(jié)構(gòu)的極限載荷出發(fā)，也是一種考慮靜力強(qiáng)度的計(jì)算方法。采用此方法計(jì)算時(shí)，其開孔附近應(yīng)力集中區(qū)的最大應(yīng)力將允許有較高的許用值，結(jié)果將使開孔附近的最大應(yīng)力作用沿著整個(gè)壁厚方向發(fā)生屈服，但是，由于它是局部的，因而不會(huì)導(dǎo)致容器失效。從以上數(shù)據(jù)可以

6、看出，分析法無論從受力、還是補(bǔ)強(qiáng)厚度上都比等面積補(bǔ)強(qiáng)法優(yōu)越得多，但分析法無論從選材還是制造上要求都很嚴(yán)格，必須將接管根部與殼體連接處做成一整體結(jié)構(gòu)，適合于高壓容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)，而等面積補(bǔ)強(qiáng)法更適合中低壓容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)。適用范圍4.1.等面積法適用于壓力作用下殼體和平封頭上的圓形、橢圓形或長圓形開孔。當(dāng)在克體上開橢圓形或長圓形孔時(shí)，孔的長徑與短徑之比應(yīng)不大于2.0。4.1.1.對(duì)于圓筒當(dāng)筒體內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開孔最大直徑 dop Di，且dop520mm；當(dāng)筒體內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開孔最大直徑 dop Di，且dop1000mm。4.1.2.凸形封頭或球殼的開孔最大直徑dop Di。4.

7、1.3.錐形封頭開孔的最大直徑dop Di，Di為開孔中心處的錐體內(nèi)直徑。注：開孔最大直徑dop對(duì)橢圓形或長圓孔開孔指長軸尺寸。4.2.分析法本方法是根據(jù)彈性薄殼理論得到的應(yīng)力分析法，用于內(nèi)壓作用下具有徑向接管圓筒的開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，其適用范圍如下：4.2.1.d 0.9 D ，且max0.5,d/D et/e1.5。設(shè)計(jì)舉例在牙哈項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的12.6-1200×6000高壓計(jì)量分離器，它的設(shè)計(jì)條件是：設(shè)計(jì)壓力為12.6MPa，設(shè)計(jì)溫度為50，筒體直徑為DN1200mm，開孔從DN25DN400不等。下面以一個(gè)DN450開口接管為例說明密集補(bǔ)強(qiáng)法的優(yōu)越性：首先按照內(nèi)壓容器計(jì)算公式，如果開DN450的孔，采用等面積法，由于開口補(bǔ)強(qiáng)，筒體厚度應(yīng)為64mm，如果按照分析法計(jì)算，同樣接管厚度為48mm不變的情況下，筒體厚度為58mm，減薄了6mm。通過以上分析比較，容器除了受內(nèi)壓外，在接管上還有各種外載及溫度的作用，因此，開孔以后不但削弱了器壁強(qiáng)度，并在開孔周圍產(chǎn)生了局部峰值應(yīng)力，其數(shù)值很大，通常達(dá)到正常應(yīng)力的5-6倍，因此容器破壞除了因材質(zhì)、制造等原因引起以外，開孔附近應(yīng)力集中也是容器破壞的一個(gè)相當(dāng)重要的原因。壓力容器往往是石油、化工生產(chǎn)中的主要設(shè)