管道設(shè)計(jì)解析課件

1、第五章 壓力管道設(shè)計(jì) 1Company Logo5.3金屬管道組成件耐壓強(qiáng)度計(jì)算5.3.1 一般規(guī)定GB50316-2000工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范 對(duì)于已標(biāo)明公稱壓力的管件不必進(jìn)行計(jì)算。2Company Logo管道耐壓強(qiáng)度計(jì)算：設(shè)計(jì)厚度=計(jì)算厚度+厚度附加量；名義厚度=計(jì)算厚度+厚度附加量+圓整至該組 成件的材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度；有效厚度=名義厚度-附加量。最小厚度=計(jì)算厚度+腐蝕/磨蝕附加量3Company Logo管道厚度計(jì)算厚度附加量腐蝕附加負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度圓整值名義厚度附加量有效厚度最小厚度4Company Logo容器厚度計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度d名義厚度n有效厚度e成型厚度容器耐壓強(qiáng)度計(jì)算5C

2、ompany Logo計(jì)算厚度（）由公式采用計(jì)算壓力得到的厚度。 必要時(shí)還應(yīng)計(jì)入其它載荷對(duì)厚度的影響。設(shè)計(jì)厚度（d）計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。dC2 名義厚度（n）鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度=設(shè)計(jì)厚度+鋼材厚度負(fù)偏差C1后+圓整值，即標(biāo)注在圖樣上的厚度。ndC1= C1 C2 有效厚度（e）名義厚度減去鋼材負(fù)偏差和腐蝕裕 量。enC1C2厚度附加量（C）由鋼材的厚度負(fù)偏差C1和腐蝕裕量 C2 組成，不包括加工減薄量C3。 C=C1+C2加工減薄量根據(jù)具體制造工藝和板材實(shí)際厚度由制造 廠而并非由設(shè)計(jì)人員確定。6Company Logo成形后厚度 制造廠考慮加工減薄量并按鋼板厚度規(guī)格第二次向上圓整得到的坯板厚

3、度，再減去實(shí)際加工減薄量后的厚度，也為出廠時(shí)容器的實(shí)際厚度。一般，成形后厚度大于設(shè)計(jì)厚度就可滿足強(qiáng)度要求。7Company Logo容器厚度關(guān)系示意圖8Company Logo碳素鋼、低合金鋼容器：min不小于3mm； 高合金制容器：min不小于2mm；最小厚度（min） 考慮容器的剛性 制造、運(yùn)輸、吊裝； 不包括腐蝕裕量；9Company Logo鋼板或鋼管厚度負(fù)偏差C1：按照相應(yīng)鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選取鋼材的厚度負(fù)偏差0.25mm，且不超過名義厚度的6%時(shí)， 可取C1=0。GB6654壓力容器用鋼板GB3531低溫壓力容器用低合金鋼鋼板規(guī)定:壓力容器專用鋼板的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，鋼板厚

4、度5mm時(shí)(如20R、16MnR、16MnDR等)，取C1=0；其它常用鋼板（如20g、Q235-A以及0Cr18Ni9等）的厚度 負(fù)偏差有表：10Company Logo鋼板的厚度負(fù)偏差C1值 /mm鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB/T3274 GB/T3280 GB/T4237 GB/T4238鋼板厚度5.57.57.52525303034負(fù)偏差C10.60.80.91.0鋼板厚度3440405050606080負(fù)偏差C11.11.21.31.820g，Q235-A， 0Cr18Ni9等11Company Logo腐蝕裕量均勻腐蝕速率容器設(shè)計(jì)壽命腐蝕裕量只對(duì)防止均勻腐蝕破壞有意義；對(duì)于應(yīng)力腐蝕、氫脆和縫隙腐蝕

5、等非均勻腐蝕，效果不佳，應(yīng)著重選擇耐腐蝕材料或進(jìn)行適當(dāng)防腐蝕處理。碳素鋼、低合金鋼： C2不小于1mm；不銹鋼：介質(zhì)腐蝕性極微時(shí)，可取C2=0。腐蝕裕量防止容器受壓元件由于均勻腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄。與腐蝕介質(zhì)直接接觸的筒體、封頭、接管等受壓元件，均應(yīng)考慮材料的腐蝕裕量。12Company Logo5.3.2 設(shè)計(jì)條件與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)13Company Logo 壓力管道設(shè)計(jì)根據(jù)壓力、溫度、流體特性等工藝條件，并結(jié)合環(huán)境和各種載荷等條件進(jìn)行。作用于管道的載荷：有管內(nèi)介質(zhì)壓力、管子質(zhì)量（包括管內(nèi)介質(zhì)及保溫材料等）產(chǎn)生的均布載荷，閥門、三通、法蘭等管件質(zhì)量產(chǎn)生的集中載荷，管道支吊架產(chǎn)生的反力，

6、風(fēng)力，地震載荷；溫度變化管道發(fā)生熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的熱載荷，管道安裝施工時(shí)各部分尺寸誤差產(chǎn)生的安裝殘余應(yīng)力，與管道連接的設(shè)備變位或其它原因的管端位移引起管系變形而產(chǎn)生的載荷等；由于管內(nèi)介質(zhì)壓力脈動(dòng)引起的管道震動(dòng)，液擊產(chǎn)生的沖擊波等。一設(shè)計(jì)條件14Company Logo風(fēng)載荷和地震載荷熱載荷安裝殘余應(yīng)力 管道相對(duì)移位造成的位移載荷集中載荷 支架反力Rx,Ry,Rz RyRx管件質(zhì)量meg均布載荷 p管內(nèi)介質(zhì)產(chǎn)生的壓力p管子質(zhì)量mgmg管道振動(dòng)載荷或液擊產(chǎn)生的沖擊載荷 15Company Logo 耐壓強(qiáng)度計(jì)算中，主要考慮設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度載荷。 對(duì)于管道所處環(huán)境的影響、所承受的動(dòng)力荷載、靜荷載

7、、熱脹冷縮的影響、循環(huán)載荷、管道支架位移的作用、加工過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力等其它作用，可通過相應(yīng)計(jì)算以及結(jié)構(gòu)上的處理進(jìn)行設(shè)計(jì)。16Company LogoA=管道設(shè)計(jì)壓力的確定：1不小于管系運(yùn)行中遇到的內(nèi)壓或外壓與溫度相耦合時(shí)最嚴(yán)重條件下的壓力,不包括允許的非經(jīng)常性壓力變動(dòng)值。 對(duì)于下列特殊條件的管道設(shè)計(jì)壓力取值，應(yīng)與上述規(guī)定比較，取兩者中的較大者： 1）輸送制冷劑、液化烴類等氣體溫度低的流體管道，閥門關(guān)閉或流體不流動(dòng)時(shí)，在最高環(huán)境溫度下氣化所能達(dá)到的最高壓力。 2）離心泵出口管道的吸入壓力與揚(yáng)程相應(yīng)壓力之和； 3）沒有壓力泄放裝置或與壓力泄放裝置隔離的管道，流體可達(dá)到的最高壓力。17Company

8、 Logo2真空管道按受外壓設(shè)計(jì)。安裝有安全控制裝置時(shí)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取1.25倍最大內(nèi)外壓差或0.1MPa兩者中的低值；無安全控制裝置時(shí)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取0.1MPa。3裝有泄壓裝置的管道設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)小于泄壓裝置開啟的壓力。18Company LogoB=設(shè)計(jì)溫度的確定：1為管道在運(yùn)行時(shí)壓力和溫度相耦合的最嚴(yán)重條件下的溫度。 對(duì)于0C 以下的管道，應(yīng)考慮流體及環(huán)境溫度影響，設(shè)計(jì)溫度應(yīng)取低于或等于管道材料可能達(dá)到的最低溫度。2管道采用伴管或夾套加熱時(shí)，應(yīng)以外加熱和管內(nèi)流體溫度中較高溫度為設(shè)計(jì)溫度。3無隔熱層管道，不同管道組成件可有不同設(shè)計(jì)溫度：（1）流體溫度=65時(shí)，除非按傳熱計(jì)算或試驗(yàn)確定有較低的平

9、均溫度，管道組成件的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)不低于以下值：閥門、管子焊接件等： 95%流體溫度；法蘭（除松套法蘭），包括在管線和閥門上的法蘭： 90%流體溫度；松套法蘭：為流體溫度的85%；法蘭緊固件：為流體溫度的80%。4外保溫管道：設(shè)計(jì)溫度根據(jù)1及2確定。5內(nèi)保溫管道：設(shè)計(jì)溫度根據(jù)傳熱計(jì)算或試驗(yàn)確定。6非金屬材料襯里的管道:設(shè)計(jì)溫度取流體最高工作溫度。20Company LogoA 設(shè)計(jì)壓力 為壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，其值 不低于最高工作壓力。設(shè)計(jì)壓力應(yīng)視內(nèi)壓或外壓容器分別取值。容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓。容器設(shè)計(jì)參數(shù)的確定21Company Logo設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到

10、的最高金屬溫度確定。裝安全閥不低于安全閥開啟壓力，1.051.10倍 最高工作壓力。裝爆破片爆破片最低標(biāo)定爆破壓力加上所選爆 破片制造范圍的上限。盛裝液化氣體容器根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的 最高金屬溫度確定。 綜合考慮介質(zhì)壓力飽和蒸氣壓裝量系 數(shù)溫度變化環(huán)境溫度保冷設(shè)施。22Company Logo計(jì)算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件最危險(xiǎn)截 面厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。通常情況下，計(jì)算壓力=設(shè)計(jì)壓力+液柱靜壓力當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力420，鉻鉬合金鋼450， 奧氏體不銹鋼550時(shí)， 鋼制壓力容器用材料許用應(yīng)力取值方法37Company Logo鋼制壓力容器用材料許用應(yīng)力的取值方法

11、材 料 許用應(yīng)力取下列各值中的最小值/MPa 碳素鋼、低合金鋼、鐵素體高合金鋼 奧氏體高合金鋼 38Company Logo材料設(shè)計(jì)系數(shù)保證受壓元件強(qiáng)度有足夠的安全儲(chǔ)備量。取值：應(yīng)力計(jì)算的精確性、材料性能的均勻性、載荷的確切 程度、制造工藝，使用管理的先進(jìn)性以及檢驗(yàn)水平等 因素有著密切關(guān)系。 -理論，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。39Company Logo5.3.3 管子、管件在壓力作用下的強(qiáng)度計(jì)算40Company Logo對(duì)于直管當(dāng)其計(jì)算壁厚S小于管子外徑D0的1/6時(shí)計(jì)算壁厚 設(shè)計(jì)壁厚 其中 名義壁厚Sn 為設(shè)計(jì)壁厚向上圓整后的壁厚值，即最終確定的管子的壁厚。 P設(shè)計(jì)壓力 ，MPa； D0管子外徑，m

12、m； t設(shè)計(jì)溫度下管子材料的許用應(yīng)力 ，MPa； 焊接接頭系數(shù)；一直管的壁厚計(jì)算41Company Logo有效壁厚 Se = 名義壁厚Sn - C系數(shù)Y 系數(shù)。對(duì)于鑄鐵材料Y=0，其它見表。系數(shù)Y值材料溫 度 （）482510538566593621鐵素體鋼0.40.50.70.70.70.7奧氏體鋼0.40.40.40.40.50.7其它韌性金屬0.40.40.40.40.40.4當(dāng)計(jì)算壁厚管子外徑D0的1/6時(shí)，42Company Logo普通鋼管厚度負(fù)偏差鋼管種類壁厚/mm負(fù)偏差（%）鋼管種類壁厚/mm負(fù)偏差（%）普通高級(jí)普通高級(jí)碳素鋼及低合金鋼20201512.512.510不銹鋼1

13、01020152012.515采用鋼板或鋼帶卷制的焊接鋼管，其負(fù)偏差就是鋼板、鋼帶的負(fù)偏差 。43Company Logo腐蝕速度小于0.05mm/a時(shí)， 單面腐蝕取 C2=11.5mm， 雙面腐蝕 C2=22.5mm。當(dāng)管子外面涂防腐漆時(shí)，可認(rèn)為是單面蝕；當(dāng)管子內(nèi)外壁均有較嚴(yán)重腐蝕時(shí)，則為雙面腐蝕；當(dāng)介質(zhì)對(duì)管子材料的腐蝕速率大于0.05mm/a時(shí)，則應(yīng)根據(jù)腐蝕速度和使用年限決定C2值。管子腐蝕和磨蝕減薄量C2 44Company Logo1、厚度計(jì)算式：由中徑公式0.4t計(jì)算厚度，mm；Pc計(jì)算壓力，MPa；焊接接頭系數(shù)。條件：Pc2、強(qiáng)度判別 式中 e有效厚度， e=n C，mm； n名義

14、厚度，mm； C厚度附加量，mm t設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力，MPa。 容器，GB150 45Company Logo 3、筒體最大允許工作壓力Pw：MPa46Company Logo 形狀改變比能屈服失效判據(jù)計(jì)算出的內(nèi)壓厚壁筒體初始屈服壓力與實(shí)測值較為吻合，應(yīng)力強(qiáng)度能較好地反映厚壁筒體的實(shí)際應(yīng)力水平，應(yīng)力強(qiáng)度（認(rèn)為是真實(shí)的） 應(yīng)力強(qiáng)度（與中徑公式相對(duì)應(yīng)）=隨徑比K的增大而增大。1.25當(dāng)K=1.5時(shí)，比值：4、說明： Pc0.4t內(nèi)壁實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度是按中徑公式計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度的1.25倍。47Company Logo由GB150 ，取ns=1.6 ，若筒體徑比不超過1.5，仍可按式中徑公式計(jì)算筒

15、體厚度。液壓試驗(yàn)（pT=1.25p）時(shí)，筒體內(nèi)表面的實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度最大為許用應(yīng)力的1.251.25=1.56倍（1.6），說明筒體內(nèi)表面金屬仍未達(dá)到屈服點(diǎn)，處于彈性狀態(tài)。pc =0.4t 當(dāng)K=1.5時(shí)，=Di（K-1）/2=0.25Di，代入式中徑公式得這就是中徑 公式 的適用范圍pc0.4t的依據(jù)所在。 48Company Logo二彎管的壁厚計(jì)算彎管在介質(zhì)內(nèi)壓作用下如果管壁厚沿圓周相同，且無橢圓度情況下，彎管內(nèi)側(cè)應(yīng)力較高，外側(cè)較低，彎管破壞應(yīng)發(fā)生在管子的內(nèi)側(cè)。采用直管煨制成彎管后，一般管子外側(cè)壁厚減薄，而內(nèi)側(cè)增厚，橫截面產(chǎn)生一定橢圓度，致使應(yīng)力分布發(fā)生變化。 外側(cè)往往應(yīng)力較高，內(nèi)側(cè)應(yīng)力較低

16、。與直管相比較，彎管外側(cè)壁內(nèi)實(shí)際環(huán)向應(yīng)力仍然比直管大，內(nèi)側(cè)壁內(nèi)環(huán)向應(yīng)力比直管小。且應(yīng)力值的大小與彎管的曲率半徑有關(guān)。而彎管的徑向應(yīng)力與直管相比較，沒有變化。 49Company Logo煨制彎管壁厚計(jì)算公式為： 帶入直管設(shè)計(jì)壁厚計(jì)算公式：R彎管的彎曲半徑，mm。煨制彎管時(shí)，管橫截面外側(cè)受拉，內(nèi)側(cè)受壓。產(chǎn)生的橢圓度e ：GB50235-97工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定: 輸送劇毒流體的鋼管或設(shè)計(jì)壓力P10MPa的鋼管，橢圓度e不大于5%； 輸送劇毒流體以外或設(shè)計(jì)壓力小于10MPa的鋼管，橢圓度e不大于8%。50Company Logo 5.3.4 支管連接的補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)措施對(duì)開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)

17、強(qiáng)、整體補(bǔ)強(qiáng)或采用三通連接。 GB150-1998規(guī)定了適用的開孔范圍：當(dāng)主管內(nèi)徑1500mm時(shí)，開孔最大直徑不大于主管內(nèi)徑的1/3，不大于1000mm。51Company Logo（a）設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa；（b）兩相鄰開孔中心間距（對(duì)曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；（c）支管外徑小于或等于89mm；（d）支管最小壁厚滿足下表要求。當(dāng)開孔符合以下全部要求時(shí)，開孔可不補(bǔ)強(qiáng)：支管最小壁厚（mm）直管外徑2527323438454857607689最小壁厚3.54.05.06.052Company Logo有效補(bǔ)強(qiáng)范圍和補(bǔ)強(qiáng)面積的確定與計(jì)算采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，即：使補(bǔ)強(qiáng)的金

18、屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。 + 補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過開孔中心線的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于主管由于開孔而在這個(gè)縱截面上所削弱的正投影面積。 +補(bǔ)強(qiáng)有效區(qū)域53Company Logo補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算示意圖支管軸線與主管軸線的夾角的范圍為4590。54Company Logo（a）確定主管有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍 B 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的有效寬度取下兩式中的較大值。 B=2d1 B=d1+2(Se1+Se2)+ (b) 確定支管有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍 hh取下兩式的較小值。 h=2.5Se1 h=2.5Se2+Sr+(c) 計(jì)算有效補(bǔ)強(qiáng)面積 A2，A3，A4主管的補(bǔ)強(qiáng)面積 A2=(2b-d1)(Se1-So1) ,mm2

19、支管的補(bǔ)強(qiáng)面積A4 為管子縱截面上熔積金屬的面積以及補(bǔ)強(qiáng)增加的金屬面積。主管開孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法如下：55Company Logo（d）計(jì)算需要補(bǔ)強(qiáng)的面積A1在內(nèi)壓作用下在外壓作用下 +（e）補(bǔ)強(qiáng)核算若A2+A3+A4A1 則開孔不需要補(bǔ)強(qiáng)；否則需要另行補(bǔ)強(qiáng)。Se1主管有效壁厚，mm；Se2支管有效壁厚，mm；So1根據(jù)壁厚計(jì)算公式得到的主管計(jì)算壁厚，mmS02根據(jù)壁厚計(jì)算公式得到的支管計(jì)算壁厚，mmSr補(bǔ)強(qiáng)板有效壁厚，mm；B主管有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)，mm；h支管有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)，mm；d1支管外徑減去2倍支管有效壁厚，mm。56Company Logo開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)壓力容器設(shè)計(jì)Design of Pre

20、ssure Vessels57Company Logo主要內(nèi)容補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算接管方位58Company Logo開孔帶來的問題削弱器壁的強(qiáng)度產(chǎn)生高的局部應(yīng)力59Company Logo平板在兩向拉力作用下，開大孔時(shí)孔邊受力情況60Company Logo平板在兩向拉力作用下，開小孔時(shí)孔邊受力情況61Company Logo一、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部補(bǔ)強(qiáng)整體補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)整鍛件補(bǔ)強(qiáng)62Company Logo（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)圈貼焊在殼體與接管連接處，見（a）圖優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富 （a）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)缺點(diǎn)1）與殼

21、體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時(shí)，存在較大熱膨脹差，在補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；2）與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差。63Company Logo補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)64Company Logo中低壓容器應(yīng)用最多的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，一般使用在靜載、常溫、中低壓、材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n、殼體名義厚度n不大于38mm的場合。應(yīng)用HG21506-92補(bǔ)強(qiáng)圈，JB/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)65Company Logo結(jié)構(gòu)在開孔處焊上一段厚壁接管，見（b）圖。特點(diǎn)補(bǔ)強(qiáng)處于最大應(yīng)力區(qū)域，能更有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單，

22、焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢驗(yàn)，補(bǔ)強(qiáng)效果較好。 （b）厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)高強(qiáng)度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。應(yīng)用66Company Logo厚壁接管補(bǔ)強(qiáng)67Company Logo（c）整鍛件補(bǔ)強(qiáng) （3）整鍛件補(bǔ)強(qiáng) 整體鍛件68Company Logo整鍛件補(bǔ)強(qiáng)69Company Logo補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大部位，能最有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)；可采用對(duì)接焊縫，并使焊縫及其熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力點(diǎn)，抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低1015%。重要壓力容器，如核容器、材料屈服點(diǎn)在500MPa以上的容器開孔及受低溫、高溫、疲勞載荷容器的大直徑開孔容器等。結(jié)構(gòu)將接

23、管和部分殼體連同補(bǔ)強(qiáng)部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接，見（c）圖。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鍛件供應(yīng)困難，制造成本較高。應(yīng)用70Company Logo二、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)：開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則等面積補(bǔ)強(qiáng)法塑性失效準(zhǔn)則極限分析法71Company Logo（1）等面積補(bǔ)強(qiáng) 定義：殼體因開孔被削弱的承載面積，須有補(bǔ)強(qiáng)材料在離孔邊一定距離范圍內(nèi)予以等面積補(bǔ)償。原理：以雙向受拉伸的無限大平板上開有小孔時(shí)孔邊的應(yīng)力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中存在的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補(bǔ)強(qiáng)殼體的一次應(yīng)力強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。故對(duì)小直徑的開孔

24、安全可靠。問題：沒有考慮開孔處應(yīng)力集中的影響，沒有計(jì)入容器直徑變化的影響，補(bǔ)強(qiáng)后對(duì)不同接管會(huì)得到不同的應(yīng)力集中系數(shù)，即安全裕量不同，因此有時(shí)顯得富裕，有時(shí)顯得不足。優(yōu)點(diǎn)：長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡單易行，當(dāng)開孔較大時(shí)，只要對(duì)其開孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全，因此不少國家的容器設(shè)計(jì)規(guī)范主要采用該方法，如ASME -1和GB150等。72Company Logo該法要求帶有某種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的接管與殼體發(fā)生塑性失效時(shí)的極限壓力和無接管時(shí)的殼體極限壓力基本相同。（2）極限分析補(bǔ)強(qiáng) 定義：73Company Logo三、允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑 焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位

25、置不在焊縫上等等強(qiáng)度裕量接管和殼體實(shí)際厚度大于強(qiáng)度需要的厚度接管根部有填角焊縫上述因素相當(dāng)于對(duì)殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此，對(duì)于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。74Company LogoGB150規(guī)定：在設(shè)計(jì)壓力2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長計(jì)算）大于兩孔直徑之和的2倍，且接管公稱外徑89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足表4-14要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 mm6.05.04.03.5897665574845383225接管公稱外徑最小厚度75Company LogoGB150對(duì)開孔最大直徑的限制

26、：四、等面積補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 主要用于補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算?；驹瓌t：使有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積，等于或大于開孔所削弱的金屬面積。（1）允許開孔的范圍a. 圓筒上開孔的限制：內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開孔最大直徑d ，且d520mm；內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開孔最大直徑d ，且d1000mm。 76Company Logob. 凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d 。 c. 錐殼（或錐形封頭）上開孔最大直徑d ，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。d. 在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時(shí)，其孔的中心線宜垂直 于封頭表面。77Company Logoa、內(nèi)壓圓筒或球殼： （4-76）式中 A開孔削弱所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2；

27、 d開孔直徑， 圓形孔：d=dit+2C dit接管內(nèi)直徑；橢圓形或長圓形孔：取所考慮平面上的尺寸 （弦長，包括厚度附加量），mm；（2）所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積A78Company Logo 殼體開孔處的計(jì)算厚度，mm； et接管有效厚度，et =nt-C，mm； fr強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體 材料許用應(yīng)力之比，當(dāng)該值大于1.0時(shí)，取fr=1.0。79Company Logo外壓圓筒或球殼：（4-77）平蓋開孔直徑d0.5Di：（4-78）式中 p平蓋計(jì)算厚度，mm。開孔造成的削弱是抗彎截面模量而不是指承載截面積。按照等面積補(bǔ)強(qiáng)的基本出發(fā)點(diǎn)，由于開孔引起的抗彎截面模量的削弱必須在有

28、效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)得到補(bǔ)強(qiáng)，所需補(bǔ)強(qiáng)的截面積僅為因開孔而引起削弱截面積的一半。b、外壓容器或平蓋：80Company Logo有效補(bǔ)強(qiáng)范圍示意圖（a）在一定范圍內(nèi)能起補(bǔ)強(qiáng)作用，除了此范圍，則起不到補(bǔ)強(qiáng)作用。有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)：矩形WXYZ，（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍81Company Logo有效寬度B：按下式計(jì)算，取二者中較大值B=2dB=d+2n+2nt式中 B補(bǔ)強(qiáng)有效寬度，mm； n殼體開孔處的名義厚度，mm； nt接管名義厚度，mm。82Company Logo內(nèi)外側(cè)有效高度：按下式計(jì)算，分別取式中較小值外側(cè)高度 h1=接管實(shí)際外伸高度 h2=接管實(shí)際內(nèi)伸高度 內(nèi)側(cè)高度83Company Logo（4-82

29、） （4-83） 有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)WXYZ范圍內(nèi)，可作為有效補(bǔ)強(qiáng)的金屬面積有以下幾部分：(4)補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)金屬面積AeA1殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積。 A2接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積。A4有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)另外再增加的補(bǔ)強(qiáng)元件的金屬截面積。A3有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積。84Company Logo4.3.5 開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)圖4-38 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍示意圖（b）過程設(shè)備設(shè)計(jì)85Company Logo式中 Ae有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)另加的補(bǔ)強(qiáng)面積，mm2； （也可以說是強(qiáng)度裕量） e殼體開孔處的有效厚度，mm； t接管計(jì)算厚度，mm。若 Ae=A1+A2+A3A則開孔后不需要另行補(bǔ)強(qiáng)

30、。 若 Ae = A1+ A2+ A3 A則開孔需要另外補(bǔ)強(qiáng)，所增加的補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積A4 應(yīng)滿足 A4 A-Ae86Company Logo補(bǔ)強(qiáng)材料一般需與殼體材料相同，若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補(bǔ)強(qiáng)面積按殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力之比而增加。若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，則所需補(bǔ)強(qiáng)面積不得減少。要求：孔周邊會(huì)出現(xiàn)較大的局部應(yīng)力，采用分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法和壓力面積法等方法進(jìn)行分析計(jì)算。大開孔補(bǔ)強(qiáng)：GB150-1998鋼制壓力容器第78頁至第81頁多個(gè)開孔補(bǔ)強(qiáng)：87Company Logo開孔所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積主要由d確定，當(dāng)在內(nèi)壓橢圓形封頭或內(nèi)壓碟形封頭上開孔時(shí)，則

31、應(yīng)區(qū)分不同的開孔位置取不同的計(jì)算厚度。五、接管方位88Company Logo在80%以外開孔：按橢圓形封頭的厚度計(jì)算式（4-45）計(jì)算：開孔在橢圓形封頭上（4-85）式中，K1為橢圓形長短軸比值決定的系數(shù)，由表4-5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：K10.9（4-45 ）開孔位于以橢圓形封頭中心為中心，80%封頭內(nèi)直徑的范圍內(nèi)：中心部位可視為當(dāng)量半徑Ri=K1Di的球殼，若為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1（4-46 ）89Company Logo開孔位于封頭球面部分內(nèi)：取式（4-49）中的碟形封頭形狀系數(shù)M=1， 開孔在碟形封頭上此范圍之外：按碟形封頭的厚度計(jì)算下式計(jì)算，90Company Logo若橢圓孔的長軸和

32、短軸之比不超過2.5，一般仍采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法。非徑向接管：盡可能采用徑向接管。原因：圓筒或封頭上須開橢圓形孔，應(yīng)力集中系數(shù)增大，抗疲勞失效的能力降低。非徑向接管的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：91Company Logo5.3.5 平蓋的強(qiáng)度計(jì)算 在管道端部，常有需要焊接平蓋（盲板）的情況。根據(jù)平蓋的結(jié)構(gòu)及其與管端焊接的結(jié)構(gòu)不同，平蓋的厚度是不同的。 對(duì)于無拼接焊的平蓋，其厚度計(jì)算公式 ： 計(jì)算壁厚設(shè)計(jì)壁厚 tpd平蓋的設(shè)計(jì)壁厚，mm； tp平蓋計(jì)算壁厚，mm； Di管子內(nèi)經(jīng)，mm； K1，與平蓋結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)； P設(shè)計(jì)壓力，MPa； t設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa； C壁厚附加量，C=C1+C2 ，mm。92Company Logo平蓋結(jié)構(gòu)形式系數(shù) 平蓋形式 結(jié)構(gòu)要求系數(shù)K1系數(shù)h32tsn2tsnh3 tsnhtsnV形坡口0.41.051.00V形