开孔补强

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详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求

详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求

详解压力容器中开孔补强的一般规定及限制要求

引言

压力容器上的开孔不仅影响结构强度,还会因为接管有着各种载荷所产生的应力、温度应力,以及容器材质和制造缺陷等因素的综合作用,往往是造成容器破坏的根源,所要解决这些问题,就必须了解开孔补强中的规定以及要求。

1.压力容器补强结构解析与一般规定压力容器的补强结构可分为:补强圈搭焊结构和整体补强结构。

1.1补强圈搭焊结构补强当容器采用补强圈搭焊结构时,其应当

符合的基本的条件

为,容器壳体名义厚度不得大于38mm补强圈的材料厚度不得

大于1.5 倍容器壳体的厚度尺寸;使用低合金钢的标准抗拉强度

应当小于540MPa若条件许可,优先举荐使用厚壁管代替补强圈进行补强。

当容器为低温压力容器的时候,补强接管应当尽可能采用后壁管进行补强,焊接焊缝应当使用全焊透结构,且焊缝圆滑过渡;带补强板的接管与容器器壁的连接接头应当符合相当于

HG/T20583中的G28 G29 G30 G33的要求。补强板采用与器壁相同的材料,带补强板的结构不得用于容器器壁厚度大于30mm 的场合,也不适用于设计温度低于-40°的场合。带补强圈的接

管与壳体的连接,以及补强圈与壳体搭接的角焊接头壳采用

GB15 0中所示结构进行,且接管端部应与容器表面齐平,端部内角应当打磨成R不小于3mm勺圆角。

?a 强圈虽然结构简单,易于加工,但是补强效果较差,补强圈与壳体之间勺间隙不可避免,同时虽然补强圈上设有排气孔,但是补强圈结构在最终勺热处理后应力缺很复杂。

1.2整体补强结构补强当具有下列条件时,应当采用整体补强或

容器的开孔补强

容器的开孔补强
(3)整体补强结构
4.等面积补强法的设计
(1)开孔有效补强范围的计算 (2)补强面积的计算
容器的开孔补强
环保设 备
环保设 备
容器的开孔补强
一、开孔应力集中现象及其原因
由于各种工艺、结构、操作、维护检修等方面的要求,需要在压力容器上和封头上开孔或安装接 管。例如人孔、手孔、介质的出入口等。容器开孔之后,由于器壁金属的连续性受到破坏,在 孔边附近的局部地区,应力会急剧增加。这种局部的应力增长现象,称为“应力集中”。在应
力集中区城的最大应力值,称之为“应力峰值”。
容器的开孔补强
二、开孔补强设计的原则与补强结构
1.补强设计原则
(1)等面积补强法的设计原则 (2)塑性失效补强原则
2.补强形式
目前采用的补强形式主要有:①内加强平齐接管;பைடு நூலகம்外加强平齐接管;③对称加 强凸出接管;④密集补强
3.补强结构
(1)补强圈补强结构 (2)加强元件补强结构

压力容器大开孔补强计算方法实例分析

压力容器大开孔补强计算方法实例分析

- 43 -

第6期

压力容器大开孔补强计算方法实例分析

王嘉瑶,翟新锋

(中泰创新技术研究院有限责任公司, 新疆 乌鲁木齐 830000)

[摘 要] 在压力容器设计中,经常面临着大开孔补强问题。在壳体上开孔影响其承压能力,且开孔的大小、尺寸受到诸多限制,补强方法也多种多样。本文总结了常用的几种开孔补强计算方法,如等面积法、分析法和压力面积法,并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析,有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。[关键词] 压力容器;大开孔;等面积法;分析法;压力面积法

作者简介:王嘉瑶(1998—),女,湖北人,本科学历,在中

泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。

1 前言

大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。大开孔会削弱壁厚的强度,且孔边缘薄膜应力和弯曲应力都较大,因此最常用的等面积法在大开孔上一般不能使用。化工装置中,常使用带水包的压力容器,利用油水密度差进行油水分离。而水

包的公称直径普遍和设备直径较为接近,即d/D 较大,这时就需要考虑大开孔补强。本文用三种方法对一个设计压力0.42MPa ,设计温度60℃,内径φ2000,C1=0.3mm ,C2=2mm 的卧式容器筒体上开φ800

孔的设计实例进行计算和简单分析比较。

图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围

图2 算例示意图

2 等面积法

等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积补偿。它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉伸薄膜应力,类似双向受拉伸开有小孔的无限大平板上孔边的应力集中,所以对小直径的开孔安全可靠。除此之外,还具有长期的使用经

开孔补强

开孔补强

目录

1前言及概念 2

1.1开孔补强的适应范围和方法 (2)

1.2满足开孔条件时,可采用的三种补强方法 (2)

1.3开孔补强的目的 (3)

1.4补强结构(补强元件类型) (3)

1.4.1加强管补强 (3)

1.4.2整体锻件补强 (3)

1.4.3加强圈的补强 (3)

1.5壳体开孔的有关规定 (4)

1.5.1允许不补强时开的最大孔直径 (4)

1.5.2壳体上允许开的最大孔直径d max (4)

1.6等面积补强计算方法 (5)

1.6.1各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类) (5)

1.6.2等面积补强的原则 (5)

1.6.3等面积补强计算方法 (5)

2工艺设计7

2.1设计要求 (7)

2.2连续釜式反应器工艺设计 (7)

2.2.1单段连续釜式反应器 (7)

2.2.2反应器直径和高度的计算 (8)

3 机械设计 8

3.1手孔的开孔补强计算 (8)

3.1.1计算是否需要补强 (9)

3.1.2计算开孔失去的面积A. (9)

3.1.3计算有效补强面积A0 (10)

3.2进料口的开孔补强计算 (10)

3.2.1计算是否需要补强 (10)

4补强结构图11

5总结12

6参考文献12

1前言及概念

在日常的压力容器设计工作中,经常会遇到压力容器开孔补强问题。压力容器开孔以后,不仅整体强度受到削弱,而且还因开孔引起的应力集中造成开孔边缘局部的高应力,加上接管上有时还有其他的外载荷所产生的应力及热应力,而容器材料、以及开孔结构在制造和焊接过程中又不可避免地会形成缺陷和残余应力,开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位,于是开孔附近就往往成为压力容器的破坏源一一主要是疲劳破坏和脆性裂口。因此,按照GBl50-1998Ⅸ钢制压力容器》的规定,在压力容器设计过程中必须充分考虑开孔的补强问题。

压力管道开孔补强分析

压力管道开孔补强分析

压力管道开孔补强分析

压力管道是工业生产中最为常见的设备之一,其主要的组成部分为管体、管材、法兰等,而开孔补强则是一项必要的程序,其目的是为了更好地加强管道的承载能力和延长其使用寿命。在此文章中,我们将详细分析压力管道开孔补强的工程实践。

一、压力管道开孔的原因

在实际工作中,压力管道避免不了的就是需要进行开孔的情况。而开孔的原因主要有以下几种:

1.管道的安装

在压力管道的安装过程中,里面难免会沉积一些杂质如锈钢等,需要安装人员将其清理,而在清理的过程中,就有可能会对管体进行开孔,因此,安装人员一定要保持专注。

2.现场施工

在现场施工的过程中,如果施工工人操作有失误,如冲击或砸击管道等情况,就会对管道造成影响,从而如发生开孔的情况。

3.管道老化

压力管道的使用寿命并不是无限的,仅约十年左右,因此在经过这段时间的使用之后,管道就会出现变形、破裂,管体开裂的现象也经常出现。

4.管道泄漏

在一些情况下,管道会出现泄漏的现象,为了可以对其及时的进行修补,则先要对其进行开孔,进行排放工作,保障管道的稳定运行。

二、开孔补强的方法

在管道出现开孔问题之后,需要进行补强操作,一方面保证管道的安全性,另一方面确保其正常运转。常见的压力管道开孔补强方法:

1.补角

如果管座正对着法兰盘上的螺栓,就可以进行补角加固,将选择性配置适当角度、尺寸的三角板进行焊接,然后再在三角板上的空洞处进行补焊,这样可以增加法兰盘与管道的承载能力。

2.滚边圆片

在法兰盘和管道接口处,特别是压力较大的位置,可以加装滚边圆片,由于其具有较强的过滤作用,从而为压力管道的运转提供较强的保障。

浅谈压力容器开孔补强的方法.

浅谈压力容器开孔补强的方法.

浅谈压力容器开孔补强的方法

浅谈压力容器开孔补强的方法

2011-04-17 09:23 来源:未知浏览次数:关键字:方法,补强,开孔,压力容器,浅谈,

浅谈压力容器开孔补强的方法

李文英

摘要:本文主要对压力容器开孔后进行补强的方法进行探讨,主要针对等面积补强;压力容器大开孔补强方法;平盖开孔补强;高压蒸汽过热器联箱开孔补强这几种方法进行了比较。

关键词:压力容器开孔补强方法

随着化工行业的发展,压力容器在化工厂中越来越普遍,其安全性也越来越受到重视。这样在压力容器设计中一些较易出现问题的地方,更引起人们的注意了,如压力容器封头上的开孔及补强是一个非常爱出问题的地方,一旦计算有误就会造成容器的破坏,甚至引起工作人员的伤害,或者造成经济上的浪费。下面就对压力容器的开孔补强进行分析。

1.等面积补强

化工容器常用的开孔补强方法是等面积补强法,其基础理论是在有效补强范围内所加补强材料的截面积必须大于或等于因为开孔而失去的截面积。其实质在于补强壳体的平均强度,即维持容器整体的屈服强度,理论模型是无限大平板开小孔,不至于因开边缘附加弯曲应力引起大的误差,故对小直径开孔安全可靠,其计算方法如下:

满足下列条件不需补强:

A1+A2+A3≥A

不满足这一条件则需要补强,补强金属的面积为:

AO= A一(A1+A2+A3 )

式中:

A---壳体因开孔而削弱的截面积;

AO----补强金属的面积;

A1---筒体或封头上超过计算厚度S所多余的金属截面积;

A2---接管上超过强度计算厚度所多余的金属截面积;

A3---补强区内焊缝的截面积。

压力容器设计开孔及补强设计

压力容器设计开孔及补强设计

本节重点
允许不另行补强的开孔情况; 各种补强结构的特点; 等面积补强的原则; 有效补强区。
开孔的 应力集 中现象
平板开小圆孔的应力集中
r 0
球壳开小圆孔的应力集中
柱壳开小圆孔的应力集中
球壳开孔接管处的变形协调与内力
第三章 压力容器的整体设计问题
第三章 压力容器的整体设计问题
补强区宽度 B=2d B=d+2Tn+2tn
补强区外侧高度
两者中取大值
h1 dtn h1=接管实际外伸长度 补强区内侧高度
两者中取小值
h2 dtn
两者中取小值
h2=接管实际内伸长度
注意:
第三章 压力容器的整体设计问题
补强材料一般需与壳体材料相同,若补强 材料许用应力小于壳体材料许用应力,则补 强面积应按壳体材料与补强材料许用应力之 比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材 料许用应力,则所需补强面积不得减少。
(c)
(四)补强圈和焊接的基本要求
第三章 压力容器的整体设计问题
(a)外补强-平齐 (b)内补强-平齐 (c)外补强-内伸 (d)内外补强-内伸
图3-11 补强圈补强的基本形式
大多数中低压Leabharlann Baidu工容器采用补强圈补强,最常用的是 外补强的平齐接管式,只有在仅靠单向补强不足以达到 补强要求时才采用内外双面补强结构。

开孔补强 课件

开孔补强 课件
第二节 设备凸缘
设备上的接口管与凸缘,既可用于装置测量、控制仪表,也可用于连接其他设备和介质的输送管道。
(一)接口管
焊接设备的接口管长度
(一)接口管
第二节 设备凸缘
(二)凸缘
当接管长度必须很短时,可用凸缘(又叫突出接口)来代替接管。凸缘本身具有加强开孔的作用,不需再另外补强。缺点是当螺柱折断在螺栓孔中时,取出较困难。由于凸缘与管道法兰配用,因此它的联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定。
三、容器上开孔及补强的有关规定
3. 在椭圆形或碟形封头上开孔时,应尽量开设 在封头中心部位附近。当需要靠近封头边缘开 孔时,其孔的中心线宜垂直于封头表面,并且 应使与孔边与封头边缘之间的投影距离不小于 0.1Di。任意两个相邻孔边边缘间连接的投影 距离至少等于小孔的直径。
四、可不另行补强的最大开孔直径
*
内压壳体开孔的应力集中
球壳带平齐式接管的应力集中系数
球壳带内伸式接管的应力集中系数
接管根部开孔边缘处的应力集中现象具有如下特点:
(1)应力集中的范围是极为有限的. (2)开孔孔径的相对尺寸d/D越大,应力集中情 况越严重,所以开孔不宜过大. (3)被开孔壳体的δ/D越小,应力集中越严重. 因此若将开孔四周壳体厚度增厚,则可以极大的 改善应力集中情况. (4)增大接管壁厚也可以减少应力集中。 (5)开孔开在球形封头上,优于开在壳体上。

容器开孔后,为什么需要补强

容器开孔后,为什么需要补强

2.53容器开孔后,为什么需要补强?
答:通常所用的压力容器,由于各种工艺和结构的要求,需要在容器上开孔和安装接管。由于开孔去掉了部分承压金属,不但会削弱容器器壁的强度,而且还会因结构连续性受到破坏在开孔附近造成较高的局部应力集中。这个局部应力峰值很高,达到基本薄膜应力的3倍甚至5-6倍。再加上开孔接管处有时还会受到各种外载荷、温度等影响.并且由于材质不同,制造上的一些缺陷、检验上的不便等原因的综合作用,很多失效就会在开孔边缘开始。主要表现为疲劳破坏和脆性裂纹,所以必须进行必要的补强设计计算,适当补强。

压力管道壁厚及开孔补强计算

压力管道壁厚及开孔补强计算

压力管道壁厚及开孔补强计算

压力管道是用于输送液体、气体或其他物质的管道,在运行过程中会受到一定的内外压力载荷。为了确保管道在压力载荷下的安全运行,需要对压力管道的壁厚及开孔补强进行合理的计算。

1.管道内压力壁厚计算:根据管道的内压力、材料的允许应力和安全因子来计算管道的壁厚。一般采用ASME标准或API标准中的公式来进行计算。

2.管道外压力壁厚计算:对于管道受到的外压力载荷,例如土压力或深水压力等,需要计算管道的外壁厚度。常用的方法有ASME标准中的公式和材料力学性能参数。

3.管道轻质液体和气体压力壁厚计算:对于轻质液体和气体在管道中的压力载荷,由于其密度较小,管道壁厚常较薄。可以采用API520或API521等标准中的公式,结合流体特性和工况条件来进行计算。

在进行压力管道壁厚计算时,需要考虑以下几个因素:

1.管道内外压力:管道的内外压力是计算管道壁厚的基本参数,需要准确测量或估算。

2.材料的强度:管道材料的强度特性是壁厚计算的重要参数,需要从材料规格中获取。

3.安全因子:安全因子是考虑管道在运行过程中不确定因素的影响,一般取1.1~1.5

4.温度和环境条件:管道在不同温度和环境条件下的工作性能可能会有所变化,需要考虑这些因素对壁厚计算的影响。

开孔补强是在管道上开孔时,为了保证管道的强度和稳定性,需要进

行相关的补强计算。开孔补强通常包括以下几个方面:

1.开孔位置:开孔位置的选择要考虑管道壁厚和管道材料的强度,避

免对管道的强度造成过大的影响。

2.补强类型:开孔补强可以通过焊接补强板、法兰补强等方式进行。

压力容器的开孔与补强

压力容器的开孔与补强

压力容器的开孔与补强

压力容器是一种用于贮存和运输高压气体、液体或者混合物的设备。它们通常需要承受巨大的压力,在日常使用中,压力容器容易出现开孔和损伤的情况。这种情况下,我们需要对压力容器进行修复和加固。下面,我们将重点探讨压力容器的开孔与补强的相关知识。

1. 压力容器开孔的原因

压力容器开孔的主要原因是意外撞击和磨损。在使用过程中,如果受到了外力的冲击或者过度的磨损,压力容器的表面很容易出现开孔或者裂缝。另外,压力容器还可能在制造和储存过程中出现缺陷,导致它们容易出现开孔和损伤。

2. 压力容器补强的方法

常见的压力容器补强方法包括金属厚板贴补、涂覆材料和拉毛加固等。

(1) 金属厚板贴补:该方法是在压力容器的开孔处贴补一块同样厚度的金属板,然后使用焊接技术将其固定。这种方法的优点是容易操作,效果比较显著,但是需要小心操作,否则可能会导致更严重的气体泄漏。

(2) 涂覆材料:这种方法是把一个薄的涂覆材料铺在压力容器的表面,在开孔处多涂几层。涂覆材料通常是耐高温、抗

腐蚀的特殊塑料或者橡胶材料。该方法的优点是简单易行,不会对整个压力容器造成太大的影响。

(3) 拉毛加固:这种方法是在压力容器的开孔处用拉毛工

具让金属拉伸,使其保持平整。然后在开孔处焊接一块金属板,以加强其整体性能。拉毛加固的优点是成本较低,对环境污染较小,适合于一些小型压力容器的修补。

3. 压力容器补强的预防措施

在压力容器的设计与制造中,预防措施是非常重要的。以下几点应该注意:

(1) 在制造过程中确保压力容器表面光滑、整齐,不要有

裂缝或者瑕疵。

开孔补强计算

开孔补强计算
开孔补强计算计算单位
接管:N1,6 503x14
计算方法:GB150.3-2011等面积补强法,单孔
设计条件
简图
计算压力P
3.75
MPa
c
设计温度
150
°C
壳体型式
圆形筒体
B
壳体材料Q235-B
名称及类型板材
1HR
J
X
壳体开孔处焊接接头系数6
1
壳体内直径D
1900
mm
1'
1.
壳体开孔处名义厚度s
25
mm2
补强区内的焊缝面积A
64
mm2
A1+A2+A3= 1853.34 mm2 ,)
、于A,需另加补强。A4=A-Ae=7504.74-1863.34=5651.42
补强圈面积A.
mm2
A-(A+A+A)
mm2
4123
结论:合格
mm
接管计算厚度s
1.3231
mm
补强圈强度削弱系数f
0
t
接管材料强度削弱系数f
1
开孔补强计算直径d
633
mm
补强区有效宽度B
1006
Hale Waihona Puke Baidumm
接管有效外伸长度h1
83.9
mm

等面积法开孔补强计算

等面积法开孔补强计算

6.2 6.2.2
术语、定义和符号 GB150.1 通用要求中界定的术语和定义适用于本章。 符号
6. 2.1
A——开孔削弱所需要的补强截面积, mm2; B——补强有效宽度, mm;
1
GB 150.3—2010 C——厚度附加量(按 GB150.1 规定) , mm; Cs—— 圆筒厚度附加量; Ct ——接管厚度附加量; D ——圆筒中面直径, mm; Di——圆筒内直径, mm; Do——平盖直径, mm; dop——开孔直径, mm; d——接管中面直径, mm; do——接管外直径, mm; fr——强度削弱系数; g ——接管补强系数; h —— 圆筒补强系数; h1——外伸接管有效补强高度, mm; h2——内伸接管有效补强高度, mm; K ——等效总应力集中系数;
······························ (6-11)
A4 ≥ A − Ae
式中: , mm2。 A4——有效补强范围内另加的补强面积(见图 6-1) 6.4 6.4.1 多个开孔补强的等面积法 壳体多个开孔补强
······························ (6-12)
内伸接管有效补强高度:
································(6-7)
⎧ ⎪ d opδ nt h2 = ⎨ ⎪ ⎩接管实际内伸高度

开孔补强

开孔补强
UG-39(c)(2):给出对于在中心开孔周围再开孔的设计要求。
UG-39(c)(3):对于上述以外的其它开孔,没有给出设计方法,应符合U-2(g)条。
平封头上多个开孔的补强要求
UG-39(b)(2):相距较开的标准开孔*
对于开孔直径不超过封头直径的1/2,任意两孔的平均直径不超过封头直径的1/4,并且任意两孔的孔距两孔平均直径的2倍:
容器经100%RT
腐蚀余量:0.125 in.
管接头尺寸:NPS 6 Extra Strong (0.432 in.厚,5.761内径)
管接头材料:SA-53 B, S = 15 ksi
管接头内出头长度:1.5 in.
开孔不在焊缝上
角焊缝尺寸:焊脚0.375 in.
首先,扣除腐蚀余量:
t=0.750 in.= 0.875 – 0.125
要求的补强面积
Section VIII, Div. 1 UG-37
提供补强
可供补强有五个方面:
1.A1:壳体上富余厚度提供的补强面积
2.A2:延伸到壳体外侧的管接头富余厚度提供的补强面积
3.A3:延伸到壳体内侧的管接头富余厚度提供的补强面积
4.A4:焊缝提供的补强面积
5.A5:补强圈提供的补强面积
对于不属于上述情况的开孔,没有给出计算方法,应按U-2(g)。
*注意:孔与孔之间的孔桥或孔到封头边缘的距离不得小于较小开孔直径的1/4。

开孔与开孔补强解读

开孔与开孔补强解读
开孔与开孔补强
GB150.3-2011第6节
1.概述 2.补强计算适用范围 3.等面积补强 4.圆筒径向接管开孔补强设计的分析法
1.概述 为满足工艺操作、容器制造、安装、检 验和维修等的要求,在压力容器上开孔是不 可避免的。容器开孔以后,不仅整体强度受 到削弱,而且还因开孔引起的应力集中造成 开孔边缘局部的高应力。因此压力容器设计 中必须充分考虑开孔的补强问题。
3.4多个开孔的等面积法
当任意两个相邻开孔的中心距小于两孔 直径之和,而使其补强范围彼此重叠时,在 通过两孔中心点连线的壳体法截面内采用联 合补强。
4.圆筒径向接管开孔补强设计的分析法 适用范围
谢谢大家
等面积补强法对开孔边缘的二次应力的 安定性问题是通过限制开孔形状、长短径之 比和开孔范围(开孔率)间接加以考虑的, 使孔边的局部应力得到一定的控制。 等面积补强法对开孔边缘的峰值应力问 题未加考虑,为此不适用于疲劳容器的开孔 补强。
2. GB150.3-2011中开孔补强的计算包括等面 积法和分析法。 2.1适用范围:
2)整体补强:增加壳体厚度或用全焊透的结构 形式将厚壁管或整体补强锻件与壳体相焊。 符合下列条件之一应考虑采用整体补强: a. 容器设计压力p≥4MPa; b. 容器设计温度大于350°C; c. 承装极度、高度危害介质的压力容器(介质 毒性HG20660); d. 疲劳压力容器; e. 补强圈结构不能满足要求的补强。

容器开孔与附件

容器开孔与附件

容器开孔与附件

一、容器的开孔与补强

为了满足工艺、安装、检修的要求,往往需要在容器的筒体和封头上开各种形状、大小的孔或连接接管。容器壳体上开孔后,开孔不但削弱了容器壁的强度,而且在筒体与接管的连接处,由于原壳体结构产生了变化,出现不连续,在开孔区域将形成一个局部的高应力集中区。开孔边缘处的最大应力称为峰值应力。峰值应力通常较高,达到甚至超过了材料的屈服极限。较大的局部应力,加之容器材质和制造缺陷等因素的综合作用,往往会成为容器的破坏源。因此,为了降低峰值应力,需要对结构开孔部位进行补强,以保证容器安全运行。开孔应力集中的程度和开孔的形状有关,圆孔的应力集中程度最低,因此一般开圆孔。

㈠开孔补强的设计与补强结构

所谓"开孔补强设计"是在开孔附近区域增加补强金属,使之达到提高器壁强度,满足强度设计要求的目的。容器开孔补强的形式概括起来分为整体补强和补强圈补强两种。

1.整体补强

整体补强是指采用增加整个壳体的厚度,或用全焊透的结构形式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊来降低开孔附近的应力。由于开孔应力集中的局部性,在远离开

孔区的应力值与正常应力值一样,故除非制造或结构上的需要,一般并不把整个容器壁加厚。在开孔处用全焊透的结构形式焊上一段特意加厚的短管,使接管的加厚部分恰处有效补强区内,则可以降低应力集中系数。整锻件补强结构是将接管与壳体连同加强部分作成整体锻件,然后与壳体焊在一起。其优点是补强金属集中于开孔应力最大部分,应力集中现象得到大大缓和。

2.补强圈补强

补强圈补强是指在壳体开孔周围贴焊一圈钢板,即补强圈。补强圈一般与器壁采用搭接结构,材料与器壁相同,补强圈尺寸可参照标准确定,也可按等面积补强原则进行计算。当补强圈厚度超过8mm时,一般采用全焊透结构,使其与器壁同时受力,否则

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目录

1前言及概念3

1.1开孔补强的适应范围和方法 (3)

1.2满足开孔条件时,可采用的三种补强方法 (3)

1.3开孔补强的目的 (4)

1.4补强结构(补强元件类型) (4)

1.4.1加强管补强 (4)

1.4.2整体锻件补强 (4)

1.4.3加强圈的补强 (4)

1.5壳体开孔的有关规定 (5)

1.5.1允许不补强时开的最大孔直径 (5)

(5)

1.5.2壳体上允许开的最大孔直径d

max

1.6等面积补强计算方法 (6)

1.6.1各国压力容器规范主要采用的准则(补强准则的种类) (6)

1.6.2等面积补强的原则 (6)

1.6.3等面积补强计算方法 (6)

2工艺设计 8

2.1设计要求 (8)

2.2连续釜式反应器工艺设计 (8)

2.2.1单段连续釜式反应器 (8)

2.2.2反应器直径和高度的计算 (9)

3 机械设计9

3.1手孔的开孔补强计算 (9)

3.1.1计算是否需要补强 (10)

3.1.2计算开孔失去的面积A. (10)

3.1.3计算有效补强面积A

(11)

3.2进料口的开孔补强计算 (11)

3.2.1计算是否需要补强 (11)

4补强结构图12

5总结13

6参考文献 13

1前言及概念

在日常的压力容器设计工作中,经常会遇到压力容器开孔补强问题。压力容器开孔以后,不仅整体强度受到削弱,而且还因开孔引起的应力集中造成开孔边缘局部的高应力,加上接管上有时还有其他的外载荷所产生的应力及热应力,而容器材料、以及开孔结构在制造和焊接过程中又不可避免地会形成缺陷和残余应力,开孔和接管附近就成为压力容器的薄弱部位,于是开孔附近就往往成为压力容器的破坏源一一主要是疲劳破坏和脆性裂口。因此,按照GBl50-1998Ⅸ钢制压力容器》的规定,在压力容器设计过程中必须充分考虑开孔的补强问题。

1.1开孔补强的适应范围和方法

(1)当其内径Di≤1500mm时,开孔最大直径d≤1/2Di,且d≤520mm;当其内径D≥1500mm时,

开孔最大直径d≤l/3Di,且d≤1000mm;

(2)凸形封头或球壳的开孔最大直径d≤1/2Di;

(3)锥壳(或锥形封头)的开孔最大直径d≤1/3Di,Di为开孔中心处的锥壳内直径;

(4)在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时,其孔的中心线宜垂直于封头表面。

1.2满足开孔条件时,可采用的三种补强方法

(1)补强圈补强

补强圈补强结构简单,制造方便,有一定的补强效果。但和其它补强结构相比,补强区较为分散,补强效果不佳,补强后的应力集中系数比较大。由于补强圈并未和壳体、接管形成整体,所以其抗疲劳性很差,一般常用于静压、常温下的中低压容器。对于缺口敏感性较高的低合金高强度钢制容器,采用此种补强结构时尤需慎重,高温、高压或承受变载荷的容器,则不宜采用此种补强形式。鉴于补强圈搭接结构会引起较大的局部应力,且高强度钢的淬硬性强,易产生焊接裂纹,故在超出GBl50—1998对其适用条件范围时,宜采用整锻件补强或整体加厚壳体补强。

(2)整锻件补强(包括用全焊透焊缝连接的厚壁管补强)

采用整锻件补强,所有补强区域集中在应力集中区,能有效地降低应力集中系数,故补强效果好。由于补强件和壳体、接管之间的焊接采用对接焊缝,焊接质量可保证,并使焊缝及热影响区离开最大应力点的位置,故抗疲劳性能好。常用于o S≥500MPa的容器开孔及在低温、高温或受交变载荷的大直径容器开孔。缺点是锻件供应困难,制造繁琐,成本较高,只在重要的设备中使用。采用厚壁管补强,接管的加厚部分处于最大的应为区域内,比补强圈更能有效地降低应力集中系数。这种形式结构简单,制造与检验都很方便,但必须保证全焊透焊接。对于低合金高强度钢,由于它比一般低碳钢有较高的缺口敏感性,所以一般都采用厚壁管补强型式。

(3)整体加厚壳体补强

整体加厚壳体补强结构是以增加整个简体或封头的壁厚来降低开孔附近的应力,其开孔补强计算可按等面积补强法进行计算。根据理论和实验分析,开孔后的应力集中现象有明显

的局部性。当简体上开设排孔或封头上开孔较多时,一般采用整体加厚壳体补强。

1.3开孔补强的目的降低开孔接管处的应力峰值

因为容器的强度条件

[]φ

σ

σ⋅

≤t

max,所以应力峰值降低,设计时

[]tσ

降低,n

δ

低.

[]

c

t

i

c

p

D

p

-=

φ

σ

δ

2

1.4补强结构(补强元件类型)

1.4.1加强管补强

(1)结构:如下图1 即在开孔处焊接一段加厚的接管

(2)特点:环焊缝少.易探伤,结构简单

(3)适用范围:低合金钢,高压设备

1.4.2整体锻件补强

(1)结构:如下图2

(2)特点:

优点: 对焊,易探伤

抗疲劳性能好

缺点: 成本高,加工难

(3)适用范围:高压重要设备

1.4.3加强圈的补强

①结构: 如下图3

②特点:

优点:简单,易加工,使用经验丰富

缺点:抗疲劳性能差,热应力大,K大

. ③适用范围: ⎪⎩⎪

⎨⎧≤≤≤38

5.1540u n s MPa σδσσ补

1.5壳体开孔的有关规定

1.5.1允许不补强时开的最大孔直径

① P c ≤2.5MPa

②开孔中心距A>=两孔直径和的2倍. )(221φφ+≥A ③接管外径d 0≤89mm

④接管最小壁厚min σ满足表内要求.

1.5.2壳体上允许开的最大孔直径d max

(1) 圆筒⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

≤≤

≤≤≤≤mm D d D mm D d D i

i

i

i 10003150052021500max max 且时,且时,

(2) 凸形封头与球壳的

2max i D d ≤

(3) 锥壳或锥形封头的3

max i D d ≤

(D i 为开孔中心处的锥壳内径)

注:椭圆,碟形过度段部分开孔时,孔中心线垂直于封头表面.

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